基于5G网络技术背景的网络承载方案

耿志刚

（吉林吉大通信设计院股份有限公司，吉林 长春 130012）

0 引 言

随着互联网技术的飞速发展，5G网络应运而生。5G网络在很大程度上改进了4G网络在使用过程中出现的问题，如消耗过多的光纤资源等，而且具有上网速度快和时延短等优点，能够更好地满足人们对快速便捷网络的需求[1]。但在实际工作中发现，5G需要解决的除人与人的连接问题外，更有人与物和物与物的复杂连接问题，因此对5G时延和带宽要求更高，也表明其承载网络需要有更高的性能。

1 5G通信网络传输承载方案制定背景

全球的5G应用尚处于初期阶段。由中国信息通信研究院监测获取的数据显示，截至2019年9月30日，全球范围内135家运营商的应用试验已接近391项。在试验中，应用最多的为超高清视频传输（4K或8K）、AR/VR以及固定无线接入。在行业具体应用期间，工业互联网、物联网以及车联网引起了广泛的关注。从整体层面来看，全球5G整体应用尚在初期阶段，应用场景主要以增强型移动宽带业务为主，行业融合应用目前也尚在示范和验证中[2]。

2 5G通信网络传输对承载方案的要求

2.1 高可靠性、低时延方面的要求

以面向工业控制和车联网等方面为主，对可靠性和低时延有较为苛刻的要求，需实现99.999 9%可靠性和毫米级别的传输。承载网可以提供极低的端到端的时延外，还具有毫秒级别的传输能力，从而为可靠性提供保障。

2.2 智能化方面的需求

对5G网络而言，以软件定义网络为基础技术，转发和控制面呈分离状态，整个网络具有开放、高效以及智能的特征。5G承载网在构建时，需要具有SDN功能，进而设置面向业务的开放接口，支持网络分片和多域协同，还需满足差异化需求，提升业务部署效率。

3 5G通信网络传输承载方案构建技术要求

3.1 科技创新方面的要求

5G有许多关键性科技创新，如网络密集式和集中式。5G网络是一种利用宏站与低功率小型化基站进行覆盖的融WiFi、4G、LTE以及UMTS等多种无线接入技术混合的异构网络。Picocell、Femtocell以及Relay是低效率基站，需要将Macro作为网络的基石。这些低效率基站能消除只有Macrocell覆盖的盲区，在用网络的高峰期时，基站的压力会变小，用户会有更好的体验，这时的网络是低时延且高可靠的。需要注意的是，以往在用网高峰期，用网速率会降低，而且频谱效率也非常低，现在使用超密集异构网络虽然可以解决这些缺点，但也会引入一些其他的问题[3]。

3.2 频谱效率控制要求

传输性能对于一个网络来说是非常重要的。其中，频谱效率的优化和管理需要借助MIMO大规模阵列天线技术，从而保证相同时段的资源合理分配。采用多天线技术有许多优点。一般波束范围不太好控制，但使用多天线技术可将波束于控制在较小范围，防范干扰效应诱导的发射功率偏低等情况。目前，整体的空间自控能力有所提高，管理水平也在不断增加，还增加了控制管理的准确度，使得整个空间变大，占用变少，处理效果也有所提高[4]。

4 5G通信网络传输承载方案技术要领

4.1 扁平化IP网络技术

用户使用5G后，比以前上网更加方便快捷，可以随时随地在网络覆盖区域接入网络并一直在线。但EPC网络目前还有许多的缺点，如无法灵活拓展和无法与未来流量的超速增长适应等，这是因为EPC网络选取了固定的网元P-GW导致的。为解决这一问题，在5G网络中引入扁平化IP是必然趋势。扁平化IP架构需要依托网络功能达到虚拟化的目标，还需具有移动核心信息传递、分布式软件架构以及逻辑GW等系列功能，而且在架构上由垂直向水平演进。此外，扁平化IP架构有自己的特殊改造，通过运用名称来识别终端，并依据M-ICT的业务特性来实现运行[5，6]。

4.2 NGFI技术背景下C-RAN系统框架

在NGFI技术背景下，C-RAN系统架构较为重要。此架构利用远端射频单元和集中式基地传递信号，以集中式基带池为操作中心，远端射频单元为分局点，完成网络输送工作。集中式基地以副射形式，依托中途骨干网，将信号传递到周围远端射单元。应用此种操作，可防范传统形式网络在特定区域建立基站的情况，明显提升功效的同时，还使运营成本显著下降。在开设远端射频单元时，仅需展开调研工作，在设立完成后，将远端射频单元和集中式基站间的骨干做好连接网即可。NGFI是远端射频单元和集中式基地间的功能接口，负责承载四周和中心的网络接口平台，有着较为重要的作用。其有较为强大的功能，除可依据实际情况调节载荷量外，还可依据实际情况做出无误计算，符合绿色智能通信网络接口的要求[7,8]

4.3 电路传输时延最小化

优化电路发挥承载作用的光缆路径，提升光缆资源完善度。同一方向，有多条可选择的路由，不同城市间，光缆路由至少有2条以上。原光缆在敷设时，通常沿二级线路进行，而新建光缆在敷设时沿高速公路进行，在兼顾最短路径的同时，可发挥保护作用[9]。对于开放系统互连领域的7层网络层级而言，层级越低时，与物理传输层越靠近，处理的复杂程度越低，时延也越小。光传送网以波分复用技术为基础构建光网络传输技术，对信息处理的网络层级分布在L0和L1层。由于所具有的时延与物理极限接近，且不存在统计复用、时延抖动以及报文拥塞，因此时延最低。

4.4 网络服务质量方面的优化

4.4.1 服务质量技术水平

就网络业务而言，服务质量含数据的丢包、传送的时延以及传输的带度等。在网络传输中，可经过保证传输带宽，降低传送的时延和数据的丢包率，来提高服务质量。但网络资源相对有限，存在网络资源抢夺的情况。就网络业务来讲，在保证某类业务所具有的服务质量时，可能会损害其他业务所呈现出的服务质量。例如，由于网络总带宽固定，因此当某类业务对带宽的占据较多时，其他业务则较少，从而会影响网络使用。网络管理需依据业务特点来合理分配网络资源，促使高效利用。网络业务服务技术包括流量整形、流分类以及拥塞管理等[10]。

4.4.2 端到端质量保障

为满足承载网络在低时延方面的要求，使网络运行更加稳定，在构建体系时需要在业务接入控制和容量规划等方面，保证服务质量。在容量规划方面，承载网络通常依托轻负载来保障网络质量，故需做好全网流量规划和网络拓扑。通常情况下，单边链路利用率应在50%以下，单个节点或单链路出现故障时，单边链路利用率需在70%以下。通过限制业务接入点的流量，避免出现网络资源被过度占用的情况。不同的IP地址和逻辑端口需对QoS标记设置。此外，网络端到端的设备控制，应用Diffserv/E-LSP模式，重视队列控制和优先级管理[11]。

5 结 论

5G时代是人工智能和物联网发展的必然趋势，让物与物和人与人之间的信息链接变成真正的零延迟。对于数据量大的物流和零售等行业而言，5G高速通道同时处理更高量级的数据，极大地提升了工作效率。研究表明，5G网络可以有效解决许多问题，如频谱管理和频率许可等，但这些需要依据5G网络融合不同无线通信技术。在未来的发展中，5G网络将从细微层面，不断改善公众的工作模式和社会生活，进而引领经济发展至新阶段。