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5G承载(1):5G承载技术究竟做了什么?

Posted on 2021-07-252021-07-26 by ICT百科

需求可以推动技术的发展。5G时代的带来了丰富多彩的eMBB, mMTC, URLLC等数据业务,因此也对5G承载网的带宽、时延、时间同步精度都提出了更高规格的要求。相关需求如下图所示:

那么在网络结构上,这些需求主要体现在哪些层次。我们知道,与4G承载网的2级架构不同。在5G时代,由于CU、DU分离,5G移动承载网被划分为移动回传(backhaul)、移动中传(midhaul)和移动前传(fronthaul)3级,如下图所示。

其中:

  • 大带宽的需求:主要体现在前传、中传和回传上;
  • 低时延的需求:主要体现在前传和中传部分;
  • 高精度时间时钟的需求:主要集中在前传和中传部分,以保障基站间的载波聚合的协同等;
  • 切片的需求:从RAN到核心网的端到端,体现在eMBB切片,uRLLC切片和mMTC切片;
  • 时间同步需求:基站协作化CoMP、TDOA、载波聚合CA、MIMO以及室友定位等。
    ……

如何满足大带宽需求我们就不细说了,简单点就是扩大从接入到汇聚核心的链路带宽,比如说接入设备具备用户侧10GE及以上的到站能力,接入环10GE/50GE,汇聚环100GE/200GE及的大带宽。

为什么要简体网络协议?在4G承载网中,有诸如L2VPN,L2VPLS, L3VPN等VPN技术。也有隧道技术如MPLS LDP/RSVP-TE,以及OSPF/ISIS作为IGP协议。这些协议的交互变得非常复杂。

为了应对这些问题,5G承载方案以SR为基础,EVPN 统一承载。即在承载网中引入SR(Segment Routing)代替了MPLS TE/LDP来构建隧道,实现了转发与控制的解耦;具体来说,在业务转发层上的协议数量减少到2-3个:

  • 使用EVPN统一L2VPN和L3VPN业务协议层。
  • 使用SR-MPLS或SRv6代替MPLS协议,
  • 使用VxLAN扩展了VLAN。

其中的SR技术一种源路由协议,由源节点来为应用报文指定路径,并将路径转换成一个有序的Segment列表封装到报文头中,路径的中间节点只需要根据报文头中指定的路径进行转发。

比如说,我们从上海到纽约,假设需要在旧金山转机,以前我们需要买两张机票:上海→旧金山;旧金山→纽约。而现在你只需在上海买票,一张票直达目的地。然后就可以乘坐这两个航班,按计划抵达纽约。(下图目的地应该是纽约,写错了)

另外,SR涉及到SR-MPLS和SRv6两个技术协议,它们都具有简单、高效、易于扩展、兼容SDN网络的特点。其中,SR-MPLS 基于IP/MPLS 转发架构。而SRv6是一种基于IPv6转发平面的SR技术。它结合了 SR-MPLS 的源路由优势和 IPv6 的简单性和可扩展性。

目前来看,得益于SRv6具有原生IP的优势和基于原生IPv6数据包转发等特点,国内的运营商和几个设备商主推的是SRv6。但是从报文开销上和协议成熟度上来说,可能SR-MPLS更优。

在这里,MPLS和SR-MPLS或SRv6都是网络层面的隧道技术。

下面我们来看看在5G承载中使用的VPN技术。在上面我们提到了EVPN一统VPN江湖,统一了各种 VPN 的控制平面,并将将数据转发平面与控制平面分离。以L2VPN为例,L2VPN没有控制平面,在数据平面实现MAC地址学习和流量的转发,而EVPN则将IP/MAC地址的学习放在基于MP-BGP协议的控制平面,流量转发仍然在数据平面。

有了隧道技术和VPN技术,5G承载如何实现SLA保障的硬切片和业务的带宽隔离呢?这就不得不说FlexE技术了。

灵活以太网(FlexE)通过在传统以太网层次中新增FlexE shim层,以实现在传输网络上的业务隔离和网络切片的接口。通过FlexE这个Shim层,MAC和PHY之间不再需要一对一的映射,具体的原理就不在这过多陈述。

当然,在5G切片技术上还可以使用基于ODUk交叉的OTN技术,以及基于SDN的控制面切片技术。

在时间时钟要求方面。从3G/4G到5G发生了一些比较显著的变化,传统承载网络的端到端时间精度为µs级别,不能满足5G新技术、新场景对时间精度的要求。

为了满足对时间时钟的同步要求,5G承载网需要在时间源、承载网络的设备层面以及时间时钟网络架构方面着手。比如说:

架构方面:可以根据业务需求采用时间源设备下沉方案,减少时钟跳数,并严格要求网络节点的跳数。

设备层面:全网设备全部支持高精度时间同步(PTP 1588V2),包括时间源设备到末端设备(通常是基站)之间所有物理设备(包括传输设备WDM,微波,交换机,MSTP等),并在分组传送设备的接口上支持PTP、以太网接口/FlexE接口等。

时间源方面:引入共视差分时钟源(common view difference time source),即多地时间服务器在同一时刻接收同一颗导航卫星的GPS信息,以消除卫星钟的影响以及大部分路径延迟的影响,提高了两地相对时钟差的精度,从而达到高精度时间比对。

综上,5G承载网与4G承载网技术相比,有明显的不同,涉及到很多新的技术,我们就不细聊,今天开个头,留在此专题后面再讲。

我们用下图列出了5G承载网的关键技术,以供参考,文章所述若有不周全之处请谅解。

Category: 5G, 5G承载

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博主
李东霏
【香农信息技术研究院】

标签

4G 5G 5G NR 5G前传 5G承载 6G 50G PON 400G 800G DWDM F5G FDD FlexE G.654E G.709 GPON ISI LTE MIMO MPLS ODN Open RAN OSNR OTN PON ROADM Segment Routing SPN SRv6 TDD WDM 光与技术 光模块 光纤 区块链 华为 参考信号 同步 天线增益 数据中心 波长 相干技术 空芯光纤 诺基亚 路由器
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