0 引言

4G 實現(xiàn)了人與人的連接，5G 將實現(xiàn)人與物、物與物的連接。4G 改變了通信，5G 將改變社會。承載網(wǎng)作為基站和核心網(wǎng)之間的傳送通道，肩負著承載各類業(yè)務(wù)的重大使命。為滿足5G的三大應(yīng)用場景（eMBB、uRLLC、mMTC）的需求，承載網(wǎng)需引入多種關(guān)鍵技術(shù)，提供超大帶寬、超低時延的傳輸通道，并支持靈活調(diào)度，實現(xiàn)高精度時間同步。

1 5G傳輸需求及網(wǎng)絡(luò)演進

1.1 5G傳輸需求

5G的應(yīng)用場景有以下3類。

a）增強移動帶寬（eMBB）。主要用于連續(xù)廣域覆蓋和熱點高容量場景，為用戶提供高數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足網(wǎng)絡(luò)高流量密度需求。與4G 網(wǎng)絡(luò)相比，5G 網(wǎng)絡(luò)有著更寬的無線頻譜，并采用massive MIMO、高階QAM 等技術(shù)提升無線空口帶寬，傳輸速率甚至可以達到幾十Gbit/s。5G 峰值帶寬和用戶體驗帶寬將提升數(shù)10倍，也對傳輸網(wǎng)提出了10倍以上的帶寬需求。

b）超低時延高可靠通信（uRLLC）。5G 時代是物聯(lián)網(wǎng)時代。所有終端和物品均接入互聯(lián)網(wǎng)，從而實現(xiàn)萬物互聯(lián)。自動駕駛、智能交通、智慧城市、工業(yè)互聯(lián)等垂直行業(yè)的特殊應(yīng)用對時延和高可靠性有著極高的指標要求，運營商需為這些用戶提供毫秒級的端到端時延和高可靠性保證?，F(xiàn)有的傳輸網(wǎng)設(shè)備及組網(wǎng)方式必須進行優(yōu)化，以降低時延，提升安全性，滿足新型業(yè)務(wù)發(fā)展需求。

c）海量機器類通信（mMTC）。智慧城市、環(huán)境監(jiān)測、智能農(nóng)業(yè)等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標的應(yīng)用場景，具有數(shù)據(jù)量小、功耗低、海量連接等特點；要求網(wǎng)絡(luò)滿足100 萬/km2連接數(shù)密度指標要求，并保證終端超低功耗和超低成本。

基于以上場景特點，5G 對承載網(wǎng)提出了更高的需求，主要包含大帶寬、低時延、高精度時間同步、Mesh連接及網(wǎng)絡(luò)切片。針對eMBB、URLLC 和mMTC 等不同的業(yè)務(wù)對帶寬、時延、服務(wù)質(zhì)量等不同的需求，分配不同的網(wǎng)絡(luò)資源，這就要求5G承載網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)切片能力，可以將不同業(yè)務(wù)所需的網(wǎng)絡(luò)資源靈活動態(tài)地分配和釋放，并進一步動態(tài)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)連接，降低網(wǎng)絡(luò)成本，提升效益。5G 承載網(wǎng)還需要提供相互隔離的管道來為多個客戶和各個垂直行業(yè)分別提供服務(wù)。

1.2 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相對于4G網(wǎng)絡(luò)有如下幾點變化。

a）5G 無線網(wǎng)架構(gòu)。根據(jù)3GPP 5G RAN 切分，5G重構(gòu)為AAU、DU、CU 3 層架構(gòu)。原4G 網(wǎng)絡(luò)中的BBU重構(gòu)為CU 和DU 2 個功能實體。CU 涵蓋了無線接入網(wǎng)高層協(xié)議棧及核心網(wǎng)的一部分功能，而DU 涵蓋了基帶處理的物理層及L2 部分功能。CU 和DU 網(wǎng)元在物理部署中可采用合一形態(tài)或分離形態(tài)，當前以合一形態(tài)部署形式為主。傳送網(wǎng)相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)部署分為前傳、中傳和回傳3 部分。前傳為AAU-DU，中傳為DUCU，回傳為CU-核心網(wǎng)。

b）超密組網(wǎng)。根據(jù)無線傳播特性，由于頻率高，5G 傳播損耗比4G 大，基站的覆蓋能力也就越弱，需要增加數(shù)倍于4G的基站才能彌補。但5G無線網(wǎng)絡(luò)采用空分復(fù)用等新技術(shù)，不但可提升容量，還使得覆蓋不收縮或極少量收縮。另外，對于熱點高容量區(qū)域，會采用超密集組網(wǎng)，對于盲點、弱覆蓋場景，還會采用small cell增強覆蓋。總之，5G的基站密度比4G大。

c）核心網(wǎng)云化、下移及虛擬化部署。5G 核心網(wǎng)控制面和用戶面分離，用戶面下沉，由原來的集中式演變成分散式，便于不同類型的業(yè)務(wù)在不同的層面終結(jié)，基于虛擬化技術(shù)將核心網(wǎng)物理實體分離成多個虛擬網(wǎng)元，分布在網(wǎng)絡(luò)中，進行云化部署，地理位置上靠終端更近，可以帶來更低的時延。

1.3 5GC SA和NSA組網(wǎng)模式

在4G 向5G 演進過程中，5G NR、5G 核心網(wǎng)、4G 核心網(wǎng)和LTE 混搭，組成了多種網(wǎng)絡(luò)部署演進的選項。3GPP 為不同需求的運營商指定了不同“套餐”搭配選擇。總體上分為5G 獨立組網(wǎng)（SA）和5G 非獨立組網(wǎng)（NSA）兩大類。

a）5G 獨立組網(wǎng)。獨立組網(wǎng)通過建設(shè)一個全新的5G 網(wǎng)絡(luò)，包括新基站、承載網(wǎng)和核心網(wǎng)，來實現(xiàn)5G 網(wǎng)絡(luò)的所有功能。

b）5G 非獨立組網(wǎng)。此模式下，5G 網(wǎng)絡(luò)不能獨立部署，必須依托運營商原有的一個網(wǎng)絡(luò)（如LTE 網(wǎng)絡(luò)）進行部署。具體而言，5G 的基站依托LTE 的基站接入網(wǎng)絡(luò)，對用戶的所有控制操作，包括移動性管理、漫游、切換等，都通過LTE網(wǎng)絡(luò)進行，而5G基站僅提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增強的通道。

1.4 5G承載網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

a）切片分組網(wǎng)（SPN——Slicing Packet Network）。SPN 是中國移動面向5G 傳輸提出的創(chuàng)新技術(shù)體系，是以以太網(wǎng)內(nèi)核為基礎(chǔ)的新一代融合傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可實現(xiàn)大帶寬、低時延、高效率的綜合業(yè)務(wù)承載。兼容PTN 現(xiàn)有協(xié)議，新增SR、FlexE 和SDN 功能。SPN 采用基于ITU-T 分層網(wǎng)絡(luò)模型，支持對IP、以太網(wǎng)、CBR 業(yè)務(wù)的綜合承載。SPN 體系架構(gòu)分為3 層：切片分組層（SPL）、切片通道層（SCL）和切片傳送層（STL）?？蛻魳I(yè)務(wù)層采用SDN L3+SR 的業(yè)務(wù)組網(wǎng)，滿足業(yè)務(wù)靈活調(diào)度要求。業(yè)務(wù)傳送層基于FlexE 的接口和端到端組網(wǎng)能力，提供網(wǎng)絡(luò)分片和低時延應(yīng)用。傳輸媒介層接入層采用50GE/100GE 組網(wǎng)，核心匯聚采用高速率以太、以太+DWDM組網(wǎng)。

b）分段路由技術(shù)（SR）。SR 是目前承載網(wǎng)中非常受關(guān)注的一項技術(shù)，由CISCO 提出，是一種源路由機制，對現(xiàn)有MPLS 技術(shù)進行了高效簡化，同時復(fù)用MPLS已有的轉(zhuǎn)發(fā)機制，能很好地兼容目前的IP MPLS/MPLS-TP 網(wǎng)絡(luò)。MPLS 是通過事先分配好的標簽，為報文建立一條標簽轉(zhuǎn)發(fā)通道（LSP），在通道經(jīng)過的每一臺設(shè)備處，只需要進行快速的標簽交換即可，從而節(jié)約了處理時間。SR 也是一種“不管中間節(jié)點”的路由技術(shù)，靈活性更高，開支更少，效率更高。分段路由（SR）技術(shù)通過內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP）擴展收集路徑信息，頭結(jié)點根據(jù)收集的信息組成一個顯式/非顯式的路徑，路徑的建立不依賴中間節(jié)點，從而使得路徑在頭節(jié)點即創(chuàng)建即生效，避免了網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點路徑計算。

c）靈活以太網(wǎng)技術(shù)（FLexE）。FlexE 就是把多個物理端口進行“捆綁合并”，形成一個虛擬的邏輯通道，以支持更高的業(yè)務(wù)速率。FlexE技術(shù)在以太網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了業(yè)務(wù)速率和物理通道速率的解耦，物理接口速率不必再等于客戶業(yè)務(wù)速率，可以是靈活的其他速率。

靈活以太網(wǎng)技術(shù)是切片以太網(wǎng)的基礎(chǔ)，可對高速率接口進行精細化劃分，實現(xiàn)不同低速率業(yè)務(wù)在不同時隙中的傳輸，相互之間物理隔離。FlexE技術(shù)具有子管道特性和物理層交叉特性，在傳輸網(wǎng)絡(luò)上可以構(gòu)建端到端SPN Channel 剛性管道。FlexE 用于SPN 架構(gòu)中，基于原生以太內(nèi)核擴展以太網(wǎng)切片能力，既完全兼容當前以太網(wǎng)絡(luò)，又避免報文經(jīng)過L2/L3 存儲轉(zhuǎn)發(fā)，可提供確定性低時延、硬管道的以太網(wǎng)L1組網(wǎng)能力。

FLexE 技術(shù)在PHY 層和MAC 層之間增加了FLexE Shim 層，通過時隙交叉實現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)流在FlexE Shim 層轉(zhuǎn)發(fā)，用戶報文在網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點無需解析，業(yè)務(wù)流交叉過程近乎瞬間完成，單跳設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)時延僅1～10 μs，從而實現(xiàn)極低的轉(zhuǎn)發(fā)時延。而傳統(tǒng)的IP/MPLS 交換，對于客戶業(yè)務(wù)報文采用逐跳轉(zhuǎn)發(fā)策略，網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點設(shè)備都需要對數(shù)據(jù)包進行MAC 層的緩存、CRC 校驗、MPLS 層的解析和查表轉(zhuǎn)發(fā)、隊列調(diào)度，這些處理會耗費大量時間，使得單設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)時延高達數(shù)十μs。

2 5G承載網(wǎng)分層組網(wǎng)方案

打造面向5G的精品承載網(wǎng)絡(luò)，分步新建SPN網(wǎng)絡(luò)達成目標網(wǎng)絡(luò)覆蓋，逐步實現(xiàn)“市、縣、鄉(xiāng)”覆蓋。核心匯聚層適度先行，完成網(wǎng)絡(luò)主體架構(gòu)搭建；接入層匹配5G站點接入需求建設(shè)。為保證5G端到端切片業(yè)務(wù)的實現(xiàn)，城域傳送網(wǎng)需保證端到端同廠家組網(wǎng)。新建SPN 網(wǎng)絡(luò)，由于L3 功能直接下沉到匯聚層/接入層，較現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡(luò)減少了L2/L3層。

新建的SPN網(wǎng)絡(luò)初期主要用于承載5G業(yè)務(wù)，而未來目標是實現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)承載。在實現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)傳輸時，總體上采用匯聚接入共用、核心層分離架構(gòu)。

匯聚層主要采用100GE/200GE 組網(wǎng)。若需擴展帶寬，可通過DWDM+FlexE Group方式進行擴展。

接入層采用10GE/50GE/100GE 組網(wǎng)，新建接入層設(shè)備應(yīng)具備100GE 組網(wǎng)能力。在D-RAN 場景下可采用10GE/50GE 組網(wǎng)，在C-RAN 場景下采用50GE/100GE組網(wǎng)。

新建50GE和100GE系統(tǒng)均應(yīng)采用FlexE板卡。

2.1 核心層組網(wǎng)方案

中小型城域網(wǎng)，業(yè)務(wù)量相對較小，核心機房數(shù)量較少，可采用一對核心對接設(shè)備連接本地5G 核心網(wǎng)，同時連至省干網(wǎng)絡(luò)，將部分流量調(diào)度到省會/大區(qū)集中的5G核心網(wǎng)。核心層組網(wǎng)拓撲部署建議如圖1所示。

圖1 中小型城域網(wǎng)核心層組網(wǎng)拓撲

大型城域網(wǎng)的核心機房有多個，骨干匯聚點數(shù)量和本地部署的核心網(wǎng)設(shè)備也比較多，若采用核心網(wǎng)設(shè)備直接對接骨干匯聚，則互聯(lián)鏈路數(shù)量會非常多，易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)瓶頸，因此建議增設(shè)核心調(diào)度設(shè)備，調(diào)度設(shè)備實現(xiàn)骨干匯聚側(cè)的連接，進行端口收斂，而業(yè)務(wù)落地點專注于業(yè)務(wù)落地連接。

當骨干匯聚節(jié)點不超過10 對時，建議采用1 級核心層組網(wǎng)架構(gòu)；當骨干匯聚節(jié)點超過10 對時，建議采用2 級核心層組網(wǎng)架構(gòu)。核心層組網(wǎng)拓撲建議如圖2所示。

核心調(diào)度節(jié)點通常為網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點，僅對業(yè)務(wù)進行透傳，一對核心調(diào)度之間的鏈路主要用于滿足業(yè)務(wù)備用路徑的需求，適當規(guī)劃1～2條鏈路即可。

核心調(diào)度點與核心落地點之間先采用200GE 鏈路連接，考慮到中遠期可能需要擴容，建議核心層設(shè)備采用N×200GE 單板時，僅用其中1 個200GE 端口，其余端口預(yù)留。

2.2 匯聚層組網(wǎng)方案

圖2 大型城域網(wǎng)核心層組網(wǎng)拓撲

匯聚層采用環(huán)形組網(wǎng)，建議每個匯聚環(huán)除骨干匯聚點外，還下掛4～6 個普通匯聚點，采用N×100GE/200GE組網(wǎng)。如圖3所示。

圖3 匯聚層組網(wǎng)拓撲

匯聚層端口連接應(yīng)滿足以下要求：物理上同1 臺設(shè)備出去的同環(huán)2個方向使用不同單板，2個方向需采用不同路由光纜。邏輯上確保工作、保護路徑的接口分離。

2.3 接入層組網(wǎng)方案

4G 高流量基站日平均峰值為60 Mbit/s，瞬時峰值為120 Mbit/s，普通基站日平均峰值為30 Mbit/s，瞬時峰值為60 Mbit/s。5G 基站按照4G 基站10 倍測算，高流量基站峰值為1 200 Mbit/s，普通基站峰值為600 Mbit/s。D-RAN 場景，接入環(huán)按承載8 個基站測算，單環(huán)流量測算控制在6 Gbit/s（2×1 200 Mbit/s+6×600 Mbit/s），10GE接入環(huán)可以滿足5G初期大多數(shù)場景，成熟期按需部署50GE。C-RAN 場景下，BBU 集中部署，基站密度增加，業(yè)務(wù)較D-RAN 場景流量成倍增長，可考慮直接部署50GE接入環(huán)。

不同區(qū)域應(yīng)根據(jù)不同的業(yè)務(wù)發(fā)展需求，部署適合的接入層。對于中小型地（市）和業(yè)務(wù)發(fā)展較慢的城區(qū)，接入層可采用10GE 環(huán)實現(xiàn)5G 業(yè)務(wù)承載。對于業(yè)務(wù)發(fā)展較快的城區(qū)，應(yīng)采用新建接入層設(shè)備，直接部署50GE/100GE 接入環(huán)方案。D-RAN 場景下可采用50GE 環(huán)，建議5G 基站承載數(shù)量不超過10 個，在CRAN 場景下可采用100GE 環(huán)，建議5G 基站承載數(shù)量不超過20 個。當采用50GE 環(huán)時，設(shè)備應(yīng)具備演進支持100GE組網(wǎng)的能力。

為便于控制面IGP 進行劃域部署，接入層組網(wǎng)應(yīng)滿足以下要求。

a）接入環(huán)雙掛時，雙掛的匯聚節(jié)點應(yīng)在同一個匯聚環(huán)內(nèi)。如圖4 所示的接入環(huán)①/②，優(yōu)先考慮掛在相鄰的匯聚節(jié)點，也允許掛在同一匯聚環(huán)內(nèi)非相鄰的匯聚節(jié)點，如接入環(huán)③。

圖4 接入層組網(wǎng)拓撲

b）接入環(huán)不應(yīng)掛在不同層次的節(jié)點下，如一端接在骨干節(jié)點，一端接在核心節(jié)點，如接入環(huán)④。

c）接入環(huán)不應(yīng)接在不同匯聚環(huán)的節(jié)點下，如接入環(huán)⑤/⑥。接入環(huán)⑦/⑧/⑨也是禁止接入的。

d）對于在分域點（如骨干節(jié)點）同時也有基站接入需求的站點，為避免核心域內(nèi)路由復(fù)雜，可優(yōu)先考慮通過同機房一套小型接入設(shè)備接入分域點設(shè)備（如骨干節(jié)點）。

3 結(jié)束語

本文結(jié)合5G 對傳輸?shù)男枨蠓治觯?G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)較4G 網(wǎng)絡(luò)的幾點變化以及5G 獨立組網(wǎng)與非獨立組網(wǎng)2種組網(wǎng)模式的比較，闡述了5G承載網(wǎng)的幾個主要關(guān)鍵技術(shù)，探討了5G 承載網(wǎng)分層組網(wǎng)方案，希望能為網(wǎng)絡(luò)維護人員和規(guī)劃設(shè)計人員提供參考。