5G承载网技术与优化组网分析

2023-01-16 10:08于海超
通信电源技术 2022年18期
关键词:切片时延基站

于海超

(吉林吉大通信设计院股份有限公司,吉林 长春 130012)

1 5G无线网络的特点

1.1 带宽运行性能优势显著

基于国际电信联盟(International Telecommunication Union,ITU)的相关要求,5G基站最大峰值宽带能够达到20 Gb/s,但是在基站建设和运行中,由于基站建设类型不同,天线数量和频谱效率等参数设置存在差异,使得实际运行峰值与理论值之间也有所差异。以64TR 100 MHz的宽带基站为例,最高带宽为6 Gb/s,平均宽带通常为3 Gb/s。5G基站建设方式有低频和高频2种,前者是在4G基站基础上改进而来的,具有成本低、效益高等特征,后者则是采用25GE接口的接入方式,虽然应用较为复杂,运行成本相对较高,但运行能力较强,能够更好满足多种场景的运行要求[1]。通常情形下,5G承载地网的网络规划如图1所示。

图1 5G承载网网络规划

1.2 低时延

低时延是针对现有移动通信方式而言,通过信息的高速率传输,有效压缩信息传输的时间,确保信息传输的时效性。在不同5G业务类型中,低时延表现特征也有较大差异,如超可靠低时延通信(ultra Reliable Low Latency Communication,uRLLC)中的端到端时延能够缩短至1 ms,空口时延能够控制在0.5 ms,相对3G技术来看,各方面都有明显提升。低时延特性能够有效拓展5G技术应用场景,在无人驾驶、虚拟现实(Virtual Reality,VR)体验及工业互联网等场景中都起到提升信息传输效率、改善生产条件的作用[2]。

1.3 流量Mesh化

Mesh化是指无线网格网络,即通过与其他网络的协同通信,根据其应用需求搭建动态化拓展的网络架构,能够将任意2个设备进行无线互联的方式。5G组网中能够根据需要对集中单元(Centralized Unit,CU)、分布单元(Distributed Unit,DU)进行灵活性部署,实现一对多或多对一形式搭建,增强低延时性能。Mesh化在5G承载网运行中具有多方面应用成效,已经成为了布置5G承载网的重要方式,是未来发展应当关注的重点内容[3]。

1.4 网络切片

网络切片是指在5G承载网架构中,以软件定义网络(Software Defined Network,SDN)进行网络切片架构,实现网络管理、资源、计算、转发、控制等方面的有效隔离,确保信息业务处理安全性,满足网络运行的关键指标要求,确保网络高质量、稳定运行。5G网络切片能够满足网络运行按需定制、逻辑隔离、端到端运行等方面的需求,将网络链路、节点、端口等运行内容的拓扑资源虚拟化。在数据平台运行中,每个切片都能够实现端到端的有效隔离,并有效利用单独控制器管理,提升业务运行的安全性[4,5]。

2 5G承载网关键技术

2.1 FlexE

灵活以太网(Flexible Ethernet,FlexE)是5G通道宽带稳定运行的前提,在传输中将多个100GE端口捆绑,实现流量的均匀分担,提升5G承载网性能。FlexE技术实现主要有如下几种方式:(1)在多端口捆绑中以多时隙为基础实现设备通道化和设备虚拟化,实现承载网物理、管理以及控制等方面的隔离;(2)将100GE接口捆绑在一起,能够起到支持100GE+接口运行的效果,满足以太网更高性能的运行要求;(3)通过多通道引进数据的方式提升运行速率,避免出现流量浪费现象。

2.2 分段路由

分段路由(Segment Routing,SR)在网络技术中具有较长的应用历史,并随着技术发展而不断优化,其运行原理是利用内部网关协议(Interior Gateway Protocol,IGP)实现控制平面扩展,以多协议标记交换(Multi-Protocol Label Switching,MPLS)转发网络构建转发层,并将正确的Segment在转发层转变为标签形式,由转发器根据标签栈进行转发。分段路由能够使信息路径不再完全依靠中间节点进行信息统计和收集,有效减少节点计算,通过与SDN技术的融合,优化端到端路径计算能力,有效提升组网水平。

2.3 MPLS EVPN

在原有的MPLS系统中,2层虚拟专用网(Layer 2 Virtual Private Network,L2VPN)有虚拟标签服务(Virtual Private Wire Service,VPWS)和虚拟专用局域网服务(Virtual Private Lan Service,VPLS)2种运行方式。在运行中,如果设备未学习多址接入信道(Multiple Access Channel,MAC),则需要利用广播进行信息传输,存在信息丢失或错误风险,同时在跨域互通场景中,无法实现有效的跨域保护。利用MPLS以太虚拟专用网络(Ethernet Virtual Private Network,EVPN)技术能够有效减少控制面的实际协议部署,在出现无法学习目的地址时,则可以通过地址解析协议代理方式进行处理,避免由于流量广播带来的环路风险。通过边际网关协议进行地址学习并以边界网关协议(Border Gateway Protocol,BGP)进行通信,能够提升组网灵活性。经简化后的5G承载网如图2所示。

图2 简化后的5G承载网

2.4 IPv6

互联网协议第6版(Internet Protocol version 6,IPv6)是与5G技术协同发展的新一代IP协议,主要定义单薄地址、组播地址以及任播地址3种类型,能够实现无状态地址自动配置和IPv6动态主机配置,提升网络组播能力,通过对网络层的数据加密提升信息安全性。IPv6协议与5G技术的协同应用不仅能够有效增加IP地址资源,解决原有IPv4协议存在的地址资源不足问题,还能够拓展网络部署空间,提升技术应用成效。

2.5 设备虚拟化

网络设备虚拟化是以网络切片技术为支撑,推动5G承载网优化的重要技术。在5G承载网运行中,能够根据信息传输需要对资源进行灵活分配,确保每个设备都拥有独立的运行资源,确保资源分配合理性。

3 5G承载网组网优化路径

3.1 网络扁平化

5G网络建设规模不断扩大,应用场景更加复杂,5G网络带宽、抖动和时延效果不仅会对网络运行的安全性和可靠性造成影响,同时也会影响到用户对网络的感知。在网络节点过多时,将会直接降低数据传输质量,增加瞬时拥塞隐患,使得网络带宽压力不断增加。因此,在进行5G承载网的组网设计时,应当通过增加光通路方式构建扁平化网络,以此有效避免环路故障对网络整体运行性能的影响,使各个区域的网络能够单独承担数据传输需求,有效降低业务传输中的节点跳数,降低汇聚环路的带宽压力,确保组网系统能够保持安全稳定的运行状态。

3.2 管控融合的SDN架构

5G组网与传统的网络承载方式有明显差异,融合了分段路由和网络切片等新型技术,要求顶端管理层面必须要具备路径计算单元(Path Computation Element,PCE)。传统网络承载方式中,非极大值抑制(Non Maximum Suppression,NMS)系统和网元管理系统(Element Management System,EMS)提供统一的北向接口,屏蔽其他厂商相异的接口,使得网管架构功能受到限制。在5G组网模式下,以管控融合的SDN架构为基础,基于SDN架构的Restconf端口提供统一的北向接口,构建新型的融合平台,能够使各个厂商利用简单网络管理协议(Simple Network Management Protocol,SNMP)、QX、 命 令 行 界 面(Command Line Interface, CLI)等方式与组网形成融合。通过SDN架构模式,能够有效降低接口限制对组网性能产生的影响,确保组网在各种场景下都能够达到良好的运行状态。

3.3 C-RAN架构优化

云-无线电接入网(Cloud-Radio Access Network,C-RAN)架构是当前5G组网架构发展的新型模式,其运行原理是以集中化处理为基础,在实时云计算功能支撑和协作式无线电辅助方面达到有效降低组网运行能耗的要求。在5G承载网大范围应用中,基站建设数量的不断增加必然会造成能耗水平的不断提升。由于运行场景和用户使用习惯的差异,出现明显的潮汐效应使资源利率效率明显降低。基于C-RAN架构,能够更为全面地分析5G承载网建设时网络运行性能的主要影响因素,对公共无线接口(Common Public Radio Interface,CPRI)进行优化,根据网络运行场景和流量变化特征实现光纤资源的优化配置,有效提升5G承载网整体运行性价比,推动5G资源的合理利用,使得网络运行朝着绿色节能的方向发展。

3.4 网络保护技术优化

5G承载网的组网设计中,网络运行性能稳定性和信息安全保护是应当关注的重点方面。当前较为常用的网络保护技术主要有线性保护、双归保护、环网保护及等价路径保护等,其应用和优化主要从以下几个方面入手。

在5G SPN网络保护方面,主要有拓扑保护技术、控制面重路由保护技术等。拓扑保护技术能够在网络设备转发面预置保护路径,并将保护倒换的时间控制在50 ms以内。控制面重路由保护技术能够基于SDN控制器实现对业务转发面的实时闭环控制,不仅能够有效提升物理链路资源的有效利用,提升业务故障恢复能力,还能够实现对不同用户算路策略的精准配置,提升网络运行可靠性和扩展性。

在5G SPN网络故障场景处理方面,主要是基于“L3到接入层”业务承载方案,降低故障发生概率,提升故障处理成效。“L3到接入层”业务承载方案具有如下方面优势:(1)新引入中间系统到中间系统(Intermediate System to Intermediate System,IS-IS)协议,能够更好地实现网络状态感知,优化SR-BE隧道路径生产方式;(2)将L3域下沉至边缘接入设备,提升设备利用效率;(3)对SR隧道业务功能进行分化,分别满足点对点连接业务需求和Mesh化连接需求;(4)实现对SR隧道承载业务的性能监测。

4 结 论

5G时代承载网技术的大宽带、低时延等特点能够让人们的工作与生活更为灵活便捷。未来发展过程中,技术人员还需对5G承载网技术进行不断优化,不断引入其他新的网络技术,以此促进信息和网络技术的长足性发展。FlexE、SR技术、设备虚拟化以及网络切片技术等在网络发展中的广泛应用,推动4G逐渐向5G承载网方向发展,一定程度上体现了时代的主流选择,即不断降低技术开发成本、降低网络运营投资,在减少不必要资源浪费的基础上提高组网的安全可靠性。因此,必须强化5G承载网的组网优化研究,为5G技术的广泛应用奠定技术基础。

猜你喜欢
切片时延基站
5G承载网部署满足uRLLC业务时延要求的研究
新局势下5G网络切片技术的强化思考
5G网络切片技术增强研究
5G IAB基站接入网络方案研究*
5G基站辐射对人体有害?
网络切片标准分析与发展现状
基于GCC-nearest时延估计的室内声源定位
浅析5G网络切片安全
基于移动通信基站建设自动化探讨
可恶的“伪基站”