5G承载网络演进及部署方案探讨

5G承载网络演进及部署方案探讨TransportBearer

5G承载网络演进及部署方案探讨

DiscussiononEvolutionandDeploymentSchemeof5GBearerNetwork

田洪宁，刘

琦，尹祖新（中国联通网络技术研究院，北京100048）

TianHongning，LiuQi，YinZuxin（ChinaUnicomNetworkTechnologyResearchInstitute，Beijing100048，China）

摘要：关键词：

5G；RAN；NGC；X-haul网络

doi：10.12045/j.issn.1007-3043.2018.11.008中图分类号：TN915文献标识码：A

文章编号：1007-3043（2018）11-0041-05

5G网络架构的变化对承载网提出了新的挑战。通过研究和跟进RAN侧重构及网络云化等内容，探讨5G网络承载需求，分析网络不确定性对承载网建设的影响，并结合近年来基础网络架构的搭建，给出RAN侧部署方式建议及基础网络资源储备工作要求。最后提出5GX-haul网络的演进方案及承载部署建议，为5G网络的快速部署奠定基础。

Abstract：

Changesin5Gnetworkarchitecturebringnewchallengestobearernetwork.ItresearchesandtrackstheRANreconstructionandnetworkcloudization，etc，thenanalyzestheuncertaintyof5Gnetworkandtheimpactontheconstructionofbearernet-work.Combinedwiththeconstructionofthelocalbasicnetworkarchitectureinrecentyears，theRANdeploymentmethodandthebasicnetworkresourcereserveworkrequirementsaregiven.Finallysomesuggestionsforthe5GX-haulnetworkevolutionandbearernetworkdeploymentareproposedwhichbulidthefoundationforrapiddeploymentof5Gnetwork.

Keywords：

5G；RAN；NGC；X-haul

引用格式：田洪宁，刘琦，尹祖新.5G承载网络演进及部署方案探讨［J］.邮电设计技术，2018（11）：41-45.

0前言

功能冻结，加之去年的NRNSA标准，5G已完成第1阶段全功能标准化工作，进入产业全面冲刺新阶段，国内外各运营商也在加速5G相关研究及试验网建设以推进5G网络部署。5GRAN侧的重构及NGC云化等网络架构的变化对承载网提出了新的挑战，现有承载网络很难满足未来5G业务的发展要求，本文主要针对5G承载需求的变化，结合近年来基础网络架构建设及IP承载网现状，探讨5GX-haul网络的演进及承载部署方案。

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收稿日期：2018-10-25

15G网络架构及承载需求

1.15GRAN侧重构及NGC云化部署

5GRAN网络重新划分了BBU、RRU功能，新定义

2018年6月，3GPP批准了5GNRSA（独立组网）

的CentralizedRAN包含中央单元（CU——CentralizedUnit）和分布单元（DU——DistributedUnit），如图1所为Xn，DU之间无互连接口，其东西向流量通过CU进行交互。

5G初期各厂家无线设备将以CU/DU合设形态为5G核心网采用云化部署的方式（通信云），由专用示，CU与DU之间的接口命名为F1，CU之间接口命名

主，后期CU/DU分设时，相比LTE回传网络将增加中

传链路。CU/DU合设形态下，5GBBU功耗500~1000W。网元变为数据中心的NFV功能和服务。云化网络将

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TransportBearer5G承载网络演进及部署方案探讨

传输承载

NRRAN

UEUEUE

AAUAAUAAU

CN（NGC）

eCPRI

CPRI

DUDUDU

F1

CN-CP

CUXnCU

AMFMMF

CN-UP

SPFSMF

UPF

图15GRAN及NGC网络架构

以DC为中心部署，结合不同的业务场景和需求，DC采用区域集中或本地部署的方式，时延敏感型业务预计会下沉到边缘部署。

由于通信云采用数据中心的架构部署，因此承载网络与核心网的连接从以前的与多个核心网元的连接，变成与多个数据中心的连接，数据中心内部网络采用SPINE/LEAF架构，统一通过边界设备（BorderLeaf）与DC外部网络连接。网络云化对承载网网络架构提出了新的挑战。

以上，目前已有厂家支持1×100GE接口；eCPRI为基于分组的前传接口，支持统计复用，结合RAN的重新切分，提出了多个Split选项，相比CPRI带宽预计降低10倍左右，目前已有厂家支持1×25GE或2×10GE接口，前传时延要求小于100μs。1.2.3同步需求

目前3GPP已确定的同步精度的需求中，TDD基本业务对时间精度的指标要求为±1500ns，与LTE-TDD指标要求完全相同。对于5G的协同业务对时间同步精度的要求，3GPP尚在研究中。1.35G网络不确定性分析及对承载的影响

由于3GPP计划于2019Q3完成满足ITU全部技术要求的5G标准完整版本（Release16），当前对于需求及承载方案仍存在部分不确定性，其中主要有：

a）DU/CU池组化能力，初期池组化可能较小，单

与此同时，随着vBRAS的云化，城域网关键网元将部署在通信云上，且转发面对设备的功能要求将进一步简化，城域网在设备技术功能和能力方面的要求与IPRAN差异将大大缩小，为固移融合提供了机遇。1.25G承载需求分析

uRLLC、mMTC三大业务场景，未来业务的主要特点是大带宽、低时延、高可靠及海量连接。因此5G对承载智能控制与协同等。1.2.1带宽需求

根据IMT-20205G承载需求白皮书，在3.5GHz频段，按照带宽100MHz计算，预计单站（S111，64T64R）均值带宽2.03Gbit/s，峰值带宽4.65Gbit/s，由于频宽及各无线厂商设备性能等的差异，理论估算结果可能存在一定偏差。回传将采用10GE接口承载。宽需求会更大。1.2.2前传需求

5G高频基站可用频率带宽会更宽，回传和前传带AAU与DU之间的前传链路采用CPRI或eCPRI网的主要需求包括超高带宽、更低时延、网络切片及

根据ITU-R发布的M.2083中明确的5GeMBB、

DU回传UNI（UserNetworkInterface）为10GE接口已比池）的速率选择。

较明确，未来DU池组化的规模将影响到回传接口（DU

b）回传带宽的影响，目前带宽均值取定仍基于理c）移动网络业务切片机制尚不明朗，承载网络如d）不同业务对时延要求、时延分配尚不明确，可

论估算，尚需现网试验验证，这会影响承载网网络容量规划。

何适应需要进一步研究。

能会影响承载方案或设备性能要求。

25G承载方案分析

2.15G承载网络基础架构

2013年初，中国联通战略性地提出了本地基础网

接口。采用CPRI接口时，链路带宽预计提升至100G络架构布局规划，通过划分汇聚区、综合业务接入区，

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田洪宁，刘琦，尹祖新传输承载

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以稳定的核心、汇聚节点、综合业务接入点为基础，建设垂直分层、水平分区的面向综合业务接入的基础光缆网，提高网络健壮性。

现有基础架构布局可完全满足5G网络节点布局，本地DC及云化后的CU可部署在核心/汇聚节点，综合

D-RAN

C-RAN

业务接入点可作为5GDU集中点。

式部署、C-RAN集中部署（CU/DU一体化）、C-RAN集中部署（CU、DU分离部署），如图2所示。

5GRAN网络主要有3种部署模式：D-RAN分布D-RAN方式具备组网简单，单点失效影响面小的

CU云化部署RAN-CUCU+DUCU+DUCPRI/eCPRI

DUCPRI/eCPRI

CPRI/eCPRI

CRANDU

CRAN

DU

AAU

AAU

AAUAAUAAUAAU

图2RAN侧部署方式

优点，但对于末端机房需求量大，增加机房租金成本；C-RAN方式网络时延较低，相对D-RAN可减少末端理论上集中度越高效果越明显，同时由于DU集中放置便于统一维护，因此在建设成本和维护成本上较D-RAN有一定优势，但该方式对综合业务接入机房稳定性及电源要求较高，且增加了末端光纤资源的消耗。综合考虑接入成本及对末端机房等需求，应以C-RAN接入模式为主，实现基站快速部署，提高跨站协同效

表1

方案保护OAM组网拓扑时延指标光纤直驱低，无保护低无源彩光波分率。对于普通综合业务接入点建议DU集中度10个左右，各本地网可根据机房具体情况适当调整集中规模。

根据前期试点城市典型区域调研，架构节点机房空间经过优化调整基本可以满足C-RAN集中部署需求，部分机房外市电容量不足需扩容。2.2前传方案

现有前传方式如表1所示。

考虑到成本和技术成熟度，前传方案应以光纤直

OTN方案G.metro（G.698.4）机房及传输设备需求，节省了机房租金及传输成本，

前传承载方案比较

传统波分高高高维护界面模糊，传运维不便，传输故障无法网管检测；近OAM较弱，需要维护波易于维护输侧运维困难远端模块通道对应情况需台账记录长匹配表点到点-点到点小高点到点、链形、环形小高纤芯需求低，成本较高大高点到点、链形、环形点到点、链形、环形小低支持网管故障定位，OAM尚在研究制定中设备/标准成熟度高综合成本（传输侧）纤芯需求高，成本纤芯需求低，成本适中低纤芯需求低，成本纤芯需求低，成本预测高低驱方式为主，但超密集组网时需要的纤芯资源大，对于纤芯不足且光缆布放困难的站点可结合实际情况采用多种方式灵活解决，如基于G.698.4技术的5G前传组网技术、BiDi技术等。2.3回传方案

值流量预计2.03G，峰值流量4.65G。考虑到5G建网络流量仍将增长。

5G基站回传接口将采用10GE接口，目标单站均

周期因素和终端因素等，初期5G流量不会太大，4G网

5G承载方案应充分考虑现网和业务发展特点，充

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传输承载

分保护现网投资，实现一张网综合承载为目标。根据eMBB业务预测，5GDOU是现有4GDOU的5~8倍，现网4G单站流量大约50M，初步估算单10GE环路可满足25~40个5G基站的流量，且现网IPRAN网络中综合业务接入点上联至一汇的链路普遍处于轻载状态，初期部分10GE环路资源可以利旧。

IPRAN接入档设备一般仅能支持2~4个10GE接口，C-RAN模式下无法满足DU接入需求，在5G规模部署时需要新建接入层设备。

由于5G单站回传接口将采用10GE光接口，现有

接入汇聚核心

RNC/EPC

1×L3VPNn×L2/L3VE对

n×L2VPN

接入核心

RNC/EPC

1×L3VPN路由隔离策略1×L3VPN

汇聚

BBU1BBU2BBU3…BBUn

（a）L3到边缘方式

维护PW数量和BBU数量一致

BBU1BBU2BBU3…BBUn

维护1个L3VPN（b）L2+L3方式

从目前的趋势看，NR业务流向与LTE并无太大差异，东西向Xn流量（三层需求）仍可通过核心汇聚层转接。但从管理维护的角度看，如图3（a）所示，在L2+L3方式下，接入层需维护的PW数量与业务数量一致，在桥节点，需维护L2VE与L3VE的对应，做业务调整时，难以做到批量开通、配置批量下发。如图3（b）所示，采用L3到边缘方式时，只需要维护一个L3VPN，维护简便，但在拼接点需配置路由隔离策略，如路由策略配置出现错误易发生较大范围的故障。相对于L2+L3，L3到边缘在业务调整、网络优化时更简便。

另外，考虑到固移业务的综合承载和未来站址密

图3不同组网方式

具体方式如下：

持50GE/25GE、FlexE接口。整机容量。新特性。

a）接口升级，通过软件升级并增加新的接口板支b）容量升级，通过更换交换板提升单槽位容量及c）协议升级，通过软件升级支持SR、EVPN等5G

2.3.2IPRAN网络升级演进方案

初期核心汇聚层利旧现有网络，后期结合流量增长按需升级替换为大容量IPRAN2.0设备（支持SR/EVPN/FLEX-E等新特性）；由于单站UNI接口速率达到10GE，接入层以新建IPRAN2.0网络为主，由下至上分层演进，逐步过渡到IPRAN2.0综合承载网络，演进方式如图4所示。

EPC/NGC

核心节点

100GE25/50/100GE

度增加、带宽提速等因素，接入层采用PeOTN实现综合承载，汇聚层以上采用动态L3设备组网也是一个可选择方案。

2.3.1IPRAN设备升级方式

为应对5G各类业务场景的承载需求，中国联通提出了IPRAN2.0设备规范，支持部分现网设备的升级，

EPC/NGC

核心节点汇聚节点综合业务

接入点LTE

LTE/NR

核心节点

10GE

汇聚节点综合业务接入点LTE

100GE10GEEPC/NGC

核心汇聚层

汇聚节点

25/50GE

综合业务接入点

接入层

10GE

5G初期25/50GE

5G中期LTE/NRLTE/NR

5G成熟期LTE/NR

图4IPRAN网络升级演进方案示意图

2.3.2.15G初期（站点规模较小，流量轻载）

（IAP点）以新增/替换2.0设备为主，综合业务接入点

5G站点接入时，由于UNI接口速率升级，接入层

备，支持异厂家解耦。

10GE链路捆绑解决；对于部分特大城市，核心层槽位或设备能力不足的可升级/替换2.0设备。

利旧现有核心汇聚层设备，当容量不足时，通过

组建10GE环路，采用10GE接口上联至现有汇聚设

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2.3.2.2根据5G5G中期业务发展情况，（规模部署）

50GE综合业务接入点组建25/

本及产业链成熟度综合考虑环路（具体应结合业务发展、），采用25/50GE25/50GE光模块成接口上联汇聚层设备，支持异厂家解耦。

核心汇聚层需采用100G端口组网，核心层设备槽位或能力不足时，可升级或替换为2.0设备；若汇聚机房机位/电源充足，且现网设备升级后槽位数量无法满足目标网需求时，汇聚层应新建2.0设备；若汇聚机房架位/电源条件紧张且现有设备剩余槽位可以满足3~5年业务发展时，汇聚层可通过更换交换板及软件更新升级为2.3.2.32.0设备。

根据流量监测情况按需升级扩容，5G成熟期（目标网）

综合业务接入

点支持100G环路；核心汇聚层全部为2.0设备，按需扩容。

35G承载网络部署工作建议

对于及通信云a）尽快完成基础资源储备：5G承载网络部署工作有如下建议：DC部署需求，应尽快启动为满足未来5G目标需求梳理，5G承载

加快推进基础架构完善，完成节点布局，实现传送网网络结构稳定；加快汇聚机房建设，提升汇聚机房自有率；加快老旧设备腾退，挖潜、盘活现有汇聚机房资源，实现对现有局房资源利用最大化、使用最优化。采用CU/DU集中部署模式可以节约末端节点建设和维护成本，因此在条件具备或改造后具备的前提下，应将CU/DU集中部署（C-RAN）模式作为主要的站点接入模式。条件不具备时，可采用分散部署（D-RAN）模式。对于机房空间满足条件但外市电容量不足的，应优先考虑电源扩容，无法扩容的可减少集中站点数量，同时可结合建设成本、运维管理等因素考虑调整充放电时间，本，前传应以光纤直驱方式为主，b）前传承载应以光纤直驱为主：降低电源负荷。

无源波分、综合考虑G.metroTCO成等方案作为补充。

求的存在，c）回传承载建议采用RAN核心汇聚层仍采用IPRANIPRAN升级方案：因L3需

层由于端口速率升级需替换核心汇聚层可基本满足技术，现有IP⁃d）引入新技术以适应5GIPRAN5G初期业务需求，接入业务灵活性：2.0设备。

应支持SDN实现业务的快速开通及灵活调整，承载网络

同时推

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进跨域SDN，实现IP与光的协同。为进一步简化控制协议，建议新设备引入时一并考虑部署SR、EVPN等协议，实现SDN控制简化、路由性能优化。在切片需求基本明确后可考虑引入FLexE接口技术以支持网络硬切片，更好支撑不同类型业务的综合承载。

TCO总体成本最优原则出发，考虑到目前5G需求仍存在一定的不确定性，但从

求中明确以下几点。

建议相关专业在技术要成本较小，a）前传接口应采用单纤双向技术，可以大大减少主干光缆纤芯占用率，单纤双向附加支撑未来高频业务扩展。

署时规范功耗范围，b）当前5GDU/AAU最大可能降低设备功耗。设备功耗较高，建议商用部空间。

c）建议推进5G大容量DU技术发展，以节约机房结合dvBRAS）新型等技术发展，IPRAN可以满足固移业务的综合承载，推动向城域综合承载网络演应

进。

4总结和展望

基于云化架构的5G网络对承载网的基础网络架构提出了新的挑战，必须扎实做好基础网络资源的储备工作，同时5G承载网应充分考虑现有网络资源的应用，根据5G业务特点及发展趋势，由下至上，分层实现网络演进。推进跨域SDN发展以满足接入层多手段承载，加快引入SR、FlexE、EVPN等新特性以适应5G业务灵活性，高效支撑未来业务发展。此外还应加强与无线、核心网、数据网等专业间协同，共同打造最佳的5G网络承载方案。参考文献：

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3］郑强，肖禄，班瑞.vBRAS技术在城域网部署的研究［J］.邮电设计

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作者简介：田洪宁，毕业于北京工业大学，工程师，主要从事传输本地网规划、测试工作；刘琦，毕业于北京交通大学，高级工程师，主要从事光通信网络的咨询、规划和设计工作；尹祖新，毕业于哈尔滨工业大学，高级工程师，主要从事传输网规划、设计、研究等工作。邮电设计技术/2018/11

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