5G承载网面临的挑战及关键技术探究

透视
Hot-Point Perspective
I G I T C W 热点
144DIGITCW
2020.12
1 5G 应用场景
根据ITU （国际电信联盟）建议，对5G 网络可能要服务的业务类型进行了分类，主要有以下3种。

（1）eMBB （增强型移动宽带），也就是超大带宽，主要满足用户对大流量的需求，随着互联网的发展，流量已成为各个互联网企业必争之地，而运营商5G 商用的第一目标就是提升客户的体验速率，一般使用情况下用户体验速率达到1Gbps ，峰值速率达到数10Gbps ，流量密度最高可达和数10Tbps/km 2。

适用于连续广域覆盖和热点高容量的场景，也是5G 初步商用的第一目标。

（2）uRLLC （超低时延、高可靠），这类应用对时延及其敏感，并具有高可靠性的特点，主要面向的是车联网、工业控制等垂直领域，主要满用户毫秒级的端到端时延，并为时延敏感型的特殊行业提供高可靠性保证。

（3）mMTC （低功耗、大连接），这类应用的主要特点是数据包较小、功耗较低但是连接数量巨大，主要面向的应用场景是智慧城市（例如垃圾分类）、智能农业、森林防火和环境监测等方面。

要求网络能够支持海量连接，具有支持千亿级别的连接的能力，满足100万/km 2的连接密度要求，对终端产品也提出了要求，即满足低功耗和超低成本的特点。

总之，5G 关键能力指标所必须具备的特点有：大带宽高速率、低时延高可靠、海量连接，与4G 网络相比，在速率、时延、移动性、流量密度及连接数密度等关键指标上必须具有较大的飞跃。

表1 5G 关键指标与4G 参考值进行对比
关键指标
用户体验速
率
峰值速率时延移动性流量密度连接数密度4G 参考值10Mbps 1Gbps
空口10ms 350km/h 0.1Mbps/m 2
10万/km 25G 取值0.1-1Gbps 20Gbps
空口1ms
500km/h
10Mbps/m 2
100万/km 2
2 5G 承载网应具备的特点
（1）灵活性：随着各项业务不断发展，5G 网络必须具有灵活性及丰富性的特点才能够充分适应各类业务要求，与传统的4G 网络相比，必须具有更好的业务实现能力、更强的带宽承载能力、更合理的网络组织架构，与不断更新的新技术能够更好的融合。

（2）低时延：面向自动控制、无人驾驶等垂直行业业务，要求5G 网络建设时必须要考虑到端到端传输时延，因此必须要对现网结构进行优化、最大限度地减少节点数量、缩短转发路径、优化传输设备性能以降低节点处理时延，以达到降低整个承载网时延的目的，提高网络传输性能。

（3）高可靠性，网络承载能力的高低将直接影响用
5G 承载网面临的挑战及关键技术探究
王静静，张　康，王菲菲
（昌吉学院，新疆 昌吉 831100）
摘要：随着移动通信技术以及移动互联网的快速发展，给网络运营商带来了新的发展机遇，同时也给现有的承载网提出了巨大的挑战。

文章从5G 应用场景为切入点，论述5G 承载网应具备的特点以及5G 承载网面临的新挑战，并对5G 承载网关键技术进行了相关探究，为5G 技术开拓新的产业领域及提供更好的服务质量具有十分重要的指导意义。

关键词：5G ；承载网；关键技术doi ：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2020.12.062中图分类号：TN914，TN915.08 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2020）12-0144-02
Challenges Faced by 5G Bearer Networks and Key Technologies
WANG Jingjing,ZHANG Kang,WANG Feifei
(Changji College, Chiangji 831100,China)
Abstract :With the rapid development of mobile communication technology and mobile Internet, network operators
have brought new development opportunities, and at the same time, they have presented huge challenges to existing bearer networks. This article starts from 5G application scenarios, discusses the characteristics of 5G bearer networks and the new challenges that 5G bearer networks face, and explores key technologies of 5G bearer networks to open up new industrial fi elds and provide better solutions for 5G technology. The quality of service has very important guiding signi fi cance.
Keywords :5G; bearer network; key technology.
作者简介：王静静（1989-），女，汉族，新疆人，助教，中级通信工程师，硕士研究生，研究方向为传输支撑网通信技术。

张 康（1988-），男，汉族，河南漯河人，助教，中级通信工程师，硕士研究生，研究方向为无线网通信系统优化。

王菲菲（1988-），女，汉族，山西晋中人，助教，硕士研究生，研究方向为计算机网络技术。

Hot-Point Perspective
热点透视
DCW
145
数字通信世界
2020.12
户的使用体验，因此5G 承载网还必须具有高可靠性的特点，可采用与4G 承载网相似的组网方式，接入层、汇聚层采用环形组网，核心层采用口字型组网方案，并根据实际情况进行针对性的优化。

3 5G 承载网面临的挑战
（1）带宽需求：与传统的4G 基站相比，5G 基站的峰值将提升几十倍，对现网接入层设备来说是一个巨大挑战，且5G 基站的站型、站密度与传统4G 基站均有不同，因此，要求5G 承载网的带宽规划必须能够根据无线基站的特征，具有更好的适应性及线路容量能够平滑扩展。

（2）时延需求：5G 端到端时延相比4G 降低很多，eMBB 端到端时延要求小于20ms ，承载网时延必须小于14.4ms ，而uRLLC 端到端时延要求小于5ms ，承载网时延必须小于3.2ms ，现有网络架构下几乎无法满足，因此新的网络架构必须能够做到整体降低承载网时延。

（3）连接需求：5G 基站密度更高，主要是由于采用了超密集组网技术（UDN ），因此对基站之间的协同性要求也更高，相比于传统4G 基站，5G 基站的东西向流量会大大增加，核心网将倾向于云化部署，核心网部署在边缘DC 后，将会导致边缘DC 之间的东西向流量大幅增加，MEC 下沉到边缘汇聚层，MEC 之间也会产生东西向流量，因此东西流量需要进行动态疏导。

现有网络架构L2+L3的形式已不能满足上述需求，由于5G 承载网将趋向于Full Mesh 全连接，因此，需要对现网架构进行重新设计。

（4）网络分片功能：5G 面向的3类不同的应用场景，对网络也提出了不同的接入需求，要求5G 网络必须能够按需定制、切片化运营且具备资源共享的能力。

为了满足一网多用，5G 网络标准要求从无线网、承载网以及核心网都具备端到端的切片能力，也就是要求承载设备需要底层支持切片的能力。

（5）高精度时间同步：时间同步是考察承载网性能的一个重要指标，5G 网络由于CA 功能将跨越不同的BBU ，因此GPS 误差，承载网误差都会影响CA 同步精度，且馈线安装难度较大、GPS 易受干扰，5G 基站的覆盖面积小于4G ，导致5G 基站密度大，需要配备及维护的GPS 多，因此对5G 时间同步精度提出了更高的要求。

4 5G 承载网关键技术
（1）大带宽技术：FlexE ：面向5G 网络中的云服务、网络切片，以及AR/VR/超高清视频等时延敏感业务需求，灵活以太网技术FlexE 能够构建智能端到端链路。

FlexE 技术在IEEE802.3的协议栈的MAC 层和PCS 层增加一个FlexE Shim 层，Shim 层融合了时隙和反向复用
的技术特征，将业务逻辑层和物理层隔开。

通过绑定多条100G PHY 来传输大流量的以太网业务，实现逻辑层面的大速率、子速率、通道化功能。

反向复用可以实现绑定多个低速服务层承载大速率业务的功能。

FlexE 技术使业务速率与物理通道速率相互独立，在逻辑层面可以实现大业务速率（链路捆绑）、子速率、通道化等功能，以及网络分片需求。

（2）低时延技术：FlexE 交叉：FlexE 技术通过时隙交叉技术实现基于物理层的用户业务流转发，数据包在网络中间节点不再进行解析，可在瞬间完成业务流交叉过程，单设备转发时延降至1~10us 。

FlexE 交叉有利于实现分组网扁平化，传统PTN 分组网络环网拓扑下，需逐点分组转发，效率较低，且采用FlexE 时隙交叉技术能够实现对不同类型业务通道的物理隔离，可根据不同的业务需求在每个通道独立部署QoS 调度策略。

（3）灵活连接技术：SR （段路由）：段路由SR 属于“源路由”和“隧道”技术，能够对IP-MPLS 网络能力进行最大优化。

SR-TE 能够提供端到端QOS 保证，实现流量监控和流量优化，SR-BE 是最佳的大连接隧道技术，满足L3VPN 到边缘的需求。

SR 只需要控制源节点，易于SDN 集中控制，且中间节点无状态，扩展性好，可支持数十万节点网络，因此SR 是解决5G 承载灵活大连接的有效解决方案。

（4）端到端控制技术SDN ：由于5G 承载网具有各个端口之间连接量巨大的特点，为了确保网络的正常运转，前传、中传以及回传网络之间必须进行高效协同。

SDN 转发与控制分离的架构，使得网络更加简化，层次更加清晰，对于网络设备而言，复杂的业务功能交由上层应用服务器实现，因此网络设备将更加通用化、简单化，设备成本也会随之降低；同时，SDN 控制的逻辑集中，能够实现网络的集中管理与控制，在控制器或上层应用灵活定制网络功能，可以更好满足网络的需求，确保 5G 承载网络的高效运行以及安全保障。

5 结束语
5G 通信技术开启了通信行业的新篇章，本文分析了5G 应用场景，以及针对这些不同的应用场景5G 网络应具备的特点及面临的挑战，并对5G 关键技术进行了探究，为5G 承载网的规划与建设方案提供了思路。

参考文献
[1] 李光光. 5G 承载网的关键技术及其组网方案研究[J].数字通信世界，2019（11）：74-75.
[2] 亓小明. 5G 承载网关键技术研究[J].中国新通信，2020（06）：34-35.。