5G承載需要怎樣的網(wǎng)絡架構(gòu)

與4G網(wǎng)絡相比，5G在新業(yè)務特性、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)架構(gòu)等方面發(fā)生顯著變化，對承載網(wǎng)絡的新型需求體現(xiàn)在“更大帶寬、超低時延和高精度同步”三大性能要求，以及“多層級承載網(wǎng)絡、靈活化連接調(diào)度、層次化網(wǎng)絡切片、智能化協(xié)同管控、4G/5G混合承載與低成本高速組網(wǎng)”六大組網(wǎng)功能要求等方面，驅(qū)動著我國運營商積極開展5G承載網(wǎng)絡架構(gòu)優(yōu)化設計，并推動轉(zhuǎn)發(fā)面、管控系統(tǒng)和同步支撐網(wǎng)的技術(shù)方案研究與測試驗證。當前，隨著5G商用時代的開啟，5G承載網(wǎng)絡架構(gòu)和技術(shù)融合呈現(xiàn)哪些趨勢？5G如何推進產(chǎn)業(yè)化？正在成為業(yè)界關(guān)注的焦點。

5G承載網(wǎng)絡是為5G無線接入網(wǎng)與核心網(wǎng)提供網(wǎng)絡連接的基礎網(wǎng)絡，不僅為這些網(wǎng)絡連接提供靈活調(diào)度、組網(wǎng)保護和管理控制等功能，還要提供帶寬、時延、同步和可靠性等方面的性能保障。5G承載網(wǎng)絡分為省干和城域兩大部分，城域接入層主要為前傳（AAU-DU）Fx接口的CPRI/eCPRI信號、中傳（DU-CU）F1接口以及回傳的N2（CU-SMF的信令）和N3（CU-UPF的數(shù)據(jù)）接口提供網(wǎng)絡連接；城域的匯聚核心層和省干層面不僅要為回傳提供網(wǎng)絡連接，還要為部分核心網(wǎng)元之間的N4、N6以及N9接口提供網(wǎng)絡連接。

適應5G業(yè)務和管控發(fā)展的承載網(wǎng)絡總體架構(gòu)將具備差異化的網(wǎng)絡切片服務能力。滿足5G承載需求的5G承載網(wǎng)絡總體架構(gòu)如下圖所示，包括轉(zhuǎn)發(fā)面組網(wǎng)架構(gòu)、協(xié)同管控架構(gòu)、高精度同步支撐網(wǎng)三部分，通過轉(zhuǎn)發(fā)平面的資源切片和管理控制平面的切片管控能力，可為5G三大類業(yè)務應用、移動CDN網(wǎng)絡互聯(lián)、集團客戶專線、租戶專網(wǎng)以及家庭寬帶等業(yè)務提供所需SLA保障的差異化網(wǎng)絡切片服務能力。

（一）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面具備分層組網(wǎng)架構(gòu)和多業(yè)務統(tǒng)一承載能力

端到端分層組網(wǎng)架構(gòu)：5G承載組網(wǎng)架構(gòu)包括城域與干線兩個層面，其中城域內(nèi)組網(wǎng)包括接入、匯聚與核心三層架構(gòu)。接入層通常為環(huán)形組網(wǎng)，匯聚與核心層根據(jù)光纖資源情況，可分為環(huán)網(wǎng)與雙上聯(lián)組網(wǎng)兩種類型。

差異化網(wǎng)絡切片能力：在一張承載網(wǎng)絡中通過網(wǎng)絡資源的軟、硬管道隔離技術(shù)，為不同服務質(zhì)量需求的客戶業(yè)務提供所需網(wǎng)絡連接服務和性能保障，為5G三大類業(yè)務應用、集客專線等業(yè)務提供差異化的網(wǎng)絡切片服務能力。

多業(yè)務統(tǒng)一承載能力：5G承載可基于新技術(shù)方案進行建設，也可以基于4G承載網(wǎng)進行升級演進。除了承載4G/5G無線業(yè)務之外，也可統(tǒng)一承載集客專線業(yè)務、家庭寬帶的OLT回傳、移動CDN以及邊緣數(shù)據(jù)中心之間互聯(lián)業(yè)務等，充分發(fā)揮承載網(wǎng)絡價值。

（二）管理控制平面支持統(tǒng)一管理、協(xié)同控制和智能運維能力

5G承載的管理控制平面應支持SDN架構(gòu)，提供業(yè)務和網(wǎng)絡資源的靈活管理與控制能力，并具備自動化和智能化的網(wǎng)絡運維能力，具體功能特性包括：

統(tǒng)一管理能力——采用統(tǒng)一的多層多域管理信息模型，實現(xiàn)不同子網(wǎng)的多層網(wǎng)絡技術(shù)的統(tǒng)一管理。

協(xié)同控制能力——基于Restful的統(tǒng)一北向接口實現(xiàn)多層多域的協(xié)同控制；通過App實現(xiàn)業(yè)務自動化和切片管控的協(xié)同服務能力。

智能運維能力——提供業(yè)務和網(wǎng)絡的監(jiān)測分析能力，包括流量測量、時延測量、告警分析等，是網(wǎng)絡智能化運維的基礎。

（三）5G同步支撐網(wǎng)為基本業(yè)務和協(xié)同業(yè)務提供所需同步性能

支撐基本業(yè)務同步需求：在城域核心節(jié)點（優(yōu)選與省內(nèi)骨干交匯節(jié)點）部署高精度時鐘源（PRTC/ePRTC），承載網(wǎng)絡具備基于IEEE?1588v2的高精度時間同步傳送能力，實現(xiàn)端到端±1.5us時間同步，滿足5G基本業(yè)務同步需求。

滿足協(xié)同業(yè)務高精度同步需求：在5G協(xié)同業(yè)務需要百ns量級高精度時間同步指標情況下，可在局部區(qū)域（如CU所在匯聚機房）部署小型化增強型BITS設備，對地面鏈路同步信號進行誤差補償，從而提升網(wǎng)絡定時服務質(zhì)量和安全可靠性。另外，還可以提升時間源頭設備精度和承載設備同步傳送能力，采用高精度PTP以太網(wǎng)技術(shù)進行同步信號的局間和局內(nèi)互聯(lián)等。

5G無線接入網(wǎng)的部署模式有DRAN和CRAN兩種場景，其中CRAN部署又可分為小集中和大集中等場景。DRAN 場景相對簡單，AAU和DU一般分別部署在塔上與塔下；CRAN 場景的AAU拉遠距離通常在10km 以內(nèi)。5G前傳的可選技術(shù)方案包括光纖直連、無源WDM、有源WDM/OTN、切片分組網(wǎng)絡（SPN）等。

考慮到綜合成本和維護便利性等因素，5G前傳將以光纖直連為主，局部光纖資源不足的地區(qū)，可通過網(wǎng)絡設備承載方案作為補充。5G前傳的網(wǎng)絡設備方案選擇需根據(jù)運營商網(wǎng)絡需求和未來規(guī)劃等選擇合適的承載方案。

5G中回傳需要承載網(wǎng)絡具備L0~L3的綜合傳送能力，包括業(yè)務適配層、L1的TDM通道層、L0的光波長傳送層等以下功能層面。

業(yè)務適配層：實現(xiàn)多種業(yè)務到轉(zhuǎn)發(fā)面通道或隧道的映射和適配功能。

L2/L3分組隧道層：為5G業(yè)務提供靈活連接調(diào)度、OAM、保護、統(tǒng)計復用和QoS保障功能，主要通過L2和L3的分組轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)來實現(xiàn)，包括以太網(wǎng)、面向傳送的多協(xié)議標簽交換（MPLS-TP）和新興的段路由（SR）等。

L1的TDM通道層：TDM通道技術(shù)不僅可為5G三大類業(yè)務應用（eMBB、uRLLC和mMTC）提供支持TDM通道硬隔離、復用調(diào)度、OAM、保護和低時延的網(wǎng)絡切片，并且可為高品質(zhì)政企和金融專線提供高安全和低時延服務能力。

L0的光波長傳送層：5G和專線等大帶寬業(yè)務需要5G承載網(wǎng)絡具備L0的單通路高速光接口和多波長光層傳輸、調(diào)度和組網(wǎng)能力。

為更好地適應5G和專線業(yè)務綜合承載需求，我國運營商提出了多種網(wǎng)絡技術(shù)方案，包括切片分組網(wǎng)絡（SPN）、面向移動承載優(yōu)化的OTN（M-OTN）、IP?RAN功能增強+光層三種技術(shù)方案，其技術(shù)融合發(fā)展趨勢和共性技術(shù)占比越來越高，在L2和L3層均需支持以太網(wǎng)、MPLS（-TP）等技術(shù)，在L0層均需要低成本高速灰光接口、DWDM彩光接口和光波長組網(wǎng)調(diào)度等能力，差異主要體現(xiàn)在L1是基于OIF的靈活以太網(wǎng)（FlexE）技術(shù)、IEEE802.3的以太網(wǎng)物理層還是ITU-T G.709規(guī)范的OTN技術(shù)，L1的TDM通道是基于切片以太網(wǎng)還是基于OTN的ODUflex。

5G中回傳的承載技術(shù)方案在L1層的差異分別代表了不同傳送網(wǎng)絡背景的運營商演進思路，基于SPN和IP RAN增強功能方案的分組化承載技術(shù)是基于IP/MPLS和電信級以太網(wǎng)來增強輕量級TDM技術(shù)的演進思路，M-OTN方案是基于傳統(tǒng)OTN增強分組技術(shù)并簡化和優(yōu)化OTN的演進思路，都具有典型的多技術(shù)融合發(fā)展趨勢，最終能否規(guī)模化應用主要依賴于市場需求、產(chǎn)業(yè)鏈的健壯性和網(wǎng)絡綜合成本。業(yè)界需加強合作，聚焦共識，協(xié)同推動5G承載網(wǎng)絡架構(gòu)、共性支撐技術(shù)和組網(wǎng)應用方案研究，共同促進產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展，為后續(xù)5G規(guī)模化部署提供有力支撐。