5G承载架构及产业进展分析

2019年06月14日

与4G网络相比,5G在新业务特性、接入网和核心网架构等多方面发生显著变化,对承载网络的新型需求体现在 “更大带宽、超低时延和高精度同步” 三大性能要求,以及 “多层级承载网络、灵活化连接调度、层次化网络切片、智能化协同管控、4G/5G混合承载以及低成本高速组网”六大组网功能要求等方面,驱动着我国运营商积极开展5G承载网络架构优化设计,并推动转发面、管控系统和同步支撑网的技术方案研究和测试验证。本文在此基础上分析总结了我国5G承载网络架构和技术融合发展趋势,提出了产业化的发展建议,希望业界协同推动产业化和标准化进程,全力支撑和迎接5G的到来。

 

一、5G承载网络架构需满足灵活连接、分层组网和协同管控需求


5G承载网络是为5G无线接入网和核心网提供网络连接的基础网络,不仅为这些网络连接提供灵活调度、组网保护和管理控制等功能,还要提供带宽、时延、同步和可靠性等方面的性能保障。5G承载网络分为省干和城域两大部分,城域接入层主要为前传(AAU-DU)Fx接口的CPRI/eCPRI信号、中传(DU-CU)F1接口以及回传的N2(CU-SMF的信令)和N3(CU-UPF的数据)接口提供网络连接;城域的汇聚核心层和省干层面不仅要为回传提供网络连接,还需要为部分核心网元之间的N4、N6以及N9接口提供网络连接。

 

适应5G业务和管控发展的承载网络总体架构将具备差异化的网络切片服务能力。满足5G承载需求的5G承载网络总体架构见图2,包括转发面组网架构、协同管控架构、高精度同步支撑网三部分,通过转发平面的资源切片和管理控制平面的切片管控能力,可为5G三大类业务应用、移动CDN网络互联、集团客户专线、租户专网以及家庭宽带等业务提供所需SLA保障的差异化网络切片服务能力。

 

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图1、5G承载网络总体架构

 

(一) 数据转发平面具备分层组网架构和多业务统一承载能力

 

端到端分层组网架构:5G承载组网架构包括城域与干线两个层面,其中城域内组网包括接入、汇聚和核心三层架构。接入层通常为环形组网,汇聚和核心层根据光纤资源情况,可分为环网与双上联组网两种类型。

 

差异化网络切片能力:在一张承载网络中通过网络资源的软、硬管道隔离技术,为不同服务质量需求的客户业务提供所需网络连接服务和性能保障,为5G三大类业务应用、集客专线等业务提供差异化的网络切片服务能力。

 

多业务统一承载能力:5G承载可基于新技术方案进行建设,也可以基于4G承载网进行升级演进。除了承载4G/5G无线业务之外,也可统一承载集客专线业务、家庭宽带的OLT回传、移动CDN以及边缘数据中心之间互联业务等,充分发挥承载网络价值。

 

(二) 管理控制平面支持统一管理、协同控制和智能运维能力

 

5G承载的管理控制平面应支持SDN架构,提供业务和网络资源的灵活管理和控制能力,并具备自动化和智能化的网络运维能力,具体功能特性包括:

 

统一管理能力:采用统一的多层多域管理信息模型,实现不同子网的多层网络技术的统一管理。

 

协同控制能力:基于Restful的统一北向接口实现多层多域的协同控制;通过APP实现业务自动化和切片管控的协同服务能力。

 

智能运维能力:提供业务和网络的监测分析能力,包括流量测量、时延测量、告警分析等,是网络智能化运维的基础。

 

(三)5G同步支撑网为基本业务和协同业务提供所需同步性能

 

支撑基本业务同步需求:在城域核心节点(优选与省内骨干交汇节点)部署高精度时钟源(PRTC/ePRTC),承载网络具备基于IEEE 1588v2的高精度时间同步传送能力,实现端到端±1.5us时间同步,满足5G基本业务同步需求;

 

满足协同业务高精度同步需求:在5G协同业务需要百ns量级高精度时间同步指标情况下,可在局部区域(如CU所在汇聚机房)部署小型化增强型BITS设备,对地面链路同步信号进行误差补偿,从而提升网络定时服务质量和安全可靠性;另外,还可以提升时间源头设备精度和承载设备同步传送能力,采用高精度PTP以太网技术进行同步信号的局间和局内互联等。

 

二、5G前传有多种可选技术方案,综合成本是选择关键


5G无线接入网的部署模式有DRAN和CRAN两种场景,其中CRAN部署又可分为小集中和大集中等场景。DRAN 场景相对简单,AAU和DU一般分别部署在塔上和塔下;CRAN 场景的AAU拉远距离通常在10 km 以内。5G前传的可选技术方案包括光纤直连、无源WDM、有源WDM/OTN、切片分组网络(SPN)等。考虑到综合成本和维护便利性等因素,5G前传将以光纤直连为主,局部光纤资源不足的地区,可通过网络设备承载方案作为补充。5G前传的网络设备方案选择需根据运营商网络需求和未来规划等选择合适的承载方案。

 

三、5G中回传技术方案呈现融合发展趋势,产业化和标准化是关键


5G中回传需要承载网络具备L0~L3的综合传送能力,包括以下功能层面:

 

1) 业务适配层:实现多种业务到转发面通道或隧道的映射和适配功能。

 

2) L2/L3分组隧道层:为5G业务提供灵活连接调度、OAM、保护、统计复用和QoS保障功能,主要通过L2和L3的分组转发技术来实现,包括以太网、面向传送的多协议标签交换(MPLS-TP)和新兴的段路由(SR)等;

 

3) L1的TDM通道层:TDM通道技术不仅可为5G三大类业务应用(eMBB、uRLLC和mMTC)提供支持TDM通道硬隔离、复用调度、OAM、保护和低时延的网络切片,并且可为高品质政企和金融专线提供高安全和低时延服务能力;

 

4) L0的光波长传送层:5G和专线等大带宽业务需要5G承载网络具备L0的单通路高速光接口和多波长光层传输、调度和组网能力。

 

为更好适应5G和专线业务综合承载需求,我国运营商提出了多种网络技术方案,包括切片分组网络(SPN)、面向移动承载优化的OTN(M-OTN)、IP RAN功能增强+光层三种技术方案,其技术融合发展趋势和共性技术占比越来越高,在L2和L3层均需支持以太网、MPLS(-TP)等技术,在L0层均需要低成本高速灰光接口、DWDM彩光接口和光波长组网调度等能力,差异主要体现在L1是基于OIF的灵活以太网(FlexE)技术、IEEE802.3的以太网物理层还是ITU-T G.709规范的OTN技术,L1的TDM通道是基于切片以太网还是基于OTN的ODUflex。

 

四、5G承载网络技术方案的产业发展建议


5G中回传的承载技术方案在L1层的差异分别代表了不同传送网络背景的运营商演进思路,基于SPN和IP RAN增强功能方案的分组化承载技术是基于IP/MPLS和电信级以太网来增强轻量级TDM技术的演进思路,M-OTN方案是基于传统OTN增强分组技术并简化和优化OTN的演进思路,都具有典型的多技术融合发展趋势,最终能否规模化应用主要依赖于市场需求、产业链的健壮性和网络综合成本。业界需加强合作,聚焦共识,协同推动5G承载网络架构、共性支撑技术和组网应用方案研究,共同促进产业有序发展,为后续5G规模化部署提供有力支撑。

来源:深圳市首质诚科技有限公司

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