研究成果
CAICT观点
面向5G融合业务的承载网络规模组网技术及应用发展趋势
作者:李芳、赵文玉            发布时间:2019-12-06

  近期,我国四大运营商纷纷加快5G商用部署和建设步伐。为支撑5G规模商用和5G+垂直行业的融合业务创新发展,5G承载网络的规模组网、灵活连接、带宽按需提供、低时延保障、智能管控、网络同步和共享互通等特性至关重要。本文综合分析了5G规模部署对承载网络的需求,结合5G融合业务发展特性,提出基于SLA的网络切片服务能力要求和城域边缘云互连组网方案,分析了5G承载网络规模组网的关键技术和应用方案,并提出相关发展建议。

  一、5G规模商用和融合业务发展共推承载网络演进

  (一)5G核心网云化部署,推动承载网络融合发展

  我国运营商的5G核心网将采用“中心+边缘”的两级多层云化数据中心(DC)部署架构,在5G规模商用阶段主要采用独立组网(SA)方案,大力发展面向垂直行业的融合业务及网络切片服务,基于云网边端协同构建全新运营生态。边缘DC集成了核心网用户面功能(UPF)和多接入边缘计算(MEC)软硬件,并部署在城域汇聚或综合接入机房,推动着5G回传网络和IP承载网在城域边缘融合统一组网。因此,5G承载网络不仅要满足边缘DC到中心DC的南北向连接,还要为时延敏感业务提供边缘DC间的东西向确定性低时延连接,急需开展城域边缘DC互连组网方案的研究和应用验证。

图1 5G核心网两级云化DC架构推动5G承载网络融合演进

  (二)5G无线网CRAN分阶段部署,推动中回传灵活组网

  5G建设初期,无线网建设通常采用DRAN和CRAN小集中模式。在5G规模商用阶段,将以CRAN模式为主,并从小集中向大集中发展,将扩展5G中传覆盖区域,拉远前传距离,这不仅对运营商的汇聚和接入机房、光交接箱、光纤光缆覆盖和芯数等基础设施提出了更高要求,而且要具备中回传混合组网和灵活动态连接能力,支撑CU云化和DU池化的发展。

图 2 5G无线网的分阶段部署方案推动5G中回传灵活组网

  (三)5G基站共建共享,推动5G承载网络共享及互通

  我国运营商的5G共建共享主要采用无线基站共享和核心网各自建设方案,也推动了5G承载网络的共享和互通。对于5G基站分区自建和共享方案,建议各自建设基站前传和回传网络,根据5G业务需求通过城域或省会核心机房实现与对方承载网络的L3VPN互通,将业务接入到对方核心网;对于5G业务发展的重要区域,例如工业园区、医院和学校等场景,为便于分别开展5G融合业务和网络切片服务,推荐采用双方合作共建基站、共享接入机房、前传光纤和设备,分别接入各自回传网络的方案。

  (四)城域边缘数据中心互连助推承载网络融合发展

  3GPP和ETSI联合规范了边缘云中MEC的诸多功能,其中本地分流模式将对5G承载网络提出新的连接需求。不同类型的5G业务将在不同层面的边缘DC进行本地分流,为满足业务差异化SLA需求,5G承载网络应进行组网方案的优化调整,支持新增边缘DC之间按需互连,并满足时延敏感类业务的就近转发和确定性低时延要求。未来5G融合业务蓬勃发展,边缘DC互连数量和容量都会急剧增长,近期互连接口是10GE或25GE,未来发展到100GE时,建议采用低成本的城域WDM实现光波长互连,可增加ROADM节点实现动态调度,并向开放光互连方向发展。

  (五)5G进入融合业务创新阶段,推动提升网络切片服务运营能力

  5G网络的毫秒级低时延、超高密度连接、超高速率和超大带宽特性,恰好满足工业互联网、智能电网、移动医疗等融合创新业务对低时延、大带宽和广连接通信网络的需求。为支撑5G融合业务的典型应用场景,需要核心网、无线和承载三个专业联合行业客户分析确定其通信需求,制定网络切片产品服务方案,并进行三个专业管控系统和上层业务编排及运营计费系统的联合开发,提供网络切片资源服务和产品运营的综合解决方案,其中5G回传网络重点提供基于SLA的网络切片资源服务运营能力。

  二、5G承载规模组网的关键技术和应用方案

  为支撑5G规模商用,5G承载网络应重点加强以下四个方面的规模组网关键技术和应用方案验证。

  (一)支持超大容量和开放高速光互连组网

  5G回传网络已支持50GE、100GE和200GE等IEEE802.3标准以太网或OIF规范的灵活以太网(FlexE)接口,为实现网络扩容,可采用FlexE或FlexO多端口绑定。目前支持40km及以上传输距离的400GE PAM4和低成本相干光模块产业尚未成熟,因此需重点推动高速光电芯片技术和低成本开放光互连系统研发和产业应用,在承载网络线路提升到N*400Gbps时,建议在城域范围通过开放高速光互连组网来降低综合成本;未来7nm的56Gb/s芯片和112Gb/s 高速SerDes(串行器/解串器)技术实现产业化,线路速率将提升到800Gbps乃至1Tbps。

  (二)支持灵活扩展的L3VPN大规模组网能力

  由于边缘云互连和回传网络需要动态连接,因此5G回传网将采用L3VPN到边缘和分层分域组网方案来提升网络扩展性,采用基于MPLS的段路由(SR)技术简化中间节点标签分发和转发操作,有利于实现SDN集中管控。5G承载网络在客户侧已普遍支持IPv4和IPv6双栈的私网路由能力;运营商可根据承载网络现状和IPv6发展策略,确定是否在网络侧引入IPv6的转发和控制协议。未来uRLLC和mMTC业务规模部署,将带来海量连接、超大规模组网和管控能力挑战,5G回传网络应重点研发支持超强网络扩展性、基于SLA的流量工程的SRv6技术。

  (三)支持差异化SLA的层次化网络切片服务能力

  为了提供差异化SLA的5G网络切片服务,运营商首先要组织核心网、无线和承载专业协商确定网络切片标识互通方案,并根据用户需求制定不同业务类型的网络切片产品规范;然后承载专业根据切片产品的SLA策略,为各类业务配置差异化的软/硬管道资源,保障其所需的带宽、时延、隔离和可靠性。针对uRLLC应用场景,可提供基于TDM管道的安全隔离和确定性低时延、高可靠转发能力,并评估验证TDM管道和以太网TSN结合的技术方案满足大规模组网的可行性和可靠性;针对mMTC应用场景,应具备小颗粒业务的海量动态接入和汇聚调度能力。针对各类业务性能监测需求,还应支持基于业务流的高精度丢包、时延和抖动性能的端到端监测、按需逐跳定位和多维度分析呈现能力。

  (四)支持批量自动开通和智能化运维管理能力

  5G承载网络的管控系统是运营商提供网络资源服务和智能化运维能力的集中体现,对5G融合业务运营起着重要支撑作用,近两年急需持续推动开发完善SDN管控和网络切片全生命周期管理能力,支持开放的北向接口和标准南向接口,对外实现网络资源服务能力开放,对内实现多层多域网络的协同管控和智能化运维。 对于5G融合业务的灵活按需开通和海量连接需求,5G承载网络应提供支持自动开通部署的盒式小设备,加快网络建设进度和业务开通效率。

  三、总结和展望

  未来2-3年5G进入规模商用期,5G规模组网、融合业务发展、边缘云DC互连等共推5G承载网络加速融合发展,建议重点推动硬切片的TDM灵活管道、软切片的分组高效转发、高精度业务性能监测、网络切片智能管控和自动化运维等关键技术,同时增强超大容量和开放光互连、海量灵活连接、基于大数据和人工智能的SDN管控系统、按需动态部署和批量开通运维等产业化能力,多方位支撑5G大规模商用与各类融合业务创新发展,实现万物互联的美好愿景。


  作者简介:

  李芳,现担任中国信息通信研究院技术与标准研究所宽带网络研究部副主任,ITU-T SG15国内对口组组长,主要从事5G承载网络、分组传送网和光通信技术研究。

  邮件:lifang@caict.ac.cn

  赵文玉:中国信息通信研究院通信标准研究所宽带网络研究部主任。

  联系方式:zhaowenyu@caict.ac.cn

  

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