5G承载技术方案分析及5G承载网整体架构

本文在5G前传、中传和回传网络可能的技术解决方案进行了分析，并介绍了5G传送技术标准化现状和发展方向，5G承载网整体架构如图2所示。

图2 5G承载网整体架构

前传网络是AAU和DU之间5G承载网络的一部分。前传拓扑与DU部署的架构相关，有2种典型的DU部署，一种是分布式DU部署，另一种是集中式DU部署。

对于分布式DU部署，一个DU只连接到附近的AAU，是一种点到多点的拓扑结构。对于集中式DU部署，多个DU放置在同一个位置，可以使用星型和环型拓扑结构连接远端AAU，AAU和DU之间的距离小于10 km。

考虑到5G将分阶段部署，第1阶段非独立组网（NSA），5G与现有的3G/4G业务之间存在互通的需求。因此，前传网络需要支持采用通用公共无线电接口（CPRI）的2G/3G/4G业务和采用下一代前传接口（eCPRI/NGFI）的5G业务。前传的方案目前看还是以光层为主，可以采用光纤直驱、无源WDM、N×10 Gbit/s、N×100 Gbit/s波分等。ITU目前也在讨论采用简化的OTN，增加25G/50G OTN接口用于前传网络，提供必要的性能监测和保护等。

对于中传和回传网络，NSA、SA、专线、固定网络和数据中心互连都应得到支持，包括2G/3G/4G/5G无线服务、企业专线（FE/GE/10GE等）、固定网络服务和数据中心互连等。中传/回传网络的规模可能从数百个节点到非常大量的节点，大型中传和回传网络需要支持分组/IP功能，并且支持网络切片、与5G网络的协同管控等。

目前中传/回传解决方案主要有3种技术路线：基于分组增强的光传送网（OTN），基于灵活以太网（FlexE）的切片分组网络（SPN）和IP RAN增强方案。

OTN方案

OTN方案即是在分组增强型OTN设备的基础上进一步增强L3路由转发和网络切片管控功能，并简化传统OTN转发路径和管理的复杂度，降低设备成本、降低时延、实现带宽灵活配置，满足5G承载的灵活组网需求。

OTN的L3路由转发增强方面，通过在设备的支路板卡和线路板卡的NP（Network Processor）实现L3功能，设备的主控板卡负责维护全网的路由寻址，分段路由（SR）、以太网虚拟专用网络（EVPN）等新型路由和转发技术得到了较多的关注。

针对OTN在5G前传方面的应用场景，业界也在讨论轻量级的OTN标准。简化OTN的方法包括了对OTN帧结构进行优化，线路侧接口考虑采用n×25G/50G以引入低成本的光器件；改变检错和纠错的机制，缩短缓存时间降低时延；在业务映射和时隙结构方面考虑兼容3G/4G前传的CPRI，5G的eCPRI和NGFI，以及SmallCell的回传等。

SPN方案

SPN方案是基于IP/MPLS（-TP）/SR、切片以太网（Slicing Ethernet）和波分复用技术的新一代端到端分层交换网络，可分为L0物理层、L1链路层、L2和L3的分组转发层。物理层基于WDM技术，链路层网络则基于FlexE技术，通过把OIF规范的FlexE增强为端到端的通道层，即扩展时隙交叉及信道化操作、管理和维护（OAM）、保护等技术，支持了基于FlexE的端到端组网，满足网络分片和低时延应用。分组转发层采用SDN控制的SR-TP（MPLS-TP和SR结合）组网，支持L3VPN，满足业务灵活调度要求。SPN方案在转发层兼容PTN网络的MPLS-TP技术，目标是支持现有PTN网络向SPN的升级演进。在控制面采用IGP+SR机制，通过部署控制器实现统一分配所有网元的节点标识标签。在双向隧道创建上，SPN通过增加一层端到端业务标识标签将2个单向路径绑定成1个双向隧道，以实现上、下行业务转发的同路径。

基于SR的IP RAN增强方案

基于SR的IP RAN增强方案，通过集中部署的控制器和转发面的分布式控制协议实现更灵活的控制面功能。各网元间可配置自己的SR节点标签和邻接标签，并通过BGP-LS上报给集中控制器，网元之间通过IGP-SR扩散路由信息。IP RAN方案在转发面重用现有MPLS转发机制，支持SR-TE隧道的建立。

5G承载的几种方案分别基于不同的技术进行演进，基于OTN的技术方案在其面向连接的传输特性基础上增强二层和三层转发功能，转发功能性能、OAM、保护功能以及国际国内标准比较完善，但信号复用映射结构相对复杂，需要一些简化和优化；基于分组化的SPN和IP RAN技术方案本身具备相对完善的二层和三层功能，需要增强的是面向连接的传输特性，在转发面、OAM和保护等方面标准化和产业化推进尚待努力。

标准进展

目前，多个国际国内标准化组织ITU-T、OIF、CPRI、IEEE、CCSA等在开展与5G承载相关的标准化工作。

ITU-T方面，5G承载标准化涉及SG15 3个工作组的多个课题组，研究内容涉及5G传输网络架构、技术方案、网络接口、SDN管控、网络切片、时间同步等方面。

在2017年6月的ITU-T SG15全会上，通过了《支持IMT-2020/5G的传送网》（GSTR-TN5G）技术报告的立项申请，2018年2月的ITU-T SG15全会正式通过了该技术报告并确定后续5G技术标准的研究计划，经过中国代表团成员积极沟通和推动，在Q11正式通过了《OTN在5G传送网的应用》增补规范和《支持IMT-2020/5G传送网特性》的新规范立项，这标志着ITU-T在5G传送技术标准方面迈出了里程碑的一步。

OIF方面，FlexE正在进行2.0版本的标准制定，将支持200GE和400GE物理层接口、以及FlexE对频率和时间的同步。同时OIF还在开展400ZR项目，目标是使用单波400G实现400GE业务80~120 km的传输距离。

IEEE陆续发布了25GE/50GE/100GE/200GE/400GE等一系列以太网接口标准，IEEE1914也正在开展新一代前传接口及适配研究；CPRI正在开展新型前传接口eCPRI标准化，并在2017年8月发布了eCPRI第1版标准。

中国通信标准化协会（CCSA）也正在积极开展5G承载的标准化工作，目前已经立项多个项目包括分组增强型光传送网（OTN）总体技术要求行业标准的修订以及切片分组网络（SPN）总体技术要求、N×25 Gbit/s和N×50 Gbit/s WDM等研究课题。

我国的产业界也成立组织或联盟推动5G承载产业化。IMT-2020（5G）推进组专门成立5G承载工作组，中国信通院联合三大运营商、四大设备商、多个芯片模块商和仪表公司等多方力量进行5G承载需求和架构研究、技术方案探讨、标准化推进和网络测试验证。