5G 承载网面临的挑战及关键技术探究

摘. . 要：随着移动通信技术和移动互联网的飞速发展，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络带来了巨大的挑战。

本文从 5G 应用场景开始，讨论 5G 承载网络的特性和 5G 承载网络面临的新挑战，并探索 5G 承载网络的关键技术以开拓新的产业领域并提供更好的 5G 技术服务质量非常重要指导意义。

关键词：5G；承载网；关键技术

引言

1、5G 承载网应具备的特点

1.1 灵活性

随着各种业务的不断发展，5G 网络必须具有灵活性和丰富性的特征，才能充分适应各种业务需求。与传统的 4G 网络相比，它们必须具有更好的服务实现能力和更强的带宽承载能力。能力和更合理的网络组织结构可以与不断更新的新技术更好地集成在一起。

1.2 低时延

对于自动控制和无人驾驶等垂直行业服务，要求在构建 5G 网络时必须考虑端到端传输延迟。因此，有必要优化现有的网络结构，最大程度地减少节点数量，缩短转发路径，并进行优化。传输设备的性能是减少节点的处理时延，从而达到减少传输节点的目的。延迟整个承载网络，提高网络传输性能。

1.3 高可靠性

网络承载能力的高低将直接影响用户体验。因此，5G 承载网还必须具有高可靠性的特点。它可以采用类似于 4G 承载网络的联网方法。接入层和汇聚层采用环形组网。该层采用唇形组网方案，并根据实际情况进行优化。

2、5G 承载网面临的挑战

2.1 带宽需求

与传统的 4G 基站相比，5G 基站的峰值将增加几十倍，这对现有的网络接入层设备来说是一个巨大的挑战，并且 5G 基站的站类型和站密度是与传统的 4G 基站不同。要求 5G 承载网络的带宽规划必须能够基于无线基站的特性，具有更好的适应性和线路容量的平稳扩展。

2.2 连接需求

5G基站的更高密度主要是由于使用了超密集网络技术（UDN），这需要基站之间进行更高程度的协调。与传统的 4G 基站相比，5G基站的东西向流量将大大增加。核心网络将倾向于部署在云中。将核心网络部署在边缘 DC 中之后，边缘 DC 之间的东西向流量将显着增加。 MEC下沉到边缘聚合层，并且在MEC之间也会产生东西向流量。

东西方流量需要动态引导，网络体系结构的现有 L2 + L3 形式不能再满足上述要求。由于 5G 承载网络倾向于完全连接 FullMesh，因此有必要重新设计现有的网络架构。

2.3 高精度时间同步

时间同步是调查承载网络性能的重要指标。由于 5G 网络的 CA功能将跨越不同的 BBU，因此 GPS 错误和承载网络错误将影响 CA同步的准确性，并且馈线的安装困难并且 GPS 容易受到干扰。 5G 基站 5G 的覆盖范围小于 4G，导致 5G 基站的密度很高，并且需要配备和维护许多 GPS。因此，对 5G 时间同步精度提出了更高的要求。

3、5G 承载网关键技术

3.1 大带宽技术

FlexE：为了满足对延迟敏感的服务（例如云服务，网络切片以及 5G 网络中的 AR/VR/UHD 视频）的需求，灵活的以太网技术FlexE 可以构建智能的端到端链接。 FlexE 技术将 FlexEShim 层添加到 IEEE802.3 协议栈的 MAC 层和 PCS 层。 Shim 层集成了时隙和反向复用的技术功能，以将业务逻辑层和物理层分开。通过绑定多个100GPHY 以传输大流量以太网服务，可以实现逻辑级别的高速率，子速率和信道化功能。反向复用可以实现绑定多个低速业务层以承载高速业务的功能，FlexE 技术使服务速率和物理信道速率彼此独立。

从逻辑上讲，它可以实现大服务速率（链路捆绑），子速率，信道化和网络分段需求的功能。。

3.2 前传网络

集中设置 DU 之后，如果仍然使用光纤直接驱动方法在 DU 与RRU/AAU 之间建立前传网络，则会消耗大量的光缆资源。为了降低5G 承载网络的建设成本，有必要综合考虑多种因素，科学地选择一种经济有效的承载方案。与光纤的直接驱动和无源CWDM 模式相比，有源 OTN 方法占用的光纤资源更少，更易于维护。其解决方案技术具有明显的优势，但其所需的投资成本较高。因此，有必要考虑承载网络的影响因素，并选择合理的部署方案：（1）如果连接到 DU 的RRU/AAU 数量少且距离相对较近，同样足够的是，光纤直接驱动解决方案更加科学。 （2）在DU上连接大量RRU/AAU且距离相对较长，光纤资源不足的情况下，则可以根据建设资金现状在有源 OTN 方案或无源 CWDM 方案二者中选取方案较为合理。

3.3 低时延保障

低延迟是 5G 通信的重要指标。就承载网络的延迟而言，设备的传输延迟和光纤的延迟是主要原因。为了减少承载时延，应从三个方面进行关注：第一，有效的 QoS 手段。它主要利用 FlexE 和其他技术应用来实现子 MAC 之间物理隔离的目的，从而实现良好的拥塞控制。

在网络过载的情况下，将优先考虑确保快速转发高优先级服务。第二是减少设备延迟。在这方面，转发技术的应用可以缩短接口处理的延迟。优化 NP 内核的方法用于为低延迟服务提供专用信道。应用了各种技术手段来优化设备延迟。第三是优化传输距离。一方面，为了缩短传输距离，可以使用核心网和 MEC 的沉没方法；另一方面，可以通过优化数据传输路径来实现。同时可以将两者结合起来应用，以优化传输距离，达到减少延迟的目的。

3.4 端到端控制技术

SDN：由于 5G 承载网络在各个端口之间具有大量连接，因此，为了确保网络的正常运行，必须有效协调前传，中传和回传网络。

SDN 转发和控制分离架构使网络更加简化，层次更加清晰。对于网络设备，复杂的业务功能由上层应用服务器实现。因此，网络设备将更加通用化和简化，并且设备成本也会发生变化。同时，SDN 控制的逻辑集中可以实现网络的集中管理和控制，并在控制器或上层应用中灵活自定义网络功能，可以更好地满足网络需求，确保 5G 承载网络的高效运行以及安全保障。

3.5 灵活以太网技术

灵活的以太网技术是 5G 承载网络的关键技术之一。灵活以太网（FlexibleEthernet）于 2015 年启动，主要满足 5G 网络中对延迟敏感的业务需求，包括云服务，网络切片，AR/VR / 超高清视频。它对接口技术进行了创新，以确保高速大端口 400GE，1TE 等技术的应用，这有助于建立智能的端到端链路，并满足数据网络对 IP 低延迟和高带宽的要求。 -QoS 服务。 FlexibleEthernet 是基于 OIF 接口物理层标准开发的。由于 FlexibleEthernet 技术本身具有灵活性，可调整性和出色的数据隔离性能，因此可以满足5G承载网络的通信需求。因此，FlexibleEthernet 是世界各地的通信运营商和服务提供商所使用的世界。 FlexibleEthernet 技术在时隙调度的基础上更好地实现了以太网的划分，并且还有丰富的以太网柔性硬管道。5G 通信网络不仅具有很强的隔离性，而且具有 TDM 专用时隙，同时还具有效率高和统计复用的优点。

结束语

随着 5G 建设的飞速发展，5G 通信网络的无线频谱更广，MIMO的规模也更大。用户的带宽也增加了 10 倍甚至数十倍。大规模业务对承载网络的时延和可靠性提出了更高的要求。高效，开放，灵活的网络架构技术的应用促进了承载网络架构的创新，灵活的组网和调度方案的应用，网络切片，协作管理与控制以及高精度同步等功能的实现，从而进一步发展满足 5G 时代丰富的通信服务需求。

参考文献：

［1］王静静 , 张康 , 王菲菲 .5G 承载网面临的挑战及关键技术探究[J]. 数字通信世界 ,2020(12):144-145.

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