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原标题:在承载网络架构转型实践方面,5G带来的主要挑战

浏览次数:91 时间:2019-09-13

在2017年北京网络高端展上,华为发布面向5G的移动承载解决方案。方案在提供基于50GE的高性价比大带宽、单跳10us超低时延管道的同时,在业界率先推出基于FlexE的层次化网络分片,并以云化架构实现按需连接、敏捷管控,帮助运营商构建新的移动网络商业模式。

2020年5G商用已成业界共识,中国将是全球最早开始5G商用的国家之一。目前,从标准、技术到组网、原型机,整个产业链都为5G商用做好了准备。

从2G时代的语音业务为主,到3G时代的数据业务兴起,再到4G时代视频业务的走红,通信技术的发展悄然改变人们的生活。未来5G将满足移动互联和万物互联的发展需求,超高清、4K和浸入式视频的流行将会驱动带宽速率大幅提升。承载网作为拉通无线和核心网之间的管道传输平台,需要满足未来5G时代带宽速率快速增长的趋势以及为各种业务的差异化需求提供保障。

从2G时代的语音业务为主,到3G时代的数据业务兴起,再到4G时代视频业务的走红,通信技术的发展悄然改变人们的生活。未来5G将满足移动互联和万物互联的发展需求,超高清、4K和浸入式视频的流行将会驱动带宽速率大幅提升。承载网作为拉通无线和核心网之间的管道传输平台,需要满足未来5G时代带宽速率快速增长的趋势以及为各种业务的差异化需求提供保障。

2015年,ITU正式定义了5G的三类典型应用场景,一是AR/VR等峰值速率可达10Gb/s的增强型移动宽带,二是连接数可达每平方公里100万的大连接物联网,三是车联网等端到端时延1ms的低时延、高可靠通信。对承载网而言,5G带来的主要挑战是超大带宽、超低时延、差异化巨大的SLA,以及无线核心网云化带来的不确定性连接。针对以上挑战,华为立足现网,在容量、时延、架构等方面进行持续创新,推出了面向5G的新一代移动承载解决方案。方案具有以下特点:

5G 网络在带宽、时延、连接数等方面为用户提供了前所未有的体验,相对4G的单一场景,5G支持eMBB/mMTC/uRLLC等多样化场景,且不同场景的关键指标差异巨大,因此传统承载网络面临着架构变革、设备升级、性能跃升等挑战。如何建设高效、成本最优的承载网以满足5G时代要求,已成为业界关注焦点。

面向5G的承载网需要以太网带宽持续演进

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弹性管道,50GE到站最优成本建网

目前各大厂商都对5G承载高度关注,也投入了巨大的研发资源,例如烽火早在MWCS2017便基于SDN/NFV、云等技术正式发布了FitHaul 5G承载解决方案,推出云化的5G承载架构。烽火也已与中国移动、中国电信和中国联通,以及西班牙电信、马来西亚电信等国内外领先运营商,就5G承载解决方案和关键技术进行了广泛、紧密的探讨与合作,并根据运营商网络各自特点和诉求形成了有针对性的解决方案。在承载网络架构转型实践方面,烽火还助力上海电信部署了全球规模最大的OTN+ROADM光电混合交叉城域POTN网络。该网络的建设以DC业务为核心,构建大容量、低时延、高可靠的城域光传送网络,为5G承载网络的构建提供了借鉴思路。除了烽火外,华为、中兴通讯、诺基亚、爱立信也在积极发力。

应对5G时代的海量连接和流量剧增,承载网具备快速经济的部署和演进能力,是运营商抢占5G先机发挥商用价值的关键。

面向5G的承载网需要以太网带宽持续演进

在带宽方面,创新性地引入50GE作为5G承载接入层技术。众所周知,承载网接入层占整个网络成本的主要部分。5G基站带宽均值将超过1Gb/s,峰值在10Gb/s左右,按照典型的组网,接入环带宽需求在30G左右。在超10G速率接口技术中,相比100GE需要4对25GE光器件,50GE仅采用1对25GE光收发器,其通过PAM4技术提速至50GE,因此在性价比上具备天然优势。而且,随着流量增长,还可以通过FlexE捆绑实现50GE平滑扩容至100GE。

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按照NGMN标准化组织提供的无线基站带宽估算方法可以推导出,面向5G的承载网需具备接入环50GE~100GE、汇聚环200GE~400GE的组网能力。NGMN认为要实现5G时代业务功能,无线频谱效率相比4G时代的频谱效率需要大大提升,5G基站峰值带宽和均值带宽也将大幅提升。对于典型站型4G和5G共基站站址, 5G承载网对接入环带宽的需求比现在的10GE环带宽平均提升3倍左右。按照移动实际流量平均每年61%的增长速度,以及考虑接入汇聚收敛比,则汇聚环带宽的需求将超过100GE。

应对5G时代的海量连接和流量剧增,承载网具备快速经济的部署和演进能力,是运营商抢占5G先机发挥商用价值的关键。

在时延方面,未来可以将设备单跳时延由传统设备的50us降至10us以下。为满足uRLLC类业务1ms的时延,除了内容下移减少光纤带来的时延之外,设备也需要具备低时延能力。通过采用cut through、芯片内VIP转发等一系列技术,为低时延业务提供快速通道,有效满足5G低时延需求。

华为:全方位推进5G承载技术落地

光接口的技术发展和产业链的支持是影响带宽发展方向的重要因素。近年来,随着25G 光电器件在产业链趋于成熟,25GE/50GE光接口得到快速发展并逐步应用于大型数据中心互联,其凭借高速率、高性价比和低功耗的优势而倍受青睐。采用25G光电器件加50G PAM4模块的50GE光模块,只需内置一路单通道光收发组件就能获得较高的光接口速率,实现方案非常简洁;相比而言,基于四路10G光电器件或者四路25G光电器件实现的40GE/100GE光模块内置多通道光收发组件,实现代价更高。

按照NGMN标准化组织提供的无线基站带宽估算方法可以推导出,面向5G的承载网需具备接入环50GE~100GE、汇聚环200GE~400GE的组网能力。NGMN认为要实现5G时代业务功能,无线频谱效率相比4G时代的频谱效率需要大大提升,5G基站峰值带宽和均值带宽也将大幅提升。对于典型站型4G和5G共基站站址, 5G承载网对接入环带宽的需求比现在的10GE环带宽平均提升3倍左右。按照移动实际流量平均每年61%的增长速度,以及考虑接入汇聚收敛比,则汇聚环带宽的需求将超过100GE。

按需连接,L3到边缘应对连接不确定性

华为网络产品线副总裁卢鑫曾指出,5G承载真正能够满足5G商用需求需要在3方面努力:一是确立统一标准;二是不断创新不同承载技术满足未来各种5G新业务部署的承载需求;三是打造开放的5G产业生态。

图1:基于25G光电器件及PAM4模块的50GE光模块

光接口的技术发展和产业链的支持是影响带宽发展方向的重要因素。近年来,随着25G 光电器件在产业链趋于成熟,25GE/50GE光接口得到快速发展并逐步应用于大型数据中心互联,其凭借高速率、高性价比和低功耗的优势而倍受青睐。采用25G光电器件加50G PAM4(四阶脉冲幅度调制)模块的50GE光模块,只需内置一路单通道光收发组件就能获得较高的光接口速率,实现方案非常简洁;相比而言,基于四路10G光电器件或者四路25G光电器件实现的40GE/100GE光模块内置多通道光收发组件,实现代价更高。

同时,为满足未来5G无线和核心网云化、核心网按需下移带来的连接不确定性,承载网需要具备灵活的连接能力。通过基于SDN集中管控的三层能力,一方面实现基站协同流量的就近转发,最大化协同增益,另一方面可以为无线与核心网建立按需实时的连接。而且,通过承载协议的创新,如引入Segment Rouging/EVPN/VxLAN等新技术,简化网络协议、运维管理,更好地应对未来以DC为中心的网络架构演进。

在 MWC2017上,华为发布了系列5G承载解决方案,包含分片路由器、微波承载、云化架构等。如在架构方面,华为引入了SDN等云化技术,实现了云化的 5G承载网架构;而5G承载分片路由器从控制、协议和转发多维度进行资源分片,基于全系列的分片路由器可针对5G具体场景需求生成端到端网络分片;针对微波领域,华为推出业界最高吞吐量的20Gbit/s面向5G承载的微波解决方案。

5G承载网接入层在10GE带宽不够、100GE商用普及尚早的情况下,采用50GE组网将给运营商带来最优性价比的解决方案;基于四通道光收发组件和50G PAM4模块实现的200GE光模块,业界也能快速实现并应用于5G承载网汇聚层组网。接入层50GE组网和汇聚层200GE组网将为5G承载网早期建设打下商用基础。

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