面向5G的传送网新架构及关键技术

林国明

【摘  要】5G已经成为了通信行业研究的重点、热点，未来的数据流量，网络连接设备总量将呈现“爆炸式”地快速增长，用户的需求也会更为多样化。为此，物联网与移动互联网相互融合是势在必然的，才能更好为用户提供多元化服务，比如智能家居、智慧医疗、工业监测系统等等。但是，5G技术也给当前的传送网带来了一定的沖击和挑战，为适应5g时代，传送网必须进行一定的转型和升级。本文将对5G网络传送网新架构需求进行分析，以及介绍其关键技术，以便实现高速率，高可靠性，低时延，智能化的5G网络架构。

【关键词】5G传送网;架构;关键技术

目前，全球多个标准化组织，包括ITU、NGMN联盟等都在进行着5G网络架构的相关研究工作。学术界、产业界、中国IMT-2020网络技术工作组都已经在深入研究中。通常我们会认为5G传输，只要在4G的网络基础上，再做一定的升级、扩容便可完成。中国移动于2017年中时首次提到过“5G传输需求”和“5G技术体系架构”，而且在2018年初发布了切片分组网SPN技术白皮书。本文将简要分析下5G技术对传送网新的承载需求以及SPN的关键技术。

一、5G网络架构变化

5G网络的构建，要求其拥有超高速率，大吞吐量，超高可靠性，超低延时等。因此在部署时，要具有高灵活的网络架构，而且有多种接口来支持多种业务的接入，方可通过“多跳的方式”来实现基站的Mac层和用户的直通，而网络也可以自行组织、配置，将网络最优化。5G网络构建的重点在于其能够灵活扩展，所以一般采用扁平化的IP网络架构，采用分布式软件架构，以及逻辑网关、虚拟化技术等。另外，扁平化的网络架构，还能在一定程度上将无线接口技术和核心网的相分离，实现“即插即用”，保障其具有灵活性和拓展性。

ITU定义了5G的三类典型应用场景，包括eMBB、uRLLC和mMTC，其中eMBB与人的体验密切相关，而mMTC和uRLLC一般都是满足物物互联的需求。而在不同的应用场景，会引起发5G网络架构的不同变化主要有：

（1）5G网络分离的RAN构架

5G RAN将会演进成为CU、DU以及AAU三级的结构。由前传、中传以及回组成承载网。

（2）5G核心网云化和下沉

3GPP在17年中被正式确认为5G核心网采用中国移动牵头提出的，基于服务的SBA网络架构，这在很大程度上，使5G网络真正面向云化设计，并将引入了MEC。

二、5G传送网需求分析

（1）大带宽需求

为适应5G网络的需求，对于5G传输的带宽的估算，接入层的设备客户接口带宽为10GE/25GE，其接口带宽也要大于25G。同时，其回传中的核心层，以及汇聚层的线路侧带宽范围要保持在100至600G间。

（2）低时延需求

3GPP对于5G时延的相关技术指标分为四类型：第一类是移动终端-CU（eMBB），其时延指标为 4ms，来源为3GPP TR38.913;第二类是移动终端-CU（uRLLC），其时延指标为0.5ms，来源为3GPP TR38.913;第三类是 eV2X，其时延指标为3～10ms，来源为3GPP TR38.913;第四类是前传时延（AAU-DU），其时延指标为100μs，来源为eCPRI。

（3）灵活组网需求

5G网络要求站间协同、快速切换、可多连接、引入Xn接口，流量占比增大。另外，云化部署也要负载均衡，多归属备份，流向显得更为复杂。

（4）网络切片需求

5G网络在不同场景下，对于网络的要求不一样。所以，5G网络应该要具备由网络切片的功能，对于不同的网络切片，都拥有自己独立的网络资源以及管控能力。

（5）高精度时间同步需求

5G网络的载波聚合、多点协同，以及超短帧，都要求空口之间的时间同步精度，其偏差要小于260ns。通常而言，5G网络都是采用TDD模式的，即其在使用时，要求任意的两个空口间，他们的相对精度偏差要小于1.5μs。如果应用于室内定位业务，其精准度要求还会更高，一般要求相对精度要小于10ns。

三、SPN关键技术与进展

（1）FlexE以及FlexE Tunnel技术

FlexE，即灵活以太网，作为一个接口技术，其主要时利用多个物理链路，来对扩展网络的容量进行捆绑，从而达到5G网络的大带宽需求。另外，FlexE也能够通过Shim层的时隙配置，来进行多个Client业务，达到多业务间的物理隔离的效果。

FlexE Tunnel，是重要的功能扩展，由FlexE交换、操作、管理维护以及保护倒换技术组成。FlexE交换，位于在L1层，主要是在时间片66bit数据块的交换技术，交换时不需要队列调度，也不需要查找报文的MAC和IP地址。而且，在不同的业务间，可以利用时间片来做隔离，两者不会产生干扰。使用FlexE交换技术，能够实现多个网元间建立FlexE隧道，这是“端到端”的刚性电路信道，会在隧道的中间转发点，而且不需要不进行分组，就能够达到超低时延、高度物理隔离的特性。

（2）SR-TP技术

一般来说，分段路是由SR-TP是源路由技术，在SPN中面向连接的扩展。他的原理主要是通过在源节点上，把携带路由的信息指令压栈到报文头中，然后转发点逐跳弹出相关的指令来进行报文转发工作。这个阶段，并不需要感知状态，只需要维护拓扑信息，便能达到业务实例数和网络的解耦，进一步提升网络的支持泛在连接的能力、扩展性。该技术有助于与SDN技术融合，其可以通过网络的流量，以及和拓扑资源的情况，计算出适应业务需求的最佳转发路径，而且其并不需要对转发路径上的其他节点，做控制或者信令交互，这大大地增强了网络的控制性能。

（3）SDN技术

SDN，作为一种新型的网络体系结构，其主要是将网络控制，和网络转发解耦合构建开放可编程的网络体系结构。在SPN技术中，SDN能够和SR-TP有效结合，能够有效满足5G多种业务的需求。而且，传送网业务控制器也能够在Vnet拓扑上进行编排业务，不同的业务是独立进行的，独立控制的，采用不同的控制协议的。

（4）50G PAM4调制方案

为有效提高光模块速率。一方面，可以通过通道数的增加，另一方面，可以通过提高单通道的速率来实现。目前，IEEE采用了单波长PAM-4调制方案，该信号有四个电平值，能够在相同的通道物理带宽条件下，传输NRZ信号两倍的信息量。能够使得光层，从单波10G增加到25G，而但成本无显著变化，能够实现最大化带宽和端口密度，其单位成本更低。

（5）超高精度时间同步技术

该技术由本地源技术以及异地多源比对技术组成。前者又包括单频、多频全球定位系统;后者主要指的是，通过采用异地共视差分技术，来对空间的电离层等干扰因素进行消除，从而达到同步信号能够测源到更高精度的参考源。5G承载设备的超高精度时间传递技术，涉及到设备和链路上的时间的同步技术升级，链路上的涉及到非对称性补偿技术，以及和消除非对称性的单纤双向时钟传送技术。

四、结语

5G网络，对传送网带来一定的挑战，主要体现在大带宽、低时延、高精度同步、网络切片等上。各个方面。因此，可以采用SPN技术承载方案，SPN技术是基于高效以太网的内核，提供成本较低的大带宽承载管道，同时，再通过多层网络技术进行互相的融合，从而达到实现软硬管道分片，更好地适应5G网络。

参考文献：

[1]秦飞，康绍丽.融合、演进与创新的5G技术路线[J].电信网技术，2013（9）：11-15.

[2]王晓周，杨小乐.5G网络新技术及核心网架构探讨[J].现代电信科技，2014（12）：27-31.