1.3.4 5G承载网架构及关键技术
在3G和4G时代，最具有代表性的移动承载网技术标准是分组传送网（PTN, Packet Transport Network）和无线接入网的IP化（IP RAN,IP Radio Access Network）。随着5G的到来，终端速率大幅提升，移动承载网需要能够承受住巨大的带宽和技术上的压力，新一代的承载技术和设备形态应运而生，例如，中国移动的切片分组网（SPN,Slicing Packet Network）、中国电信的智能传送网（STN,Smart Transport Network）、中国联通的智能城域网。
无论移动承载网采用了何种技术，归根结底都是由光纤和承载设备组成的。
如图1-15所示，因为光纤的低成本（相对电缆来说）、高速率以及不易被干扰的高可靠和高稳定性，它现在已经成为通信网络不可或缺的重要组成部分。光纤的传输能力，目前也已经达到P比特级（1Pbit/s= 1024Tbit/s）。
图1-15 光纤
如图1-16所示，承载设备主要负责提供多业务承载、高速的以太网接口，支持多种路由协议、信令协议和保护技术，从而保证数据传输的质量、效率和高可靠性。
图1-16 承载设备
1 5G承载网的总体架构
5G承载网的总体架构如图1-17所示。5G承载网的结构主要分为三层：接入层、汇聚层和核心层。
图1-17 5G承载网的总体架构
（1）接入层：由直接连接基站的承载网设备组成。接入层利用光纤、双绞线等介质与用户设备（基站）相连，接入层设备之间利用光纤组成环形拓扑，一般与基站的BBU/DU设备同机房部署。
（2）汇聚层：汇聚层是连接网络接入层和核心层的“桥梁”，用户数据接入核心层前，先进行汇聚，以减轻核心层设备的负荷。汇聚层分为骨干汇聚层和普通汇聚层，汇聚层节点一般部署在区、县公司的汇聚机房，每个区、县配置一对骨干汇聚节点，骨干汇聚节点以口字形拓扑上联核心节点。
（3）核心层：负责数据的高速转发，作为本地网（城域网）的出口设备与骨干网或5GC互联。所以在移动承载网中，核心层设备的交换容量更大，接口带宽及整机性能更高。核心层节点一般部署在运营商的市公司核心/中心机房，每地市至少部署一对核心落地节点。
接入层接入用户设备的接口，以及核心层的上联接口，一般被称为UNI（UserNetwork Interface）。移动承载网节点之间的互联接口被称为NNI（Network-Network Interface）。接入层节点的UNI一般要求为FE、GE、10GE、25GE，其中接入5G基站的UNI主要使用10GE和25GE。接入层的NNI带宽一般要求为50GE及以上。汇聚层及以上各层的NNI带宽一般为100GE及以上。核心层节点的上联UNI带宽根据连接对象加以区分，承载5G信令流量的UNI带宽一般为10GE及以上，承载5G业务流量的UNI带宽一般为100GE及以上。
为了保证路由协议的计算性能、网络运维效率，一般建议：每对骨干汇聚下挂的普通汇聚、接入汇聚节点总数不超过2000，每对骨干汇聚可下挂多个普通汇聚环（每个普通汇聚环可下挂多个接入汇聚环）；每对骨干汇聚下挂的汇聚环上的节点数一般为4～6 （不包含骨干汇聚节点）；接入环上的节点数一般为4～6（不包含普通汇聚节点）。
2 承载网的关键技术
5G承载网包含3个平面：转发面、控制面和管理面。
转发面主要实现5G业务在承载网内的转发。
控制面是指SDN控制器与设备、设备与设备之间交互信息的一个逻辑平面，支持动态协议，为建立转发面而服务。
管理面是提供设备上网管理（图形化的网络管理系统）的逻辑平面，并可实现网元级和网络级的配置管理、故障管理、性能管理和安全管理等功能。在5G承载网内，转发面、控制面和管理面共享NNI及链路。
从宏观上来说，5G承载网的本质就是在4G承载网现有技术框架的基础上，在转发面和控制面引入多种关键技术，提供超大带宽、超低时延的传输管道，并支持灵活调度，实现高精度时间同步，如图1-18所示。
图1-18 5G承载网关键技术
其中，最能代表5G承载网特点的关键技术有哪些呢？
（1）FlexE切片技术
FlexE是在5G承载网的转发面引入的新技术之一。
灵活以太网（FlexE,Flex Ethernet），本质是将多个物理端口进行“捆绑”，形成一个虚拟的逻辑通道，以支持更高的业务速率。例如，4路100GE PHY（物理接口）提供一个逻辑通道，实现400Gbit/s业务速率。
FlexE还可以实现多路低速率MAC（可以理解为业务）数据流共享一路或者多路物理接口。例如，在100Gbit/s PHY上承载10Gbit/s、40Gbit/s、50Gbit/s的三路MAC数据流，或者两路100Gbit/s PHY复用承载125Gbit/s的MAC数据流。
FlexE为5G承载网提供带宽切片。切片的思想是将物理资源划分为多个逻辑资源。切片的概念和相关技术应用是在5G接入网和核心网中率先提出的。怎么理解5G承载网的带宽切片呢？例如，在一个100GE的链路上，5G的基站业务占用70%的带宽切片，政企专线业务占用10%的带宽切片。
（2）SDN
SDN是5G承载网的控制面引入的新技术之一。
软件定义网络（SDN,Software Defined Network），是一种新型网络架构。SDN通过将网络设备控制面与数据面分离，从而实现了网络流量的灵活控制。
SDN引入了新的组件，称为控制器，以集中的方式管理多个设备， 即把网络的控制和流量转发进行拆分，由SDN控制器专门进行控制，网络节点只需要进行转发，这是一种加强型的集中管理模式，如图1-19所示。
图1-19 SDN网络架构
SDN是构建未来5G网络的核心技术，通过转发与控制分离对网络架构和功能进行重构，网络逻辑功能更加聚合，逻辑功能平面更加清晰。网络功能按需编排，可以根据差异化的场景和业务特征要求，灵活组合功能模块，按需定制网络资源和业务逻辑，增强网络弹性和自适应性。SDN技术简化了业务部署、工程运维和网络规划，可以支撑未来各种业务需求，同时保留了网络的弹性和智能化特征，是面向应用的可编程网络架构。
在承载网中，网络管理系统和控制器集成在一个硬件平台上，合称为管控平台。
（3）SR隧道技术
SR属于5G承载网转发面引入的新技术之一。
分段路由（SR,Segment Routing），是一种源路由机制。目前承载网二/三层转发基本采用多协议标签交换（MPLS,Multi-Protocol Label Switching）技术。采用MPLS技术创建转发路径时，须对转发路径上的所有节点下发配置，且每个节点都需要维护网络拓扑和链路状态信息。因此，现有的MPLS技术存在协议复杂、可扩展性差、部署效率低、管理困难等问题，无法满足新一代网络对灵活调度、可扩展等方面的要求。
SR技术正是在此背景下产生的，它是对MPLS技术的高效简化，可兼容MPLS的转发面（数据面）。当基于SR技术创建转发路径时，仅需要在源节点压入标签转发路径，中间节点根据标签进行转发。
SR技术将网络拓扑中的节点或链路划分为不同段（Segment），并用Segment ID（段ID，简称为SID）进行编码。将一段或多段SID进行组合形成Segment List（标签列表），即定义了业务流经过的网络路径。业务流在源节点从SDN控制器获取Segment List，将Segment List压入业务报文中，源节点及中间节点根据Segment List的指示转发路径。
SDN集中式控制思想和SR源路由技术可谓是天作之合。SDN控制器根据业务需求、网络资源现状，计算或调整业务的转发路径，将包含路径信息的SR标签列表下发给源节点。
此外，SR还可以通过扩展的内部网关协议（IGP,Interior Gatewary Portocol）发布或扩散SID，建立SR尽力而为（SR-BE,Segment Routing Best Effort）路径。
（4）IS-IS路由协议
IS-IS是5G承载网控制面引入的技术之一。
中间系统到中间系统（IS-IS,Intermediate System to Intermediate System）是一种动态路由协议，在动态路由协议的分类中，隶属于IGP。
5G承载网采用IS-IS协议打通SDN控制器与每个承载网网元之间的IP连通性。扩展后的IS-IS协议能支持SR功能，发布或扩散SID，建立SR-BE路径。
（5）超高精度时间同步
时间同步是独立于控制、转发、管理三大平面的一项技术。
在一般情况下，5G系统基站间同步需求仍为3µs，与4G TDD（时分复用）相同，即同一基站的不同RRU/AAU之间的同步需求主要为3µs，部分应用场景（如站间的载波聚合）可能有百纳秒量级的时间同步需求。另外，基站定位等新业务可能会有更高的时间同步需求。
为了满足5G高精度同步需求，须专门设计同步组网架构，并加大同步关键技术研究。在同步组网架构方面，可考虑将同步源头设备下沉，减少时钟跳数，进行扁平化组网；在5G承载网同步关键技术方面，须采用IEEE 1588v2、单纤双向等技术，将时间同步信号从时间源传递到基站，并尽可能地减小承载网设备及链路引入的时延偏差。
任务习题
1. 请列举NSA（非独立组网）选项。
2.下列哪一项不是5G的核心网功能单元（ ）。
A.MME
B.UPF
C.PCF
D.UDM
3.IS-IS属于5G承载网哪一平面的技术（ ）。
A.转发
B.控制
C.管理
D.时间同步
项目解析
