5G移動(dòng)通信的承載網(wǎng)技術(shù)和組網(wǎng)優(yōu)化分析

姜濤

摘要：移動(dòng)通信軟件技術(shù)的發(fā)展極大地豐富了我們的生活，提高了日常生活及工作效率.2020年5G通信技術(shù)的提出為移動(dòng)通信拓展了新的發(fā)展方向，滿足人們對(duì)高速、高質(zhì)量移動(dòng)通信的要求.文章全面闡述了5G移動(dòng)通信的承載網(wǎng)技術(shù)和組網(wǎng)優(yōu)化及其安全性、應(yīng)用性，分析了可移動(dòng)智能終端及無(wú)線接口的不同，為合理推廣5G移動(dòng)通信技術(shù)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).

關(guān)鍵詞：5G移動(dòng)通信;承載網(wǎng);技術(shù);組網(wǎng)優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TN929.5? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2019）08-0049-03

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速發(fā)展的今天，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)隨著技術(shù)升級(jí)更新，原本管道承載量持續(xù)增加，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，其對(duì)技術(shù)指標(biāo)要求越來(lái)越專業(yè)[1].5G為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，在終端性能中有重要作用，不同于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)物質(zhì).5G網(wǎng)絡(luò)自身安全防護(hù)能力有限，面對(duì)大量互聯(lián)網(wǎng)病毒，應(yīng)著重分析移動(dòng)通信承載網(wǎng)技術(shù)，對(duì)組網(wǎng)優(yōu)化，提高5G關(guān)鍵能力.

1 5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

5G移動(dòng)網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、機(jī)械通信、低時(shí)延通信，不同業(yè)務(wù)性能不同，增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶自身帶寬大;低時(shí)延通信多用于工業(yè)自動(dòng)化通信操作，可靠性高;而機(jī)械/機(jī)器類通信多用于物聯(lián)網(wǎng)中，多相連接，消耗流量小[2].

5G接入網(wǎng)可分為有源無(wú)線單元、分布單元、集中單元等部分，核心部分為3G/4G集中部署逐漸向網(wǎng)云化、分布式部署方向改變，各業(yè)務(wù)核心網(wǎng)處于不同位置，可滿足低時(shí)延業(yè)務(wù)需求，以提高網(wǎng)絡(luò)用戶實(shí)際體驗(yàn).

1.1 大帶寬

無(wú)線頻譜帶寬直接決定基站自身實(shí)際帶寬，天線數(shù)量、頻譜效率等參數(shù)也對(duì)基站帶寬有一定影響.64TR100M的帶寬基站，其最高帶寬達(dá)到6Gbit/s，平均帶寬為3Gbit/s，通過(guò)ITU（國(guó)際電信聯(lián)盟）相關(guān)敘述，5G基站峰值帶寬高達(dá)20Gbit/s[3].實(shí)際使用中，基站自身速率往往無(wú)法達(dá)到最大帶寬.考慮到成本及功率等因素影響，5G基站類型具有多樣性，且各個(gè)類型共存，基站帶寬范圍在1-20Gbit/s范圍中.

5G基站有低、高頻之分，5G低頻基站在4G基站中布置，正常使用中5G低頻基站密度和4G基站具有一致性;而5G高頻基站在補(bǔ)熱上應(yīng)用廣泛，部分5G高頻基站需25GE接口接入[4].

1.2 低時(shí)延

5G業(yè)務(wù)時(shí)延差異大，3GPP TR38.913定義增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）端到端時(shí)延達(dá)到10ms，低時(shí)延通信（uRLLC）時(shí)延為1ms，eMBB空口時(shí)延4ms，uRLLC空口時(shí)延0.5ms;不同的uRLLC業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)的3GPP TS 22.261 V16.0.0對(duì)時(shí)延的定義具有一定差異性，5G時(shí)代業(yè)務(wù)流量Mesh趨勢(shì)明顯，具體如表1所示.

1.3 流量Mesh化

在5G的CU、DU而言，其部署具有靈活性，既可以分開(kāi)設(shè)計(jì)，也可以合起來(lái)部署.分設(shè)CU、DU為“多對(duì)一”“一對(duì)多”形式，有雙歸、冗余等條件要求.就增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、機(jī)械通信、低時(shí)延通信進(jìn)行分析，由業(yè)務(wù)分步進(jìn)行引入，對(duì)核心網(wǎng)從集中到分布進(jìn)行布置，CU及核心網(wǎng)為“多對(duì)多”關(guān)系，核心網(wǎng)存在流量交互，5G支持下的業(yè)務(wù)流量逐漸Mesh化.

1.4 網(wǎng)絡(luò)切片

NGMN（下代移動(dòng)通信網(wǎng)）、IMT2020、3GPP等提倡以5G給予SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）的網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)，通過(guò)這種切片的方式，更清楚的了解網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新、部署不同業(yè)務(wù)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[5].此外，網(wǎng)絡(luò)切片的科學(xué)服務(wù)可實(shí)現(xiàn)管理、資源、計(jì)算、轉(zhuǎn)發(fā)、控制等多方面隔離，滿足各個(gè)業(yè)務(wù)安全性開(kāi)展需求，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵性指標(biāo)的差異性，確保業(yè)務(wù)高質(zhì)量、穩(wěn)定的完成.

1.5 NSA向SA

5G建網(wǎng)一方面是獨(dú)立部署，稱為SA;另一方面是非獨(dú)立部署，稱為NSA.對(duì)SA模式而言，主要以無(wú)線、核心5G網(wǎng)絡(luò)、4G網(wǎng)絡(luò)及5G獨(dú)立運(yùn)行網(wǎng)為支持，確保系統(tǒng)工作;對(duì)非獨(dú)立系統(tǒng)NSA而言，其屬于逐步演進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)，以4G原本資源為支持，在原有網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行加強(qiáng)處理，通過(guò)擴(kuò)容的方式實(shí)現(xiàn)5G服務(wù).在5G服務(wù)逐漸成熟的過(guò)程中，逐漸以5G代替原本移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信服務(wù).

2 5G承載網(wǎng)基礎(chǔ)性要求

2.1 大寬帶

5G的承載網(wǎng)需滿足大寬帶需求，對(duì)應(yīng)的承載設(shè)備需滿足5G基站能力，基站提供10GE/25GE接入需求，5G承載網(wǎng)的鏈?zhǔn)浇M網(wǎng)以10GE接口支持，分布無(wú)線接入網(wǎng)以25GE/50GE接口支持.

對(duì)5G承載網(wǎng)扁平化三層結(jié)構(gòu)而言，需在區(qū)縣集中的機(jī)房位置多設(shè)置一組匯聚設(shè)備，建設(shè)扁平化組網(wǎng)，匯聚層以100GE上行鏈路支持，滿足網(wǎng)絡(luò)流量需求.城市區(qū)域以雙層匯聚組網(wǎng)支持，上行鏈路以100GE組網(wǎng)支持，5G成熟期核心匯聚不以Nx100GE/200GE/400GE鏈路支持.5G設(shè)計(jì)模型如圖1所示.大容量設(shè)備組網(wǎng)保證5G穩(wěn)定運(yùn)行，芯片處理能力可靠，且功耗低，320G、640G芯片可滿足人們通信需求.

2.2 強(qiáng)路由

5G承載網(wǎng)因可以適用3、4、5G基站及企業(yè)各項(xiàng)業(yè)務(wù)承載需求，涉及到公網(wǎng)路由及基站路由.對(duì)3、4、5G基站設(shè)計(jì)比例應(yīng)向1：2：4方向發(fā)展.單個(gè)3G基站適用兩個(gè)IP地址，單個(gè)4G基站采用一個(gè)IP地址支持.5G基站考慮到無(wú)線組播需求，可以引入兩個(gè)IP地址.承載網(wǎng)路由設(shè)備地址、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)地址、互聯(lián)網(wǎng)地址為支持，引入切片，網(wǎng)絡(luò)地址更多.例如，8000臺(tái)設(shè)備網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)地址為8000x（控制面地址及DCH地址）x2，高達(dá)32000，此外，網(wǎng)絡(luò)切片后地址可能增加到64000.

在城市人口密集區(qū)域，其核心設(shè)備路由已經(jīng)達(dá)到160000+，加上一些政企業(yè)務(wù)接入，外部網(wǎng)絡(luò)溝通需求，對(duì)應(yīng)的匯聚設(shè)備路由容量需在105級(jí)別以上才能滿足要求.接入設(shè)備無(wú)全網(wǎng)路由，路由數(shù)據(jù)少，104可滿足需求.

2.3 高可靠性

移動(dòng)業(yè)務(wù)丟包敏感，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障后將影響用戶感知，因此，必須保證快速的業(yè)務(wù)恢復(fù)，確保5G移動(dòng)通信的高可靠性.

3GPP TR 38.913的uRLLC業(yè)務(wù)要求網(wǎng)絡(luò)可靠性達(dá)到“6個(gè)9”，承載網(wǎng)絡(luò)具備極高穩(wěn)定性.在4G階段，傳統(tǒng)傳輸線路以移動(dòng)承載網(wǎng)開(kāi)展各項(xiàng)業(yè)務(wù)，在同步數(shù)字體系技術(shù)不斷發(fā)展影響喜愛(ài)，多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)實(shí)現(xiàn)退網(wǎng)，業(yè)務(wù)需遷移到移動(dòng)承載網(wǎng)完成.網(wǎng)絡(luò)故障影響下，原本承載網(wǎng)ms業(yè)務(wù)收斂，移動(dòng)業(yè)務(wù)可靠性提升.以快速重路由保護(hù)技術(shù)為基礎(chǔ)，以轉(zhuǎn)發(fā)面異常快速檢測(cè)技術(shù)確保ms業(yè)務(wù)恢復(fù).一些無(wú)法形成FRR的場(chǎng)景，以路由快速收斂，確保業(yè)務(wù)穩(wěn)定性.一些政府、企業(yè)業(yè)務(wù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)現(xiàn)專網(wǎng)隔離，保障傳輸隱私性.

2.4 全L3組網(wǎng)

5G RAN CU/DU互相分離，核心網(wǎng)逐漸向云端化發(fā)展，對(duì)基站低時(shí)延需求，L3到邊緣5G承載網(wǎng)有以下幾個(gè)關(guān)鍵：

2.4.1 CU/DU分離，引入移動(dòng)邊緣計(jì)算，CU云部署，DU及CU業(yè)務(wù)L3轉(zhuǎn)發(fā)，具有靈活多變特征.

2.4.2 C-RAN組網(wǎng)為正常需求，載波聚合及多點(diǎn)傳輸?shù)炔渴鹈黠@，和X2流量聯(lián)系起來(lái)，按照“就近轉(zhuǎn)發(fā)”原則，以滿足時(shí)延需要.若繞行匯聚有轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)及傳輸光纖距離，則時(shí)延變大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)協(xié)同增益.接入層以L3層技術(shù)支持，基站與基站就近1跳轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)同類業(yè)務(wù)部署要求.

2.4.3 5G對(duì)應(yīng)基站的東西流量大，則繞行會(huì)消耗大量匯聚層網(wǎng)絡(luò)帶寬.

2.4.4 對(duì)NSA組網(wǎng)而言，5G基站以4G基站為支持，4G基站及5G基站有流量需求，L3至變勻組網(wǎng)，流量以就近轉(zhuǎn)發(fā)為原則，盡可能減少回繞.

3 5G承載網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 FlexE

FlexE是Nx5G通道帶寬落實(shí)的前提，各子通道可以媒體介入MAC，端口上各子通道以物質(zhì)隔離.以FlexE技術(shù)實(shí)現(xiàn)靈活以太接口帶寬，解決傳統(tǒng)以太端口僅有集中顆粒弊端，提高以太網(wǎng)自身組網(wǎng)能力，滿足網(wǎng)絡(luò)切片物理隔離需求.在;線路上實(shí)現(xiàn)不同物理專網(wǎng).

FlexE可將多個(gè)100GE端口捆綁，并提出100+GE的接口帶寬，不單依賴Smartgroup，流量分擔(dān)均勻，多端口捆綁以多時(shí)隙為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn).FlexE通道化結(jié)合設(shè)備虛擬化，可確保承載網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)物理、控制、管理隔離的邏輯網(wǎng)絡(luò)，物理網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)多個(gè)隔離邏輯網(wǎng)絡(luò).

3.2 分段路由（SR）

SR為源路由技術(shù)，以IGP擴(kuò)展收集路徑信息，各信息形成顯式或非顯式路徑，不以中間節(jié)點(diǎn)為支持，建立路徑，頭節(jié)點(diǎn)闖進(jìn)路徑且生效，節(jié)省中間節(jié)點(diǎn)計(jì)算.結(jié)合SDN控制器，可以控制器信息計(jì)算E2E路徑，筆譯跨域路由通告，組網(wǎng)能力大大增加.SR自身靈活性高，可解決流量工程擴(kuò)展資源預(yù)留協(xié)議路徑復(fù)雜的問(wèn)題.此外，SR規(guī)避了TGP算法弊端，在承載網(wǎng)以環(huán)網(wǎng)為接入形態(tài)，以拓?fù)洫?dú)立無(wú)環(huán)保護(hù)，形成節(jié)點(diǎn)及鏈路FRR保護(hù)，工作效率及質(zhì)量可靠.

3.3 MPLS EVPN

一般的多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）的二層虛擬專用網(wǎng)（L2VPN）有虛擬標(biāo)簽服務(wù)（VPWS）、虛擬專用局域網(wǎng)服務(wù)（VPLS）兩種，VPWS引入LDP會(huì)話，VPLS部署目標(biāo)LDP，且學(xué)習(xí)本地MAC、PE發(fā)來(lái)的MAC地質(zhì)，若設(shè)備上未學(xué)習(xí)MAC，則需廣播操作，有一定風(fēng)險(xiǎn)，需合理規(guī)劃網(wǎng)絡(luò).此外，L2VPN在跨域互通場(chǎng)景較復(fù)雜，不能很好的實(shí)現(xiàn)跨域保護(hù).MPLS三層虛擬網(wǎng)以路由轉(zhuǎn)發(fā)支持，路由以BGP在各PE中進(jìn)行路由傳播，傳統(tǒng)MPLS VPN部署支持下，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中多協(xié)議部署.

MPLS EVPN（以太網(wǎng)虛擬專用網(wǎng)絡(luò)）以BGP擴(kuò)展避免LDP建立，減少控制面的實(shí)際協(xié)議部署.MAC的學(xué)習(xí)上，遠(yuǎn)程地址不依賴業(yè)務(wù)流學(xué)習(xí)，以邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議學(xué)習(xí)地址，降低轉(zhuǎn)發(fā)面要求，未學(xué)習(xí)到的目的地址流，則通過(guò)支持地址解析協(xié)議代理，避免流量廣播，控制環(huán)路風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生.借助邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議學(xué)習(xí)地址，跨域組網(wǎng)以BGP實(shí)現(xiàn)通信，組網(wǎng)具有多樣性、靈活性，可提高L2VPN組網(wǎng)能力.

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在5G概念突出并積極引入的過(guò)程中，承載網(wǎng)需在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)支持下多引入新技術(shù)，滿足新時(shí)期5G推廣影響的承載需求.其中，F(xiàn)lexE、SR等技術(shù)都為5G承載網(wǎng)的完善發(fā)展提供合理解決方案，結(jié)合FlexE的網(wǎng)絡(luò)切片可實(shí)現(xiàn)物理、管理、控制及轉(zhuǎn)發(fā)隔離，落實(shí)“6個(gè)9”可靠網(wǎng)絡(luò)，提高組網(wǎng)自身安全性，降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本，減少不必要的浪費(fèi)，滿足無(wú)線NSA組網(wǎng)主流選擇需求.

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