原创《5G承载方案》
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引言
随着4G 移动通信的快速发展,移动互联网已在悄然的改变人们的生活,而业界对5G 的应用描绘更是充满了憧憬.5G 网络将采用全新的、革命性的、全IT 技术架构重构未来网络,以云架构为基础设施搭建下一代智能平台,构建全联接型社会.5G 网络的全新体系架构及业务连接与流量分布特征将对承载网架构及组网产生重要影响,未来传送网采用什么样的承载技术、组网方案利用一张统一的网络来满足5G 三大应用场景的承载需求是当前传送网络面临的巨大挑战.
一、5G 网络架构演进
1.1 RAN 架构
ITU-T 明确了5G RAN 网络CU 和DU 逻辑分离架构,相对于4G 的BBU 和RRU 两级构架,5G RAN 将演进为CU、DU 和 AAU 结构（图1）.
CU：集中单元（Centralized Unit）,将原BBU 的非实时部分分割出来,负责处理非实时协议和服务.
DU：分布单元（Distribute Unit）,将BBU 的对实时性要求高的部分重新定义,负责处理物理层协议和实时性要求时延低的服务.
AAU：BBU 的部分物理层处理功能与原RRU 合并为AAU （Active Antenna Unit,有源天线处理单元）.
CU 和DU 分离的架构下可以实现性能和负荷管理的协调、实时性能优化并使用NFV/SDN 功能；CU 内基站的移动性管理在一个CU 内实现,简化了基站间移动性管理的复杂度；CU 集中部署实现RAN 的集中.
分离部署的方式将带来承载传送网络的重新划分,其中：AAU 和DU 之间属于前传段；DU 和CU 之间属于中传段；CU 之上属于回传段.1.2 核心网的云化与下沉
5G 网络对组网灵活性和时延要求较高,为了降低回传负担,核心网下沉和云化已成为趋势,组建成更加分布式的构架,同时引入MEC（移动边缘计算）.
将原EPC 拆分成New Core 和MEC 两部分：New Core 将云化部署在核心数据中心,MEC 部署在汇聚位置中小型数据中心,两者间的云化互联需要承载网提供灵活的Mesh 化DCI (Data Center Interconnect, 数据中心互联) 网络进行适配.
MEC 将分担更多的核心网流量和运算能力,而不同业务可能回传归属到不同的云,因此需要承载网提供不同业务通过CU 归属到不同MEC 的路由转发能力.而原来基站与每个EPC 建立的连接也演进为CU 到云(MEC) 以及云到云(MEC 到 New Core) 的连接关系.
5G 核心网最终将形成两层云互联网络：（1）New Core云互联；（2）及New Core 与MEC 间云互联；（3）MEC 之间边缘云互联.
二、5G 网络承载需求
5G 技术面向移动互联网和物联网,主要涉及三大应用场景,即增强移动宽带（eMBB）、海量机器类型通信（mMTC）与超高可靠低时延（uRLLC）.前一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.对于承载网需求特点如下：
? 增强移动宽带：高速率,大带宽、超高时钟精度、网络架构扁平化,虚拟化,可编程化；
? 海量机器类型通信：大量连接、时延相对敏感、带宽相对较小；
? 高可靠低时延：超低时延要求,高可靠性连接.
三、面向5G 传送网承载解决方案分析
5G 网络CU 和DU 逻辑分离架构,在实际部署中存在分离和合设两种方案.分离部署的方式将带来承载传送网络的重新划分,目前对于5G RAN 的部署方式主要包括D-RAN、C-RAN、CU 云化部署三种.实际应用中应根据具体场景选择合理的部署方式.
D-RAN：传统部署方式,组网部署简单.
C-RAN ：CU+DU 集中部署,可节省机房,与当前4GBBU 池组化相同.
CU 云化部署：CU 功能集中云化部署,更好的DC 分流、边缘计算、智能运维.
面对5G 网络需求,承载网也将呈现以下发展趋势：对时延敏感的业务,应用网关下移,协同就近转发；时延不敏感的业务,应用网关将集中上移,优化网络运维.5G 承载网络将分为前传、中传、回传三部分.
3.1 前传承载方案
（1）光纤直驱方案
AUU-DU 之间采用光纤直驱接入,单个基站3 个Cell,6 芯光纤（单纤单向）.方试简单,可实现基站的快速接入,时延低.5G 建网初期可适用,后期随着基站密度的增加,对纤芯资源消耗很大.
（2）无源WDM 方案
AUU-DU 之间采用无源WDM 技术, AAU 和DU 上配置彩光模,通过无源的合、分波设备完成WDM 功能,利用一对光纤可以提供多个AAU 到DU 之间的连接.此方案,波道规划较复杂,维护界面不够清晰,缺少OAM 机制,故障定位较困难,光纤资源紧缺区域可应用.
（2）有源WDM/OTN 方案
有源波分方案在AAU 站点和DU 配置有源接入型WDM/OTN 设备,多个前传信号通过WDM 技术共享光纤资源,通过OTN 开销实现管理和保护,提供质量保证.接入型WDM/OTN 设备与无线设备采用标准灰光接口对接,可采用点对点、环网组网方案.此方案不仅可解决光纤资源紧张问题,相对于无源WDM 技术,有完善的OAM、多种保护机制,组网更灵活,网络更安全可靠. 但相对于前者建网成本较高,同时站点必须为有源WDM/OTN 设备提供可靠电源接入.
3.2 中传/ 回传承载方案
5G 网络建设初期,DU 与CU 归属关系相对固定,一个DU 一般是归属到一个 CU,因此中传网络可不需要IP 寻址和转发功能.但考虑未来CU 云化部署后,需要提供动态扩容、负载分担、冗余保护的能力,从而使得DU 与CU 之间的归属关系发生变化,DU 需要灵活连接到到多个CU 池. 这样DU 与CU 之间的中传网络就需要支持IP 寻址和转发功能.
5G 网络的CU 与核心网之间S1 接口以及相邻CU 之间eX2 接口都有连接需求,其中CU 之间的eX2 接口流量主要包括站间CA 和CoMP 流量,因此回传网络也需要支持IP 寻址和转发功能.
综上所述,较4G 时代5G 承载网络三层功能下移已是必然,中传网络设备需支持三层IP 转发,来满足基站之间的横向流量及低时延要求.
（1）端到端分组传送承载方案
该方案全程采用增强路由转发功能的分组IPRAN/PTN设备实现,设备需要引入25GE、50GE、100GE 等高速接口技术,并考虑采用FlexE (Flexible Ethernet,灵活以太网) 等新型接口技术实现物理隔离,提供更好的承载质量保障,组网如图8 所示.
端到端组网,具备L1/L2/L3 全功能,网络适应能力强,以不变应万变,可以很好的适应DU/CU 位置变化带来的网络调整需求；技术相对成熟,满足4G/5G 融合发展需求,可基于现网演进,大量节省前期CAPEX 投资；业务端到端规划管理,难度小,成本低,可靠性高,适用5G 建网初期的快速部署.
（2）PeOTN+IPRAN(PTN) 承载方案
中传采用PeOTN,回传用IPRAN(PTN) 混合组网模式,如图9.利用增强路由转发功能的PeOTN 设备组建中传网络,中间的OTN 设备可根据需要配置为ODUk 穿通模式,保证5G 承载对低时延和带宽保障的需求.在回传部分,则继续延用现有的IPRAN(PTN) 承载架构,PeOTN 与IPRAN(PTN)之间通过BGP 协议实现路由信息的交换.
目前对于OTN 未部署区域需要新建,成本相对较高.现网无演进基础,未来OTN 分组演进能力未知（超低时延交换技术、L3 层功能、ODUflex 灵活带宽调整、FlexO 灵活接口技术等）,能否满足业务多样,复杂组网下灵活承载需求,存在一定的演进风险,还需现网验证.
但是,随着技术不断发展演进,最终将是一个IP+ 光高度融合的网络（端到端OTN）,设备形态也将是分组交换与光网络的有机融合、实现统一控制和管理.
四、SDN 全面引入
5G 时代,需要一个统一运营、统一部署和统一操作的网络架构,通过引入SDN 技术,构建面向业务的网络能力开放平台,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、业务快速部署.传送网络不仅要自身要具备高效的动态按需切分网络的能力,以满足不同业务的带宽、可靠性和低时延承载要求,还需要与上层的IP 及无线网络协同起来,实现跨域跨层的带宽和资源协同,保证端到端的业务服务质量要求.
通过优化数据传输路径,控制业务数据靠近转发云和接入云边缘,有效降低网络传输时延；通过构建面向业务的网络能力开放接口,满足业务的差异化需求并提升业务的部署效率；通过网络编排与管理系统针对具体场景需求对网络切片,实现一种面向业务场景按需适配的网络架构；最终打造一个开放的网络平台.实现“云、管、端”的全业务控制与运营.
五、结束语
5G 是一个万物互联的时代,网络无时不在、无处不在.5G 发展,承载需先行,5G 网络的重构及云化部署都将对现有的传送网带来的巨大的挑战,如何做好传送网技术储备及对现有网络的深耕细作,以满足5G 未来不同场景对带宽、时延、服务质量等差异化要求是建设好5G 承载网的关键.
方案论文参考资料：
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