陳麗鍶

（中通服中睿科技有限公司，廣東 廣州 510630）

0 引 言

隨著現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了改進(jìn)和更新，干線管道容量不斷增加，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)技術(shù)指標(biāo)的要求也更加專(zhuān)業(yè)化。5G是主網(wǎng)，在后面的工作中發(fā)揮著重要作用。與傳統(tǒng)的在線內(nèi)容不同，5G網(wǎng)絡(luò)的安全能力有限。網(wǎng)絡(luò)上的病毒很多，因此有必要專(zhuān)注于移動(dòng)通信承載網(wǎng)技術(shù)分析、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化以及基本5G功能改進(jìn)。

1 5G網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

1.1 大帶寬

5G承載網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的第一個(gè)特征就是大帶寬。相關(guān)科學(xué)研究表明，5G網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用過(guò)程中的吞吐量可達(dá)20 Gb/s，而基站峰值很難在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中達(dá)到峰值。此外，基于對(duì)成本方面的考慮，基站5G的類(lèi)型多樣化，基站帶寬為1～20 Gb/s不等。在應(yīng)用過(guò)程中，5G基站可分為高頻基站和低頻基站，其中低頻基站比高頻基站的覆蓋范圍大。在使用初期，通常使用低頻基站和4G基站共同部署的方式處理。隨著技術(shù)越加成熟，5G基站的應(yīng)用更加廣泛，由于使用初期其本身規(guī)模相對(duì)比較小，因此在應(yīng)用過(guò)程中需要采用25GE接口接入[1]。

1.2 低延時(shí)

對(duì)于不同的業(yè)務(wù)，在5G應(yīng)用過(guò)程中企業(yè)之間的差異延時(shí)也會(huì)變得非常大。TR38.913合作方案對(duì)eMBB場(chǎng)景下的10 ms延時(shí)進(jìn)行了定義。uRLLC的空口時(shí)延為0.5 ms，而對(duì)于不同的uRLLC業(yè)務(wù)，3GPP TS 22.261 V16.0.0往往會(huì)給出不同的時(shí)延定義。

1.3 流量Mesh化

將eMBB、uRLLC以及mMTC3分別引入使用的過(guò)程中，核心網(wǎng)絡(luò)正在逐漸從集中式部署轉(zhuǎn)向分布式部署。CU與主網(wǎng)絡(luò)之間存在許多關(guān)系，主網(wǎng)絡(luò)之間有流量交互。可以看出，5G移動(dòng)通信的承載網(wǎng)技術(shù)邁向Mesh業(yè)務(wù)流量的趨勢(shì)更加明顯。

1.4 網(wǎng)絡(luò)切片

下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（Next Generation Mobile Networks，NGMN）、IMT2020和第三代合作伙伴（3rd Generation Partnership Project，3GPP）提出了基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software-Defined Networking，SDN）/網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV） 的 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，這可能是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新、業(yè)務(wù)快速發(fā)展的基礎(chǔ)部署條件。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)可以提供特定的服務(wù)，如管理隔離、資源隔離、計(jì)算隔離、轉(zhuǎn)發(fā)隔離以及控制隔離等。靈活配置資源隔離，適應(yīng)業(yè)務(wù)安全性、可靠性、關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（Key Performance Indicator，KPI）等不同類(lèi)型差異，確保業(yè)務(wù)安全性和服務(wù)質(zhì)量。因此可以看出網(wǎng)絡(luò)切片是今后5G移動(dòng)通信的承載網(wǎng)技術(shù)的主要特征之一[2]。

2 5G承載網(wǎng)基礎(chǔ)性要求

2.1 5G承載網(wǎng)基礎(chǔ)性要求大寬帶

5G承載網(wǎng)需滿(mǎn)足大寬帶的需求，對(duì)應(yīng)承載設(shè)備必須與5G基站能力相匹配?；咎峁?0GE/25GE接入需求，5G承載網(wǎng)的鏈?zhǔn)浇M網(wǎng)以10GE的接口支持，分布無(wú)線接入網(wǎng)以25GE/50GE的接口支持。對(duì)于5G承載網(wǎng)扁平化3層結(jié)構(gòu)而言，需要在區(qū)縣集中的機(jī)房位置多設(shè)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(mǎn)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N×100 GE/200 GE/400 GE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)可以使5G穩(wěn)定運(yùn)行，芯片的處理能力可靠、功耗低，320G、640G芯片可以滿(mǎn)足人們的通信需求[3]。

圖1 5G承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

2.2 5G承載網(wǎng)基礎(chǔ)性要求強(qiáng)路由

在5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信中，由于共享傳輸信息量比較大，需要逐步替換之前的路由，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)路由的合理應(yīng)用。在進(jìn)行3G基站管理時(shí)，采用兩個(gè)IP管理方式，單個(gè)4G基站應(yīng)用中所采用的是一個(gè)IP地址。5G涉及的方面多，除了正常的通信，還涉及無(wú)線組播，也需要引入兩個(gè)IP地址，才能正確配置路由器承載網(wǎng)地址。通過(guò)應(yīng)用強(qiáng)路由，在提升帶寬的同時(shí)引入切片技術(shù)，更好地發(fā)揮出5G強(qiáng)路由通信技術(shù)的重要作用[4]。

2.3 5G承載網(wǎng)基礎(chǔ)性要求提高可靠性

4G網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始應(yīng)用過(guò)程中需要的專(zhuān)線傳輸一般都通過(guò)移動(dòng)承載網(wǎng)來(lái)完成，并且采取這樣的方式才能夠更好地發(fā)揮出其本身應(yīng)當(dāng)具有的優(yōu)勢(shì)。隨著科技水平的不斷提高，基于同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（Multi-Service Transport Platform，MSTP）的退網(wǎng)，現(xiàn)階段大量的業(yè)務(wù)都需要進(jìn)行一定的遷移，只有這樣才能夠更好地讓其應(yīng)用到承載網(wǎng)。如果在應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)故障，那么承載網(wǎng)會(huì)自動(dòng)收斂，以確保移動(dòng)業(yè)務(wù)能夠正?？煽康倪\(yùn)行[5]。

2.4 5G承載網(wǎng)基礎(chǔ)性要求全L3組網(wǎng)

由于5G RAN CU/DU彼此分離，針對(duì)當(dāng)前核心網(wǎng)云化，基站之間低時(shí)延的需求，L3到邊緣5G承載網(wǎng)有以下幾個(gè)關(guān)鍵。第一，5G網(wǎng)絡(luò)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。第二，5G C-RAN組網(wǎng)成為普遍需求。載波聚合及多點(diǎn)傳輸?shù)炔渴鹈黠@，與X2流量聯(lián)系起來(lái)，按“就近轉(zhuǎn)發(fā)”原則，滿(mǎn)足時(shí)延需要。若繞行匯聚有轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)，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(lèi)業(yè)務(wù)部署要求。第三，5G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。第四，NSA組網(wǎng)。5G基站以4G基站為支持，4G基站及5G基站有流量需求，流量以就近轉(zhuǎn)發(fā)為原則，盡可能減少回繞。

2.5 5G承載網(wǎng)基礎(chǔ)性要求低成本光模塊

5G網(wǎng)絡(luò)通過(guò)10GE、25GE接口連接到用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)（User Network Interface，UNI）一側(cè)的基站，在網(wǎng)絡(luò)的一側(cè)引入了25GE、50GE以及100GE網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)[6]。未來(lái)，城市可能會(huì)演變?yōu)?00GE和400GE通信線路。5G載波網(wǎng)絡(luò)需要一個(gè)光模塊，具有集成、小型、高速、遠(yuǎn)距離、低成本和低功耗的特點(diǎn)。

3 5G承載網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 FlexE

擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量使用多個(gè)物理信道解決不平衡問(wèn)題，滿(mǎn)足5G高帶寬需求，同時(shí)可以解決傳統(tǒng)組播網(wǎng)絡(luò)通信中散列等問(wèn)題導(dǎo)致的不平衡問(wèn)題。在這種情況下，可以通過(guò)ChenShim配置支持多個(gè)客戶(hù)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)客戶(hù)業(yè)務(wù)之間的物理隔離功能。但是，這只是一種前端技術(shù)，可以滿(mǎn)足虛擬分片和低延遲網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)孺溄有枨骩7]。但如果想發(fā)揮更大的作用，則需要相關(guān)工作人員在進(jìn)行研究的過(guò)程中加大研究力度，才能更好地應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也能讓5G網(wǎng)絡(luò)更加普及，應(yīng)用范圍更廣。

3.2 分段路由

SDN控制器發(fā)展起來(lái)后，不再依賴(lài)域間的路由消息，而是根據(jù)從控制器接收到的聚合信息計(jì)算E2E路由，可以解決傳統(tǒng)路由操作的其他問(wèn)題。SR技術(shù)具有靈活性的標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議（Lable Distribution Protocol，LDP），同時(shí)解決了保留協(xié)議的范圍和復(fù)雜性的問(wèn)題[8]。在可靠性方面，SR避免了原有IGP算法的限制。實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，承載網(wǎng)絡(luò)通過(guò)一個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)作為主要接入形式，形成了一個(gè)P點(diǎn)和信道的保護(hù)。

3.3 MPLS EVPN

傳統(tǒng)多協(xié)議標(biāo)簽交換（Multi-Propocol Label Switching，MPLS）二層虛擬專(zhuān)用網(wǎng)分為虛擬標(biāo)簽專(zhuān)線服務(wù)（Virtual Private Wire Service，VPWS）和虛擬專(zhuān)用局域網(wǎng)業(yè)務(wù)（Virtual Private Lan Service，VPLS）類(lèi)型業(yè)務(wù)。VPWS引入目標(biāo)LDP會(huì)話(huà)，除了部署目標(biāo)LDP外，還需要學(xué)習(xí)本地用戶(hù)MAC和遠(yuǎn)端PE發(fā)過(guò)來(lái)的用戶(hù)的MAC地址，設(shè)備上如果沒(méi)有學(xué)習(xí)到目的MAC地址，則需要廣播處理，這樣存在廣播環(huán)路風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃要求較高。另外，L2VPN在解決跨域互通場(chǎng)景方面比較復(fù)雜，通常OptionA/OptionB多鏈路對(duì)接組網(wǎng)，跨域保護(hù)不好解決，需要借助于Option C才能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化跨域組網(wǎng)。MPLS3層虛擬專(zhuān)用網(wǎng)采用路由轉(zhuǎn)發(fā)方式，路由通過(guò)邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Border Gateway Protocol，BGP）在不同PE之間進(jìn)行路由傳播。傳統(tǒng)MPLSVPN部署方式下，網(wǎng)絡(luò)中部署多種協(xié)議[9]。以太網(wǎng)虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)（Ethernet Virtual Private Network，EVPN）通過(guò)BGP擴(kuò)展避免了目標(biāo)LDP建立，減少了控制面協(xié)議部署。在MAC學(xué)習(xí)方面，除了本地MAC學(xué)習(xí)以外，遠(yuǎn)端的地址不需要依賴(lài)業(yè)務(wù)流進(jìn)行學(xué)習(xí)，而是通過(guò)BGP學(xué)習(xí)遠(yuǎn)端的地址，像學(xué)習(xí)VPN路由轉(zhuǎn)發(fā)表一樣學(xué)習(xí)遠(yuǎn)端PE上的用戶(hù)地址，降低了轉(zhuǎn)發(fā)面的要求。同時(shí)，對(duì)于沒(méi)有學(xué)習(xí)到的目的地址流，支持地址解析協(xié)議（Address Resolution Protocol，ARP）代理功能，可以禁止流量廣播，避免網(wǎng)絡(luò)環(huán)路風(fēng)險(xiǎn)。由于借助了BGP方式，跨域組網(wǎng)可借助BGP互通，組網(wǎng)更加靈活，同時(shí)可增強(qiáng)L2VPN組網(wǎng)能力。L2VPN和L3VPN通過(guò)一套BGP協(xié)議實(shí)現(xiàn)協(xié)議的統(tǒng)一，簡(jiǎn)化了控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面。

3.4 高精度時(shí)鐘

5G階段，C-RAN成為主流，隨著市區(qū)微站和室分站的部署，基站全部通過(guò)全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）同步，投資大、施工困難。C-RAN組網(wǎng)下CoMP/CA等基站協(xié)同組網(wǎng)，5G階段可能大規(guī)模引入。4G與5G時(shí)代對(duì)于時(shí)鐘同步要求不同，在5G時(shí)代，時(shí)鐘同步存在差異化的需求，高頻站通過(guò)傳統(tǒng)方式基本可以滿(mǎn)足同步精度，但是需要減少轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)，基站協(xié)同需要在站點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間的統(tǒng)一分發(fā)，以便能夠?qū)崿F(xiàn)超高時(shí)間同步[10]。在4G時(shí)代，時(shí)間源同步精度在150 ns左右，單節(jié)點(diǎn)同步精度在30跳1 200 ns，每跳同步精度在40 ns左右，基站同步精度要求為150 ns。5G時(shí)代，時(shí)間源同步精度需要進(jìn)一步提升到30 ns，單跳時(shí)延要滿(mǎn)足10 ns，基站精度需要提升到20 ns。對(duì)于基站協(xié)同類(lèi)，時(shí)間源的同步精度為10 ns，前傳網(wǎng)同步精度在100 ns，承載的時(shí)延要求控制在5 ns以下，時(shí)延源需要下沉在C-RAN中的站點(diǎn)設(shè)備上或小匯聚設(shè)備上，以減少承載跳數(shù)，提升同步精度。

3.5 IPv6

在3G/4G階段，無(wú)線通常采用IPv4私網(wǎng)地址，承載網(wǎng)內(nèi)部也是使用IPv4私有地址作為控制面互聯(lián)地址。訪問(wèn)Internet時(shí)，需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（Network Address Translation，NAT）。5G階段RAN和核心網(wǎng)會(huì)向IPv4/IPv6雙棧演進(jìn)，IPv6已經(jīng)成為國(guó)家戰(zhàn)略。5G承載網(wǎng)引入IPv6可以是逐步演進(jìn)的方式，網(wǎng)絡(luò)地址可以繼續(xù)采用V4，以6VPE方式承接業(yè)務(wù)，未來(lái)可以在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部引入V6地址。

4 結(jié) 論

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)的移動(dòng)通信也在不斷完善和普及，移動(dòng)通信網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，因此許多相關(guān)技術(shù)指標(biāo)也在不斷提高。隨著網(wǎng)絡(luò)5G移動(dòng)通信的不斷發(fā)展，現(xiàn)有的移動(dòng)通信技術(shù)逐漸被邊緣化，承載網(wǎng)本身需要先進(jìn)的通信技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足5G時(shí)代用戶(hù)的需求，F(xiàn)lexE技術(shù)是承載網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的核心。應(yīng)用FlexE技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片的物理管理，提高管理控制水平，突破原本的網(wǎng)絡(luò)帶寬。此外，結(jié)合其他相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，可以逐步提高組網(wǎng)安全性，實(shí)現(xiàn)整體運(yùn)行成本的合理控制，提高整體管理水平。