面向5G承载网技术及组网应用研究

朱 健，郭天科，吴建东

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

0 引 言

5G承载网的构建需要满足以下3点要求。一是大宽带，其是最为基本的承载要求，移动互联网的快速发展使人们逐渐提高了对带宽的要求，100G带宽已经实现，并向着超100G方向发展。二是低延时，其也是5G承载网的巨大优势，普通低延时通信已经达到了4 ms，如果是性能更加优异的低延时通信则可控制在0.5 ms以下，甚至是20 μs。三是网络切片，使用网络切片技术划分5G承载网中的各项资源，并进行资源之间的隔离，以满足众多用户不同的业务服务需求，提高5G承载网资源的利用率[1-4]。

1 5G承载网构建的标准与要求

1.1 大带宽

大带宽是5G承载网运行的最基本要求，同时也是最为重要的技术。大带宽可以完全展示出5G承载网的优势，以用户体验为原则，实现大量数据信息毫秒级的传递。目前5G运营商可为用户提供1 Gbps的用户体验速率，4G时代为百兆带宽，而5G时代则以2.1 Gbps大带宽为标准，因此，在进行5G承载网配置参数设计中，需要针对带宽进行着重设计，以满足5G时代人们对上网速率的要求。

1.2 低时延

5G端到端时延可以控制在毫秒级，最为理想的时延为1 ms，常用的时延为5 ms～10 ms，3G时代为几百毫秒级，4G时代理想时延为10 ms，5G时代则只有4G时代的十分之一，以此来确保5G业务接近100%的可靠性，所以通信行业对5G时延进一步发展设定了标准。第一，为了提高移动带宽，要将端到端时延降至4 ms以下；第二，人体感觉器官的反应时间大约为20 ms，需要5G承载网将通信业务响应速度控制在20 ms左右，并且每秒处理的数据量要达到5.2 Gbit。由此对5G承载网建设提出了更高的要求，需要在建设中注重低时延技术的充分运用。

1.3 网络切片

为了保证5G承载网可以满足不同的业务要求，需运用网络切片技术，打造一个整合多种业务功能的虚拟运维网络，以实现各个业务的独立运行，并可保持运维网络的整体性。在5G运维网络构建中，可运用SDN/NFV技术，对网络资源与设备资源进行集约化管理，实现虚拟运维网络的按需分配，以为用户提供及时、准确的业务服务。

2 面向5G承载网技术分析

2.1 OTN技术

2.1.1 超100G OTN技术

该项技术适用于城域网，结合DC互联未来超大带宽发展的方向，可将超100G OTN技术用于5G核心层的设置。目前，网络向着全面IP化方向发展，业务流量增速过快，使得原有的承载网络面临着过大的业务流量压力，促使OTN技术进一步的发展由之前的10 Gb/s增长至当前的100 Gb/s，并且该系统速率已经在国内大面积实施。现阶段，超100G OTN技术已成为移动通信行业未来发展与研究的主要方向，它可进行带宽调整，平衡容量与距离之间的关系，完全满足全场景承载的要求。

2.1.2 SOTN技术

该项技术可满足未来移动随选网络和智能化网络发展的要求，整合原有网络中的所有设备资源，将不同厂家设备进行接口对接，打造出一个完整的OTN网络，以实现通信业务的快速开展。目前，SDN+OTN为主流技术，其对传统网络架构进行了优化，具体如图1所示。控制和转发独立运行且进行集中管控，可编程，可虚拟化，促使网络更加的开放化，将这两项技术运用在光网络中极大提高了光网络的功能性。一是智能，控制转发分离，实现了网络运营自动化发展，便捷性升级，业务部署速度加快。二是弹性，网络能编程，资源虚拟化，带宽依据用户的需求进行设置，频谱效率可定制，虚子网多租户。三是高效，集中管理和控制，全局视图，多层多域协同。四是开放，API接口开放，网络开放程度高，可促进应用的创新，有利于OSS集成。

图1 SONT网络架构图

2.2 PTN技术

PTN技术属于分组传送技术，其应用优势有以下几点。一是提高了业务调度的灵活性，降低了调度的层次，节约成本表现良好。二是可以扩容带宽，如果带宽不够，PTN技术会增加此处节点的LTE链路，进而增强路由的运行效率，以此达到提高带宽利用率的目的。该技术与传统的二层交换设备相比，在实际应用中具有较大的优势，具有主播功能，并使用的是面向连接，为弹性分配带宽提供了支撑。此外采用了端到端方式形成对业务传送、倒换的保护作用，还有网管功能，为以太网业务提供更加全面的安全防护，而且其统计复用功能在面临大量小业务时也可较好地完成传送工作[5]。

2.2.1 信道化技术

其运用了隔离技术，为5G网络差异化业务服务提供技术支持。目前，通信网络系统速率逐渐提高，进而需要业务隔离技术增加支持的力度。该项技术应用的优势对比如表1所示。

表1 信道化技术的优势对比

2.2.2 Flex-E技术

Flex-E技术是在以太网中增加了业务层，采用时分复用占用的方式为以太网增大带宽。一是将一个物理端口划分成多个子端口，并保持子端口之间的独立性，以实现多个业务的同时承载。二是将多个物理端口进行整合，构建成一个大容量端口，可面向5G承载，实现端到端的分片，极大增强了5G的承载能力。

3 PTN+OTN在5G承载网组网中的应用

PTN+OTN为5G承载网组网提供了技术支持，在运用两项技术组网中首先要确定网络架构，以为后期的演进做好铺垫。其中PTN技术在组网应用上存在一定的缺陷，尤其是大颗粒业务方面表现较差，而OTN则在这一方面具备优势，为大颗粒业务数据的传送提供支持。PTN适用于4G业务，接入采用的是环状结构，结构也可进行适当的调整，以满足用户的不同需求。在结构方面，采用了GE链路与10GE链路，两个链路都可满足组网的承载要求[6-8]。

3.1 独立组网

运用PTN技术与OTN技术分别建立自己的网络，两个网络相互独立，OTN主要负责大颗粒业务，PTN技术则是负责端到端组网。端到端组网分为3个面层，其中核心机楼为骨干层，汇聚机房为汇聚层，接入机房为接入层。SDH与PTN构建三层网络结构，主要面向的是3G与2G接入，WDM（OTN）部署在骨干汇聚层，可用于城域网IP市县业务的调度。针对PTN网络层面进行以下分析。第一，为了提高网络的安全性，采用的是双节点组网，汇聚层与接入层之间部署了保护链路，实现了常规业务在PTN组网中的汇聚与接入。第二，骨干层与核心机楼为一个层面，实现跨机楼的调度，一般使用的是网状结构，可用于数量较少的业务调度，如果组网对交叉能力要求较低时，建议使用环状结构，但是其在组网应用中对智能控制有着一定的要求，满足以上条件方可构建出较为理想的承载网。因此，以机楼为节点，当节点大于等于4时，组网建议使用网状网，以提高整个承载网的功能性，并降低组网的成本[9,10]。

3.2 叠加组网

当光纤资源有限时，建议使用叠加组网，其是将PTN与OTN进行结合，促使链路叠加，以构建出叠加网络。例如，在工期较少，OTN网络建设完成，而PTN还处于建设阶段，就可采用叠加组网，以加快组网的进度。在叠加组网中，PTN与OTN共存，并且分工合作，PTN具有保护功能，而OTN负责基层传送，不再负责网络保护，进而节省光纤资源，提高组网的效果。其应用的缺点是组网经济性较差，会使用数量众多的OUT板件[11]。

4 结 论

5G网络是目前和未来移动通信发展的方向，也是移动通信行业研发的重点。5G技术的出现极大提高了人们上网的速度，并使人们对移动通信业务服务提出了更高的要求。我国5G已经全面开始实施，应用在各种场景中初步实现了物联网，进而需要移动通信企业运用面向5G承载网技术升级网络的功能性，提高网络处理大量小颗粒与大颗粒业务的能力，强化人们的网络使用体验。