5G网络承载

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5G网络承载需求

　　随着移动互联网和物联网市场与业务应用的飞速发展，5G技术在近几年成为业界焦点，5G承载方案研究也被提上议事日程。

　　5G技术面向移动互联网和物联网，主要涉及4个技术场景：连续广域覆盖场景、热点高容量场景、低功耗大连接场景和低时延高可靠场景。前两种场景主要面向移动互联网应用，后两种场景主要面向物联网及垂直行业应用。

　　通过分析5G主要应用场景，可以提炼出5G无线网络对承载网的需求：

　　●   带宽需求。连续广域覆盖场景是移动通信最基本的覆盖方式，需要随时随地为用户提供100Mbps以上的用户体验速率；热点高容量场景面向局部热点区域，需要满足用户极高的数据传输速率和区域范围内极高的数据流量需求，包括1Gbps用户体验速率、数10Gbps峰值速率和数10Tbps/km2流量密度；

　　●   低时延、高可靠性需求。车联网、工业控制等垂直行业对时延、可靠性要求苛刻，需要实现毫秒级端到端时延和几乎100%的可靠性。这要求承载网既能提供极低的传送时延、极低的处理时延、严格的频率同步和时间同步能力，又能提供极强的故障恢复能力。

　　●   低TCO需求。5G网络广域覆盖、高密度、大容量、大带宽，势必对承载网元有海量需求，承载网规模将非常庞大，这就要求承载网元低成本、低功耗、易维护，最大限度降低TCO。

　　●   智能化需求。5G网络以SDN作为基础技术，控制面和转发面分离，整个网络会更加灵活、智能、高效和开放。作为5G转发面的一部分，承载网也必须具备SDN功能，从而构建面向业务的网络能力开放接口，支持多域协同、网络分片，满足业务的差异化需求，提升业务的部署效率。

　　●   设备大容量、大带宽、接口数量多需求。5G时代，承载网设备数量大，MESH拓扑结构场景多，带宽、接口消耗大，要求设备具备大容量、大带宽、接口数量多的特点。

5G承载网方案分析

部署策略

　　4G网络主要面向移动互联网，是5G网络的一部分，并为5G网络的建设打下良好的基础。但5G网络的要求比4G网络严格，5G网络面向的对象比4G网络多，规模远远大过4G网络，在4G网络基础上向5G演进并不能完全满足5G面向物联网的需求。因此，从保护历史投资及降低5G网络的建设成本考虑，面向移动互联网，运营商将会选择在4G网络的基础上向5G演进；而面向物联网，运营商会采用新建的策略。承载网是4G/5G网络的一部分，运营商将会采用同样的策略。

网络拓扑结构扁平化

　　5G时代，网络进一步扁平化，“业务云”进一步下沉，“业务云”到“业务端”的纵向时延及“业务端”到“业务端”的横向时延大大降低，对承载网的时延要求比4G时代更严格，承载网必须向扁平化发展。

　　传统承载网分为接入层、汇聚层、骨干汇聚层、核心层、业务落地多层结构，在5G时代承载网会在保持接入、汇聚、核心三层主体结构不变的情况下进行一定程度的简化，汇聚层将不经过骨干汇聚节点进行二级汇聚，经过一级汇聚后直接口字型双上联到核心层，替代目前的环形组网，甚至在设备能力许可的情况下，业务落地层也会被简化。

　　5G承载网拓扑结构构想如图1所示，汇聚节点下挂接入环，直接双上联到核心层，为满足跨域的基站横向流量调度，汇聚需要成环，核心层实现业务落地，并和“业务云”设备全联接，为满足跨多个汇聚环的业务调度，核心层也成环。

大带宽接口、大容量需求将是常态

　　5G面临的第一个挑战就是带宽的挑战。5G基站带宽均值将超过1Gbps，峰值更是超过10Gbps；对S111站型，CIR/PIR将达到4Gbps/16Gbps。按每接入环6个站、1个站达到峰值带宽计算，接入环带宽将达到40Gbps，考虑到5G基站的密集程度，100G组网可能性更大；而核心层/汇聚层则有可能达到T级别组网。

三层下移

　　5G时代，基站之间的横向流量将远远超过LTE时代的流量，延时要求甚至在1ms内，远远低于3GPP定义的LTE基站间理想时延（10ms）。LTE时代，三层一般高置，主要部署在汇聚骨干节点或核心层之上。5G时代，一方面，三层下挂基站将更多，路由条目数量将更大，三层设备流量调度任务中，如果还将三层高置，三层设备将不堪重负，一旦三层节点故障，影响范围很大；另一方面，三层高置横向流量时延大，将不能满足5G时代基站间横向流量时延需求。

　　三层下移带来两个好处：一，三层设备下挂基站减少，流量减少，路由条目减少，压力大大降低，安全性能增加，故障影响范围也大大减少；二，基站间的横向流量跳数减少，时延减少。

SDN部署

　　5G时代，RAN控制域、承载网控制域、核心网控制域三域协同实现端到端的网络控制、网络协调、业务部署，从而实现任意拓扑、任意业务、任意服务质量要求、任意转发要求、任意故障的网络保护倒换等，并面向第三方开放，打造开放的网络平台。为实现三域协同，承载网的SDN部署势在必行。

　　SDN实现了转发和控制的分离，承载设备控制面工作全转移到SDN控制器上，实现全网设备的集中控制。部署SDN能给网络带来以下收益：

　　●   SDN控制器的部署，极大减轻了承载设备的负担，使承载设备专注于业务转发，而不必时刻运行消耗极大、设备功能要求高的控制面进程，设备能耗、功能要求大大降低。 

　　●   由于SDN的控制器的部署，三层路由的计算由SDN控制器完成，标签表也由SDN控制器生成，承载设备不必运营复杂的路由协议进程，对承载设备的要求大大降低。这样4G网络中三层能力弱，而转发能力不差的设备能继续在5G时代发挥作用，保护了运营商的设备投资。

　　●   未来网络发展均基于SDN/NFV，通过网络编排与管理系统针对具体场景需求对网络分片，进行网络功能剪裁和按需组网部署，从而满足不同场景对带宽、时延、服务质量等差异化要求。

IEEE 1588V2部署

　　同步是无线半边天。5G时代，基站对同步的要求比4G时代要求更严。由于5G时代基站数量和4G时代的基站数量相差太大，3G/4G时代主要依靠GPS实现基站之间频率和时间同步的方法在5G时代变得极为不经济，通过地面传送网传送频率和时间同步成为必然，IEEE 1588V2的部署不可避免。

网络KPI、业务质量的可视化

　　5G时代，基站密集且数量大，承载网规模庞大，数据流量爆炸性增长，但业务流量的突发性、业务流量的不均衡性也必然存在。如何监控网络、端口、链路、设备质量、管道等网络KPI指标，如何得知网络的流量动态、业务热点分布、业务承载质量，且在第一时间实时分析出响应对策，为网络日常维护、网络的提前预警、网络中长期规划提供有力支撑，这对网络管理提出了更高的要求。网络运维人员希望清晰了解网络KPI指标、业务质量指标，并在网络发生故障时能迅速定位及解决故障。这都要求设备具备可视化能力，使得运维人员能够获得多个维度、多视角的网络、业务可视化视图，为网络维护提供可视化决策依据。

PO信道化方案是5G承载的最佳选择

　　5G业务种类多样且涉及不同行业，业务流量大，对承载服务质量、安全性要求高。如何满足业务流量爆炸性增长，如何满足未来网络带宽的扩容需求，如何满足不同业务服务质量、安全性要求，如何用一张网络满足不同行业的业务应用需求？PO信道化方案给出了完美的答案。

　　PO信道化技术是PTN技术的深化发展，它在PTN技术的基础上融入OTN技术，优化了网络结构，在一台设备上实现了PTN和OTN两台设备的功能，通过ODUk信道实现网络分片和业务物理隔离，保证了业务服务质量。

　　PO信道化技术对5G承载的价值：

　　●   通过信道将一张网络物理分片成多张网络，不同网络承载不同业务，业务物理隔离，实现了网络虚拟化需求，更好地支撑SDN虚拟化应用。

　　●   通过信道化技术，不同的业务承载在不同的信道上，业务物理隔离，业务间不抢占设备的内存、队列、调度器等资源，业务服务质量得到保证。

　　●   设备成本、功耗、机房空间占用、维护成本降低。PO信道在一台设备上实现了PTN和OTN两台设备的功能，设备成本降低，功耗降低，机房空间占用减少；由原来的两套网络维护变为一套网络维护，简化了运维，维护成本大大降低。

　　●   PO信道化利用波分合波技术能轻松提升线路侧带宽，实现网络带宽扩容，满足5G时代对承载网带宽需求。

5G目标承载网络架构

　　综上所述，针对5G需求，我们可以构想5G承载网方案。5G承载网转发面选择PO信道化技术，控制面部署SDN，管理面部署可视化管理工具，如图2所示。

　　5G时代是万物互联的时代，万物融合的时代，网络无处不在，展现在我们面前的是无限美好的愿景，5G承载网建设是实现这个美好愿景的关键点之一。