5G承载网，到底有哪些关键技术？

  

首先，我们要先看一下5G承载网的整体分层结构。

 

以前小枣君说过，任何通信系统，都是先看分层。就像OSI七层模型一样，不同的层级对应不同的功能，每个层级都有自己的作用。

 

 

传送网的分层，从电到光，从SDH到OTN，也在发生变化。以OTN为例，引入光之后，主要分层变成了这样：

 

 

简单来说，最下面是物理层，然后就是光层。光层分为传输、复用、通道，简单理解，就像公路运输，需要发动车辆，需要划分车道，还要编排车队。最终，面向顶层提供服务支撑。

 

从整体上来看，5G承载网的分层可以大致看成如下几层：

 

5G承载网分层结构

 

5G承载网的所有关键技术，都在这个层级中有自己的位置。如果要搞懂这项技术，首先要知道它所处的层级。

 

上一篇文章里，小枣君提到，中国移动、中国电信、中国联通分别有自己5G承载网主推方向，即SPN、M-OTN、增强IPRAN。这三个方案，对应各个层级的具体技术如下：

 

三家方案的各层级技术对比

 

我们从下往上，一个一个来看。

 

 

首先是物理层，光层。对于5G来说，这一层的主要作用就是提供单通路高速光接口，还有多波长的光层传输、组网和调度能力。

 

因为光纤在数据传输方面的巨大优势，所以现在不管是哪家运营商，都会采用光纤光接口作为自己的物理传输媒介。

 

灰光彩光上一篇我们介绍过，而且它们也不算新型关键技术，我们略过不表。

 

在底层里面，有一个PAM4技术需要特别提一下。

 

• PAM4

 

PAM4（4 Pulse Amplitude Modulation）是一个“翻倍”技术。

 

对于光模块来说，如果想要实现速率提升，要么增加通道数量，要么提高单通道的速率。

 

传统的数字信号最多采用的是NRZ（Non-Return-to-Zero）信号，即采用高、低两种信号电平来表示要传输的数字逻辑信号的1、0信息，每个信号符号周期可以传输1bit的逻辑信息。而PAM信号则可以采用更多的信号电平，从而每个信号符号周期可以传输更多bit的逻辑信息。

 

PAM4信号就是采用4个不同的信号电平来进行信号传输，每个符号周期可以表示2个bit的逻辑信息（0、1、2、3）。可以在相同通道物理带宽情况下，PAM4传输相当于NRZ信号两倍的信息量，从而实现速率的倍增。

 

例如，光层从单波10G到25G，从25G到50G。大大降低了成本，具有很强的实用性。

 

 

然后是L1数据链路层。它的作用，是提供L1通道到光层的适配。

 

这里就出现了FlexE，大家肯定经常看到。

 

• FlexE

 

FlexE就是Flex Ethernet，灵活以太网。简单来说，它就是把多个物理端口进行“捆绑合并”，形成一个虚拟的逻辑通道，以支持更高的业务速率。

 

FlexE技术在以太网技术的基础上实现了业务速率和物理通道速率的解耦，物理接口速率不必再等于客户业务速率，可以是灵活的其它速率。

 

例如，客户业务速率是400GE，但设备物理通道端口的速率是25GE、100GE或其它速率。那么，通过端口捆绑和时隙交叉技术，就能轻松实现业务带宽25G->50G->100G->200G->400G->xT的逐步演进。

 

 

采用FlexE，可以有助于解决高速物理通道性价比不高的问题。（高速率物理接口，目前成本还是比较高。）

 

 

除了FlexE，还有一个FlexO，灵活光传送网（Flex OTN）。看到O就应该想到OTN，中国电信。这个在电信的方案里有。

 

FlexO的逻辑其实和FlexE很像，就是拆分、映射、绑定、解绑定、解映射、复用，以此规避光模块物理限制以及成本过高的问题。

 

简而言之，FlexE是用在PTN网络的，处理以太网信号，FlexO是用在OTN网络的，处理OTUCn信号。两者共同点：都是通过多端口绑定实现大颗粒度信号的传输。

 

 

再上一层是TDM通道层。5G承载网这个通道层的任务，就是服务于网络切片所需的硬管道隔离，提供低时延保证。

 

SPN在这层是SCL切片通道层。

 

SPN的整体架构大家可以看这里：

 

 

SCL为网络业务和切片业务提供端到端硬隔离通道，可显着降低时延，支持网络拓扑重构和切片，满足5G业务超低时延、硬隔离切片的需求。

 

OTN的话，是ODUk/ODUflex。根据前面的架构图，ODU是光信道数据单元，属于光通道层网络的一部分。它提供和信号无关的连通性、连接保护和监控等功能。

 

 

ODUflex，又是flex，也就是灵活带宽调整技术。传统的ODUk是按照一定标准进行封装，容易造成资源浪费。ODUFlex可以灵活调整通道带宽，调整范围是1.25G~100G，从而实现高效承载，以及更好的兼容性。

 

 

再往上，是分组转发层，涉及到的，是路由转发相关的能力。对5G来说，这一层的主要作用是提供灵活连接调度和统计复用功能。SR技术是这一层的主角。

 

• SR

 

SR是Segment Routing，分段路由。它也是目前承载网中非常受关注的一项技术，由CISCO提出，是一种源路由机制。

 

它是一种新型的MPLS（多协议标签转换）技术，源自MPLS，又有了更多的创新和升级。

 

传统IP网络中，路由技术是不可管理、不可控制的。IP逐级转发，每经过一个路由器都要进行路由查询（可能多次查找），速度缓慢，这种转发机制不适合大型网络。

 

而MPLS是通过事先分配好的标签，为报文建立一条标签转发通道（LSP），在通道经过的每一台设备处，只需要进行快速的标签交换即可（一次查找），从而节约了处理时间。

 

MPLS隧道（Tunnel）

 

MPLS处理速度更快，效率更高，更适合大容量网络。

既然SR技术源自MPLS，那么简单来说，它也是一种“不管中间节点”的路由技术，灵活性更高，开支更少，效率更高。

 

分段路由（SR）技术通过内部网关协议（IGP）扩展收集路径信息，头结点根据收集的信息组成一个显式/非显式的路径，路径的建立不依赖中间节点，从而使得路径在头节点即创建即生效，避免了网络中间节点路径计算。

 

再说说SR-TP、SR-BE、SRv6。

 

SR-TP和SR-BE是隧道扩展技术。SR-TP隧道用于面向连接的、点到点业务承载，提供基于连接的端到端监控运维能力；SR-BE隧道用于面向无连接的、Mesh业务承载，提供任意拓扑业务连接并简化隧道规划和部署。

 

SRv6的话，很好理解。传统的SR是基于IPv4的，也是基于MPLS的。而SRv6是基于IPv6的。

 

 

继续往上，是业务适配层，目的是提供多业务映射和适配支持。这一层的CBR、L2VPN、L3VPN都不是新概念，以后我们再专门介绍。

 

 

接下来，我们说一说SDN和高精度时间同步。

 

• SDN

 

前面小枣君说过，5G承载网必须支持切片。想要支持切片，就必须上SDN。5G承载网庞大而复杂，想要对它进行更好的管理和调度，也必须上SDN。

 

SDN之前小枣君已经介绍过很多次，Software Defined Network，软件定义网络。就是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，底下的节点只需要进行转发，是一种加强型的集权管理模式。

 

 

前面我们介绍的SR，就是主要为SDN和切片服务的。SDN与SR完美结合，才使5G承载网足够灵活，可以更好地实现切片。

 

• 超高精度时间同步

 

承载网之所以需要超高精度时间同步，原因是多方面的：

 

5G的载波聚合、多点协同和超短帧要求空口之间的时间同步精度偏差小于260ns。5G的基本业务采用时分双工（TDD）制式，要求任意两个空口之间的相对精度偏差小于1.5μs。5G的室内定位增值服务对时间同步的精度要求更高，要求一定区域内基站空口时间同步的相对精度小于10ns。

 

5G同步网采用的关键技术包括：高精度同步源头技术、高精度同步传输技术、高精度同步局内分配技术、高精度同步检测技术。限于篇幅，暂时不一一介绍了。

 

以上，就是5G承载网关键技术的初步介绍。

 

这些内容涉及的技术细节确实比较多，看懂它们需要一定的技术基础。大家可以先有个大致印象，小枣君后续会根据每个技术单独输出文章进行详细介绍。敬请关注！