淺析5G承載網的需求及關鍵技術

劉川

5G網絡的業務場景對承載網絡提出了新的需求，如何利用一張統一的承載網來滿足5G不同業務的承載需求是5G承載網面臨的巨大挑戰。本文在對5G三大業務場景進行介紹的基礎上，分析了5G對承載網的需求，以及5G承載網的關鍵技術。

5G;承載網;關鍵技術

5G作為新一代移動通信技術，極大提高了傳輸速率，降低了傳輸時延。其與物聯網、云計算、大數據、人工智能等技術結合，將極大促進行業應用的發展，為教育、醫療、交通、電力等各行各業賦能，實現以信息通信技術發展促進產業全面轉型升級。

1.5G的三大典型應用場景

ITU-T定義了5G的三種典型應用場景，包括：支持海量用戶連接的大規模及其通信（mMTC），具備超低時延和超高可靠性的（uRLLC），具備更低時延更高帶寬的增強移動寬帶（eMBB）。

1.1 mMTC

mMTC的特點是支持海量連接的能力。該場景每平方公里支持的連接數超過百萬，其主要應用方向是與基于傳感器的物聯網相結合，實現數據采集和遠程控制功能，可以廣泛應用與工業、農業、交通運輸、城市管理、生活服務、生態環境等各行各業，例如將將5G與智能水表結合的智能抄表業務等。

1.2 uRLLC

uRLLC的特點是具有超低的時延和超高的可靠性，這種特性是其非常適合面向自動駕駛、工業控制等應用。以自動駕駛為例，在4G網絡下的時延較高，不足以保證自動駕駛的安全性，4G網絡難以支撐自動駕駛應用。而在5G的uRLLC場景下，時延可以降低到毫秒級，使得自動駕駛的安全性大大提高，提高了可應用性。

1.3 eMBB

eMBB的特點是兼具有超高的帶寬和較低的時延，最適宜面向VR（虛擬現實）/AR（增強現實）、8K超高清視頻、高速移動上網等大流量移動寬帶應用。其關鍵性能指標包括百兆用戶體驗速率、每平方公里數十Tbit/s的流量密度和時速高達500公里/小時的移動性等。

2.5G對承載網的要求

如前所述，5G網絡提供業務的主要特征包括大帶寬、低時延和海量連接，其對承載網在帶寬、容量、時延和組網靈活性方面提出了新的需求。

2.1 性能需求

從三大典型應用場景可以發現，5G對于承載網從帶寬、時延等方面提出了更高的性能要求。在帶寬方面，VR/AR等eMBB類5G業務將流量需求持續快速增長，單站容量逼近10Gbit/s。在時延方面，自動駕駛等uRLLC類5G新業務提出了超低時延要求，同時5G協同對時延也提出了更高要求。而mMTC，盡管對于帶寬和時延都不敏感，但由于其與多種行業的結合，以及物聯網無處不在的特性，要求網絡能夠提供靈活連接能力。

2.2 網絡架構

從網絡結構方面看，5G對于承載網絡也提出了新的要求。5G網絡中，接入層由三個功能實體組成，CU（集中單元）、DU（分布單元）、AAU（有源天線單元）。其中CU負責處理非實時協議和服務，DU負責處理物理層協議和實時服務，AAU則完成原來4G中BBU的部分物理層處理功能和無源天線的功能。承載網負責連接CU、DU、AAU之間的連接，其中AAU和DU之間，稱為前傳;DU和CU之間，稱為中傳;CU和核心網之間，稱為回傳。5G承載網將演進為前傳、中傳、回傳三級新型網絡架構。同時，在5G網絡中，由于應用場景的多樣化，為了滿足不同的應用需求和環境需要，DU和CU的位置不是嚴格固定，而是可以靈活調整的，與之相適應，承載網的具體結構也可能會有所不同。當CU和DU合設時，承載網變為前傳和回傳兩級結構;當CU、DU、AAU分設時，承載將演進為前傳、中傳和回傳三級結構[3]。

2.3 承載解決方案

在前傳部分，5G承載網絡可采用光纖直驅、無源WDM或無源WDM-PON、有源OTN、微波等方式實現。5G時代，考慮到基站密度的增加和潛在的多頻點組網方案，光纖直驅方式需要消耗大量的光纖，某些光纖資源緊張的地區難以滿足光纖需求，需要設備承載方案作為補充。針對不同的場景，可以選擇不同的承載技術方案。而中傳和回傳部分，則需要在現有技術框架上進行改造，可以采用PTN/SPN、OTN、IPRAN等多種技術。

3.5G承載網的關鍵技術

3.1 網絡切片技術

在5G網絡中，由于網絡性能的提升，將使得業務類型和業務使用量極大提升。由于在5G網絡中將實現從人與人之間的連接發展到萬物連接，連接數量將成倍上升，網絡勢必越來越擁堵，越來越復雜。因此，需要對網絡實行分流管理，這就是網絡切片。所謂網絡切片，就是把物理網絡分為若干個虛擬網絡，每個網絡根據業務需求賦予不同的時延、帶寬、安全性、可靠性等，從而靈活應對不同的網絡應用場景。

網絡切片是5G的關鍵技術之一。對于5G承載網，其將在管理層、控制層、轉發層三個層面進行切片。管理層每個切片擁有獨立的管理配置界面和維護界面，需要支持獨立的網絡功能;控制層切片擁有獨立的網絡拓撲、控制和資源分配模塊;轉發層切片側擁有獨立的硬件管道，可以為不同的用戶分配不同的軟管道資源。

3.2 SDN軟件定義網絡技術

SDN（軟件定義網絡）是網絡虛擬化的一種實現方式，其將網絡設備的控制面板和數據面分離，通過軟件編程的方式定義和控制網絡。在5G網絡中，由于業務和連接類型的多樣化，需要將網絡劃分為不同的切片。SDN可以將承載網設備的控制分離出來，根據業務需求進行簡單的網絡規則定義后，通過默認協議自動發現設備端口、鏈路等，大大簡化傳輸承載設備的配置。

3.3 FlexETH靈活以太網技術

FlexETH（靈活以太網）技術是承載網實現業務隔離承載和網絡分片的一種接口技術。由于5G業務類型豐富，如何將不同業務的它采用時分復用技術，將一個物理端口切割成多個獨立子通道，每個用戶側端口可以指定使用一個或多個子通道，以時隙方式將用戶側端口數據調度至指定的子通道，從而實現業務隔離。通過采用FlexETH技術，可以實現同一分片內業務統計服用，分片之間業務不互相影響，既能在物理層隔離擁塞，又能保證業務QOS相互獨立，使業務能夠得到更好的保障。

參考文獻

[1]3GPP.Study on scenarios and requirements for next generation access technologies： TR38.913 V0.3.0[S].2016.

[2]何曉明，岳萍，盧泉，尹遠陽.面向5G承載的IP RAN網絡演進及關鍵技術[J/OL].電信科學：http：//kns.cnki.net//KXReader/Detail？TIMESTAMP=637096660219163750&DBCODE=CJFD

&TABLEName=CAPJLAST&FileName=DXKX2019051700K&RESULT=1&SIGN=JR5nhmWnCaDrwCTD34%2f8nODClAo%3d

[3]余嗣兵，黃坤，牛春，陳一偉.淺析5G接入CU和DU分設中前傳建設方案[J].現代傳輸.2019（04）：66-67.