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5G承载网的需求、架构和解决方案

更新时间：2019-12-07 21:36:44 大小：986K 上传用户：xiaohei1810查看TA发布的资源 标签：5g 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

认为5G承载面临超大带宽、低时延、灵活连接、网络切片和超高精度时间同步等诸多挑战.分析了中兴通讯在5G承载技术方面的研究和创新,包括:基于FlexE的大带宽、低时延和业务隔离技术、满足5G泛在灵活连接的Segment Routing路由优化技术、基于网络切片的软件定义网络(SDN)架构和控制技术、超高精度时间同步技术等.

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ZTE TECHNOLOGY JOURNAL  
李光 等  
5G 承载网的需求、架构和解决方案  
企业视界  
DOI：10.3969/j.issn.1009-6868.2017.05.012  
网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1228.TN.20170913.1101.004.html  
5G 承载网的需求、架构和解决方案  
Requirements, Architecture and Solutions for 5G Transport  
中图分类号：TN929.5 文献标志码：A 文章编号：1009-6868 (2017) 05-0056-005  
李光/LI Guang  
赵福川/ZHAO Fuchuan  
王延松/WANG Yansong  
（中兴通讯股份有限公司，广东 深圳  
518057）  
(ZTE Corporation, Shenzhen 518057,  
China)  
摘要：  
认为 5G 承载面临超大带宽、低时延、灵活连接、网络切片和超高精度时间同  
步 等 诸 多 挑 战 。 分 析 了 中 兴 通 讯 在 5G 承 载 技 术 方 面 的 研 究 和 创 新 ，包 括 ：基 于  
FlexE 的大带宽、低时延和业务隔离技术、满足 5G 泛在灵活连接的 Segment Routing  
路由优化技术、基于网络切片的软件定义网络（SDN）架构和控制技术、超高精度时  
间同步技术等。  
关键词： 5G 承载；灵活以太网（FlexE）；Segment Routing；SDN；超高精度时间同步  
Abstract: In this paper, challenges for 5G transport network are described, such as  
ultra-high bandwidth, low latency, ubiquitous connectivity, network slicing and high-  
precision time synchronization. ZTE's research and innovation on 5G transport  
technology are then analyzed, including ultra-high bandwidth, low latency and service  
isolation technology based on FlexE, Segment Routing optimization technology,  
software defined networking(SDN) architecture and control technology based on  
network slicing, and ultra-precision time synchronization technology.  
1 5G 承载网络面临的挑战  
G 的“万物互联”相对于 4G 将带来  
Keywords: 5G transport; flexible ethernet(FlexE); Segment Routing; SDN; ultra-  
5革命性网络体验和新的商业应用  
precision time synchronization  
模式，同时也对作为基础网络的承载  
网提出了巨大挑战。  
5G 采用新的空口技术，支持包括  
超高可靠性超低时延业务（URLLC）、  
增强移动宽带（eMBB）和海量物联网  
业务（mMTC）等新业务。按照预测，  
未来 5G 网络的移动数据流量相对于  
4G 网络将增长 500~1 000 倍，典型用  
户数据速率可提升 10~100 倍，峰值传  
输速率可达 10 Gbit/s 或更高，端到端  
时 延 缩 短 了 5~10 倍 ，网 络 综 合 能 效  
提升了 1 000 倍[1] 。  
时延的需求。  
5G 无线基站的密度更大，基站的  
承 载 网 络 为 Midhaul（中 传），DU 和  
AAU 之间的承载网络为 Fronthaul（前  
传），5G 承载网所面临着的主要挑战  
如下。  
协同和移动性切换问题驱动无线架  
构集中处理的无线接入网（C-RAN）  
化 。 在 5G 的 C-RAN 架 构 下 [2] ，RAN  
功 能 被 重 构 为 集 中 单 元（CU）、分 布  
单元（DU）和有源天线单元（AAU）这  
3 个 功 能 实 体 。 CU 和 DU 之 间 按 照  
RAN 的高层功能划分，CU 和 DU 的接  
口带宽与回传接近。DU 和 AAU 之间  
按 照 RAN 的 底 层 功 能 划 分 ，目 前 接  
口还没有标准化，趋向于采用增强通  
用 公 共 无 线 电 接 口（eCPRI）接 口 。  
eCPRI 接口采用分组化以太网接口，  
带 宽 与 天 线 数 解 耦 ，相 对 于 传 统  
CPRI 传输带 宽降低 10 倍 以上 ，有助  
于降低成本。5G 的承载网络架构如  
图 1 所示。  
（1）前 传 和 中 传 网 ：5G 的 前 传 、  
中 传 对 承 载 网 的 时 延 要 求 非 常 高 。  
按照目前的技术预估，前传传输时延  
的 预 算 不 超 过 30 us，中 传 的 时 延 需  
求不超过 150 us。  
5G 核心网络的架构相对于 4G 也  
发生了较大的变化。核心网云化、转  
发和控制分离，采用基于软件定义网  
络/网 络 功 能 虚 拟 化（SDN/NFV）的 虚  
拟化切片技术，可将核心网功能分布  
式部署为多个虚拟网元，切片化部署  
有 利 于 5G 的 新 业 务 开 展 ，例 如 ：  
URLLC 业 务 的 核 心 网 切 片 将 下 沉 到  
靠近基站的位置，从而满足对网络低  
（2）回 传 网 ：带 宽 增 加 10 倍 以  
上 ，流 量 模 型 从 汇 聚 为 主 变 为 全  
mesh。4G 和 5G 网络融合的双连接、  
基站的站间协同、核心网云化部署的  
负载均衡和多归属备份，以及更加复  
杂和动态的流量 ，推动 5G 承载网络  
重构，支持灵活的业务连接。  
（3）超高精度时间同步：引入 5G  
的超短帧、载波聚合和多点协作传输  
（COMP）多点协同技术，驱动时间同  
收稿日期：2017-07-28  
网络出版日期：2017-09-13  
在这个架构下，CU 和 DU 之间的  
2017 年 10 月 第 23 卷第 5 期 Oct. 2017 Vol.23 No. 5  
中兴通讯技术  
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万方数据  
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李光 等  
企业视界  
和故障，在发生故障时，可以对 FlexE  
隧道配置 1+1 线性保护，实现故障时  
的故障快速倒换。  
SDN/NFV  
FlexE Tunnel 技术将 FlexE 从接口  
级的技术扩展到网络级的技术，从而  
很好地满足了 5G 网络前传和回传的  
网络虚拟切片和低时延传送需求 。  
5G  
AAU  
5G  
5G DU  
AAU  
NFVI 编排器  
2.2 源路由技术  
5G 的云化网络架构如图 4 所示。  
5G 采 用 基 于 SDN/NFV 的 信 息 通  
信（ICT）网络架构，核心网和基站的  
云化分布式部署带来了泛在连接的  
传 送 需 求 ，包 括 ：下 一 代 核 心 网  
AAU：有源天线单元  
DU：分布单元  
NFV：网络功能虚拟化  
NFVI：网络功能虚拟化基础设施  
SDN：软件定义网络  
▲图 1 5G 承载网络架构  
步 精 度 提 升 一 个 数 量 级 ，能 够 从 4G  
的±1.5 us 提升到±130 ns。  
5G 网络的前传和回传的网络虚拟切  
片和低时延传送等一系列的需求，还  
需要进一步地进行功能扩展和技术  
创新。  
（NGC）/Cloud RAN pooling、 异  
地
（4）网络切片：核心网和 RAN 采  
用基于 SDN/NFV 的云化切片架构，不  
同的切片对带宽、时延、网络功能和  
可 靠 性 的 要 求 也 不 相 同 ，这 就 要 求  
5G 承载网也具备提供网络切片的能  
力，使不同切片的承载网络资源能够  
灵活动态地分配和释放 。为了满足  
不 同 的 业 务 应 用 场 景 ，5G 的 核 心 网  
和无线接入网均采用了网络切片的  
架构。  
Multi-home、数据中心（DC）互联容灾  
等，也要求承载网应具备按需建立海  
量灵活连接的能力。传统的承载网  
采用互联网多协议标签（IP/MPLS）或  
者 传 送 特 性 的 多 协 议 标 签 交 换  
（MPLS-TP），动态或者静态地创建业  
务承载的隧道连接，设备需要维护的  
路径信息随着连接数线性增加，信令  
压力增大，严重影响网络的扩展性和  
运维成本。  
FlexE 隧道技术是其中的一个重  
要 功 能 扩 展 ，FlexE 隧 道 技 术 包 括  
FlexE 交换，操作、管理、维护（OAM）  
以及保护倒换技术。FlexE 交换是基  
于时间片的 66 bit 数据块交换技术，  
工 作 在 L1 层 。 交 换 不 需 要 队 列 调  
度 ，不 需 要 查 找 报 文 的 MAC 和 IP 地  
址，交换时延和时延抖动极低，不同  
的业务通过时间片进行隔离，相互之  
间完全不会产生影响。采用 FlexE 交  
换 技 术 可 以 在 多 个 网 元 之 间 建 立  
FlexE 隧 道 。 FlexE 隧 道 是 端 到 端 的  
刚性电路信道 ，在 FlexE 隧道的中间  
转发点，不需要弹出分组，从而实现  
了超低时延和严格的物理隔离特性，  
如图 3 所示。  
[4]  
Segment Routing（分 段 路 由） 是  
2 5G 承载关键技术和解决  
方案研究  
一种源路由技术，采用该技术，转发  
点不需要感知业务状态，只维护拓扑  
信 息 ，实 现 业 务 实 例 数 与 网 络 的 解  
耦，大大提升了网络支持泛在连接的  
能力和扩展性。Segment Routing 的原  
理是在源节点通过把携带路由信息  
的指令压栈到报文头中，中间转发点  
逐跳提前并弹出相关的指令进行报  
2.1 FlexE 技术及其创新  
灵 活 以 太 网（FlexE）技 术 [3] 由 光  
互连论坛（OIF）标准所定义，FlexE 增  
强 了 以 太 网 的 物 理 编 码 子 层（PCS）  
能力，实现了媒体接入控制（MAC）层  
和物理（PHY）层接口收发器的解耦，  
从而大大增强了以太网的组网灵活  
性，如图 2 所示。  
FlexE OAM 用于检测隧道的性能  
绑定的以太网物理链路  
（FlexE 组）  
FlexE 可以通过多个物理链路捆  
绑扩展网络的容量 ，满足 5G 所需要  
的大带宽需求，解决了传统以太网链  
路 聚 合 组（LAG）在 多 链 路 传 输 时 因  
为 Hash 导致的链路容量不均匀分配  
问题，同时 FlexE 可以通过 Shim 层的  
时隙配置支持多个客户业务，实现多  
个 客 户 业 务 之 间 的 物 理 隔 离 功 能 。  
但是 FlexE 只是一个接口技术 ，针对  
MAC 层  
PHY 层  
MAC 层  
FlexE：灵活以太网 MAC：媒体接入控制 PHY：物理  
▲图 2 FlexE 的通用结构  
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