低時延高可靠性的5G承載網絡挑戰分析

劉振宇

摘? 要：隨著信息技術的持續發展和進步，5G通信技術作為一種新型的信息技術越來越得到了人們的重視。通過深入分析5G通信技術，我們可以更好地使用它，使其滿足時代的發展需求。5G網絡架構中的各個環節都需要與未來的發展趨勢緊密相連。基礎網絡是5G通信技術實現的基礎和保障，終端設備接口、數據處理等性能也在其中發揮著顯著的作用。該文主要就5G通信技術的基礎網絡進行分析，說明5G承載網絡在低時延、高可靠性方面面臨的挑戰及其解決方案。

關鍵詞：5G承載網;低時延;FlexE

中圖分類號：TN929.5? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

5G主要需求場景包括eMBB（增強移動寬帶）、mMTC（海量機器類通信）、URLLC（高可靠低延時通信）[1]，其中5G承載網絡低時延和可靠性設計存在較多挑戰。這就需要在5G網絡規劃和建設中，充分考慮各個環節的掣肘點和關節點，發揮基礎網絡優勢，以承載網絡為基礎，通過對當前各種挑戰的掌握，進行精細化管理，使5G承載網絡技術變得更加完善，以達到URLLC場景的需求。

1 5G承載網需求

1.1 大眾需求

持續創新是互聯網行業的主要發展原則。可觸碰互聯網、虛擬&增強現實/UHD/全息視頻、智能穿戴、自動駕駛等新型應用需求正在不斷增長。普通用戶在廣域覆蓋、大容量、低功耗方面有更加敏感和直觀的需求。5G融合云計算、大數據、人工智能等技術，不斷創新，加快移動視頻監控、傳感器網絡、本地及區域廣播、自然災害、公共安全等技術的成熟，推動5G與實體經濟的深入融合，大力推動公共領域的繁榮發展。

1.2 性能需求

為了保證網絡正常運行，需要網絡本身擁有很高的綜合性能。通過持續改善運行網絡架構、健全設置方案等措施，可以有效增強網絡技術的綜合性能。5G承載網不僅需要比較穩定，而且需要比較可靠，5G承載網需要具備良好的冗余和容錯能力，在故障出現時，可以實現自我修復，保持一個良好的運行狀態。

1.3 智能化需求

智能化不僅可以保障業務的有效性和穩定性，并且能夠向用戶提供更加直觀、靈活、完善的服務。考慮到未來5G業務的大容量、高速率特點，要求5G承載網具有在大容量環境中保持良好傳輸效率的能力。與之相呼應的網絡智能化、自動化、虛擬化就變得尤為重要。網絡智能化在實現網絡互聯互通的同時，還可以根據用戶的不同需求，對網絡進行精細化管理。網絡智能化是未來技術和應用的趨勢。

2 低延時高可靠性5G承載網絡存在的挑戰

在大寬帶傳輸時期，使用大寬帶傳輸技術可以有效降低設備的時延，這個時期能夠做到帶寬400G的高速傳輸。隨著時間的推移，光承載網在大數據傳輸中顯示出明顯的不足：光通路中的數據單元屬于標準容量，所承載的業務需要參考數據單元的實際容量來完成封裝，而傳統的光承載網不具備靈活帶寬調度的能力，并且整體的承載效率較低。所以，5G高速傳輸系統應具有合理調度網絡帶寬的能力，具備承載高效性、承載安全性、業務側速率適配性等特點。

5G使用場景包括大顆粒業務，但并不意味著要舍棄小顆粒業務。通信運營商在5G時代，仍會長時間存在GSM基站的2M接入需求，大顆粒業務與小顆粒業務同網傳輸，就需要借助新型的5G承載網來實現。

新型的5G低時延寬帶傳輸系統借助低時延研發技術，降低設備的處理時延，使用OTN技術實現全光層交叉調度，以此來實現大寬帶低時延等特征。因此在5G承載網絡技術方案方面，需要重視OTN設備與組網方案的聯系，正確使用PTN網絡。

5G在管控、分片、時延、帶寬、同步等方面提出了新的要求，此時，就需要一種新的傳輸網絡技術，引入新的承載網絡。SPN應運而生，與原有4G網絡不同的是，SPN在傳統分組網絡上引入SR、FlexE、DWDM及SDN、動態L3等技術[2]。

3 5G承載網建設原則及策略

5G通信屬于新一代的移動通信技術，其對于承載網絡有著較高的要求，需要承載網同時具備靈活、高效、智能化和低成本等特點。科學制定5G承載網建設原則，可以為工程的開展提供可靠的保障，為工程的持續進行提供參考。

承載網建設應兼顧投資效益和長遠發展，遵照“目標統一、效益優先、有序推進、簡潔高效、注重協同”的建設策略，緊跟5G整體建設節奏，滿足5G業務需求增長，以目標架構為基礎，分階段、分場景逐步開展網絡建設，確保5G網絡能夠顯示出高品質、高質量和智能化的特點。

3.1 目標統一

根據5G建設進程，以承載網能力適度超前于5G業務增長為總體目標，規劃面向5G的承載網發展路徑，按需確定承載網建設方案，滿足5G規模商用覆蓋區域內的業務需求。

3.2 效益優先

加強5G業務流量增長預測的準確性和及時性，分場景選用差異化的建設方案，保證承載網整體利用率保持在合理水平，確保承載網投資效益。

3.3 有序推進

以目標網為基礎，適度超前、有步驟、有重點地推進網絡建設，快速完成連續覆蓋區域SPN網絡建設，充分利用PTN現網能力、嚴格管控PTN建設。

3.4 簡潔高效

遵循組網架構簡單、層次分明、設備適度、配置簡化的原則，通過加載自動化軟件功能，減少日常人工操作，整體降低5G承載網的建維成本。

3.5 注重協同

做好承載網與無線網、核心網、業務間的協同，強化新建網絡與已有網絡間、存量業務與新業務間、網元管理與控制間的協同。

4 5G承載網建設方案

切片分組網絡（SPN）承載方案。根據國家政策及當前的5G市場情況，運營商往往需要考慮2個廠家甚至多個廠家的組網方式。2個廠家組網時，需要各自獨立建網（包括落地設備和核心調度設備），建議以城郊為界，A廠家覆蓋城區，B廠家覆蓋郊縣。

接入層以滿足業務需求為主，遵循按需原則建設。接入層SPN網絡，采用50GE/10GE端口環形組網（以50G端口速率組網為主，部分業務預測流量較低區域的D-RAN站點可暫時采用10GE端口速率組網），同時應具備按需升級為100GE/50GE系統的能力，其中采用50GE及以上速率組建系統時，應采用MTN/FlexE板卡。接入層部署方式包括C-RAN組網、D-RAN組網、C-RAN與D-RAN混合組網。受光纜、機房覆蓋的限制，D-RAN和C-RAN混合組網更利于集中化改造。機房及光纜具備連片覆蓋場景，可一步到位C-RAN獨立成環。單個接入環（含鏈及環帶環）的SPN接入設備端數原則上不應超過10個。單個接入環上的基站數量原則上不應超過40個。C-RAN節點的集中度以5個～10個為宜，最大不應超過15個。

普通匯聚采用200GE環形組網，重要匯聚采用200GE口字型組網，隨著業務量的增加，可調整網絡結構或擴容為Nx100GE系統。組建200GE系統時，需要關注傳輸距離，物理路由過長（>80 km）的場景以及光模塊不支持長距離傳輸（<40 km）的場景，需要采用100GE端口環形組網，通過OTN系統承載。重要匯聚節點用于多個匯聚區域內的業務收斂及處理，匯聚環上節點數宜控制在4個～6個，如果業務量較大，也可選擇口字型連接。一般單個匯聚環下掛接入環不超過8個。

核心層采用200GE口字型組網，組建系統采用MTN/FlexE板卡。與匯聚層一樣，在組建200GE系統時，5G信令面暫時利用原有PTN省干通道上行至5G核心網。后續下沉至地市核心，利用IP專網承載。2個廠家之間需在核心調度層進行對接，滿足5G網絡的互通要求。2個廠家的核心調度設備還需要與現有4G網絡的L3 PTN對接，保證4G/5G業務互通，可與各自的5G信令面共用一個100GE口字型組網。

對于大型城域網或靈活性要求較高的城域網，可在落地設備與組網設備間增加調度層，主要用于收斂所有重要的匯聚設備。核心-重要匯聚采用口字型結構。此外，大型地市還可考慮設置多對落地設備，用于規避核心網UPF與SPN的異局址連接，并使核心層網絡具備冗余逃生能力。

5 實現低時延高可靠性5G承載網絡的其他措施

基礎光纖網的精細化管理。光纖屬于5G通信傳輸建設的重要部分，5G承載網建設中，需要加強光纖建設以及光纜傳輸的控制。5G通信基站建設密度大，覆蓋范圍廣，在具體實施中，基站建設地點落實往往較難。在這種情況下，5G通信體系建設時，需要完善的光纖網絡進行輔助。而在4G等網絡建設中，光纜資源稀缺、光纜資源布局不合理、光纜質量不高等問題已經凸顯，5G承載網建設時，應考慮最大限度地利用原有的基站接入資源，加大原有光纜資源的利用率，對所轄區域進行網格劃分，促進綜合業務區的建設，保證傳輸資源質量。對傳輸資源盲區，進行基礎光纜建設。

在基礎光纖網建設工程規劃的過程中，需要把精細化管理作為基礎，科學制定光纖網建設流程及方法，落實各項管理工作，為5G通信網絡建設的順利進行提供保障。

6 結語

總的來說，在低時延高可靠性5G承載網絡建設時期，為了保證5G網絡的建設質量，需要解決存在的各種挑戰，選擇合理地應對措施，確保切實可行的方案規劃、合理有效的管理方法可以穩步推進并實施。通過分析可以看出，現階段低時延高可靠性的5G承載網絡挑戰包括設備技術的演進，以及組網架構挑戰等部分，針對5G承載網絡低時延高可靠性的要求，需要增強對于靈活接口技術的擴展以及精細化管理的重視程度，確保可以更好地滿足5G建設的需要。

參考文獻

[1]冒星星，丁寧.5G承載需求分析及承載網建設方案探討[J].中國新通信，2019，21（18）：88.

[2]吳欽雄.基于C-RAN組網方式的5G傳輸承載方案研究和實踐[J].電信工程技術與標準化，2019，32（9）：7-11.