|
本文来源：鲜枣课堂 编辑：小枣君 本文转自5G通信公众号
今天这篇文章，大家来聊一聊5G承载网。
什么是承载网？顾名思义，承载网就是专门负责承载数据传输的网络。 以前大家更多先容的是接入网和核心网。如果说核心网是人的大脑，接入网是四肢，那么承载网就是连接大脑和四肢的神经网络，负责传递信息和指令。
承载网、接入网、核心网相互协作，最终构成了移动通信网络。
虽然承载网的重要性被大家一致认可，但存在感却很弱。 大多数人看来，承载网只是一个管道。只要它没有断，就不用去管它。
通信网络本来就是一个管道，承载网是“管道中的管道”
也有很多人认为，承载网的技术含量低，整天就是面对让人密集恐惧症发作的光纤和网线，没有什么前途可言。
其实，这都是对承载网的误解。 承载网看似简单，实际上内部结构非常复杂。承载网的整个技术体系规模，一点都不输给接入网和核心网。 尤其是5G时代下，承载网的发展更是到了“疯狂”的地步，引入了很多高大上的黑科技，让人目不暇接，不明觉厉。 下来，就让我慢慢给大家先容。
5G承载网，到底要咋办？
从1G到4G，承载网经历了从低带宽到高带宽、从小规模到大规模的巨大变化。 如今的承载网网络，事实上已经非常强大和完善了。承载网设备的性能，也十分强劲。
机房里插满光纤的传输设备 尽管如此，在5G面前，这些现有设备和技术方案还是只有瑟瑟发抖的份。
进入5G时代，通信网络的指标发生了大幅的变化，有的指标标准甚至提升了十几倍。想要达到要求，只靠无线空中接口部分改进是办不到的。包括承载网在内的整个端到端网络架构，都必须自我革命。 那承载网的革命目标在哪里呢？主要来说，包括以下几个方面：
带宽！带宽！带宽！ 毫无疑问，带宽是5G承载网最基础和最重要的技术指标。空口的速率提升了几十倍，承载网相应也要大幅提升。尤其是在目前5G刚起步的阶段，eMBB是首先要实现的业务场景，最关注的也就是带宽。 低时延、高可靠性 车联网、工业控制等垂直行业，对网络的时延和可靠性要求苛刻。 5G最重要的需求之一，就低时延低，需要实现个位数毫秒级的端到端时延。承载网作为端到端的一部分，虽然不是时延的重点提升对象，但也要分摊一部分指标压力。 在5G很多场景下，都提出了“6个9级别（99.9999%）”的可靠性要求。因此，承载网也必须服务于这样的要求，还要有足够强大的容灾能力和故障恢复能力。 高精度同步能力 5G对承载网的频率同步和时间同步能力提出了很高的要求。 同步到底是干啥用的？ 简单举几个例子：5G的载波聚合、多点协同和超短帧，需要很高的时间同步精度；5G的基本业务采用时分双工（TDD）制式，需要精确的时间同步；再有就是室内定位增值服务等，也需要精确的时间同步。 易于运维 5G承载网将会无比巨大，设备数量多，网络架构复杂。如果网络不能够做到灵活、智能、高效、开放，那对于运营商和运维工作人员来说就是一场噩梦。 低能耗 网络既要足够强大，又要尽量省电。省电就是省钱。 支撑切片 切片之前大家先容过，它是5G网络的核心能力。承载网当然也必须支撑切片。
图片来自公众号“无线深海” 以上几个方面，就是5G承载网自我革命的目标。任何一个目标无法实现，就不是合格的5G承载网。
5G承载网，到底包括哪些部分？
先容5G承载网结构之前，大家先来看看接入网的变化。
4G接入网，大家都很熟悉了，是由BBU（基带处理单元）、RRU（射频拉远单元）、天馈系统共同组成的。
到了5G，接入网被重构为3个功能实体，分别是：
BBU+RRU+天馈 ▶▶▶ CU+DU+AAU CU：原BBU的非实时部分将分割出来，重新定义为CU，负责处理非实时协议和服务。 DU：BBU的剩余功能重新定义为DU，负责处理物理层协议和实时服务。 AAU：BBU的部分物理层处理功能与原RRU及无源天线合并为AAU。
之所以要拆分得这么细，是为了更好地调配资源，服务于业务的多样性需求（例如降低时延、减少能耗），服务于“网络切片”。（详情可以看这里：关于5G接入网，看这一篇就够啦！） 接入网变成AAU、DU、CU之后，承载网也随之发生了巨变。 这个我要澄清一个误区：一直以来，很多人认为承载网只是连接接入网和核心网的，就像本文开头画的那样：
其实是不严谨的，那样画只是为了方便。准确来说，承载网也包括接入网内部连接的部分，还有核心网内部连接的部分。所以，更准确的逻辑关系画法，应该是这样：
这才能真正体现“承载”的奥义 5G接入网网元之间，也就是AAU、DU、CU之间，也是5G承载网负责连接的。不同的连接位置，有自己独特的名字，分别叫作：前传、中传、回传。
AAU和DU之间，是前传 DU和CU之间，是中传 CU和核心网之间，是回传 这三个“传”，都属于承载网
现实生活中的5G网络，DU和CU的位置并不是严格固定的。运营商可以根据环境需要，灵活调整。 以前小枣君曾经专门先容过D-RAN和C-RAN。D-RAN就是分布式无线接入网（Distributed RAN），C-RAN是集中化无线接入网（Centralized RAN）。 4G时期，所谓分布和集中，指的就是BBU的分布或集中。5G时期，指的是DU的分布或集中。这种集中还分为“小集中”和“大集中”。
5G接入网，会存在多种部署模式
再次提醒，采用C-RAN进行集中化的目的，就是为了实现统一管理调度资源，提升能效，也可以进一步实现虚拟化（接入网那篇文章有详细先容）。 正因为部署模式的多样性，使得前传、中传、回传的位置也随之不同。
不同的接入网部署方式=不同的承载网位置
电信运营商在不同的地方有不同等级的机房。例如大城市的电信大楼机房，往往是核心机房。普通办公楼里面的基站机房，就是站点（接入）机房。小城市或区级电信楼里，也有机房，可能是汇聚机房。 是不是看起来有点晕？ 我再画一张完整的承载网结构图，帮助大家理解（虽然我觉得可能会更晕 ）。
承载网结构图（范例） 从整体上来看，除了前传之外，承载网就是主要由城域网和骨干网共同组成的。而城域网，又分为接入层、汇聚层和核心层。
所有接入网过来的数据，最终通过逐层汇聚，到达顶层骨干网。 前传到底是用了哪些设备和技术呢？中传呢？回传呢？大家继续往下看。
前传部分 大家还是先从前传开始。 前传就是AAU到DU之间这部分的承载。它包括了很多种连接方式，例如： 光纤直连 无源WDM/WDM-PON 有源设备（OTN/SPN/TSN） 微波
大家简单先容一下。 第一种，光纤直连方式。 每个AAU与DU全部采用光纤点到点直连组网，如下图：
这就属于典型的“土豪”方式了，简单直接。但是，这种方式光纤资源占用很多，更适用于光纤资源比较丰富的区域。而且，这种方式更适合5G建设早期。随着5G建设的深入，基站、载频数量也会急剧增加，这种方式肯定是玩不起的。 第二种，无源WDM方式。 将彩光块安装到AAU和DU上，通过无源设备完成WDM功能，利用一对或者一根光纤提供多个AAU到DU的连接。 如下图：
什么是WDM？ WDM就是波分复用（Wavelength Division Multiplexing），是将两种或多种不同波长的光载波信号（携带各种信息）在发送端经复用器(Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中，以此进行数据传输的技术。 什么是彩光模块？ 光复用传输链路中的光电转换器，也称为WDM波分光模块。不同中心波长的光信号在同一根光纤中传输是不会互相干扰的，所以彩光模块实现将不同波长的光信号合成一路传输，减少了链路成本。 和彩光（Colored）相对应的，是灰光（Grey）。灰光也叫白光或黑白光。它的波长是在某个范围内波动的，没有特定的标准波长（中心波长）。一般客户侧光模块会采用灰光模块。
采用无源WDM方式，虽然节约了光纤资源，但是也存在着运维困难，不易管理，故障定位较难等问题。
第三种，有源WDM/OTN方式。
在AAU站点和DU机房中配置相应的WDM/OTN设备，多个前传信号通过WDM技术共享光纤资源。 如下图：
这种方案相比无源WDM方案，组网更加灵活（支撑点对点和组环网），同时光纤资源消耗并没有增加。从长远来看，是非常不错的一种方式。 第四种，微波方式。 这种方式很简单，就是通过微波进行数据传输，非常适合位置偏远、视距空旷、光纤无法到位的情况。
四种方式的优缺点对比如下表所示：
根据目前的情况，在5G部署初期，前传承载这部分仍然以光纤直驱为主，无源WDM方案进行补充。
这里要补充给大家先容两个和前传有关的概念，那就是CPRI和eCPRI。 CPRI就是Common Public Radio Interface，通用公共无线电接口。4G时代，BBU和RRU之间就是这个接口。它是一个通用的接口，有多个不同的版本，不同的版本对应不同的网络制式。
BBU和RRU之间的CPRI光纤
到了5G时代，AAU和DU之间的带宽可能会达到数百Gbps，CPRI已经无法满足要求，所以就升级到了eCPRI接口规范（enhanced CPRI，增强型CPRI），显著提升了接口带宽。
说到带宽，前面大家说5G需要很大的带宽，到底有多大呢？ 目前的4G LTE网络，主流子载波带宽是20MHz，单基站的峰值吞吐量大约是240Mbit/s。（是的没错，一个基站的带宽其实并没有大家想的那么大。） 而5G网络，尤其是毫米波频段，空口频宽达到100-400MHz，甚至更高。在Massive MIMO（增强多天线）等空口技术的进一步加持下，单基站的带宽将是4G的几十倍。
5G基站带宽估算参考
根据测算结果，在5G建设前期，运营商单基站带宽参考值将会采用10GE或25GE的标准。（4G时大部分站点的标准只是1GE。即便如此，前传带宽浪费还比较严重。） 接入环节点的带宽将由部署方式和类型决定，5G热点地区的带宽显然会比一般地区的带宽更大（节点更多，高频站更多）。
中传和回传部分 接下来大家看看中回传。 因为带宽和成本等原因，中回传肯定不能用光纤直连或无源WDM之类的了，微波也不现实。 5G中回传承载方案，主要集中在对PTN、OTN、IPRAN等现有技术框架的改造上。 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，通过“加装升级”的方式，引入很多黑科技，实现能力的全面强化。 以国内三大运营商的5G中回传承载网方案为例，基本上都是在现有方案上进行加强和改良，从而实现对5G的支撑。
首先看实力最强的中国移动。 移动认为，SPN是最适合自己的方案，能够满足自己的所有需求。 SPN，就是Slicing Packet Network，切片分组网。它是中国移动自主创新的一种技术体系。 中国移动的4G承载网是基于PTN（Packet Transport Network，分组传送网）的。而SPN基于以太网传输架构，继承了PTN传输方案的功能特性，并在此基础上进行了增强和创新。 感觉在移动的眼里，SPN就是以太网上“升级”一个光接口，可以充分利用现在非常成熟的以太网生态链，实现比较高的性价比。 因此，移动非常看好SPN，并竭尽全力推动SPN的标准立项，还大力扶持SPN上下游产业链的发展。在它的努力下，SPN技术确实发展很快，产业链也日趋完整。 中国电信在5G承载领域主推M-OTN方案。M-OTN基于OTN，是面向移动承载优化的OTN技术（Mobile-optimized OTN）。 之所以电信会选择M-OTN，和电信拥有非常完善和强大的OTN光传送网络有很大的关系。众所周知，电信的老本行是固网宽带，在光传输网基础设施方面还是很有家底的，带宽资源也非常充足。 OTN作为以光为基础的传送网技术，具有的大带宽、低时延等特性，可以无缝衔接5G承载需求。而且，OTN经多年发展，技术稳定可靠，并有成熟的体系化标准支撑。对电信来说，可以在已经规模部署的OTN现网上实现平滑升级，既省钱又高效。 中国联通比较缺钱，利旧自家IPRAN是肯定的。
IPRAN是业界主流的移动回传业务承载技术，在国内运营商的网络上被大规模应用，在3G和4G时代发挥了卓越的作用，运营商也积累了丰富的经验。 但是现有IPRAN技术是不可能满足5G要求的，所以联通就搞起了IPRAN2.0，也就是增强IPRAN。 IPRAN2.0在端口接入能力、交换容量方面有了明显的提升。此外，在隧道技术、切片承载技术、智能维护技术方面也有很大的改进和创新。 中国联通一直都在做IPRAN 2.0规范的功能验证和性能测试，总体情况看上去也还好。 以上，就是国内三大运营商5G中回传承载网方案情况。 名言有云，“经济基础决定上层建筑”。其实这和现在的情况倒是有几分相似。 承载网作为通信网络的躯干，涉及到大量的资金投入，运营商肯定会充分考虑资源复用、建设成本以及产业成熟度等多方面因素，慎重选择最适合自己的方案。 而面对这样的情况，作为产业链上下游的企业来说，其实是很痛苦的。 大型设备商还好说，中小厂家很难同时从事多个跑道的研究。如果各大方案不能朝融合的方向发展，就被迫使得产业链企业选择“站队”。这肯定会制约产业链的扩大和共享，也会影响承载网络建设整体成本的下降。 所以，很多专家都呼吁各大运营商的方案能尽量“融合”，最好是殊途同归。这样的话，不管是对产业链，还是对运营商，都是好事。对最终用户来说，也是好事。
| 
2
发表于 2019-6-20 11:26:39
