低时延高可靠性的5G承载网络挑战分析

刘振宇

摘  要：随着信息技术的持续发展和进步，5G通信技术作为一种新型的信息技术越来越得到了人们的重视。通过深入分析5G通信技术，我们可以更好地使用它，使其满足时代的发展需求。5G网络架构中的各个环节都需要与未来的发展趋势紧密相连。基础网络是5G通信技术实现的基础和保障，终端设备接口、数据处理等性能也在其中发挥着显著的作用。该文主要就5G通信技术的基础网络进行分析，说明5G承载网络在低时延、高可靠性方面面临的挑战及其解决方案。

关键词：5G承载网;低时延;FlexE

中图分类号：TN929.5              文献标志码：A

0 引言

5G主要需求场景包括eMBB（增强移动宽带）、mMTC（海量机器类通信）、URLLC（高可靠低延时通信）[1]，其中5G承载网络低时延和可靠性设计存在较多挑战。这就需要在5G网络规划和建设中，充分考虑各个环节的掣肘点和关节点，发挥基础网络优势，以承载网络为基础，通过对当前各种挑战的掌握，进行精细化管理，使5G承载网络技术变得更加完善，以达到URLLC场景的需求。

1 5G承载网需求

1.1 大众需求

持续创新是互联网行业的主要发展原则。可触碰互联网、虚拟&增强现实/UHD/全息视频、智能穿戴、自动驾驶等新型应用需求正在不断增长。普通用户在广域覆盖、大容量、低功耗方面有更加敏感和直观的需求。5G融合云计算、大数据、人工智能等技术，不断创新，加快移动视频监控、传感器网络、本地及区域广播、自然灾害、公共安全等技术的成熟，推动5G与实体经济的深入融合，大力推动公共领域的繁荣发展。

1.2 性能需求

为了保证网络正常运行，需要网络本身拥有很高的综合性能。通过持续改善运行网络架构、健全设置方案等措施，可以有效增强网络技术的综合性能。5G承载网不仅需要比较稳定，而且需要比较可靠，5G承载网需要具备良好的冗余和容错能力，在故障出现时，可以实现自我修复，保持一个良好的运行状态。

1.3 智能化需求

智能化不仅可以保障业务的有效性和稳定性，并且能够向用户提供更加直观、灵活、完善的服务。考虑到未来5G业务的大容量、高速率特点，要求5G承载网具有在大容量环境中保持良好传输效率的能力。与之相呼应的网络智能化、自动化、虚拟化就变得尤为重要。网络智能化在实现网络互联互通的同时，还可以根据用户的不同需求，对网络进行精细化管理。网络智能化是未来技术和应用的趋势。

2 低延时高可靠性5G承载网络存在的挑战

在大宽带传输时期，使用大宽带传输技术可以有效降低设备的时延，这个时期能够做到带宽400G的高速传输。随着时间的推移，光承载网在大数据传输中显示出明显的不足：光通路中的数据单元属于标准容量，所承载的业务需要参考数据单元的实际容量来完成封装，而传统的光承载网不具备灵活带宽调度的能力，并且整体的承载效率较低。所以，5G高速传输系统应具有合理调度网络带宽的能力，具备承载高效性、承载安全性、业务侧速率适配性等特点。

5G使用场景包括大颗粒业务，但并不意味着要舍弃小颗粒业务。通信运营商在5G时代，仍会长时间存在GSM基站的2M接入需求，大颗粒业务与小颗粒业务同网传输，就需要借助新型的5G承载网来实现。

新型的5G低时延宽带传输系统借助低时延研发技术，降低设备的处理时延，使用OTN技术实现全光层交叉调度，以此来实现大宽带低时延等特征。因此在5G承载网络技术方案方面，需要重视OTN设备与组网方案的联系，正确使用PTN网络。

5G在管控、分片、时延、带宽、同步等方面提出了新的要求，此时，就需要一种新的传输网络技术，引入新的承载网络。SPN应运而生，与原有4G网络不同的是，SPN在传统分组网络上引入SR、FlexE、DWDM及SDN、动态L3等技术[2]。

3 5G承载网建设原则及策略

5G通信属于新一代的移动通信技术，其对于承载网络有着较高的要求，需要承载网同时具备灵活、高效、智能化和低成本等特点。科学制定5G承载网建设原则，可以为工程的开展提供可靠的保障，为工程的持续进行提供参考。

承载网建设应兼顾投资效益和长远发展，遵照“目标统一、效益优先、有序推进、简洁高效、注重协同”的建设策略，紧跟5G整体建设节奏，满足5G业务需求增长，以目标架构为基础，分阶段、分场景逐步开展网络建设，确保5G网络能夠显示出高品质、高质量和智能化的特点。

3.1 目标统一

根据5G建设进程，以承载网能力适度超前于5G业务增长为总体目标，规划面向5G的承载网发展路径，按需确定承载网建设方案，满足5G规模商用覆盖区域内的业务需求。

3.2 效益优先

加强5G业务流量增长预测的准确性和及时性，分场景选用差异化的建设方案，保证承载网整体利用率保持在合理水平，确保承载网投资效益。

3.3 有序推进

以目标网为基础，适度超前、有步骤、有重点地推进网络建设，快速完成连续覆盖区域SPN网络建设，充分利用PTN现网能力、严格管控PTN建设。

3.4 简洁高效

遵循组网架构简单、层次分明、设备适度、配置简化的原则，通过加载自动化软件功能，减少日常人工操作，整体降低5G承载网的建维成本。

3.5 注重协同

做好承载网与无线网、核心网、业务间的协同，强化新建网络与已有网络间、存量业务与新业务间、网元管理与控制间的协同。

4 5G承载网建设方案

切片分组网络（SPN）承载方案。根据国家政策及当前的5G市场情况，运营商往往需要考虑2个厂家甚至多个厂家的组网方式。2个厂家组网时，需要各自独立建网（包括落地设备和核心调度设备），建议以城郊为界，A厂家覆盖城区，B厂家覆盖郊县。

接入层以满足业务需求为主，遵循按需原则建设。接入层SPN网络，采用50GE/10GE端口环形组网（以50G端口速率组网为主，部分业务预测流量较低区域的D-RAN站点可暂时采用10GE端口速率组网），同时应具备按需升级为100GE/50GE系统的能力，其中采用50GE及以上速率组建系统时，应采用MTN/FlexE板卡。接入层部署方式包括C-RAN组网、D-RAN组网、C-RAN与D-RAN混合組网。受光缆、机房覆盖的限制，D-RAN和C-RAN混合组网更利于集中化改造。机房及光缆具备连片覆盖场景，可一步到位C-RAN独立成环。单个接入环（含链及环带环）的SPN接入设备端数原则上不应超过10个。单个接入环上的基站数量原则上不应超过40个。C-RAN节点的集中度以5个～10个为宜，最大不应超过15个。

普通汇聚采用200GE环形组网，重要汇聚采用200GE口字型组网，随着业务量的增加，可调整网络结构或扩容为Nx100GE系统。组建200GE系统时，需要关注传输距离，物理路由过长（>80 km）的场景以及光模块不支持长距离传输（<40 km）的场景，需要采用100GE端口环形组网，通过OTN系统承载。重要汇聚节点用于多个汇聚区域内的业务收敛及处理，汇聚环上节点数宜控制在4个～6个，如果业务量较大，也可选择口字型连接。一般单个汇聚环下挂接入环不超过8个。

核心层采用200GE口字型组网，组建系统采用MTN/FlexE板卡。与汇聚层一样，在组建200GE系统时，5G信令面暂时利用原有PTN省干通道上行至5G核心网。后续下沉至地市核心，利用IP专网承载。2个厂家之间需在核心调度层进行对接，满足5G网络的互通要求。2个厂家的核心调度设备还需要与现有4G网络的L3 PTN对接，保证4G/5G业务互通，可与各自的5G信令面共用一个100GE口字型组网。

对于大型城域网或灵活性要求较高的城域网，可在落地设备与组网设备间增加调度层，主要用于收敛所有重要的汇聚设备。核心-重要汇聚采用口字型结构。此外，大型地市还可考虑设置多对落地设备，用于规避核心网UPF与SPN的异局址连接，并使核心层网络具备冗余逃生能力。

5 实现低时延高可靠性5G承载网络的其他措施

基础光纤网的精细化管理。光纤属于5G通信传输建设的重要部分，5G承载网建设中，需要加强光纤建设以及光缆传输的控制。5G通信基站建设密度大，覆盖范围广，在具体实施中，基站建设地点落实往往较难。在这种情况下，5G通信体系建设时，需要完善的光纤网络进行辅助。而在4G等网络建设中，光缆资源稀缺、光缆资源布局不合理、光缆质量不高等问题已经凸显，5G承载网建设时，应考虑最大限度地利用原有的基站接入资源，加大原有光缆资源的利用率，对所辖区域进行网格划分，促进综合业务区的建设，保证传输资源质量。对传输资源盲区，进行基础光缆建设。

在基础光纤网建设工程规划的过程中，需要把精细化管理作为基础，科学制定光纤网建设流程及方法，落实各项管理工作，为5G通信网络建设的顺利进行提供保障。

6 结语

总的来说，在低时延高可靠性5G承载网络建设时期，为了保证5G网络的建设质量，需要解决存在的各种挑战，选择合理地应对措施，确保切实可行的方案规划、合理有效的管理方法可以稳步推进并实施。通过分析可以看出，现阶段低时延高可靠性的5G承载网络挑战包括设备技术的演进，以及组网架构挑战等部分，针对5G承载网络低时延高可靠性的要求，需要增强对于灵活接口技术的扩展以及精细化管理的重视程度，确保可以更好地满足5G建设的需要。

参考文献

[1]冒星星，丁宁.5G承载需求分析及承载网建设方案探讨[J].中国新通信，2019，21（18）：88.

[2]吴钦雄.基于C-RAN组网方式的5G传输承载方案研究和实践[J].电信工程技术与标准化，2019，32（9）：7-11.