构建覆盖5G全生命周期的承载网

发布时间:2019-08-22  作者:中兴通讯BN产品团队副部长 王强  阅读量:

随着5G牌照的发放,中国正式进入5G商用元年,5G承载网也进入全面商用阶段。面向5G的承载网相对于传统承载网,无论带宽、时延等基本性能,还是转发面、控制面和管理面的总体架构,都发生了一系列的重大变化。如何构建一张覆盖5G全生命周期的承载网,是整个行业面临的重要挑战。

5G承载技术方案分析

5G对于承载网络的要求不仅在于提供超大的带宽,还需要具备支持海量连接、针对不同业务提供差异化保障以及端到端网络切片能力。如何满足5G承载的基本需求,接下来将结合市场、技术发展趋势,就部分焦点问题展开分析。

大带宽

5G无线基站采用Massive MIMO、CoMP和高阶调制等技术极大提升频谱利用效率,同时通过引入新的空口频谱来增加频谱带宽,对比4G时代单基站带宽提升数十倍。5G承载网核心及汇聚层用100GE和200GE建网是共识,待技术成熟再扩容到400GE,对现网影响也小,总体方案性价比高。目前焦点主要集中在接入环的光模块。

针对25GE和50GE光模块,我们对产业链成熟度做了深入分析(见图1)。光模块的可获得性不存在问题,国产化率也在90%以上。因此模块的选择主要取决于建网方案和成本。综合5G接入带宽的刚性需求,建议如下:C-RAN接入采用50GE/100GE,D-RAN采用25GE/10GE;25GE模块目前成本已经较低,而50GE模块成本相对较高,建议待50GE/10GE成本比降至4左右时,进行全网大规模部署。


海量连接

5G南北向和东西向连接数量相对4G时代将增加10倍以上,且以应用驱动的连接为主,具备高度动态特性。因此,承载网需要引入可编程的网络开放能力,通过SR(Segment Routing)实现转发和控制的分离,实现IGP区域内full-mesh的全连接,引入SDN实现网络连接的可管可控,支持跨域和跨厂家海量网络连接的快速按需建立,满足5G行业应用的丰富互联需求。

目前基于IPv6的Segment Routing(SRv6)是业内讨论的一个热点,是SR两种基本方案之一;另一种是基于MPLS的Segment Routing(SR-MPLS)。从行业发展来看,目前SR-MPLS商用领先。比较而言,在转发面,SR-MPLS没有特殊的ASIC要求,仅需要特定的SR-MPLS的控制平面软件(软件升级);而SRv6采用的SRH是一个新的IPv6报头,对ASIC提出了特殊的要求。因此,采用SR-MPLS的成本相对较低。SRv6优点是运营商可以使用更简单的IPv6结构,提供与MPLS堆栈相同的应用和服务。鉴于MPLS对于运营商来说已是成熟的技术,而且基于IGP的SR-MPLS对MPLS进行了进一步的简化,SR-MPLS近期看还是主流选择。考虑到运营商网络的重大变化都将是一个相对缓慢的过程,SRv6会在标准和硬件芯片都成熟后逐步被大家接受并部署。

业务差异化

5G的三种业务应用场景在业务SLA要求上存在巨大的差异,承载网的业务QoS模型必须实现从传统的“尽力而为”向带宽保证和时延保证转型,以满足垂直行业的需求。目前业界的解决办法主要有两种,一种是引入以太网信道化技术提供TDM-Like的超低时延、超低抖动管道,另一种采用TSN(Time Sensitive Network)技术。相对而言以太网信道化技术比较成熟,已在5G承载网应用。在运营商组织的5G承载实验室测试中,中兴通讯5G承载单点转发时延低至0.5µs,实测指标优异,可为5G时代的低时延需求提供保障。

网络切片

5G网络支持丰富多样的业务,各种业务需要通过隔离避免相互影响,保证网络的安全性和健壮性。其需求包括软隔离和硬隔离,软隔离主要采用SR隧道,硬隔离包括FlexE子接口隔离、以太网切片信道,形成VNet虚拟网络。5G切片服务是端到端的业务链,需要承载网根据业务链和管道隔离的要求,匹配对应的VNet拓扑,在VNet拓扑上建立针对垂直行业业务的管道连接,实现一网多用并打造高安全性的网络。

只有具备如上能力的5G承载网才能真正助力5G时代的万物互连,服务千行百业。

新一代承载设备特性分析

5G承载网设备的关键要素包括容量、功耗、安全性能等指标。中兴通讯基于行业发展特性,致力于打造能够覆盖5G全生命周期的可持续演进的5G承载设备。

中兴通讯5G设备基于双T平台,核心汇聚设备要求单线卡具备T比特演进能力;接入设备整机容量达T比特,同时单线卡支持400G演进能力。

中兴通讯全系列5G承载自研芯片,包括核心设备的T级别网络处理及交换芯片和接入设备的定制化ASIC芯片,性能领先,供应链安全。根据承载设备整体功耗分析,主要业务芯片功耗占比达到64%,因此降低芯片功耗对节能降耗至关重要。中兴通讯核心设备自研芯片方案相比外购芯片方案,线卡吉比特功耗降低48%。

为了支撑多元化业务的承载,5G大量使用了SDN/NFV、网络切片、MEC等新技术,以提供更加丰富与灵活的网络能力,这些都对5G网络以及5G网络所连接的基础设施等重要资产带来新的安全威胁与挑战。因此安全是构建覆盖5G全生命周期的承载网非常重要的一环。中兴通讯是业界少数全面构建安全体系架构的厂家之一。全面通过ISO信息安全和供应链安全认证,为产品的全生命周期提供安全的流程保障;自研的CGEL操作系统和ROSNG协议栈平台以及自研转发芯片为产品安全打下坚实的基石;每年投入超过1000万美元的安全工具投入,包括白盒工具、黑匣子工具、渗透测试等为产品安全护航;具有业界领先的安全实验室,通过这个开放、合作的载体,为产品安全保驾护航。

打造运维极简的5G智能化承载网

网络智能化的发展大致可以分为四个阶段:传统网络、可编程网络、智能网络及自治网络。随着SDN、大数据和AI的发展和应用,目前承载网络普遍进入可编程网络阶段,部分领域已经迈向智能网络阶段。

5G承载网必须具备迈入智能网络阶段的能力。这个能力需要从转发层、控制管理层和运营层这三个层次分别进行构建。如果将网络比喻成一辆车,那么转发层就是这辆车的车轮,管控层则是行车电脑,运营层是发动机。

在转发层,将简化的协议、网络切片和Telemetry相结合,为网络转发层提供支撑;在管控层,通过网络仿真、流量预测等手段,变被动为主控,从而实现网络的自调整、自优化和网络自愈,有效提升网络的控制能力,简化运维难度;在运营层,则需要开放才能充分发挥发动机的驱动作用。

中兴通讯提出Athena承载网智慧解决方案。方案由自动化控制、意图驱动和网络感知三大引擎组成,与转发面设备一同实现持续集成、持续交付和持续开放,使业务发放周期更短,上市时间更快,大幅提升网络运维的智能化程度和效率。

极简智能运维的最终目标是自治网络,需要行业共同推进网络感知,完善网络决策策略,进而逐步实现网络的无人自治。

构建可经营的5G承载网

回顾4G时期,云的发展有目共睹,其商业模式成熟,是盈利的稳定增长点。5G时期的云将发生巨大的变化,云服务的对象从个人和企业,转向垂直行业应用。MEC作为轻量化的云节点无处不在,极大扩展云的覆盖范围和深度。多级云的互联、灵活的业务调度和管理,使得5G时代下支撑云连接的网络变得比4G时代更为复杂。因此,实现云网融合、网随云动,才能发挥出最佳效果。为此,中兴通讯提出构建可经营的5G承载网理念,以切片为纽带,把云和网融合起来,共同提供区分服务,把网络资源开放出去,使其成为运营商的优势和机遇。切片显然是帮助运营商增值的重要工具,5G时代下切片方案需要具备哪些能力呢?

 - 部署快:切片的发放和回收达到分钟级,依赖智能化的管控平台,对用户需求做到实时响应。

 - 体验好:除了保证带宽,还要保证低延时和抖动,基于Slicing Channel技术,实现高质量的确定性网络,满足严苛的云游戏、智能制造等新型业务需求。

 - 检测准:通过InBand OAM和Telemetry等新技术的引入,为客户提供实时感知切片质量的手段,保证用户体验。

 - 可视化:在客户定制服务时,客户通过编排器可直观地看到不同切片的服务质量,自主选择所需服务。这与日常生活中的导航软件规划出不同线路供选择是类似的体验。通过分钟级按需部署、低时延、高可靠性以及可视化的承载切片方案,更好地实现云网融合;通过将一个网络虚拟成N个网络,应对不同细分场景,实现“一网百业”,帮助运营商实现增值。

构建覆盖5G全生命周期的承载网是一个系统工程,需要结合端到端的5G网络特性来综合设计5G承载技术方案和新一代5G承载设备;同时要以打造运维极简的智能化网络和可经营的网络为目标,确保网络的先进性和可持续演进。相信不久的将来,5G承载网将赋能万物互联,结合切片经营和高度智能化的运维系统,为5G新业务提供差异化服务,实现网络增值,助力运营商实现商业成功。

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