5G 承载网络架构和技术方案
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今天“小沃”就跟各位朋友分享下2018年行业报告之5G 承载网络架构和技术方案。
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随着3GPP 5G非独立（NSA）和独立（SA） 组网标准的正式冻结，我国运营商同步启动规划 和设计5G试点和预商用方案，5G迈向商用的步 伐逐步加快。相对4G网络，5G在业务特性、接 入网、核心网等多个方面将发生显著变化，其中 在业务特性方面，增强型移动宽带（eMBB）、 超可靠低时延通信（uRLLC）、大规模机器类 通信（mMTC）等典型业务场景将分阶段逐步引 入；在无线接入网方面，将重塑网元功能、互联 接口及组网结构；在核心网方面将趋向采用云化 分布式部署架构，核心网信令网元将主要在省干 和大区中心机房部署，数据面网元根据不同业 务性能差异拟采用分层部署方案，随着物联网（IOT）等垂直行业的业务发展，5G控制平面也 将呈现大区部署趋势。
5G新型特性变化为承载技术的新一轮快速 发展提供了契机。
受业务特性、运营商承载网络技术架构选 择、未来演进策略等多种因素影响，面向移动通 信的承载网络在3G/4G时代就采用了两种差异化 承载方案。"5G商用，承载先行"，随着5G诸多新 特性的引入和5G试验及预商用计划的逐步推进， 面向5G的承载架构与多样化的技术方案更是成为 业界普遍关注的焦点。
5G承载网络总体架构
5G承载网络是为5G无线接入网和核心网提 供网络连接的基础网络，不仅为这些网络连接提供灵活调度、组网保护和管理控制等功能， 还要提供带宽、时延、同步和可靠性等方面的 性能保障。
满足5G承载需求的5G承载网络总体架构见 图1，主要包括转发平面、协同管控、5G同步网 三个部分，在此架构下同时支持差异化的网络切片服务能力。5G网络切片涉及到终端、无线、承 载和核心网，需要实现端到端协同管控。通过转 发平面的资源切片和管理控制平面的切片管控能 力，可为5G三大类业务应用、移动内容分发网络（CDN）网络互联、政企客户专线以及家庭宽带 等业务提供所需服务等级协议（SLA）保障的差 异化网络切片服务能力。
图1 5G承载网络总体架构
5G承载转发面架构与技术方案
2.1 5G承载转发面架构
5G承载网络分为省干和城域两大部分，城域 接入层主要为前传Fx接口的CPRI/eCPRI信号、中 传F1接口以及回传的N2（信令）和N3（数据） 接口提供网络连接；城域的汇聚核心层和省干层 面不仅要为回传提供网络连接，还需要为部分 核心网元之间的N4、N6以及N9接口提供网络连接，见图2。其中N6是UPF与数据网络（DN）之 间的接口，将涉及通过IP公网访问外部的多媒体 数据中心。5G无线接入网（RAN）在建设初期主 要采用gNB宏站以及CU和DU合设模式；在5G规 模建设阶段，将采用CU和DU分离模式，并实施 CU云化和CRAN大集中建设模式。
图2 5G对承载网络的连接需求和网络分层关系
为5G网络提供灵活连接的承载网络转发面组 网架构见图3，以实现多层级承载网络、灵活化连接调度、层次化网络切片、4G/5G混合承载以 及低成本高速组网等关键功能特性。
图3 5G承载网络转发面组网架构
5G前传技术方案
2.2.1 5G前传典型场
5G前传主要有DRAN和CRAN两种场景，其 中CRAN又可细分为CRAN小集中和CRAN大集中
两种部署模式，CRAN大集中一般需要CU云化和DU池化集中部署来支撑实现，见图4。
图4 5G前传部署场景
2.2.2 5G前传技术方案
5G 前传技术方案包括光纤直连、无源 W DM 、有源 W DM/ OT N 、切片分组网络 （SPN）等，具体工作机制见图5。
图5 5G前传典型方案
2.3 5G中回传技术方案
2.3.1 5G中回传承载需求
5G中回传承载网络方案的核心功能要满足多 层级承载网络、灵活化连接调度、层次化网络切 片、4G/5G混合承载以及低成本高速组网等承载 需求，支持L0~L3层的综合传送能力，可通过L0 层波长、L1层TDM通道、L2和L3层分组隧道来 实现层次化网络切片
2.3.2 切片分组网络（SPN）技术方案
SPN是中国移动在承载3G/4G回传的分组传 送网络（PTN）技术基础上，面向5G和政企专线 等业务承载需求，融合创新提出的新一代切片分 组网络技术方案，面向5G承载的SPN组网架构如 图6所示。
图6 面向5G承载的SPN组网架构
S P N 网 络 分 层 架 构 包 括 切 片 分 组 层（ SPL）、切片通道层（ SCL）和切片传送层（STL）三个层面，此外还包括实现高精度时频同步的时间/时钟同步功能模块、实现SPN统一管 控的管理/控制功能模块，具体见图7。
图7 SPN网络协议分层架构
2.3.3 面向移动承载优化的OTN（M-OTN） 技术方案综合考虑 5G承载和云专线等业务需求，
中国电信融合创新提出了面向移动承载优化的 OTN(M-OTN)技术方案，其组网架构如图12所 示。
图8 基于M-OTN的5G承载组网架构
M-OTN的关键技术主要包括：
(一) L2和L3分组转发技术
(二) L1通道转发技术
(三) L0光层组网技术
2.3.4 IP RAN &光层技术方案
基于IP RAN&光层的5G承载组网架构见图 14，包括城域核心、汇聚和接入的分层结构，具 体方案特点如下：
1 ） 核心汇聚层由核心节点和汇聚节点组 成，采用IP RAN系统承载，核心汇聚节点之间采 用口字型对接结构。
2）接入层由综合业务接入节点和末端接入 节点组成。综合业务接入节点主要进行基站和宽带业务的综合接入，包括DU/CU集中部署、OLT 等；末端接入节点主要接入独立的基站等。接入 节点之间的组网结构主要为环形或链形，接入节 点以双节点方式连接至一对汇聚节点。接入层可 选用IP RAN或PeOTN系统来承载。
3 ）前传以光纤直驱方式为主（含单纤双 向），当光缆纤芯容量不足时，可采用城域接入 型WDM系统方案（G.metro）。
图9 基于光层&IP RAN的5G承载组网架构
4）中传和回传部分包括两种组网方式：端 到端IP RAN组网和IP RAN+PeOTN组网。
2.4 5G承载网络转发面发展演进建议
综合分析CRAN和5G核心网云化、数据中 心化部署方案和全面支持IPv6等发展趋势，对 5G承载网络转发面技术及应用的未来发展演进 建议如下：
1）5G前传方案按需选择：在光纤资源丰富 的区域，建议以低成本的光纤直驱方案为主；对 于光纤资源紧缺且敷设成本高的区域，可综合考 虑网络成本、运维管理需求等因素来选择合适的 前传技术方案。
2）5G中回传方案新建和演进并重：面向5G 和专线业务承载的新技术发展趋势包括L2和L3的 段路由（SR）、L1的灵活以太网（FlexE）接口 和切片以太网通道、L1的ODUflex通道、L0的低 成本高速光接口等转发面技术。5G中回传可基于 新的5G承载技术方案进行建设，也可基于4G承 载网络进行升级演进。
3 ）支 持 IPv6 方案： 5G 承载网络可采用L2VPN+L3VPN或L3VPN到边缘的应用部署方 案，其中L3VPN负责感知基站和核心网的三层 IP地址，考虑到4G/5G统一承载需求，因此需要 5G承载网络设备支持IPv4/IPv6双栈和6vPE转发 技术。
5G承载协同管控架构和关键技术
3.1 5G承载网络管控架构
5G网络涉及无线、核心网和承载网络，同时 支撑多种网络应用场景，通过SDN架构实现端到端网络和业务的协同，提升业务自动化开通部署 和智能运维能力。5G网络协同管控架构如图18所 示。
图10 5G网络端到端协同管控架构
3.2 5G承载网络管控关键技术
（一）多层网络管控技术
5G承载网络在不同的域内可能采用不同的 网络技术，或者在同一网络域内具备多层网络技 术，应具备多层、多域的网络管控功能，包括：
1）多层管控模型 多层多域的网络可采用统一的多层管控网络模型。
2）多层管控路由优化 传送网管控系统应具备多层网络资源的规划和优化功能，实现多层网络资源的最优配置。
（二）切片管控
5G承载网络切片需求逐步明确，需要针对 eMBB、uRLLC、mMTC等不同5G业务，或者其 它非5G业务提供承载网络的切片，网络切片的管 控成为管控系统的重要内容。承载网管理系统采 用开放的北向接口，实现和上层管控系统的网络 资源切片协同，承载网络本身的管控架构、信息 模型、接口交互流程支持切片网络管控功能。
（三）智能运维 人工智能（AI）技术为网络管控带来新的特征，通过对承载网络的大数据分析，引入机器学 习能力，可以实现以业务为中心的智能排障、基 于AI的智能故障分析、智能故障自愈、基于业务 性能监测的规划优化等智能化网络运维能力。
3.3 5G承载网络管控发展演进建议
5G承载网络管控需求、架构、功能基本明 确，一是采用开放的北向接口，满足和上层业务 编排器的协同管控需求；二是采用层次化的集中 管控架构，以满足5G承载网管控架构要求；三是 需要引入网络切片管控、AI智能运维等新功能。
5G同步网架构和关键技术
4.1 5G同步网通用组网架构
5G频率同步需求与4G相同，目前主要采用 逐点物理层同步方式实现，技术相对成熟，本报告不再论述频率同步相关内容。5G时间同步的通 用组网架构如图20所示。
图11 时间同步通用组网架构
4.2 5G同步网的关键技术
（一）高精度同步源头技术
a）卫星双频接收技术
b）卫星共视技术 卫星共视法是目前远距离时钟比对的主要方法之一，也是国际原子时成员单位合作的主要技 术手段之一，其时间比对不确定度可优于10ns。
c）源头技术比较 卫星双频接收技术和卫星共视技术两种高精度同步源头技术比较如表6所示。
表1 高精度同步源头技术比较
综上，当前卫星双频技术更适合于高精度同 步源头设备的实现，卫星共视技术可以先用于现 网时间同步源的性能集中监控，暂不用于具体设 备的实现，待共视网络建设成熟后再考虑用于实 现高精度同步源头设备。
（二）高精度同步传输技术
a）IEEE 1588v2技术
b） IEEE 1588 v2.1技术
（三）高精度同步局内分配技术 为实现高精度同步接入，在局内进行同步分配时，原则上采用高精度PTP以太网接口（GE、 10GE等），不建议采用1PPS+ToD接口。另外， 由于1PPS TTL接口没有ToD信息，建议其主要用 于时间精度相对测量，不用于局内时间分配。
（四）高精度同步监测技术 同步监测方法总体可分为绝对监测和相对监测两大类。其中，绝对监测方法是指采用标准时
间作为监测参考源对被测信号进行直接监测，相 对监测方法是指采用非标准时间作为监测参考源 对被测信号质量进行间接监测。
4.3 5G同步网发展演进建议
同步网应根据5G同步需求和承载网络部署情 况，分阶段发展演进：
1）基于现有承载网络，建议利旧现有同步 网实现±1.5us的时间同步，开通5G基本业务；若 现网支持百纳秒量级时间同步要求的协同业务， 可考虑在局部区域下沉部署小型化高精度同步设 备，通过跳数控制满足其高精度同步需求。
2 ） 对于新建承载网络， 建议按照端到端300ns量级一次到位进行高精度时间同步地面组 网。一方面，遵循扁平化思路，将时间源头做一 定程度的下沉，以降低定时链路长度，实现端到 端性能控制；另一方面，采用能够有效减少时间 误差的链路或接口技术，比如采用单纤双向技术 进行同步信号的传送，采用高精度PTP以太网技 术进行同步信号的局间和局内互联等。
总结和展望
5G新型业务特性的引入、无线接入网结构和 核心网架构革新变化等为承载技术的新一轮快速 发展提供了契机，5G承载网络呈现出三大性能需 求和六大组网功能需求，受业务特性、运营商技 术架构与未来演进思路等多种因素影响， 5G承 载呈现多种技术方案并行发展的态势。5G承载网 络架构由转发面、管理控制面和同步网等功能模 块构成，其中转发面实现前传和中/回传的高效承 载，管理控制面提供5G承载的统一管控，同步网 支撑高精度同步需求的5G应用。
"5G商用，承载先行"。随着5G现网规模试 点开展和预商用进程加快，5G承载技术方案还将继续加强融合创新。5G承载工作组将与业界加 强合作，聚焦共识，协同推动5G承载架构、组 网方案、共性支撑技术、产业化方案和标准规 范等相关研究，共同促进5G承载网络技术和产 业的有序发展，为后续5G规模化部署提供有力 支撑。
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