5G承载网的需求、架构和解决方案探究.pdf

2023 年 6 月陈5G承载网的需求、架构和解决方案探究海波（中通服中睿科技有限公司，广东 广州 510630）【摘要】随着互联网的高速发展袁社会对通信网络的需求量在不断增加袁为了提高我国通信网络承载力袁5G承载网应运而生遥 基于 5G 承载网的架构与需求情况袁分析 5G 承载网的关键技术袁并提出相应的优化方案袁包括前传方案尧回传方案以及其他措施袁以期为我国通信事业的高质量发展提供一定参考遥【关键词】5G 承载网曰需求曰架构【中图分类号】TN929.5【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2023）06-0022-030 引言5G 承载网是整个通信网络的基础保障，能够为通信网络的设备建立有效连接，从而保证数据信息传输的稳定性及高效性，提高网络用户的满意度。但是，5G 承载网在需求和架构方面仍存在一定问题。为了保证我国 5G 承载网与未来通信网络技术相适应，有关部门应基于 5G 承载网中存在的问题进行重点研究。1 5G 承载网的架构与需求1.1 架构5G 承载网架构如图 1 所示。5G 承载网包括中央单元（centralized unit,CU）、分布式单元（distributedunit,DU）、有 源 天 线 单 元（active antenna unit,AAU）。将原基于带宽的单元（bandwidth based unit,BBU）的非实时部分分割出来，重新定义为 CU，负责处理非实时协议和服务；将 BBU 的剩余功能重新定义为 DU，负责处理物理层协议和实时服务；AAU是将 BBU 的部分物理层处理功能与原再生中继单元（regenerative repeater unit,RRU）及无源天线进行合并1。其中，CU 与 DU 两个逻辑网元之间可以合在一部署，又可以分开部署，具体情况需根据实际应用场景而定。分开部署时，需要通过中传承载网将 CU 与DU 两个逻辑网元连接在一起；合并部署时，则不需要将二者连接。AAU 与 DU 之间是前传，DU 与 CU之间是中传，CU 和核心网之间是回传，这 3 个“传”都属于承载网，如图 2 所示。1.2 需求（1）大带宽。根据 2022 年广东省国民经济和社会发展统计公报，2022 年，广东省在信息传输、软件和信息技术服务业等行业的固定资产投资比2021 年增长了 3.3%；电信业务总量（按 2021 年不变价计算）达到 1 959.66 亿元，增长了 19.0%。由此可见，广东省网络用户数量高速增长，在此趋势下，要求 5G 承载网的带宽达到 20 Gbit/s，以满足网络用户对高效率、高精度同步的需求。（2）低延时。现阶段，不同宽带对低延时的需求不同，其中，增强型移动宽带能够满足用户持续增长的数据需求，主要功能是提升数据速率，容纳更多流量和转接路径，覆盖更大的空间范围，具体达到 4 ms。低延时宽带即满足基础音频传输的宽带服务，具体图 2 5G 承载网CU回传核心网DU前传中传AAU图 1 5G 承载网架构4G 网络架构5G 网络架构应用应用4G 核心网5G 核心网（控制面）5G 核心网（用户面）核心网回传BBU边缘计算（MEC）承载网前传5G 核心网（用户面）前传+中传+回传RRUCU+DUCUDU中传前传AAUAAU前传回传无线接入网通信设计与应用222023 年 6 月为 5 ms。低延时高可靠性宽带为 2030 滋s。（3）高可靠性。新时代背景下，对 5G 承载网的可靠性提出更高要求，因此需要保障 5G 承载网的可靠运行。部分通信业务对 5G 承载网所提出的安全运行要求达到 99.999%，而汽车生产等高精度产业对 5G承载网的运行安全性要求更高。（4）灵活性。要求 5G 承载网具有灵活的连接方式以及 eX2 横向流量，由于 5G 承载网的 CU 与核心网（S1 接口）之间以及相邻 CU 之间（eX2 接口）有连接需求，如果采用人工配置静态连接方式，会产生较多的工作量，且灵活性差，因此，回传网络需要具备IP 地址查找以及转发功能。但是，考虑到未来 CU 云部署后需要提供负载分担、动态扩容功能，应改变DU与 CU 之间的归属关系，因此，DU 需要连接两个或多个 CU 池2。（5）智能化。随着社会的不断发展，5G 将朝着大容量、高速率方向发展，这对 5G 承载网的智能化提出更高要求。5G 承载网智能化能够保障网络服务的稳定性与自动化，提高网络服务质量和传输速率。需要注意的是，5G 承载网的智能化水平应根据用户的个性化需求进行相应调整，以实现网络互联互通，提高网络管理严谨度。2 5G 承载网的关键技术2.1 灵活以太网技术灵活以太网（flexible ethernet,FlexE）技术是为了满足高速传送、灵活带宽设置的需求，利用端口捆绑技术以及时隙交叉技术来实现低成本、可动态配置的电信级接口技术，能够灵活控制接口速率，适用于不同的网络传输结构。FlexE 技术通过以太网物理编码层的组网设计能力，灵活切换至以太模式的以太网物理接口，可以有效进入控制层，提高组网灵活性。利用物理链路捆绑方式扩大网络容量，可以弥补传统以太网链传输过程中的不足，使容量分配更加均匀。FlexE 技术拥有良好的物理隔离能力，可以同时为多样业务提供有效服务。FlexE 技术可利用 3 个关键角色实现不同业务分配不同带宽的目的，如图 3 所示。2.2 源路由技术在 5G 承载网架构中，以软件定义网（softwaredefined network,SDN）与网络功能虚拟化为例，对核心网基站的云化分布进行合理调整。同时，考虑到信息网络架构的传输需求存在差异，需要利用源路由技术来满足 5G 承载网灵活连接的需求。在具体应用中，源路由技术不需要感知业务状态，只需对拓扑信息进行维护，提高网络的泛在连接能力，实现网络拓展。该技术与 SDN 技术有效融合，能够根据网络实际流量、拓扑资源等计算满足业务需求的路径，有效传输源节点的路由信息，从而提高对网络的控制能力3。3 5G 承载网解决方案在 5G 承载网的前期发展阶段，中通服中睿科技有限公司主要从前传、回传两个部分设计成本低、时延小、规划以及运维难度低、建设周期短的解决方案。3.1 前传方案前传方案的设计需要根据该公司光纤网结构的部署方式，将 5G 承载网前传接入场景分为 3 种，如表 1 所示。场景CU/DU 部署机房CU/DU 光缆网位置连接基站数量/个C谣RAN 大集中一般机房/接入汇聚机房中继光缆汇聚层与接入光缆主干层的交界处1060C谣RAN 小集中接入的模块局等接入光缆主干层与配线层的交界处510D谣RAN宏站机房接入点13表 1 5G 承载网前传接入场景在 5G 承载网前传接入部署过程中，需要结合场景中现有的光纤资源以及机房条件，评估与分析中通服中睿科技有限公司 5G 承载网部署中投资数额、建设难度以及检修便捷性、未来该区域发展规划等图 3 FlexE 技术关键角色FlexE 技术关键角色FlexE 物理接口FlexE 组FlexE 业务接口创建 FlexE 物理接口时，由设备自动生成的逻辑接口；该类接口可以灵活指定带宽，用于转发业务流量，为 FlexE 业务接口分配的带宽不能超过 FlexE 组中所有 FlexE 物理接口的带宽总和切换到灵活以太模式的以太网物理接口一组 FlexE 物理接口组成的集合；FlexE 组的带宽等于加入该组的所有 FlexE 物理接口的带宽总和通信设计与应用232023 年 6 月因素对网络运行的影响程度，进而设计并优化集中型或分布型的网络部署方案。为提升无线网络的运行稳定性，可利用云无线接入网（cloud谣radio accessnetwork,C谣RAN）小集中场景，有效节约机房租赁以及配套设施采购的成本，提高网络基站部署速度4。在光纤资源充足或分布式无线接入网（distributedradio access network,D谣RAN）场景中，5G 承载网的前传方案以光纤直连为主，利用单纤双向技术合理安排基站数，能够减少光纤的需求量，保障网络通信的高精度、高同步率传输。在光纤资源不足、光纤布线困难且处于 C谣RAN大集中场景中，可采用波分复用（wavelength divi谣sion multiplexing,WDM）技术，提高网络部署效率，降低总成本。WDM 技术包括无源 WDM、有源WDM 及波分复用-无源光纤网络（wavelength divisionmultiplexing谣passive optical network,WDM谣PON）3 种，其中，无源 WDM 是在无线侧 AAU 与 DU 设备上安装采光模块，利用外置设备实现 WDM 功能，这一方式的部署成本低，但在维护方面存在不足；有源WDM 是将 WDM 设备连接在 AAU 与 DU 设备上，利用光传送网（optical transport network,OTN）开销维护和管理这些设备，这一方式具有保护倒换的功能；WDM谣PON 具有点到多点组网拓扑能力，将 AAU 接入光网络单元终端设备，将 DU 与局端的光线路终端设备连接，这一方式可以节约接入主干层的光纤资源成本。3.2 回传方案5G 承载网的回传方案主要包括无线接入网 IP化与 OTN 两种，在初期阶段，中通服中睿科技有限公司所涉及的业务量并不多，通常采用较为成熟的无线接入网 IP 化方案有效衔接现有承载网及业务网。为满足 5G 承载网的扩容以及升级需求，可以根据用户需求在回传接入层引入长距离、高速率的接口，也可以利用 FlexE 接口为网络切片提供支持。为了简化网络控制协议，增强网络业务服务的灵活性，可选择引入下一代虚拟专用网络（ethernet virtualprivate network,EVPN）技术和分段路由（segmentrouting,SR）技术，基于网络架构实现通信传输业务的自动化、智能化、灵活性。在业务量较大且集中的区域，可以采用 OTN 方案进行部署，主要原因在于该方案具有高效率的特点。但是，为了满足灵活组网需求，针对基于统一信元交换技术的分组增强型 OTN 设备，可利用交换板卡增强 OTN 方案的路由转发功能，在此过程中，需要加强对新型路由转发线卡的开发研究，进而提升主控板升级速度5。3.3 其他措施为了推动 5G 承载网实现低时延、高可靠性运行，需要通信单位针对基础光纤网络实施精细化管理。光纤网络作为 5G 承载网整体建设的基础内容，需要科学设计光纤网络建设方案。由于 5G 承载网相关通信基站工程建设密度较大，覆盖范围较广，提高了基站布点建设难度，因此，需要通过优化光纤网络架构设计，扩大覆盖面积，着重做好光纤网络布置。在 4G 网络建设过程中，受发展规划等因素的影响，存在光纤资源布置不足、光纤布局不完善、光纤质量降低等问题。基于此，在 5G 承载网建设过程中，通信单位需要提高对基站接入资源的利用率，重视对原有光纤资源的有效利用，优化规划 5G 承载网建设区域的网格划分，从而提升区域内综合业务区的建设速度，提高资源传输质量，并且针对资源传输覆盖力不足的区域加强基础光纤建设。4 结语5G 承载网对低时延、高可靠性等有较高需求，在架构方面以前传、中传与回传为基础。为满足 5G承载网的现实需求，针对各类问题提出具有针对性的应对措施，有关部门及企业应合理应用关键技术优化 5G 承载网的架构，确保网络建设方案的可行性，加大对光纤的管理力度，并对其进行精细化管理，提高 5G 承载网的服务质量，开发个性化业务板块，充分发挥 5G 承载网的应用价值，为我国通信网络的高效发展奠定基础。参考文献1 赵强.5G 承载网的需求、架构和解决方案研究J.通信电源技术，2022（18）：68-70.2 李志娟，李伟强.应对 5G、物联网冲击的传送网架构探讨J.智能城市，2021，7（1）：16-18.3 范玉佳.面向 5G 视频分发的命名数据承载网优化技术研究D.镇江：江苏大学，2022.4 张旭，薛强，孟丽珠，等.5G 新型网络架构下的承载网设备自动上线方式研究J.邮电设计技术，2022（11）：21-24.5 李移琨，杨欣欣，秦斌.5G 传输承载网建设需求及应对策略J.中国新通信，2022，24（21）：17-19.作者简介院陈海波（1985），男，汉族，湖南邵阳人，本科，工程师，主要从事通信工程传输专业规划设计以及建设项目工作。通信设计与应用24