5G承载网技术与优化组网研究

徐蔷薇

恒隆通信技术有限公司

0 引言

近几年，持续发展的互联网技术为移动网络更新换代提供了动力支持，网络规模也随着管道承载量的增加而扩大，这也决定了原有技术指标不再适用于当今社会。作为基础网络，5G对终端性能具有重要意义，以常规互联网物质为参照，5G仍有较为明显的不足存在，因此，在互联网病毒大量滋生的当下，在分析承载网技术的基础上，对组网优化方向进行研究很有必要。

1 5G网络特点概述

1.1 时延低

5G业务存在较大时延差异，eMBB规定时延为10ms；uRLLC规定时延为1ms。另外，前者的空口时延为4ms，后者的空口时延仅为0.5ms。这里要明确一点，3GPP针对不同业务所规定时延，通常有显著差异存在。

1.2 带宽大

对基站带宽有决定作用的参数，主要为天线数、无线频谱效率与带宽。一般来说，带宽为64TR 100M的基站，其峰值带宽为6Gbit/s左右，带宽均值能达到3Gbit/s。由ITU所给出定义可知，5G基站峰值带宽的最大值，通常为20Gbit/s，但现有技术无法达到这一高度。目前，5G基站主要被分为两类，其中，高频基站的应用方向为补热，虽然规模较小，但需要接入25GE接口，低频基站更适合大范围覆盖。设计模型如图1所示。

图1 5G承载网规划

1.3 网络切片

3GPP和NGMN均提倡利用5G为SDN提供所需网络切片，通过直观展示网络结构的方式，为日后所开展业务部署及创新工作提供理论支持。除此之外，网络切片还可被用来隔离资源/控制/管理等环节，在提升业务安全性的基础上，对指标差异性进行凸显。

2 承载网技术分析

2.1 SR技术

调查结果表明，在苏州人口密集区，核心设备路由容量多达160000条以上，另外，大量政企业务的接入以及网络沟通需求的不断增加，均给路由容量提出了更高的要求，要想使相关要求得到最大程度满足，路由容量至少应达到105级别。如果接入设备并非全网路由，则可酌情将路由容量降至104级别。

作为路由技术，SR强调利用IGP对路径信息进行收集，确保收集信息均有显式路径/非显式路径对应，在不将中间节点作为支持的基础上，对路径进行建立，省略节点计算步骤。将该技术与SDN相结合，可被用来控制E2E路径，组网能力往往能够得到显著增强。由此可见，该技术的优势主要体现在以下方面：其一，凭借较高的灵活性，对扩展资源需要预留复杂协议路径的问题加以解决；其二，省略TGP计算步骤，为承载网提供链路+节点的双重保护，确保其工作质效可得到显著提高。

2.2 FlexE技术

作为落实5G通道带宽的前提，该技术为子通道提供了介入MAC的途径，并且对子通道进行物质隔离。事实证明，该技术使以太接口带宽更加灵活，在解决常规端口仅有颗粒集中的问题的基础上，赋予以太网更为强大的组网能力，确保网络切片所提出隔离需求均可得到应有满足，物理专网设想也因此而具备了实现的条件。该技术可对100GE端口进行捆绑，此外，还创造性地引入了100+GE带宽，旨在对流量进行均匀分担，真正做到以设备虚拟化以及技术通道化为基础，通过转发逻辑网络的方式，使隔离逻辑网络数量得到大幅增加。

2.3 MPLS EVPN技术

一般来说，MPLS对应L2VPN分为两种，分别是VPWS和VPLS，前者被用来对LDP会话进行引入，后者的作用主要是对目标LDP进行部署，以及对本地PE/MAC所发送内容进行学习。如果设备没有对MAC进行学习，则要借助广播操作，才能使其价值得以实现，由于广播操作出现风险的几率较大，技术人员应将重心放在对网络进行科学规划上。除此之外，基于L2VPN所展开跨域互通，其场景往往十分复杂，这在无形中增加了跨域保护目标达成的难度，三层虚拟网应运而生。相较于L2VPN，三层虚拟网的优势，主要在于引入了路由转发支持模式，多协议部署目标随之达成。

MPLS EVPN为避免建立LDP，选择基于BGP进行扩展，这样做还使控制面协议部署得到了减少。在学习MAC方面，远程地址对业务流学习的依赖性较小，转发面要求随之降低，如果有未学习目的地址流存在，该技术可借助支持地址对协议代理进行解析，通过规避流量广播的方式，对环路发生风险的几率严加控制。

2.4 设备虚拟技术

承载网要想实现网络切片，所依托核心技术即为设备虚拟化。该技术强调灵活分配现有资源，确保任意虚拟设备均有独立资源对应，并且切片管理面、控制面板与转发面均独立存在，各切片均不会给其他带来影响，这也是保证业务具有理想可靠性的前提。事实证明，该技术可被用来灵活调配网元资源，例如管理资源以及转发资源，且不同切片对应不同资源，真正做到了对切片进行动态创建，所创建切片也较传统切片更加灵活。

3 承载网优化研究

3.1 扁平化

5G技术强调对用户体验进行提升，而用户体验所受影响，主要源于带宽、时延和抖动。业务转发所经过节点数量与其质量密切相关，一般来说，业务质量会随着节点数量的增加而下降，由此带来的连锁反应，主要为带宽拥塞几率增加和链路压力增大。

由于环网汇聚大量物理业务，这决定其对带宽所提出要求较大，一旦有网络故障出现，受影响区域自然较大，另外，环网流量有回绕的可能，流量回绕带来问题，主要是瞬时拥塞。扁平组网选择对光路进行增加，通过分开承载物理业务的方式，在降低链路所提出带宽需求的基础上，对转发跳数加以控制，上述技术的具体差异，如表1所示。事实证明，视情况采纳部署光纤、波分等方案，确保分组跳数显著减少，可使扁平组网所提出需求得到最大程度的满足，网络质量自然有所提升。

表1 扁平组网/环形组网对比

项目名称 扁平组网 环形组网可靠性 高 低抖动/时延 大 大流量回绕 无 有光路要求 多 少拥塞几率 低 高转发跳数 少 多

3.2 管控融合

常规移动承载网依托架构为网管架构，由EMS或NMS对北向接口进行统一提供，确保各厂家接口存在差异可得到有效屏蔽。

由于5G承载网引入了SR和网络切片，管理平台新增智能算路功能是必然结果，常规网管网仍然有需求存在，只有引入融合了EMS和控制器的平台，才能在满足网络运维所提出要求的基础上，确保SDN场景对SR/虚拟演进/网络切片所提出需求得到满足。本文所讨论融合平台经由restconf接口，对北向接口进行提供，厂家可利用现有SNMP/QX/CLI，通过融合的方式，获得所需南向接口，借助YANG模型对接口差异进行屏蔽，缩短向SDN架构进行过渡需要花费的时间。

3.3 网络切片

若以承载业务、无线业务需求为依据，可将承载切片划分为管转隔离切片和管控转切片，下文将分别对二者进行介绍，供相关人员参考。

3.3.1 管转隔离切片

由承载网所提供VPN切片，通常对物理隔离及时延所提出要求较低。以eMBB业务为例，根据业务所提出需求，该切片能够被用来对配置/性能/告警/登录进行隔离。由于任意切片网络均有独立管理资源对应，因此，VPN切片更适合被用来隔离统计/告警/网络信息。

3.3.2 管控转切片

将物理隔离切片融入承载网，不仅可以隔离管控转，还能够隔离内存和CPU等资源。该方式主要用在对隔离性及安全性具有较高要求的业务上，通过提供物理专网相似服务的方式，确保业务需求能够得到满足。例如，分别为政企业务和用户提供相应切片。对5G业务而言，技术人员可以分别为uRLLC业务、mMTC业务和eMBB业务提供切片，这样做可使业务可靠性与安全性得到应有保障，此外，如果条件允许，技术人员还可单独向第三方网络提供切片。

3.4 统一承载网络

现阶段，各大运营商所采用组网模式均为NSA，该模式强调对4G基站与新兴5G业务进行统一。

目前，投入运行的5G基站，其模式主要分为两种，一个是带宽为数百兆的室分站+微基站，另一个是带宽能够达到1G～3G的基站，其中，后者又分为高频基站与低频基站。而可能给无线基站带宽带来制约的因素，主要为功耗/空口技术/天线成本/频谱资源，约九成5G基站，其单站带宽均无法达到10GE，要想缩小实际带宽与目标带宽的差距，关键是要对5G技术加以完善，这也是未来业内人士努力的方向。

在5G发展初期，技术人员选择通过增加4G承载网容量的方式，达到提升带宽的目的，旨在使小规模商用和试点运行需求得到满足。进入发展期，考虑到5G演进技术所提出要求，技术人员决定对城域节点以及接入节点进行扩容，如果条件允许，还可局部引进全新技术。当5G成熟后，网元节点、单板所表现出能力将得到显著增强，此时，便可全网引进全新技术。

4 结束语

通过前文分析能够看出，5G技术标准随着行业发展而走向完善，这也为SDN网络提供了前进的动力。要想对5G优势进行充分发挥，在推动物联网持续发展的基础上，对数字世界进行打造，关键是要掌握相关技术及其优化方向，只有这样才能使网络环境更符合用户需求。