5G承載網(wǎng),到底有哪些關(guān)鍵技術(shù)?

首先，我們要先看一下5G承載網(wǎng)的整體分層結(jié)構(gòu)。

任何通信系統(tǒng)，都是先看分層。就像OSI七層模型一樣，不同的層級(jí)對(duì)應(yīng)不同的功能，每個(gè)層級(jí)都有自己的作用。

傳送網(wǎng)的分層，從電到光，從SDH到OTN，也在發(fā)生變化。以O(shè)TN為例，引入光之后，主要分層變成了這樣：

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，最下面是物理層，然后就是光層。光層分為傳輸、復(fù)用、通道，簡(jiǎn)單理解，就像公路運(yùn)輸，需要發(fā)動(dòng)車輛，需要?jiǎng)澐周嚨溃€要編排車隊(duì)。最終，面向頂層提供服務(wù)支撐。

從整體上來(lái)看，5G承載網(wǎng)的分層可以大致看成如下幾層：

5G承載網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)

5G承載網(wǎng)的所有關(guān)鍵技術(shù)，都在這個(gè)層級(jí)中有自己的位置。如果要搞懂這項(xiàng)技術(shù)，首先要知道它所處的層級(jí)。

上一篇文章里，小棗君提到，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通分別有自己5G承載網(wǎng)主推方向，即SPN、M-OTN、增強(qiáng)IPRAN。這三個(gè)方案，對(duì)應(yīng)各個(gè)層級(jí)的具體技術(shù)如下：

三家方案的各層級(jí)技術(shù)對(duì)比

我們從下往上，一個(gè)一個(gè)來(lái)看。

首先是物理層，光層。對(duì)于5G來(lái)說(shuō)，這一層的主要作用就是提供單通路高速光接口，還有多波長(zhǎng)的光層傳輸、組網(wǎng)和調(diào)度能力。

因?yàn)楣饫w在數(shù)據(jù)傳輸方面的巨大優(yōu)勢(shì)，所以現(xiàn)在不管是哪家運(yùn)營(yíng)商，都會(huì)采用光纖光接口作為自己的物理傳輸媒介。

灰光彩光上一篇我們介紹過(guò)，而且它們也不算新型關(guān)鍵技術(shù)，我們略過(guò)不表。

在底層里面，有一個(gè)PAM4技術(shù)需要特別提一下。

PAM4

PAM4（4 Pulse Amplitude Modulation）是一個(gè)“翻倍”技術(shù)。

對(duì)于光模塊來(lái)說(shuō)，如果想要實(shí)現(xiàn)速率提升，要么增加通道數(shù)量，要么提高單通道的速率。

傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)最多采用的是NRZ（Non-Return-to-Zero）信號(hào)，即采用高、低兩種信號(hào)電平來(lái)表示要傳輸?shù)臄?shù)字邏輯信號(hào)的1、0信息，每個(gè)信號(hào)符號(hào)周期可以傳輸1bit的邏輯信息。而PAM信號(hào)則可以采用更多的信號(hào)電平，從而每個(gè)信號(hào)符號(hào)周期可以傳輸更多bit的邏輯信息。

PAM4信號(hào)就是采用4個(gè)不同的信號(hào)電平來(lái)進(jìn)行信號(hào)傳輸，每個(gè)符號(hào)周期可以表示2個(gè)bit的邏輯信息（0、1、2、3）。可以在相同通道物理帶寬情況下，PAM4傳輸相當(dāng)于NRZ信號(hào)兩倍的信息量，從而實(shí)現(xiàn)速率的倍增。

例如，光層從單波10G到25G，從25G到50G。大大降低了成本，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

然后是L1數(shù)據(jù)鏈路層。它的作用，是提供L1通道到光層的適配。

這里就出現(xiàn)了FlexE，大家肯定經(jīng)?？吹?。

FlexE

FlexE就是Flex Ethernet，靈活以太網(wǎng)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它就是把多個(gè)物理端口進(jìn)行“捆綁合并”，形成一個(gè)虛擬的邏輯通道，以支持更高的業(yè)務(wù)速率。

FlexE技術(shù)在以太網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)速率和物理通道速率的解耦，物理接口速率不必再等于客戶業(yè)務(wù)速率，可以是靈活的其它速率。

例如，客戶業(yè)務(wù)速率是400GE，但設(shè)備物理通道端口的速率是25GE、100GE或其它速率。那么，通過(guò)端口捆綁和時(shí)隙交叉技術(shù)，就能輕松實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)帶寬25G->50G->100G->200G->400G->xT的逐步演進(jìn)。

采用FlexE，可以有助于解決高速物理通道性價(jià)比不高的問(wèn)題。（高速率物理接口，目前成本還是比較高。）

除了FlexE，還有一個(gè)FlexO，靈活光傳送網(wǎng)（Flex OTN）?？吹絆就應(yīng)該想到OTN，中國(guó)電信。這個(gè)在電信的方案里有。

FlexO的邏輯其實(shí)和FlexE很像，就是拆分、映射、綁定、解綁定、解映射、復(fù)用，以此規(guī)避光模塊物理限制以及成本過(guò)高的問(wèn)題。

簡(jiǎn)而言之，F(xiàn)lexE是用在PTN網(wǎng)絡(luò)的，處理以太網(wǎng)信號(hào)，F(xiàn)lexO是用在OTN網(wǎng)絡(luò)的，處理OTUCn信號(hào)。兩者共同點(diǎn)：都是通過(guò)多端口綁定實(shí)現(xiàn)大顆粒度信號(hào)的傳輸。

再上一層是TDM通道層。5G承載網(wǎng)這個(gè)通道層的任務(wù)，就是服務(wù)于網(wǎng)絡(luò)切片所需的硬管道隔離，提供低時(shí)延保證。

SPN在這層是SCL切片通道層。

SPN的整體架構(gòu)大家可以看這里：

SCL為網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和切片業(yè)務(wù)提供端到端硬隔離通道，可顯著降低時(shí)延，支持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲貥?gòu)和切片，滿足5G業(yè)務(wù)超低時(shí)延、硬隔離切片的需求。

OTN的話，是ODUk/ODUflex。根據(jù)前面的架構(gòu)圖，ODU是光信道數(shù)據(jù)單元，屬于光通道層網(wǎng)絡(luò)的一部分。它提供和信號(hào)無(wú)關(guān)的連通性、連接保護(hù)和監(jiān)控等功能。

ODUflex，又是flex，也就是靈活帶寬調(diào)整技術(shù)。傳統(tǒng)的ODUk是按照一定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行封裝，容易造成資源浪費(fèi)。ODUFlex可以靈活調(diào)整通道帶寬，調(diào)整范圍是1.25G~100G，從而實(shí)現(xiàn)高效承載，以及更好的兼容性。

再往上，是分組轉(zhuǎn)發(fā)層，涉及到的，是路由轉(zhuǎn)發(fā)相關(guān)的能力。對(duì)5G來(lái)說(shuō)，這一層的主要作用是提供靈活連接調(diào)度和統(tǒng)計(jì)復(fù)用功能。SR技術(shù)是這一層的主角。

SR

SR是Segment Routing，分段路由。它也是目前承載網(wǎng)中非常受關(guān)注的一項(xiàng)技術(shù)，由CISCO提出，是一種源路由機(jī)制。

它是一種新型的MPLS（多協(xié)議標(biāo)簽轉(zhuǎn)換）技術(shù)，源自MPLS，又有了更多的創(chuàng)新和升級(jí)。

傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)中，路由技術(shù)是不可管理、不可控制的。IP逐級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)，每經(jīng)過(guò)一個(gè)路由器都要進(jìn)行路由查詢（可能多次查找），速度緩慢，這種轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制不適合大型網(wǎng)絡(luò)。

而MPLS是通過(guò)事先分配好的標(biāo)簽，為報(bào)文建立一條標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)通道（LSP），在通道經(jīng)過(guò)的每一臺(tái)設(shè)備處，只需要進(jìn)行快速的標(biāo)簽交換即可（一次查找），從而節(jié)約了處理時(shí)間。

MPLS隧道（Tunnel）

MPLS處理速度更快，效率更高，更適合大容量網(wǎng)絡(luò)。

既然SR技術(shù)源自MPLS，那么簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它也是一種“不管中間節(jié)點(diǎn)”的路由技術(shù)，靈活性更高，開(kāi)支更少，效率更高。

分段路由（SR）技術(shù)通過(guò)內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP）擴(kuò)展收集路徑信息，頭結(jié)點(diǎn)根據(jù)收集的信息組成一個(gè)顯式/非顯式的路徑，路徑的建立不依賴中間節(jié)點(diǎn)，從而使得路徑在頭節(jié)點(diǎn)即創(chuàng)建即生效，避免了網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)路徑計(jì)算。

再說(shuō)說(shuō)SR-TP、SR-BE、SRv6。

SR-TP和SR-BE是隧道擴(kuò)展技術(shù)。SR-TP隧道用于面向連接的、點(diǎn)到點(diǎn)業(yè)務(wù)承載，提供基于連接的端到端監(jiān)控運(yùn)維能力；SR-BE隧道用于面向無(wú)連接的、Mesh業(yè)務(wù)承載，提供任意拓?fù)錁I(yè)務(wù)連接并簡(jiǎn)化隧道規(guī)劃和部署。

SRv6的話，很好理解。傳統(tǒng)的SR是基于IPv4的，也是基于MPLS的。而SRv6是基于IPv6的。

繼續(xù)往上，是業(yè)務(wù)適配層，目的是提供多業(yè)務(wù)映射和適配支持。這一層的CBR、L2VPN、L3VPN都不是新概念，以后我們?cè)賹ｉT介紹。

接下來(lái)，我們說(shuō)一說(shuō)SDN和高精度時(shí)間同步。

SDN

前面小棗君說(shuō)過(guò)，5G承載網(wǎng)必須支持切片。想要支持切片，就必須上SDN。5G承載網(wǎng)龐大而復(fù)雜，想要對(duì)它進(jìn)行更好的管理和調(diào)度，也必須上SDN。

SDN之前小棗君已經(jīng)介紹過(guò)很多次，Software?Defined?Network，軟件定義網(wǎng)絡(luò)。就是把網(wǎng)絡(luò)的控制和流量轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行拆分，由SDN控制器專門進(jìn)行控制，底下的節(jié)點(diǎn)只需要進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，是一種加強(qiáng)型的集權(quán)管理模式。

前面我們介紹的SR，就是主要為SDN和切片服務(wù)的。SDN與SR完美結(jié)合，才使5G承載網(wǎng)足夠靈活，可以更好地實(shí)現(xiàn)切片。

超高精度時(shí)間同步

承載網(wǎng)之所以需要超高精度時(shí)間同步，原因是多方面的：

5G的載波聚合、多點(diǎn)協(xié)同和超短幀要求空口之間的時(shí)間同步精度偏差小于260ns。5G的基本業(yè)務(wù)采用時(shí)分雙工（TDD）制式，要求任意兩個(gè)空口之間的相對(duì)精度偏差小于1.5μs。5G的室內(nèi)定位增值服務(wù)對(duì)時(shí)間同步的精度要求更高，要求一定區(qū)域內(nèi)基站空口時(shí)間同步的相對(duì)精度小于10ns。

5G同步網(wǎng)采用的關(guān)鍵技術(shù)包括：高精度同步源頭技術(shù)、高精度同步傳輸技術(shù)、高精度同步局內(nèi)分配技術(shù)、高精度同步檢測(cè)技術(shù)。限于篇幅，暫時(shí)不一一介紹了。