摘要：5G标准已经出炉，商用进程已经纳入了国家战略纲要，各大运营商纷纷亮出了自己的试点计划，对于承载网的建设如何演进能既能满足业务需求，又能保护现有投资是本文关注的焦点，同时对各类新技术的应用在本文中给出了建议。
关键词：5G；承载网
一 研究背景
2017年12月，3GPP RAN第78次全体会议上，5G NR首发版本正式冻结并发布。2018年6月，3GPP 5G NR标准 SA（独立组网）方案在第80次TSG RAN全会正式完成并发布，这标志着首个真正意义的国际5G标准正式出炉。国内，2016年《“十三五”规划纲要》提出，要积极推进5G发展，计划2020年启动5G商用。2017年12月，发改委发布《关于组织实施2018年新一代信息基础设施建设工程的通知》，要求2018年在不少于5个城市开展5G规模组网试点，每个城市5G基站数量不少50个、全网5G终端不少于500个。2018年5G试验进入关键阶段，国内各大运营商纷纷制定了5G试验和商用计划。
二 5G业务分析
3GPP定义了5G应用场景的三大方向—eMBB（增强移动宽带）、mMTC（海量机器通信）、uRLLC（高可靠低延时通信）。带宽是eMBB业务的首要保障，承载网带宽提升是5G的建设重点。uRLLC业务对承载网时延提出极大挑战，要满足uRLLC场景需求，内容和网关要更接近用户。mMTC业务要求支持海量连接，低功耗和低成本。5G网络用户体验传输速率至少需符合100Mbps（12.5M/s）下载速度、50Mbps（6.25M/s）上传速度，网络延迟时间达到ms级，并且在时速500公里的高速列车上也能维持稳定网络连接。
三 5G承载技术分析
（1）带宽保障
抽样某运营商4G阶段高校、高热点商业区、高流量小区、高速公路、地铁5种场景LTE基站全年峰值流量。高流量基站全年最大的突发峰值一般不超过200M，全年日峰值平均不超过40M。普通基站全年最大突发峰值一般不超过50M，全年日峰值平均不超过20M。按照5G初期流量增长15倍计算，那么单站流量峰值预计3G，均值600M，按照单接入环最多8个站计算，1*峰值+7*均值=3G+600M*7=7.2G，考虑一定冗余，即初期接入单环流量至少按照10G建设，后续根据流量增长演进到50G。汇聚层目前以10GE为主，考虑后续流量的增长，在汇聚层将会以100G颗粒为主。汇聚层设备带基站数量多，实现高度收敛，汇聚和核心设备以及上行链路应当易于扩容，按照实际流量逐步建设即可。
（2）时延保障
3GPP 5G要求控制面时延小于10ms，eMBB用户面时延（单向）小于4ms，URLLC用户面时延（单向）小于0.5ms。分析无线承载网，主要由无线到接入承载，汇聚承载和核心承载四段组成，设备的时延影响较小，一般在几十us级，时延的最大压力在接入层光缆的距离，可以说85%以上的时延都在光缆上。要满足URLLC场景需求，内容及业务网关必须下沉，缩短传输距离。目前比较公认的做法是建设边缘计算中心，实现业务网关和内容的下沉。
（3）同步保障
5G低频站同步要求和LTE差不多，1.5us就可以满足要求，高频基站同步精度要求390ns，定位服务 10ns-3ms，目前标准没有明确定义。以电信为例，4G以FDD为主+TDD；5G采用TDD方式，基本业务要求1.5us的时间同步精度；超高频协同业务时间同步采用无线站内解决，不通过承载网；4G业务采用以GPS为主，承载网为辅提供时钟；5G承载网建议延续4G方案，GPS/北斗为主+承载网时间同步为辅。承载网时间同步技术均采用1588+同步以太网时钟同步方案，现网IPRAN设备指标满足同步要求。
（4）业务承载保障
由于5G各类业务对带宽、时延、连接差异巨大，单个网络很难满足各类业务的需求。3GPP提出了网络切片的概念。网络切片可以让运营商在一个硬件基础设施切分出多个虚拟的端到端网络，每个网络切片从接入网到传输网再到核心网在逻辑上隔离，适配各种类型服务的不同特征需求。
3GPP定义的网络切片通过两维标识，即Slice ID = Slice Type + Slice Difference，Slice Type目前初步达成共识至少分为eMBB、uRLLC、mMTC三类；Slice Difference用于标识不同用户。这样可以满足不同用户不同业务的需求。对于网络来说，Slice Tpye对应着硬分片，保证SLA；Slice Difference对应着软分片（一般通过VPN实现），实现不同用户间的隔离。同样网络切片也对网络的管理和控制提出了灵活配置管理的需求，这样5G网络必须基于SDN/NFV和云计算为基础。综合以上业务对网络的要求，5G业务承载模型如图1所示。
四 网络演进对承载网的影响分析
核心网演进方案在NSA和SA两个版本中分别有7种和2种共计9种演进方案。在NSA演进方案中，5G站会存在到4G站的流量绕行。比如5G初期阶段，eMBB业务接入到EPC，LTE基站作为锚点，Option3方案5G信令面、用户面绕接到4G基站，接入到EPC；Option3a场景：5G信令面接入4G基站，数据面承载大带宽，直接接入到EPC。
对于核心网演进各种场景，现有的承载网可以有三种演进方案，一是存量演进模式，二是新建接入层模式，三是接入汇聚核心全新建模式，如图2所示。模式一可以通过存量设备扩容或升级替换，4G和5G基站完全共享接入、汇聚和核心传输承载；模式二4G和5G基站共享汇聚和核心传输，接入部分新建承载；模式三完全新建5G基站承载网络。
图1 5G业务承载网络图 图2 5G承载网建设模式
对于SA演进两种模式，以上三种承载网都可以承载，对于NSA演进场景，或多或少都存在流量的绕行。从保护投资的角度来说，在厂商设备具备平滑扩容的条件下，建议采用存量演进模式。
五 结论和建议
5G相对于现有的4G网络，提出了高带宽、低时延、高并发的承载要求。对于已有4G承载网络的运营商可通过现有承载网的设备扩容和带宽提速满足5G初期发展需求，或新建5G独立的承载网满足高带宽业务承载需求；对于低时延业务，需要将网关节点下沉到边缘节点，建议在云场景模式下引入边缘节点MEC；对于超高精度时钟要求，可通过基站为主，承载为辅的方式满足业务需求。为满足灵活组网的要求，引入SDN和NFV技术，实现对控制和承载的分离，业务和网络的分离。为实现不同业务的不同指标的要求，需要引入网络切片技术，实现端到端的业务隔离和承载。
论文作者:胡建英,彭军
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/16
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