進入2019年，5G網絡在全球進入商用建設的快車道。4月3日，韓國三家運營商與美國Verizon宣布5G網絡正式商用。2019年3月28日工信部部長苗圩在博鰲亞洲論壇上表示，將根據終端成熟情況適時發放5G牌照，國內三大運營商也開始進行5G網絡的建設，并先后發布2019年的5G投資計劃。

5G基站回傳帶寬需求大幅度提升，預計將達到LTE基站的10倍以上，因此現有移動回傳承載網絡的容量難以滿足，除此之外，5G網絡的切片服務、虛擬化核心網的分布式部署架構、超低時延業務、高精度時間同步等網絡和業務特點都對承載網提出了更多、更高的要求。因此自2016年開始全球運營商、設備供應商開始研究面向5G的移動回傳網絡技術。如今IP/MPLS技術已經成為多數運營商的選擇，IP/MPLS技術是比較成熟的技術，但近幾年來IP/MPLS網絡及業務承載技術也不斷發展和革新，運營商在具體的技術演進和方案上各有特色。

本文基于國內運營商的網絡特點和5G網絡對承載網的需求，對基于IP/MPLS多業務綜合承載網（IPRAN）技術方向和網絡方案進行分析，并提出一些網絡方案建議。

5G網絡架構及部署特點

5G組網存在兩種模式，分別為獨立組網（SA）和非獨立組網（NSA）。NSA模式以4G基站作為錨點，主要面向eMBB業務，提供大帶寬互聯網服務。該方式采用4G和5G結合組網方式，標準比較成熟，設備也基本成熟，目前商用或正在建設的5G網絡普遍采用該模式。SA模式是完全獨立建設的5G網絡，能夠提供5G網絡愿景提出的各種服務場景，但標準的成熟比NSA模式晚了半年以上，設備及終端相應也將晚半年到一年的時間才能商用（預計在2020年）。因此5G網絡盛宴將從NSA模式開始，5G精彩將在SA模式下綻放。

國內運營商一直在推動SA技術，希望直接采用SA組網模式。但在國際市場競爭態勢下，國內運營商很有可能先采用NSA模式建設，再逐步演進到SA模式。

3GPP提出NSA和SA組網模式的多種選項，國內運營商NSA模式組網將選擇Option3x架構，SA模式組網將選擇Option2架構。如圖1所示。

圖1 ?5G組網示意圖

Option3x是以4G基站作為錨點，新建5G基站控制面通過錨定的4G基站接入核心網，下行流量全部承載在5G基站上，4G基站主要解決5G基站上行覆蓋和控制信令，4G/5G基站間Xx接口主要為控制面流量及5G基站覆蓋邊緣的上行流量，總體流量占比較小。

Option2獨立部署5G核心網，5G基站獨立于4G基站，直接接入5G核心網5GC。4G網絡和5G網絡間通過EPC與5GC實現互通。

Option3x充分利用LTE的核心網，LTE核心網普遍采用按省集中部署方式，基站回傳業務的組織相對簡單，但LTE基站和5G基站間的連接需求（Xx接口）不可避免，不但5G RAN網絡的組網復雜度較高，回傳承載方案也更為復雜。

Option2采用5G網絡全新建設方式，回傳業務組織相對比較簡單，但核心網的虛擬化和分布式部署要求回傳承載網絡有更強的路由能力。

面向5G承載的IPRAN網絡技術演進

IPRAN是業界主流的移動回傳業務承載技術，在國內運營商的網絡上被大規模應用，在3G和4G時代發揮了卓越的作用，運營商也積累了豐富的經驗。尤其是IPRAN統計復用的特點，充分利用網絡的帶寬，比如自3G時代建成后，4G時代根據流量發展適當擴容就滿足4G網絡多年來的業務量10倍增長的承載需求。5G基站的業務量將比4G基站高10倍以上，比3G基站高近百倍。現有IPRAN網絡的能力無法滿足如此大跨度的業務發展。因此面對5G網絡的需求，IPRAN網絡技術需從多個角度進行革新。

IPRAN設備技術

IPRAN設備技術的變化主要包括四個方面。

設備吞吐量大幅提升。面對5G基站吞吐量10倍以上的提升，IPRAN網絡整體容量應有相應的提升，相比現有IPRAN設備，IPRAN2.0設備的端口接入能力、交換容量等都將有大幅度的提升，單臺核心匯聚設備的容量大到6.4T以上，甚至可以升級支持高達25.6T的容量。不但能夠滿足移動回傳業務發展的需要，還可以滿足專線業務甚至寬帶業務承載的需求。網絡接口速率也將從GE/10GE為主，演進到10GE/25GE/50GE/100GE等更高速率。IPRAN設備技術與WDM設備技術進一步融合，IPRAN設備直接提供高速彩光接口over到WDM的波道上（IP over WDM）將成為發展方向。

芯片技術發展。采用新一代的芯片技術，提升芯片容量的同時，降低芯片的單位GB功耗，芯片處理業務的性能也有大幅度的提升。在國際上交換芯片企業出現寡頭壟斷趨勢，國內多個設備供應商自主開展網絡處理器（NP）芯片的研發，新一代的IPRAN設備將更多采用國產芯片。

將采用基于FlexEth的鏈路綁定和管道隔離技術，簡化網絡容量擴展，并提供硬管道的業務隔離。

高壓直流供電技術。5G核心網將采用虛擬化和云化部署方式，傳統的專用核心網設備將演進為數據中心內通信云上虛擬化的網絡功能，設備硬件則變成通用的服務器和交換機設備。數據中心普遍采用高壓直流或高壓直流+交流直供方式。IPRAN設備也將從-48V供電逐步轉變為高壓直流或高壓直流+交流直供方式。

業務承載技術

（1）隧道技術。目前IPRAN普遍采用LDP和RSVP-TE協議來建立業務隧道，這兩種方式應用多年，但其協議相對比較復雜，導致業務的配置和網絡維護也比較復雜。近幾年面向連接的隧道技術——SR技術逐步成熟。SR對IGP協議進行擴展，不再需要專門的RSVP-TE和LDP協議，協議更加簡化，因此更容易支持通過集中的控制面進行路徑計算和部署，能夠大大降低RSVP-TE協議對設備控制面的性能壓力。同時，也更容易實現大規模的SR隧道部署。結合SDN智能控制技術，SR技術將推動IP網絡向路由智能計算和路徑可控方向發展，具備類似傳輸網的功能和性能，提升業務的可靠性、智能恢復和保護能力。

（2）切片承載技術。網絡切片是5G網絡的關鍵特征之一。要求承載網也能夠提供靈活可靠的切片承載。隧道隔離、VPN隔離和QoS調度將是常用的軟切片方案，針對特定的網絡切片需求，可采用FlexEth技術，結合智能化管控，基于硬管道為特定的業務提供硬切片承載方案。網絡切片服務需要從基站到核心網端到端的協同，需要跨專業的網絡編排器實現端到端切片的自動編排和端到端自動部署。目前端到端跨專業切片協同工作尚在推進中。

智能維護技術

（1）智能管控技術。5G承載網將采用更加智能、完善的網絡管控技術要求，提升對網絡性能、流量的自動采集和數據分析能力，實現業務的自動發放、網絡智能運維，降低運營維護的復雜度。

（2）在設備上實現多重在線自動測量技術，不需要儀表即可對業務和網絡進行測試，提供多層次的網絡實時監控能力，提高網絡的可維護性。

（3）客戶接入自動識別。與業務網聯合部署LLDP協議，實現業務設備信息的自動識別，提升網絡的業務感知能力。

面向5G承載的IPRAN網絡技術方案

組網方案

IPRAN網絡組網采用現有的核心匯聚+接入兩大層網絡架構，核心匯聚層和接入層分屬不同的IGP進程，如圖2所示。核心匯聚層主要采用口字型結構，接入層采用環形結構。在接入層，部署CRAN基站BBU的綜合業務接入點/BBU集中點與DRAN基站分別組環以提升網絡效率，降低網絡成本。

采用靈活的業務承載方案，同時滿足LTE、5G NSA和SA業務承載及其他業務綜合承載的需要。在NSA組網模式下5G和4G基站的Xx接口通信需求通過接入環內部或匯聚點轉發。

核心網所在的通信云，通過數據中心的邊界設備（border）與IPRAN網絡的ASBR相連，并通過ASBR與骨干承載網相連，滿足骨干范圍內核心網間組網的需求；邊界設備直接與城域網的CR相連并接入互聯網。

圖2 ?5G承載網組網示意圖

5G基站將更多采用CRAN部署模式，BBU集中部署到綜合業務接入點或BBU集中點。網絡上回傳物理站點將大幅減少，圖2中，左側綜合接入環將是接入層組網的主流方式，右側的以DRAN基站為主的基站接入環僅作為特殊場景下的補充。這種模式，不但節省設備數量、降低機房配套成本和OPEX成本，更能夠在網絡結構上，縮短基站到核心網間的傳輸距離，有效降低業務的傳輸時延。

網絡容量規劃

對大量現網IPRAN核心匯聚層和接入層網絡流量的統計分析表明，現網IPRAN在4G業務已經充分發展的今天，平均單基站的回傳帶寬遠低于LTE基站的理論吞吐量。現網80%以上的接入環還是采用GE速率組網，部分采用10GE速率組網的接入層網絡的帶寬利用率普遍小于10%。

核心匯聚層的帶寬利用率還比較低。對某運營商流量最大的3個城市IPRAN核心匯聚層網絡帶寬利用率分析結果見表。

表? 典型城市IPRAN網絡核心匯聚層帶寬利用率

根據表中數據，可以得出以下結論。

（1）全網峰值帶寬利用率約32%，總體帶寬利用率不高，還滿足一倍以上的業務增長需求。

（2）核心匯聚組網主要為10GE速率，約占90%。現網核心匯聚層設備的冗余10GE端口還能夠支持網絡一倍以上的擴容需求。

（3）根據更細化的匯聚鏈路利用率統計分析，樣本城市中，50%的鏈路利用率低于30%，70%以上的鏈路無需擴容即可滿足5G初期需求。

（4）從樣本城市的全網鏈路分布分析，網絡流量的熱點匯聚區較為集中，TOP 10%的匯聚區總流量約占全網的30%，TOP 20%的匯聚區總流量約占全網的50%。

（5）樣本城市為全國流量最大的省市，全國總體網絡利用率會更低。

5G承載網的容量規劃思路應從傳統的基于基站理論吞吐量和模型收斂比進行規劃的方式，轉向基于現網流量分析和業務發展規律進行規劃。

根據上述典型城市的流量分析，以及對5G用戶、終端、業務、服務策略等的預測，通過對現有IPRAN網絡的核心匯聚層熱點區域網絡進行適當擴容（從10GE容量變成20GE容量），可以滿足5G初期3年左右的業務發展。之后可基于流量的分析進行擴容，逐步滿足業務發展的需要。這種循序漸進的網絡發展方式將大幅降低運營商5G網絡建設的投資。

接入層網絡采用10GE速率組網，將能夠滿足5G初期3年以上業務發展的需求。

基于上述分析以及目前25GE/50GE/100GE光模塊成本遠高于10GE光模塊成本的狀況，5G承載網初期采用10GE速率組網，后期按需升級到25GE/50GE將是最經濟可行的建網策略。

網絡時延

時延是5G網絡比較關注的參數之一，基于上述架構的IPRAN網絡的時延能力，如圖3所示。圖3中的時延是根據典型城市網絡結構、站點布局、光纜長度、IPRAN轉發時延模擬計算的最大傳輸時延，其中IPRAN轉發時延按照輕載情況下的轉發時延計算。

通過優化結構、減少轉發節點數量、優化IPRAN設備本身的轉發時延，承載網的時延可能比圖中的數據更小。在實際網絡部署階段，通過適當的輕載策略和合理的QoS調度，可保證高優先級的業務時延。

圖3? 承載網引入的時延

5G網絡對承載網提出更高更多的需求，基于IP/MPLS多業務綜合承載網依然是滿足5G網絡需求的最佳選擇。近年來不斷發展的SDN智能控制技術和SR技術將支撐5G網絡精彩開啟。循序漸進的網絡擴容和建設策略將節省運營商CAPEX成本。