浅析5G承载网的需求及关键技术

刘川

5G网络的业务场景对承载网络提出了新的需求，如何利用一张统一的承载网来满足5G不同业务的承载需求是5G承载网面临的巨大挑战。本文在对5G三大业务场景进行介绍的基础上，分析了5G对承载网的需求，以及5G承载网的关键技术。

5G;承载网;关键技术

5G作为新一代移动通信技术，极大提高了传输速率，降低了传输时延。其与物联网、云计算、大数据、人工智能等技术结合，将极大促进行业应用的发展，为教育、医疗、交通、电力等各行各业赋能，实现以信息通信技术发展促进产业全面转型升级。

1.5G的三大典型应用场景

ITU-T定义了5G的三种典型应用场景，包括：支持海量用户连接的大规模及其通信（mMTC），具备超低时延和超高可靠性的（uRLLC），具备更低时延更高带宽的增强移动宽带（eMBB）。

1.1 mMTC

mMTC的特点是支持海量连接的能力。该场景每平方公里支持的连接数超过百万，其主要应用方向是与基于传感器的物联网相结合，实现数据采集和远程控制功能，可以广泛应用与工业、农业、交通运输、城市管理、生活服务、生态环境等各行各业，例如将将5G与智能水表结合的智能抄表业务等。

1.2 uRLLC

uRLLC的特点是具有超低的时延和超高的可靠性，这种特性是其非常适合面向自动驾驶、工业控制等应用。以自动驾驶为例，在4G网络下的时延较高，不足以保证自动驾驶的安全性，4G网络难以支撑自动驾驶应用。而在5G的uRLLC场景下，时延可以降低到毫秒级，使得自动驾驶的安全性大大提高，提高了可应用性。

1.3 eMBB

eMBB的特点是兼具有超高的带宽和较低的时延，最适宜面向VR（虚拟现实）/AR（增强现实）、8K超高清视频、高速移动上网等大流量移动宽带应用。其关键性能指标包括百兆用户体验速率、每平方公里数十Tbit/s的流量密度和时速高达500公里/小时的移动性等。

2.5G对承载网的要求

如前所述，5G网络提供业务的主要特征包括大带宽、低时延和海量连接，其对承载网在带宽、容量、时延和组网灵活性方面提出了新的需求。

2.1 性能需求

从三大典型应用场景可以发现，5G对于承载网从带宽、时延等方面提出了更高的性能要求。在带宽方面，VR/AR等eMBB类5G业务将流量需求持续快速增长，单站容量逼近10Gbit/s。在时延方面，自动驾驶等uRLLC类5G新业务提出了超低时延要求，同时5G协同对时延也提出了更高要求。而mMTC，尽管对于带宽和时延都不敏感，但由于其与多种行业的结合，以及物联网无处不在的特性，要求网络能够提供灵活连接能力。

2.2 网络架构

从网络结构方面看，5G对于承载网络也提出了新的要求。5G网络中，接入层由三个功能实体组成，CU（集中单元）、DU（分布单元）、AAU（有源天线单元）。其中CU负责处理非实时协议和服务，DU负责处理物理层协议和实时服务，AAU则完成原来4G中BBU的部分物理层处理功能和无源天线的功能。承载网负責连接CU、DU、AAU之间的连接，其中AAU和DU之间，称为前传;DU和CU之间，称为中传;CU和核心网之间，称为回传。5G承载网将演进为前传、中传、回传三级新型网络架构。同时，在5G网络中，由于应用场景的多样化，为了满足不同的应用需求和环境需要，DU和CU的位置不是严格固定，而是可以灵活调整的，与之相适应，承载网的具体结构也可能会有所不同。当CU和DU合设时，承载网变为前传和回传两级结构;当CU、DU、AAU分设时，承载将演进为前传、中传和回传三级结构[3]。

2.3 承载解决方案

在前传部分，5G承载网络可采用光纤直驱、无源WDM或无源WDM-PON、有源OTN、微波等方式实现。5G时代，考虑到基站密度的增加和潜在的多频点组网方案，光纤直驱方式需要消耗大量的光纤，某些光纤资源紧张的地区难以满足光纤需求，需要设备承载方案作为补充。针对不同的场景，可以选择不同的承载技术方案。而中传和回传部分，则需要在现有技术框架上进行改造，可以采用PTN/SPN、OTN、IPRAN等多种技术。

3.5G承载网的关键技术

3.1 网络切片技术

在5G网络中，由于网络性能的提升，将使得业务类型和业务使用量极大提升。由于在5G网络中将实现从人与人之间的连接发展到万物连接，连接数量将成倍上升，网络势必越来越拥堵，越来越复杂。因此，需要对网络实行分流管理，这就是网络切片。所谓网络切片，就是把物理网络分为若干个虚拟网络，每个网络根据业务需求赋予不同的时延、带宽、安全性、可靠性等，从而灵活应对不同的网络应用场景。

网络切片是5G的关键技术之一。对于5G承载网，其将在管理层、控制层、转发层三个层面进行切片。管理层每个切片拥有独立的管理配置界面和维护界面，需要支持独立的网络功能;控制层切片拥有独立的网络拓扑、控制和资源分配模块;转发层切片侧拥有独立的硬件管道，可以为不同的用户分配不同的软管道资源。

3.2 SDN软件定义网络技术

SDN（软件定义网络）是网络虚拟化的一种实现方式，其将网络设备的控制面板和数据面分离，通过软件编程的方式定义和控制网络。在5G网络中，由于业务和连接类型的多样化，需要将网络划分为不同的切片。SDN可以将承载网设备的控制分离出来，根据业务需求进行简单的网络规则定义后，通过默认协议自动发现设备端口、链路等，大大简化传输承载设备的配置。

3.3 FlexETH灵活以太网技术

FlexETH（灵活以太网）技术是承载网实现业务隔离承载和网络分片的一种接口技术。由于5G业务类型丰富，如何将不同业务的它采用时分复用技术，将一个物理端口切割成多个独立子通道，每个用户侧端口可以指定使用一个或多个子通道，以时隙方式将用户侧端口数据调度至指定的子通道，从而实现业务隔离。通过采用FlexETH技术，可以实现同一分片内业务统计服用，分片之间业务不互相影响，既能在物理层隔离拥塞，又能保证业务QOS相互独立，使业务能够得到更好的保障。

参考文献

[1]3GPP.Study on scenarios and requirements for next generation access technologies： TR38.913 V0.3.0[S].2016.

[2]何晓明，岳萍，卢泉，尹远阳.面向5G承载的IP RAN网络演进及关键技术[J/OL].电信科学：http：//kns.cnki.net//KXReader/Detail？TIMESTAMP=637096660219163750&DBCODE=CJFD

&TABLEName=CAPJLAST&FileName=DXKX2019051700K&RESULT=1&SIGN=JR5nhmWnCaDrwCTD34%2f8nODClAo%3d

[3]余嗣兵，黃坤，牛春，陈一伟.浅析5G接入CU和DU分设中前传建设方案[J].现代传输.2019（04）：66-67.