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盘点:5G承载产业发展关键与技术难点
作者:    发布于:2019-09-03 20:48   

[导读]自20世纪80年代以来,移动通信约每十年出现新一代革命性技术。从1G到4G,移动通信的核心是人与人之间的通信。未来,5G将与云计算、大数据、人工智能、虚拟增强现实等技术实现深度融合,意味着人与人通信开始转向人与物的通信,直至机器与机器的通信。

盘点:5G承载产业发展关键与技术难点

当前,信息通信技术向各行各业融合渗透,经济社会各个领域向数字化转型升级的趋势愈发明显。促进5G技术向各领域的扩散渗透,孕育新兴信息产品和服务,重塑传统产业发展模式,逐渐成为经济社会发展的关键动力之一,同时5G技术的商用化将引发新一轮投资高潮。

中国高度重视5G技术发展,在国家近期战略规划指导等重要文件中,均提出要积极推进5G产业发展,5G已成为国家战略制高点。2013年2月,工信部、发改委和科技部共同成立IMT-2020推进组,目标是聚合产学研用力量、推动5G技术研究、开展国际交流与合作。目前在北京怀柔已建设全球最大的5G试验网,先后完成了三个阶段的试验,取得了令人瞩目的阶段性成果。

5G给承载网带来了全新挑战

5G在带来革命性业务体验、全新商业应用模式,以及对人们生活产生巨大影响的同时,对基础承载网络提出了多样化的全新需求。现有的承载技术指标、网络架构及功能等无法完全满足5G新型业务和应用,5G承载演进与革新势在必行。

5G承载新需求与5G业务性能的提升、5G网络架构的革新等密切相关。相比于4G网络,5G采用更宽的无线频谱,更大规模的多入多出新技术,将峰值带宽和用户体验带宽提升十倍甚至数十倍;远程医疗、自动驾驶等新型业务对承载提出毫秒级超低时延及高可靠性等需求;5G的智能灵活、高效开放、网络架构变革,推动相应的承载网架构演进,并具备网络切片、灵活组网和调度、协同管控以及高精度同步等功能,从而满足5G差异化业务承载需求。

成立5G承载工作组

推动5G承载产业发展

2018年1月,中国信息通信研究院联合中国三大运营商,华为等网络设备制造商,光迅等模块芯片制造商和测试仪表厂商,在IMT2020推进组框架下成立“5G承载工作组”,旨在推动中国5G承载关键技术及方案创新,协同业界各方提升5G承载产业发展,开展5G承载技术方案测试验证,全力支撑5G商用部署的顺利实施,提高中国在5G承载领域的国际竞争力。

工作组已经取得了多项阶段性成果,2018年6月22日深圳IMT-2020 峰会上公开发布了《5G承载需求白皮书》,提出承载网要满足“更大带宽、超低时延和高精度同步”三大性能需求,以及“多层级承载网络、灵活化连接调度、层次化网络切片、智能化协同管控、4G/5G混合承载以及低成本高速组网”等六类组网和功能需求;2018年9月28日中国信息通信展“5G创新发展高峰论坛”上公开发布了《5G承载网络架构和技术方案白皮书》,归纳总结了5G承载网络典型架构,并深度分析了转发面、协同管控、同步网的技术方案与关键技术,预判了中国5G承载产业整体发展态势,对下一步发展提出建议。预计2018年年底将会发布管控架构、5G承载光模块、高精度同步等专项研究成果。

5G承载产业发展关键点

5G承载网技术方案需“存异求同”,

聚焦产业发展

针对5G承载网,国内三大运营商提出了不同的承载方案,主要有SPN、M-OTN和IPRAN增强方案。SPN和IPRAN增强方案是基于IP/MPLS和电信级以太网增强轻量级TDM技术的演进思路,目的是解决分组承载网络如何支持不同类型业务的带宽隔离、确定性低时延和网络硬切片等问题,实现5G和专线等多业务综合承载;M-OTN方案是基于传统OTN增强分组承载技术并简化OTN的演进思路,是OTN适应分组业务发展趋势,并重点针对5G前传、中传和回传的低时延等需求而进行技术方案简化和演进发展的产物,目的是解决OTN如何高效承载5G和专线等业务,并实现应用场景从干线、城域核心网络逐步向城域汇聚和接入层的延伸。各种方案最终能否规模化推广应用主要依赖于市场需求、产业链的健壮性和网络综合成本等因素。

5G承载方案的推进,需要综合考虑运营商的网络特性、业务需求,以及成本等多方面因素。在产业化过程中,需要产业链求同存异,聚焦产业发展方向,共同推动产业链发展。综合分析CRAN、5G核心网云化、数据中心化部署方案和全面支持IPv6等发展趋势,针对5G承载网络转发面技术及应用的未来发展演进建议如下:

5G前传方案选择:在光纤资源丰富的区域,建议以低成本的光纤直驱方案为主;对于光纤资源紧缺且敷设成本高的区域,可综合考虑网络成本、运维管理需求等因素来选择合适的前传技术方案。

5G回传方案选择:5G承载网络可采用L2VPN+L3VPN或L3VPN到边缘的应用部署;可基于新的5G承载技术方案进行建设,也可基于4G承载网络进行升级演进。

支持IPv6方案:考虑到IPv4地址的短缺,5G承载网络需要支持IPv4/IPv6双栈和6vPE转发技术。

SDN实现智能管控

5G承载网络架构的变化带来网络切片、L3功能下沉、网状网络连接等新型特征,此外,还将同时支持4G/5G/专线等多种业务的承载,业务部署也将更加多样,对承载网络的管控带来诸多新需求。

5G承载网络管控的需求、架构、功能基本明确,管控平台发展应满足如下需求:

敏捷灵活的业务提供:满足网络云化后5G网络快速高效的业务配置需求,提供设备即插即用、自动化规划和快速部署,实现分钟级别的按需、自动化业务提供能力。

多层、多域的端到端灵活控制:实现跨层次、跨区域的业务部署以及高效运维。

网络切片管控:基于上层网络的切片需求,提供承载网络资源的切片管控能力,实现网络分片自动化部署、切片资源的隔离、业务在切片网络的部署、切片网络的运维监视等全生命周期的管理。

高效的智能化运维:提供以业务为中心的智能排障、基于AI的智能故障分析、智能故障自愈、业务性能监测等智能化网络运维能力,实现网络运维全生命周期的自动化、闭环、智能运维。

兼容现网:5G承载网络管控发展过程中,应考虑现有网络的平滑升级、保护既有投资等因素,逐步引入端到端业务编排和管控、智能运维等功能,减少网络的操作维护,降低操作维护的复杂度和成本。

统一接口:5G承载网北向信息模型应进行统一,应具备良好的扩展性,南向接口可采用多种网络协议实现,并逐步实现开放。

聚焦BIDI和PAM4技术

推动光模块产业发展

5G对光模块存在数千万量级的巨大需求,更高速率、更长距离、更宽温度范围和更低成本的光模块需求迫切,尤其在低成本方面,需采用新的工艺和技术实现成本降低。

面向5G承载,25/50/100Gbps新型高速光模块将逐步在接入层引入,N×100/200/400Gbps高速光模块将在回传汇聚和核心层引入。

盘点:5G承载产业发展关键与技术难点

当前,信息通信技术向各行各业融合渗透,经济社会各个领域向数字化转型升级的趋势愈发明显。促进5G技术向各领域的扩散渗透,孕育新兴信息产品和服务,重塑传统产业发展模式,逐渐成为经济社会发展的关键动力之一,同时5G技术的商用化将引发新一轮投资高潮。

中国高度重视5G技术发展,在国家近期战略规划指导等重要文件中,均提出要积极推进5G产业发展,5G已成为国家战略制高点。2013年2月,工信部、发改委和科技部共同成立IMT-2020推进组,目标是聚合产学研用力量、推动5G技术研究、开展国际交流与合作。目前在北京怀柔已建设全球最大的5G试验网,先后完成了三个阶段的试验,取得了令人瞩目的阶段性成果。

5G给承载网带来了全新挑战

5G在带来革命性业务体验、全新商业应用模式,以及对人们生活产生巨大影响的同时,对基础承载网络提出了多样化的全新需求。现有的承载技术指标、网络架构及功能等无法完全满足5G新型业务和应用,5G承载演进与革新势在必行。

5G承载新需求与5G业务性能的提升、5G网络架构的革新等密切相关。相比于4G网络,5G采用更宽的无线频谱,更大规模的多入多出新技术,将峰值带宽和用户体验带宽提升十倍甚至数十倍;远程医疗、自动驾驶等新型业务对承载提出毫秒级超低时延及高可靠性等需求;5G的智能灵活、高效开放、网络架构变革,推动相应的承载网架构演进,并具备网络切片、灵活组网和调度、协同管控以及高精度同步等功能,从而满足5G差异化业务承载需求。

成立5G承载工作组

推动5G承载产业发展

2018年1月,中国信息通信研究院联合中国三大运营商,华为等网络设备制造商,光迅等模块芯片制造商和测试仪表厂商,在IMT2020推进组框架下成立“5G承载工作组”,旨在推动中国5G承载关键技术及方案创新,协同业界各方提升5G承载产业发展,开展5G承载技术方案测试验证,全力支撑5G商用部署的顺利实施,提高中国在5G承载领域的国际竞争力。

工作组已经取得了多项阶段性成果,2018年6月22日深圳IMT-2020 峰会上公开发布了《5G承载需求白皮书》,提出承载网要满足“更大带宽、超低时延和高精度同步”三大性能需求,以及“多层级承载网络、灵活化连接调度、层次化网络切片、智能化协同管控、4G/5G混合承载以及低成本高速组网”等六类组网和功能需求;2018年9月28日中国信息通信展“5G创新发展高峰论坛”上公开发布了《5G承载网络架构和技术方案白皮书》,归纳总结了5G承载网络典型架构,并深度分析了转发面、协同管控、同步网的技术方案与关键技术,预判了中国5G承载产业整体发展态势,对下一步发展提出建议。预计2018年年底将会发布管控架构、5G承载光模块、高精度同步等专项研究成果。

5G承载产业发展关键点

5G承载网技术方案需“存异求同”,

聚焦产业发展

针对5G承载网,国内三大运营商提出了不同的承载方案,主要有SPN、M-OTN和IPRAN增强方案。SPN和IPRAN增强方案是基于IP/MPLS和电信级以太网增强轻量级TDM技术的演进思路,目的是解决分组承载网络如何支持不同类型业务的带宽隔离、确定性低时延和网络硬切片等问题,实现5G和专线等多业务综合承载;M-OTN方案是基于传统OTN增强分组承载技术并简化OTN的演进思路,是OTN适应分组业务发展趋势,并重点针对5G前传、中传和回传的低时延等需求而进行技术方案简化和演进发展的产物,目的是解决OTN如何高效承载5G和专线等业务,并实现应用场景从干线、城域核心网络逐步向城域汇聚和接入层的延伸。各种方案最终能否规模化推广应用主要依赖于市场需求、产业链的健壮性和网络综合成本等因素。

5G承载方案的推进,需要综合考虑运营商的网络特性、业务需求,以及成本等多方面因素。在产业化过程中,需要产业链求同存异,聚焦产业发展方向,共同推动产业链发展。综合分析CRAN、5G核心网云化、数据中心化部署方案和全面支持IPv6等发展趋势,针对5G承载网络转发面技术及应用的未来发展演进建议如下:

5G前传方案选择:在光纤资源丰富的区域,建议以低成本的光纤直驱方案为主;对于光纤资源紧缺且敷设成本高的区域,可综合考虑网络成本、运维管理需求等因素来选择合适的前传技术方案。

5G回传方案选择:5G承载网络可采用L2VPN+L3VPN或L3VPN到边缘的应用部署;可基于新的5G承载技术方案进行建设,也可基于4G承载网络进行升级演进。

支持IPv6方案:考虑到IPv4地址的短缺,5G承载网络需要支持IPv4/IPv6双栈和6vPE转发技术。

SDN实现智能管控

5G承载网络架构的变化带来网络切片、L3功能下沉、网状网络连接等新型特征,此外,还将同时支持4G/5G/专线等多种业务的承载,业务部署也将更加多样,对承载网络的管控带来诸多新需求。

5G承载网络管控的需求、架构、功能基本明确,管控平台发展应满足如下需求:

敏捷灵活的业务提供:满足网络云化后5G网络快速高效的业务配置需求,提供设备即插即用、自动化规划和快速部署,实现分钟级别的按需、自动化业务提供能力。

多层、多域的端到端灵活控制:实现跨层次、跨区域的业务部署以及高效运维。

网络切片管控:基于上层网络的切片需求,提供承载网络资源的切片管控能力,实现网络分片自动化部署、切片资源的隔离、业务在切片网络的部署、切片网络的运维监视等全生命周期的管理。

高效的智能化运维:提供以业务为中心的智能排障、基于AI的智能故障分析、智能故障自愈、业务性能监测等智能化网络运维能力,实现网络运维全生命周期的自动化、闭环、智能运维。

兼容现网:5G承载网络管控发展过程中,应考虑现有网络的平滑升级、保护既有投资等因素,逐步引入端到端业务编排和管控、智能运维等功能,减少网络的操作维护,降低操作维护的复杂度和成本。

统一接口:5G承载网北向信息模型应进行统一,应具备良好的扩展性,南向接口可采用多种网络协议实现,并逐步实现开放。

聚焦BIDI和PAM4技术

推动光模块产业发展

5G对光模块存在数千万量级的巨大需求,更高速率、更长距离、更宽温度范围和更低成本的光模块需求迫切,尤其在低成本方面,需采用新的工艺和技术实现成本降低。

面向5G承载,25/50/100Gbps新型高速光模块将逐步在接入层引入,N×100/200/400Gbps高速光模块将在回传汇聚和核心层引入。

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