精准5G承载网技术演进

发布时间:2020-10-26 作者:中兴通讯 赵福川 阅读量 :

 

5G是一个面向万物互联的网络,主要支撑两大应用,即面向个人的To C移动宽带互联网应用,以及面向垂直行业的To B应用。垂直行业To B应用正成为5G产业链的热点,是运营商增加营收和千行百业数字化升级的关键。垂直行业应用对5G承载网络提出了新的需求,给传统分组承载技术带来挑战。

垂直行业应用给传统分组承载技术带来挑战

垂直行业应用通过5G网络的切片提供服务。To B切片业务和To C业务对网络的服务等级协议(SLA)需求存在较大差异。业界根据切片业务资源和服务增值功能需求,提出了尊享、专享和优享的分级服务模型:尊享业务要求网络提供独享VPN空间、独占带宽连接,并具备零丢包、确定性时延的高可靠性能保证;专享业务要求独享VPN空间,提供连接的带宽保证;优享业务共享VPN空间,提供QoS区分优先级调度服务。其中尊享业务面向To B行业URLLC场景的需求,例如生产控制类的工业互联网、电力差动保护业务不仅要求保证带宽,更提出了网络高可靠(零丢包)和低时延确定性的服务要求。在网络资源上,To B业务提出了更严格的业务资源保证和安全隔离需求,需通过专用网络资源保证重要生产类业务的高安全性。部分垂直行业应用,如电力网的广域测控保护、基站定位服务,还需要5G网络提供高精度的时间同步。除了SLA要求外,垂直行业应用也驱动MEC服务的下沉,以实现业务的本地化服务,SFC(Service Function Chain)业务链的需求驱动云和网的关系趋向于融合,业务的流量和流向更加复杂,对端到端切片业务的可编程能力和智能业务发放提出了较高的要求,业务级的网络性能实时监控需求也成为5G切片运维的刚需。

上述5G To B的需求对传统的IP/MPLS分组承载技术提出很大的挑战。传统分组技术是基于尽力而为的转发机制,虽然也能提供优先级的QoS调度机制,但调度过程业务突发导致的队列拥塞使得网络时延难以精确控制,业务的资源隔离也存在问题,缓存和队列都是多流共享的,导致To B切片业务的转发资源难以独享。

精准5G承载方案,专为行业应用而生

为了解决上述问题,精准5G承载方案应运而生,根本解决了To B垂直行业业务承载的问题。精准5G承载网络架构如图1所示。


                  图1   精准5G承载方案网络架构

精准承载网转发面具备承载节点和链路的物理资源切片的能力,关键技术是FlexE和小颗粒切片技术。物理层切片技术不仅可以实现链路的资源切片,还可以实现端到端网络资源的切片,从而提供端到端时延确定性,通过Vnode+Vlink构建Vnet虚拟切片网络。在转发层支持MPLS-SR/SRv6技术,为VPN业务提供具有源路由的网络可编程能力,提供通过PCEP的切片业务从基站到UPF选路的能力,通过SR-BE提供VPN业务的泛在连接。

精准承载网的管控平面集成NSSMF传输子切片管理功能,与上层的NSMF对接,支撑切片业务的全生命周期管理,包括切片业务的编排和精准发放、切片业务的带宽和拓扑的变更、切片业务的告警性能采集和切片业务的删除和资源回收;管控平面通过BGP-LS平面实时收集转发面的拓扑,通过Netconf接口创建VPN,将编排化的VPN业务路径通过PCEP接口下发给转发面,从而创建切片的业务连接,管控面通过Netconf和Telemetry接口采集转发面的切片业务告警和实时性能(包括带宽、丢包、时延等)。

精准5G承载网的关键技术方向包括确定性的小颗粒硬切片技术、SRv6的云网可编程能力、高精度的智能时间同步授时技术和智能化的端对端切片运维系统。

FlexE小颗粒技术

针对垂直行业的时延敏感业务,需要承载网引入“零丢包”的端到端时延可控确定性网络,并提供时延敏感业务的转发资源隔离性保证,基于FlexE的小颗粒技术就是针对这种要求应运而生的一种新技术。该技术在FlexE的基础上采用层次化的方案拓展,通过引入以太网物理编码(PCS)层的小颗粒业务帧结构,实现小颗粒业务到帧结构时隙的映射,支持时隙的交叉连接,建立小颗粒业务的端到端信道,提供信道的物理层隔离能力。信道的颗粒最小为10Mbps,可以灵活提供匹配时延敏感业务颗粒的Nx10M带宽,支持端对端时延敏感业务的电路级零丢包和时延保证;每个小颗粒信道都有对应的物理时隙,可以实现任意场景下的资源保障和严格物理隔离,在小颗粒信道上可以支持当前的L2/L3 VPN服务。

SRv6技术

针对5G MEC下沉带来的云网融合可编程业务链应用,如云POP节点承载需求,SRv6已成为业界看好的云网融合技术演进趋势。SRv6采用128bit网络指令定义网络功能,每个指令包括网络节点标识、操作码和执行所需的参数三部分内容,通过指令的堆栈可以实现对网络设备的转发、业务处理行为的控制,从而完成云网融合场景下的业务的可编程能力,实现基于云服务的SFC业务链和承载网转发路径的统一编排。采用SRv6可以极大简化云网融合场景下的网络协议,提供无缝的网络编排能力。

高精度智能时间同步技术

垂直行业的部分应用需要5G网络提供高精度授时服务,最新发布的3GPP R16标准也规定了5G网络高精度授时指标要求。传统的1588V2承载网地面时间同步系统在授时的精度、OAM运维能力上难以满足大规模组网下高精度授时的要求。高精度智能时间同步技术通过引入设备级高精度时戳、BiDI单纤双向光模块、基站时间差值回传、时间网分域和基于AI的智能时间网管控等技术,解决了传统1588V2在大规模组网下的痛点问题,使得单节点1588V2的高精度时间同步精度从100ns提升到5ns的级别,可以快速定位时间网的故障,并隔离故障的影响范围,全面满足大规模组网下5G To B应用对高精度时间同步的运维需求。

端到端切片的智能化运维

5G端到端切片业务的连接数量和流向关系非常复杂,为了提升切片业务上线效率和精准投放,端到端切片业务的智能化运维显得非常重要。切片业务上线从APP发起后通过CSMF进行用户鉴权认证,由NSMF(网络切片管理系统)负责切片业务的编排,打通从无线、承载和核心网的切片业务连接,承载网需要支持切片业务的标识识别,根据NSMF下发的切片端点接入信息和SLA要求,提供到承载网络的切片拓扑资源映射和业务编排的管控能力。智能运维提升了切片业务的上线效率,将人工方案以天为单位的上线时间缩短到分钟级别,同时保证业务的精准发放,根本解决了人为原因导致的业务错连,保证了切片业务的安全性。在业务上线后承载网可以提供基于业务层的Inband OAM故障和性能监视,随业务逐流检测网络的丢包、时延和抖动等性能,提供切片业务的在线SLA性能监测,在故障或者拥塞发生后,可以还原切片业务的实时转发路径,提供逐跳的故障、丢包和时延越限的定位能力,从而实现切片业务的智能化上线、可视和可运维能力。

综上所述,5G To B垂直行业应用推动了精准5G承载网的技术演进,技术演进的方向包括确定性的小颗粒硬切片技术、SRv6的云网可编程能力、高精度的时间同步授时技术和智能化的端对端切片运维系统,这些技术实现To B垂直行业切片业务在承载网的智能精准发放、精准的端对端SLA性能保证和精准的业务感知,解决了5G通信网络与垂直行业结合的痛点问题。当前精准5G承载技术已在运营商网络开始进行试点,可以根据To B行业的业务切片需求,在一张物理承载网上提供尊享、专享和优享等差异化服务,极大地提升了5G承载网的资源利用率和业务提供能力,有助于实现5G赋能千行百业的产业升级目标。