云网融合的5G承载网演进

云网融合的5G承载网演进

■ 吴军（烽火通信科技股份有限公司 湖北 武汉 430205）

摘 要Abstract本文研究了５Ｇ网络架构的演进及对５Ｇ承载网的需求、５Ｇ承载的关键技术及其实现；研究了５Ｇ承载的前传、中传、回传对光器件、光系统的技术要求；研究了电信运营商５Ｇ承载技术及网络建设模式的选择和演进；研究了５Ｇ承载网向云网融合的趋势演进。This paper studies the evolution of 5G network architecture, the demand for 5G bearing network, the key technologies and their realization. The technical requirements of the front-haul/middle-haul/back-haul of 5G bearing on optical devices and optical systems are studied. The selection and evolution of 5G transmission technology and network construction mode of telecom operators are studied. The evolution of the 5G bearing network into cloud network convergence is studied.关键词Key Words５Ｇ　　软件定义网络／网络功能虚拟化　　承载网　　前传／中传／回传　　云网融合　　演进5G; SDN/NFV; bearing network; front-haul/middle-haul/back-haul; Cloud network convergence; evolutionDoi:10.3969/j.issn.1673-5137.2019.01.002０．　引言

全球新一轮科技革命和产业变革蓄势待发，以软件定义虚拟化、人工智能、大数据、区块链、云计算、物联网、5G为代表的新兴科技创造新经济形态-数字经济，正成为转型升级的重要驱动力。继2017年12月公布5G非独立组网标准后，2018年6月，3GPP批准了5G独立组网标准，5G产业具备全面冲刺的条件。全球5G建设将加速，5G规模商用渐行渐近，将深刻改变人们的生产和生活方式，也将深刻改变世界。5G承载网是5G网络系统中必不可少的重要组成部分，本文讨论5G承载网技术和网络架构的演进。

对于传统4G而言，4G核心网和应用一般部署在中心机房，BBU(Building Base Band Unit，室内基带处理单元)、RRU(Radio Remote Unit射频远端单元)均部署在基站，这时只有基站到核心网之间的回传。

当传统4G网络向C-RAN（Cloud Radio Access Network，云化的无线接入网络）演进时，BBU将上移至中心机房，形成BBU基带池，一个BBU可连接多个RRU。此时承载网除了原来的回传外，增加了RRU到核心网BBU间的前传。

4G C-RAN进一步向SDN/NFV架构的5G网演进时，首先，核心网络将分解为5G核心-控制和5G核心-用户两个部分；

１．　５Ｇ网络架构演进对承载网的需求

为了满足未来移动互联网、物联网和云化业务的多样化业务需求，以及广覆盖、高容量、大连接、低时延、高可靠性等典型的应用场景，5G网络架构将会由传统的网络架构向支持多制式、多接入、更灵活的网络拓扑、更智能更高效的资源协同、云网协同和融合方向发展。而SDN(Software Defined Network，软件定义网络)和NFV(Network Function Virtualization,网络功能虚拟化)技术能很好地解决以上需求。5G网络架构演进如图1。

其次，BBU将进一步分裂为CU(Centralized Unit，集中单元)和DU(Distributed Unit，分布式单元)，其中CU处理非实时数据链路层层及以上层信息，而DU处理实时数据链路层协议及物理层信息，5G核心网的用户功能也下沉到DU，也就是移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)；第三，5G承载网也演变为云化DU到基站RRU的前传、云化CU到云化DU间的中传，以及CU到核心网间的回传。

在网络演进的同时，电信运营商的中心机房也重构为云数据中心。

PAGE051图1：5G网络架构演进对承载网的需求

２．　５Ｇ承载网需求的关键技术与实现5G承载网的需求与关键技术及实现如图2。

图2：5G承载网关键技术及实现

如对于超大带宽需求，通过引入eCPRI(enhanced Common Public Interface,增强的公共无线分接口),在用户网络侧采用N*25G接口速率，而在网络节点侧，接入层传输速率为25G/100G，汇聚层采用N*100G/400G速率，核心层采用400G或N*400G传输速率。为了实现灵活组网，通过SR(Segment Routing,段路由)技术解决海量连接、业务就近转发；通过引入SDN技术，实现对网络的灵活控制，云网协同；也包括引入MEC(Mobile Edge Computing,移动边沿计算)。为了一张网络能够同时承载三种典型的5G业务，必须端到端网络切片，在系统设备中引入Flex-O(Flexible OTN,灵活的OTN)，实现不同业务间的物理隔离，来实现差异化服务。

而对于超低时延需求，需要从光纤、光器件、系统架构、可编程器件、算法和组网策略各个环节来综合实现，比如使用大有效面积超低损耗的单模光纤就是环节之一。

３．　５Ｇ承载网光器件、光系统技术要求及电信运营商的选择

3.1 5G承载网对光模块的技术要求

5G前传、中传、回传对光模块速率、传输距离及可能的封装形式的要求如图3。

Telecom Network电信网络图3：5G承载网对光模块的技术要求

据国内电信运营商调研统计，5G前传、中传、回传的典型传输距离为100m～10Km，建设的初期25GE光模块需求量最大。

3.2 5G承载的光系统技术

5G承载中光传输系统技术有多种，可以归纳为5种：光纤直驱、无源WDM(Wavelength Division Multiplexing,波分复用)、OTN(Optical Transport Network，光传送

网)、WDM-PON(Passive Optical Network，无源光网络)和以太网。从光纤的角度这5种方式又可归纳为3种：1根光纤1个蜂窝、1根光纤1个站点、1根光纤多个站点。5种承载方式各有优缺点和不同的适用场景，比较如表1。

表1：5种承载方式比较

系统视角

光纤直驱

无源WDM

OTN

WDM-PON

以太网部署简单时延低

大带宽综合成本较

统计复用优缺点时延最低维护简单

低时延低，适合

时延、同浪费光纤资源距离受限

OAM完Smallcell

步精度挑善缺少保护战

光纤One Fiber One One Fiber One Fiber 视角CellOne Site

N Sites

3.3 电信运营商的选择

在5G网络建设的初期，电信运营商会选择部署最简单的光纤直驱方式；随着5G网络规模的扩大、承载业务场景的增多，电信运营商会根据5G网络的演进趋势及自身网络的架构特点选择最适合的承载技术。

以国内电信运营商为例，中国移动拥有全球最大的PTN(Packet Transport Network，分组传输网)4G承载网

络，将会从PTN演进到SPN(Slicing Packet Network,分组切片网)；中国电信将主要采用4G网普遍使用的IPRAN(IP Radio Access Network，IP化的无线接入网)技术，在需要大业务调度的节点采用OTN技术；中国联通则可能同时采用IPRAN和OTN技术。

光器件Optical DevicesPAGE052

电信运营商的4G 承载网已十分庞大和完善，而5G业务最初的规模应用场景为增强移动宽带，现有的4G承载网设备性能基本满足，通过现有设备升级或新建来实现5G其他应用场景。故与4G网络建设的节奏不同，5G承载网建设和演变的趋势是：4G/5G共站址共承载，4G、5G网络将长期并存。

络支持家庭和企业的FTTx固定接入和4G/5G无线接入。

４．　５Ｇ光承载网向云网融合趋势演进

如图4所示，5G光承载网最终将将演进为云网融合的大三层，网络从上至下依次为：协同编排平台层、新型云数据中心层、新型网络层。其中：

协同编排平台层：协同编排平台（Orchestrator）负责新一代网络和业务的全局编排，支持网络能力开放。

新型数据中心层：传统机房演进为新型数据中心，利用云计算和NFV技术构建电信云。公有云向公众或企业提供云服务；私有云是电信运营商内部IT云；而电信云则是提供电信服务的业务和应用系统，由通用的IT基础设施、云操作系统和虚拟化的网元等组成。

新型网络层：基于SDN的新型网络，由SDN controller（网络操作系统）调度，控制和转发分离，集中控制和开放API。传送网和接入网的网元也由NFV技术构建。新型网

５．　结语

我们走进了数字经济、5G、网络强国、智慧社会的新时代，以人工智能、大数据、区块链、云计算、物联网、软件定义、虚拟化为代表新技术日新月异；将深刻改变人类社会的5G渐行渐近，作为5G网络核心和重要的5G承载网的网络技术和网络架构将持续演进，并最终向云网融合的光承载网演进。

图4：5G光承载网演进

参考文献[1] 陈鹏，刘洋，赵嵩等.5G关键技术与系统演进.北京：机械工业出版社，2015.[2] 朱晨鸣，王强，李新等.5G：2020后的移动通信.北京：人民邮电出版社，2016.作者简介吴军（1965-），男，湖北潜江人，硕士，教授级高工，主要研究方向为光通信系统。