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5G承載架構及產業進展分析

文章出處:深圳市飛宇信電子有限公司網責任編輯:作者: 人氣:發表時間:2019-10-17 14:29:55
  與4G網絡相比,5G在新業務特性、接入網和核心網架構等多方面發生顯著變化,對承載網絡的新型需求體現在 “更大帶寬、超低時延和高精度同步” 三大性能要求,以及 “多層級承載網絡、靈活化連接調度、層次化網絡切片、智能化協同管控、4G/5G混合承載以及低成本高速組網”六大組網功能要求等方面,驅動著我國運營商積極開展5G承載網絡架構優化設計,并推動轉發面、管控系統和同步支撐網的技術方案研究和測試驗證。本文在此基礎上分析總結了我國5G承載網絡架構和技術融合發展趨勢,提出了產業化的發展建議,希望業界協同推動產業化和標準化進程,全力支撐和迎接5G的到來。

一、5G承載網絡架構需滿足靈活連接、分層組網和協同管控需求

  5G承載網絡是為5G無線接入網和核心網提供網絡連接的基礎網絡,不僅為這些網絡連接提供靈活調度、組網保護和管理控制等功能,還要提供帶寬、時延、同步和可靠性等方面的性能保障。5G承載網絡分為省干和城域兩大部分,城域接入層主要為前傳(AAU-DU)Fx接口的CPRI/eCPRI信號、中傳(DU-CU)F1接口以及回傳的N2(CU-SMF的信令)和N3(CU-UPF的數據)接口提供網絡連接;城域的匯聚核心層和省干層面不僅要為回傳提供網絡連接,還需要為部分核心網元之間的N4、N6以及N9接口提供網絡連接。

  適應5G業務和管控發展的承載網絡總體架構將具備差異化的網絡切片服務能力。滿足5G承載需求的5G承載網絡總體架構見圖2,包括轉發面組網架構、協同管控架構、高精度同步支撐網三部分,通過轉發平面的資源切片和管理控制平面的切片管控能力,可為5G三大類業務應用、移動CDN網絡互聯、集團客戶專線、租戶專網以及家庭寬帶等業務提供所需SLA保障的差異化網絡切片服務能力。

圖1、5G承載網絡總體架構

1、數據轉發平面具備分層組網架構和多業務統一承載能力

  端到端分層組網架構:5G承載組網架構包括城域與干線兩個層面,其中城域內組網包括接入、匯聚和核心三層架構。接入層通常為環形組網,匯聚和核心層根據光纖資源情況,可分為環網與雙上聯組網兩種類型。

  差異化網絡切片能力:在一張承載網絡中通過網絡資源的軟、硬管道隔離技術,為不同服務質量需求的客戶業務提供所需網絡連接服務和性能保障,為5G三大類業務應用、集客專線等業務提供差異化的網絡切片服務能力。

  多業務統一承載能力:5G承載可基于新技術方案進行建設,也可以基于4G承載網進行升級演進。除了承載4G/5G無線業務之外,也可統一承載集客專線業務、家庭寬帶的OLT回傳、移動CDN以及邊緣數據中心之間互聯業務等,充分發揮承載網絡價值。

2、管理控制平面支持統一管理、協同控制和智能運維能力

  5G承載的管理控制平面應支持SDN架構,提供業務和網絡資源的靈活管理和控制能力,并具備自動化和智能化的網絡運維能力,具體功能特性包括:

  統一管理能力:采用統一的多層多域管理信息模型,實現不同子網的多層網絡技術的統一管理。協同控制能力:基于Restful的統一北向接口實現多層多域的協同控制;通過APP實現業務自動化和切片管控的協同服務能力。智能運維能力:提供業務和網絡的監測分析能力,包括流量測量、時延測量、告警分析等,是網絡智能化運維的基礎。

3、5G同步支撐網為基本業務和協同業務提供所需同步性能

  支撐基本業務同步需求:在城域核心節點(優選與省內骨干交匯節點)部署高精度時鐘源(PRTC/ePRTC),承載網絡具備基于IEEE 1588v2的高精度時間同步傳送能力,實現端到端±1.5us時間同步,滿足5G基本業務同步需求;

  滿足協同業務高精度同步需求:在5G協同業務需要百ns量級高精度時間同步指標情況下,可在局部區域(如CU所在匯聚機房)部署小型化增強型BITS設備,對地面鏈路同步信號進行誤差補償,從而提升網絡定時服務質量和安全可靠性;另外,還可以提升時間源頭設備精度和承載設備同步傳送能力,采用高精度PTP以太網技術進行同步信號的局間和局內互聯等。

二、5G前傳有多種可選技術方案,綜合成本是選擇關鍵

5G無線接入網的部署模式有DRAN和CRAN兩種場景,其中CRAN部署又可分為小集中和大集中等場景。DRAN 場景相對簡單,AAU和DU一般分別部署在塔上和塔下;CRAN 場景的AAU拉遠距離通常在10 km 以內。5G前傳的可選技術方案包括光纖直連、無源WDM、有源WDM/OTN、切片分組網絡(SPN)等??紤]到綜合成本和維護便利性等因素,5G前傳將以光纖直連為主,局部光纖資源不足的地區,可通過網絡設備承載方案作為補充。5G前傳的網絡設備方案選擇需根據運營商網絡需求和未來規劃等選擇合適的承載方案。

三、5G中回傳技術方案呈現融合發展趨勢,產業化和標準化是關鍵

  5G中回傳需要承載網絡具備L0~L3的綜合傳送能力,包括以下功能層面:

1) 業務適配層:實現多種業務到轉發面通道或隧道的映射和適配功能。

2) L2/L3分組隧道層:為5G業務提供靈活連接調度、OAM、保護、統計復用和QoS保障功能,主要通過L2和L3的分組轉發技術來實現,包括以太網、面向傳送的多協議標簽交換(MPLS-TP)和新興的段路由(SR)等;

3) L1的TDM通道層:TDM通道技術不僅可為5G三大類業務應用(eMBB、uRLLC和mMTC)提供支持TDM通道硬隔離、復用調度、OAM、保護和低時延的網絡切片,并且可為高品質政企和金融專線提供高安全和低時延服務能力;

4) L0的光波長傳送層:5G和專線等大帶寬業務需要5G承載網絡具備L0的單通路高速光接口和多波長光層傳輸、調度和組網能力。

  為更好適應5G和專線業務綜合承載需求,我國運營商提出了多種網絡技術方案,包括切片分組網絡(SPN)、面向移動承載優化的OTN(M-OTN)、IP RAN功能增強+光層三種技術方案,其技術融合發展趨勢和共性技術占比越來越高,在L2和L3層均需支持以太網、MPLS(-TP)等技術,在L0層均需要低成本高速灰光接口、DWDM彩光接口和光波長組網調度等能力,差異主要體現在L1是基于OIF的靈活以太網(FlexE)技術、IEEE802.3的以太網物理層還是ITU-T G.709規范的OTN技術,L1的TDM通道是基于切片以太網還是基于OTN的ODUflex。

四、5G承載網絡技術方案的產業發展建議

  5G中回傳的承載技術方案在L1層的差異分別代表了不同傳送網絡背景的運營商演進思路,基于SPN和IP RAN增強功能方案的分組化承載技術是基于IP/MPLS和電信級以太網來增強輕量級TDM技術的演進思路,M-OTN方案是基于傳統OTN增強分組技術并簡化和優化OTN的演進思路,都具有典型的多技術融合發展趨勢,最終能否規?;瘧弥饕蕾囉谑袌鲂枨?、產業鏈的健壯性和網絡綜合成本。業界需加強合作,聚焦共識,協同推動5G承載網絡架構、共性支撐技術和組網應用方案研究,共同促進產業有序發展,為后續5G規?;渴鹛峁┯辛χ?。

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