我國(guó)運(yùn)營(yíng)商的5G承載網(wǎng)絡(luò)規(guī)模組網(wǎng)方案還面臨著挑戰(zhàn)

5G商用，承載先行。5G承載網(wǎng)絡(luò)是為5G無(wú)線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)提供大帶寬、低時(shí)延和高可靠網(wǎng)絡(luò)連接的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。2019年，我國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商的5G網(wǎng)絡(luò)都已進(jìn)入規(guī)模試商用前的關(guān)鍵階段，不僅在重點(diǎn)地市啟動(dòng)5G基站大規(guī)模建設(shè)和展示各類新興業(yè)務(wù)應(yīng)用，并且緊鑼密鼓地開(kāi)展5G前傳和回傳設(shè)備以及IP承載相關(guān)設(shè)備的進(jìn)網(wǎng)集采測(cè)試，重點(diǎn)驗(yàn)證規(guī)模組網(wǎng)方案和跨域互通方案。

本文首先分析總結(jié)了我國(guó)運(yùn)營(yíng)商的5G承載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案，然后結(jié)合5G核心網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心化發(fā)展趨勢(shì)探討了5G承載網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模組網(wǎng)方案，最后結(jié)合國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展，提出需要從技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)3個(gè)方面鼎力支撐5G規(guī)模試商用的到來(lái)。

我國(guó)5G承載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案已基本明確

2017-2018年，為更好適應(yīng)5G和專線業(yè)務(wù)綜合承載需求，我國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商紛紛開(kāi)展了不同網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案的創(chuàng)新研究、標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)、實(shí)驗(yàn)室評(píng)估和現(xiàn)網(wǎng)規(guī)模試點(diǎn)驗(yàn)證工作。5G回傳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案有基于PTN演進(jìn)的切片分組網(wǎng)絡(luò)（SPN）、IPRAN增強(qiáng)、分組增強(qiáng)型OTN等不同技術(shù)路線，5G前傳網(wǎng)絡(luò)可有光纖直連、無(wú)源WDM、有源WDM或OTN、接入SPN、WDM PON等多種方案選擇。

進(jìn)入2019年，我國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)逐步進(jìn)入試商用前的規(guī)模建設(shè)階段，運(yùn)營(yíng)商綜合分析技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和成本現(xiàn)狀，關(guān)于前傳和回傳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案的總體選擇和發(fā)展趨勢(shì)已基本明朗。

5G前傳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G無(wú)線接入網(wǎng)的部署模式有D-RAN和C-RAN兩種場(chǎng)景。D-RAN場(chǎng)景相對(duì)簡(jiǎn)單，AAU和DU一般分別部署在塔上和塔下；C-RAN場(chǎng)景可分為小集中和大集中兩種模式，在5G建設(shè)初期，通常采用小集中模式。C-RAN場(chǎng)景的AAU拉遠(yuǎn)距離一般在10km以內(nèi)，通常不超過(guò)20km。前傳網(wǎng)是為基站的無(wú)線射頻單元（4G增強(qiáng)的RRU、5G的AAU）和基帶處理單元（4G的BBU、5G的DU和CU）之間提供光纖傳輸的網(wǎng)絡(luò)，主要實(shí)現(xiàn)CPRI和eCPRI信號(hào)傳輸。前傳網(wǎng)的關(guān)鍵要求是支持低時(shí)延（小于100us）、高精度時(shí)間同步（±130ns或±260ns）和低成本組網(wǎng)。近期4G和5G的前傳信號(hào)主要是25GE的eCPRI，以3個(gè)載頻的S111站型為例，每個(gè)基站需要傳輸3對(duì)25GE信號(hào)的收發(fā)，4G和5G基站共址則有6對(duì)25GE接口，共占用12根接入光纖。

5G前傳技術(shù)方案的選擇主要考慮光纖資源、建網(wǎng)綜合成本和網(wǎng)絡(luò)可維護(hù)性等因素。在接入光纖資源豐富的地區(qū)，5G前傳主要采用光纖直連；在光纖資源不足的地區(qū)，可采用低成本的無(wú)源WDM節(jié)省光纖；對(duì)于光纖資源緊缺且對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維能力有要求的地區(qū)，可適當(dāng)采用有源WDM/OTN來(lái)建設(shè)C-RAN的前傳網(wǎng)絡(luò)，要求BBU側(cè)設(shè)備具有同時(shí)接入3~10個(gè)AAU的容量，AAU側(cè)的室外前傳設(shè)備適合掛在鐵塔或燈桿上，支持上電后免配置自動(dòng)開(kāi)通，為節(jié)省光纖消耗和提升時(shí)間同步精度，應(yīng)配置支持工業(yè)級(jí)溫度的25Gbit/s和100Gbit/s單纖雙向光模塊，基于L0或L1傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)確定性低時(shí)延。

5G回傳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G回傳網(wǎng)是為廣泛分布的5G基站（g-NodeB、BBU或CU）和核心網(wǎng)元之間提供多點(diǎn)到點(diǎn)的雙向連接和帶寬匯聚的傳送網(wǎng)絡(luò)，在地域上覆蓋城域、省內(nèi)干線乃至大區(qū)范圍，核心需求是低時(shí)延（如eMBB在信令面小于10ms，數(shù)據(jù)面小于4ms）、中長(zhǎng)距離（城域40km或80km、省內(nèi)干線或大區(qū)120~450km）、大帶寬（單路100Gbit/s、200Gbit/s或400Gbit/s）、高精度時(shí)間同步（±260ns）和低成本高效組網(wǎng)。

5G回傳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)需滿足5個(gè)核心特征：一是支持靈活擴(kuò)展、高速率、高可靠和大規(guī)模組網(wǎng)的L3VPN技術(shù)；二是支持網(wǎng)絡(luò)切片所需的邏輯隔離能力，對(duì)隔離性和安全性要求較強(qiáng)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景或集團(tuán)客戶，應(yīng)支持硬隔離轉(zhuǎn)發(fā)能力；三是面向uRLLC業(yè)務(wù)，支持確定性低時(shí)延和低抖動(dòng)性能；四是支持高精度頻率和時(shí)間同步傳輸；五是支持網(wǎng)絡(luò)切片全生命周期管理和開(kāi)放北向接口的管控系統(tǒng)。

綜合以上分析，我國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商都已明確近期的5G回傳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)路線選擇：中國(guó)移動(dòng)的5G新建傳輸網(wǎng)絡(luò)將采用切片分組傳送（SPN）技術(shù)，對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)具備PTN擴(kuò)容或升級(jí)條件的地市，將采用PTN擴(kuò)容或升級(jí)SPN技術(shù)方案；中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通在城域主要采用現(xiàn)網(wǎng)IPRAN擴(kuò)容或新建IPRAN增強(qiáng)SR和EVPN技術(shù)方案，在省內(nèi)干線主要采用IP承載網(wǎng)over WDM/OTN的聯(lián)合組網(wǎng)方案。三大運(yùn)營(yíng)商在網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放能力方面都面臨著加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)能力，開(kāi)發(fā)智能化業(yè)務(wù)編排系統(tǒng)和管控系統(tǒng)的重要挑戰(zhàn)。

差異化的網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)和管控能力是關(guān)鍵

5G承載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備多業(yè)務(wù)綜合承載能力，除了承載4G/5G無(wú)線基站業(yè)務(wù)，還可承載集客專線、家庭寬帶OLT回傳業(yè)務(wù)等，充分發(fā)揮綜合承載效能。因此，在一張承載網(wǎng)絡(luò)上，通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)平面提供的網(wǎng)絡(luò)資源軟、硬管道隔離技術(shù)，結(jié)合上層智能化業(yè)務(wù)編排系統(tǒng)和管控一體化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片的全生命周期服務(wù)能力，包括響應(yīng)切片請(qǐng)求、進(jìn)行資源編排、創(chuàng)建虛擬網(wǎng)絡(luò)、開(kāi)展性能監(jiān)測(cè)等流程，可為5G三大類業(yè)務(wù)場(chǎng)景、移動(dòng)數(shù)據(jù)中心互聯(lián)、集團(tuán)客戶專線、垂直行業(yè)專網(wǎng)以及家庭寬帶等業(yè)務(wù)提供所需SLA保障的差異化網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)能力。

此外，5G承載網(wǎng)絡(luò)的管控系統(tǒng)還應(yīng)支持基于Restful的開(kāi)放北向接口，支持基于Netconf+Yang的南向接口，支持通過(guò)BGP-LS實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)滟Y源的收集和刷新，支持通過(guò)PCEP實(shí)現(xiàn)路徑集中計(jì)算和自動(dòng)下發(fā)能力，支持幾萬(wàn)端承載設(shè)備的集中管控能力。

5G承載網(wǎng)絡(luò)規(guī)模組網(wǎng)方案面臨的主要挑戰(zhàn)

根據(jù)近期許多省市發(fā)布的加快推進(jìn)5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)施意見(jiàn)，某些發(fā)達(dá)省市將在2020年底前建成2萬(wàn)~3萬(wàn)個(gè)基站，實(shí)現(xiàn)城區(qū)5G信號(hào)的全覆蓋?？深A(yù)估在2019-2022三年期間，我國(guó)發(fā)達(dá)省市將建設(shè)上百萬(wàn)個(gè)5G基站，與全國(guó)400百萬(wàn)個(gè)LTE基站配合，實(shí)現(xiàn)全覆蓋的高速移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。因此，大規(guī)模組網(wǎng)方案成為5G承載網(wǎng)絡(luò)近期面臨的主要挑戰(zhàn)。

5G回傳網(wǎng)應(yīng)支持L3VPN到邊緣的大規(guī)模組網(wǎng)

中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通的4G回傳網(wǎng)主要采用城域接入層L2VPN+匯聚核心層動(dòng)態(tài)L3VPN的IPRAN組網(wǎng)方案，中國(guó)移動(dòng)的4G回傳網(wǎng)主要采用城域接入?yún)R聚層L2VPN+核心層靜態(tài)L3VPN的PTN組網(wǎng)方案。由于基于MEC邊緣云將下沉到匯聚節(jié)點(diǎn)或綜合業(yè)務(wù)接入節(jié)點(diǎn)，因此回傳網(wǎng)的L3VPN功能也將下沉到邊緣，一個(gè)省的5G回傳網(wǎng)絡(luò)將面臨著幾百個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)和上萬(wàn)個(gè)綜合業(yè)務(wù)接入節(jié)點(diǎn)的L3VPN組網(wǎng)規(guī)模挑戰(zhàn)。

由于傳統(tǒng)基于MPLS的L3VPN網(wǎng)絡(luò)存在著N平方的擴(kuò)展性問(wèn)題，基于源路由的段路由（SR）技術(shù)可較好的解決L3VN的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性問(wèn)題，簡(jiǎn)化了中間節(jié)點(diǎn)的標(biāo)簽分發(fā)和轉(zhuǎn)發(fā)操作，并且有利于實(shí)現(xiàn)SDN集中管控?；赟R的L3VPN應(yīng)采用分域方式控制單IGP域內(nèi)網(wǎng)元數(shù)量，例如核心匯聚層為一個(gè)IGP域，每個(gè)接入環(huán)為一個(gè)IGP域，端到端部署IGP協(xié)議，IGP分域點(diǎn)設(shè)置在重要匯聚節(jié)點(diǎn)或普通匯聚節(jié)點(diǎn)，如圖1所示。全網(wǎng)需要協(xié)同開(kāi)展VLAN和IP地址規(guī)劃工作，5G基站支持IPv4和IPv6雙棧能力。在L3VPN業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)城域和干線對(duì)接時(shí)，為了提升網(wǎng)絡(luò)安全可靠性，通常采用口字型互通方案，在互通鏈路上配置IP FRR和基于RFC7130 BFD的LAG組成員。

圖1? ?L3VPN的分層分域組網(wǎng)方案示意圖

5G承載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)實(shí)現(xiàn)多級(jí)數(shù)據(jù)中心的高速互連

5G核心網(wǎng)的虛擬化和云化，帶來(lái)數(shù)據(jù)中心（DC）的大規(guī)模建設(shè)需求。我國(guó)運(yùn)營(yíng)商都在規(guī)劃固定和移動(dòng)業(yè)務(wù)融合發(fā)展的新一代分布式數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，通常分為大區(qū)或省干DC、城域核心DC和邊緣DC 3層，如圖2所示。

5G核心網(wǎng)的部署方案與不同業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景密切相關(guān)。為了便于漫游和計(jì)費(fèi)，信令面主要采用大區(qū)集中或省集中部署方式，用戶面可根據(jù)業(yè)務(wù)需求采用按需集中或分布式部署方式。例如，對(duì)于eMBB業(yè)務(wù)，核心網(wǎng)的信令面部署在大區(qū)或省中心，用戶面的UPF和CDN可分布式部署在省DC或城域DC；對(duì)于mMTC物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，受區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響，其UPF可以可部署在大區(qū)或省DC；對(duì)于低時(shí)延高可靠的uRLLC業(yè)務(wù)，UPF和MEC可以下沉到匯聚節(jié)點(diǎn)或邊緣數(shù)據(jù)中心。

數(shù)據(jù)中心向承載網(wǎng)絡(luò)提出了巨大的承載帶寬需求，隨著網(wǎng)絡(luò)云化趨勢(shì)和邊緣DC數(shù)量的逐步增加，數(shù)據(jù)中心的高速互聯(lián)需求也將急劇增長(zhǎng)。大區(qū)和省核心DC之間的互連主要采用IP承載網(wǎng)和WDM/OTN聯(lián)合組網(wǎng)技術(shù)，城域DC之間互連可以采用低成本W(wǎng)DM/OTN、IP/MPLS或分組切片網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。邊緣DC的發(fā)展與車聯(lián)網(wǎng)等新興業(yè)務(wù)商用模式發(fā)展密切相關(guān)，城域核心DC之間、核心DC和邊緣DC之間的互連由城域傳送網(wǎng)還是IP城域網(wǎng)承載的問(wèn)題，已成為5G承載網(wǎng)絡(luò)規(guī)模組網(wǎng)需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題之一。

圖2 ??5G核心網(wǎng)數(shù)據(jù)中心化后的移動(dòng)承載網(wǎng)組網(wǎng)場(chǎng)景

5G規(guī)模建設(shè)需要大量接入光纖資源支撐

據(jù)無(wú)線專業(yè)測(cè)算，為達(dá)到相同信號(hào)覆蓋效果，5G基站數(shù)量至少是4G基站的1.5倍，因此5G無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)建設(shè)將采用超密集組網(wǎng)方式，包括宏站、數(shù)字化室分及小微基站，因此對(duì)接入層光纖資源的消耗將是巨大的。需要結(jié)合各地市光纖資源現(xiàn)狀和5G基站建設(shè)規(guī)模，來(lái)評(píng)估分析光纖光纜等基礎(chǔ)資源是否能長(zhǎng)期支撐5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模建設(shè)需求，以及如何充分利用FTTx光纖資源來(lái)同時(shí)支撐運(yùn)營(yíng)商5G網(wǎng)絡(luò)和智慧城市的建設(shè)。

5G承載網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化均進(jìn)入關(guān)鍵階段

5G承載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和規(guī)模組網(wǎng)方案具有典型的多技術(shù)融合發(fā)展趨勢(shì)，支撐5G大規(guī)模試商用還依賴技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)成熟、產(chǎn)業(yè)鏈健壯性和5G業(yè)務(wù)商業(yè)模式發(fā)展等要素。2019-2020年是5G標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用規(guī)?；年P(guān)鍵階段，業(yè)界各方需加強(qiáng)合作，協(xié)同推動(dòng)5G承載網(wǎng)絡(luò)規(guī)模組網(wǎng)方案和網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)及管控能力研究，共同促進(jìn)產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展，鼎力支撐5G規(guī)模試商用的發(fā)展。