5G移动通信的承载网技术和组网优化分析

陈丽锶

（中通服中睿科技有限公司，广东 广州 510630）

0 引 言

随着现代互联网技术的飞速发展，移动网络技术得到了改进和更新，干线管道容量不断增加，移动网络规模不断扩大，对技术指标的要求也更加专业化。5G是主网，在后面的工作中发挥着重要作用。与传统的在线内容不同，5G网络的安全能力有限。网络上的病毒很多，因此有必要专注于移动通信承载网技术分析、网络优化以及基本5G功能改进。

1 5G网络的特点

1.1 大带宽

5G承载网技术应用的第一个特征就是大带宽。相关科学研究表明，5G网络在应用过程中的吞吐量可达20 Gb/s，而基站峰值很难在实际应用过程中达到峰值。此外，基于对成本方面的考虑，基站5G的类型多样化，基站带宽为1～20 Gb/s不等。在应用过程中，5G基站可分为高频基站和低频基站，其中低频基站比高频基站的覆盖范围大。在使用初期，通常使用低频基站和4G基站共同部署的方式处理。随着技术越加成熟，5G基站的应用更加广泛，由于使用初期其本身规模相对比较小，因此在应用过程中需要采用25GE接口接入[1]。

1.2 低延时

对于不同的业务，在5G应用过程中企业之间的差异延时也会变得非常大。TR38.913合作方案对eMBB场景下的10 ms延时进行了定义。uRLLC的空口时延为0.5 ms，而对于不同的uRLLC业务，3GPP TS 22.261 V16.0.0往往会给出不同的时延定义。

1.3 流量Mesh化

将eMBB、uRLLC以及mMTC3分别引入使用的过程中，核心网络正在逐渐从集中式部署转向分布式部署。CU与主网络之间存在许多关系，主网络之间有流量交互。可以看出，5G移动通信的承载网技术迈向Mesh业务流量的趋势更加明显。

1.4 网络切片

下一代移动网络（Next Generation Mobile Networks，NGMN）、IMT2020和第三代合作伙伴（3rd Generation Partnership Project，3GPP）提出了基于软件定义网络（Software-Defined Networking，SDN）/网络功能虚拟化（Network Functions Virtualization，NFV） 的 5G网络架构，这可能是未来网络创新、业务快速发展的基础部署条件。同时，网络切片服务可以提供特定的服务，如管理隔离、资源隔离、计算隔离、转发隔离以及控制隔离等。灵活配置资源隔离，适应业务安全性、可靠性、关键绩效指标（Key Performance Indicator，KPI）等不同类型差异，确保业务安全性和服务质量。因此可以看出网络切片是今后5G移动通信的承载网技术的主要特征之一[2]。

2 5G承载网基础性要求

2.1 5G承载网基础性要求大宽带

5G承载网需满足大宽带的需求，对应承载设备必须与5G基站能力相匹配。基站提供10GE/25GE接入需求，5G承载网的链式组网以10GE的接口支持，分布无线接入网以25GE/50GE的接口支持。对于5G承载网扁平化3层结构而言，需要在区县集中的机房位置多设一组汇聚设备，建设扁平化组网。汇聚层以100GE上行链路支持，满足网络流量需求。城市区域以双层汇聚组网支持，上行链路以100GE组网支持，5G成熟期核心汇聚不以N×100 GE/200 GE/400 GE链路支持。5G设计模型如图1所示，大容量设备组网可以使5G稳定运行，芯片的处理能力可靠、功耗低，320G、640G芯片可以满足人们的通信需求[3]。

图1 5G承载网网络规划

2.2 5G承载网基础性要求强路由

在5G移动网络通信中，由于共享传输信息量比较大，需要逐步替换之前的路由，实现强路由的合理应用。在进行3G基站管理时，采用两个IP管理方式，单个4G基站应用中所采用的是一个IP地址。5G涉及的方面多，除了正常的通信，还涉及无线组播，也需要引入两个IP地址，才能正确配置路由器承载网地址。通过应用强路由，在提升带宽的同时引入切片技术，更好地发挥出5G强路由通信技术的重要作用[4]。

2.3 5G承载网基础性要求提高可靠性

4G网络开始应用过程中需要的专线传输一般都通过移动承载网来完成，并且采取这样的方式才能够更好地发挥出其本身应当具有的优势。随着科技水平的不断提高，基于同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）多业务传送平台（Multi-Service Transport Platform，MSTP）的退网，现阶段大量的业务都需要进行一定的迁移，只有这样才能够更好地让其应用到承载网。如果在应用过程中出现故障，那么承载网会自动收敛，以确保移动业务能够正常可靠的运行[5]。

2.4 5G承载网基础性要求全L3组网

由于5G RAN CU/DU彼此分离，针对当前核心网云化，基站之间低时延的需求，L3到边缘5G承载网有以下几个关键。第一，5G网络CU/DU分离。引入移动边缘计算，CU云部署，DU及CU业务L3转发，具有灵活多变特征。第二，5G C-RAN组网成为普遍需求。载波聚合及多点传输等部署明显，与X2流量联系起来，按“就近转发”原则，满足时延需要。若绕行汇聚有转发跳数，则时延变大，无法实现协同增益。接入层以L3层技术支持，基站与基站就近1跳转发协同类业务部署要求。第三，5G基站的东西流量大，则绕行会消耗大量汇聚层网络带宽。第四，NSA组网。5G基站以4G基站为支持，4G基站及5G基站有流量需求，流量以就近转发为原则，尽可能减少回绕。

2.5 5G承载网基础性要求低成本光模块

5G网络通过10GE、25GE接口连接到用户网络（User Network Interface，UNI）一侧的基站，在网络的一侧引入了25GE、50GE以及100GE网络互联技术[6]。未来，城市可能会演变为200GE和400GE通信线路。5G载波网络需要一个光模块，具有集成、小型、高速、远距离、低成本和低功耗的特点。

3 5G承载网关键技术

3.1 FlexE

扩大网络容量使用多个物理信道解决不平衡问题，满足5G高带宽需求，同时可以解决传统组播网络通信中散列等问题导致的不平衡问题。在这种情况下，可以通过ChenShim配置支持多个客户业务，实现多个客户业务之间的物理隔离功能。但是，这只是一种前端技术，可以满足虚拟分片和低延迟网络传输等链接需求[7]。但如果想发挥更大的作用，则需要相关工作人员在进行研究的过程中加大研究力度，才能更好地应用5G网络，同时也能让5G网络更加普及，应用范围更广。

3.2 分段路由

SDN控制器发展起来后，不再依赖域间的路由消息，而是根据从控制器接收到的聚合信息计算E2E路由，可以解决传统路由操作的其他问题。SR技术具有灵活性的标签分发协议（Lable Distribution Protocol，LDP），同时解决了保留协议的范围和复杂性的问题[8]。在可靠性方面，SR避免了原有IGP算法的限制。实际计算过程中，承载网络通过一个环形网络作为主要接入形式，形成了一个P点和信道的保护。

3.3 MPLS EVPN

传统多协议标签交换（Multi-Propocol Label Switching，MPLS）二层虚拟专用网分为虚拟标签专线服务（Virtual Private Wire Service，VPWS）和虚拟专用局域网业务（Virtual Private Lan Service，VPLS）类型业务。VPWS引入目标LDP会话，除了部署目标LDP外，还需要学习本地用户MAC和远端PE发过来的用户的MAC地址，设备上如果没有学习到目的MAC地址，则需要广播处理，这样存在广播环路风险，对网络规划要求较高。另外，L2VPN在解决跨域互通场景方面比较复杂，通常OptionA/OptionB多链路对接组网，跨域保护不好解决，需要借助于Option C才能实现简化跨域组网。MPLS3层虚拟专用网采用路由转发方式，路由通过边界网关协议（Border Gateway Protocol，BGP）在不同PE之间进行路由传播。传统MPLSVPN部署方式下，网络中部署多种协议[9]。以太网虚拟专用网络（Ethernet Virtual Private Network，EVPN）通过BGP扩展避免了目标LDP建立，减少了控制面协议部署。在MAC学习方面，除了本地MAC学习以外，远端的地址不需要依赖业务流进行学习，而是通过BGP学习远端的地址，像学习VPN路由转发表一样学习远端PE上的用户地址，降低了转发面的要求。同时，对于没有学习到的目的地址流，支持地址解析协议（Address Resolution Protocol，ARP）代理功能，可以禁止流量广播，避免网络环路风险。由于借助了BGP方式，跨域组网可借助BGP互通，组网更加灵活，同时可增强L2VPN组网能力。L2VPN和L3VPN通过一套BGP协议实现协议的统一，简化了控制面和转发面。

3.4 高精度时钟

5G阶段，C-RAN成为主流，随着市区微站和室分站的部署，基站全部通过全球定位系统（Global Positioning System，GPS）同步，投资大、施工困难。C-RAN组网下CoMP/CA等基站协同组网，5G阶段可能大规模引入。4G与5G时代对于时钟同步要求不同，在5G时代，时钟同步存在差异化的需求，高频站通过传统方式基本可以满足同步精度，但是需要减少转发跳数，基站协同需要在站点进行时间的统一分发，以便能够实现超高时间同步[10]。在4G时代，时间源同步精度在150 ns左右，单节点同步精度在30跳1 200 ns，每跳同步精度在40 ns左右，基站同步精度要求为150 ns。5G时代，时间源同步精度需要进一步提升到30 ns，单跳时延要满足10 ns，基站精度需要提升到20 ns。对于基站协同类，时间源的同步精度为10 ns，前传网同步精度在100 ns，承载的时延要求控制在5 ns以下，时延源需要下沉在C-RAN中的站点设备上或小汇聚设备上，以减少承载跳数，提升同步精度。

3.5 IPv6

在3G/4G阶段，无线通常采用IPv4私网地址，承载网内部也是使用IPv4私有地址作为控制面互联地址。访问Internet时，需要进行网络地址转换（Network Address Translation，NAT）。5G阶段RAN和核心网会向IPv4/IPv6双栈演进，IPv6已经成为国家战略。5G承载网引入IPv6可以是逐步演进的方式，网络地址可以继续采用V4，以6VPE方式承接业务，未来可以在网络内部引入V6地址。

4 结 论

随着互联网技术的不断发展，我国的移动通信也在不断完善和普及，移动通信网规模不断扩大，因此许多相关技术指标也在不断提高。随着网络5G移动通信的不断发展，现有的移动通信技术逐渐被边缘化，承载网本身需要先进的通信技术来满足5G时代用户的需求，FlexE技术是承载网关键技术的核心。应用FlexE技术可以实现网络切片的物理管理，提高管理控制水平，突破原本的网络带宽。此外，结合其他相关技术的应用，可以逐步提高组网安全性，实现整体运行成本的合理控制，提高整体管理水平。