5G承载组网及功能需求
? 1、多层级承载网络
5G无线接入网可演进为CU、DU、AAU三级结构，与之对应，5G承载网络也由4G时代的回传、前传演进为回传、中传和前传三级新型网络架构。在CU、DU合设情况下，则只有回传和前传两级架构。前传网络实现5G CRAN部署场景接口信号的透明传送（DRAN场景下，前传无需网络承载），与4G相比，接口速率（容量）和接口类型都发生了明显变化。对应于5G CU和DU物理层低层功能分割的几种典型方式，前传接口也将由10Gbps CPRI升级到更高速率的25Gbps eCPRI或自定义CPRI接口等。实际部署时，前传网络将根据基站数量、位置和传输距离等，灵活采用链型、树形或环网等结构。
中传是面向5G新引入的承载网络层次，在承载5G承载组网及功能需求网络实际部署时城域接入层可能同时承载中传和前传业务。随着CU和DU归属关系由相对固定向云化部署的方向发展，中传也需要支持面向云化应用的灵活承载。
5G回传网络实现CU和核心网、CU和CU之间等相关流量的承载，由接入、汇聚和核心三层构成。考虑到移动核心网将由4G演进的分组核心网（EPC）发展为5G新核心网和移动边缘计算（MEC）等，同时核心网将云化部署在省干和城域核心的大型数据中心，MEC将部署在城域汇聚或更低位置的边缘数据中心。因此，城域核心汇聚网络将演进为面向5G回传和数据中心互联统一承载的网络，见下图。另外，承载网络可根据业务实际需求提供相应的保护、恢复等生存性机制，包括光层、L1、L2和L3等，以支撑5G业务的高可靠性需求。
? 2. 灵活化连接调度
5G核心网、无线接入网的云化和功能分布式部署给承载网带来的最大变化是业务连接的灵活调度需求。在4G时代，基站到核心网的连接是以南北向S1流量为主，并且终结S1-U和S1-C的EPC网元部署位置基本相同。5G核心网的UPF下移以后，基站到不同层面核心网元的S1-C（N2连接）和S1-U（N3连接）流量的终结位置存在差异，并且存在不同层面核心网元之间的网状东西向流量的传送需求，如图所示，存在UPF与UPF之间的N9连接、UPF与SMF之间的N4连接等。此外，无线接入网的相邻基站之间的eX2（Xn）连接也属于动态的东西向流量，为了降低时延和提高带宽效率可部署L3功能到接入层节点以实现就近转发，或通过部署L3功能到汇聚节点实现间接转发。
为了应对网状化的动态业务连接需求，5G承载应至少将L3功能下移到UPF和MEC的位置，根据网元之间不同流向的业务需求，为5G网络提供业务连接的灵活调度和组网路由功能，提升业务质量体验和网络带宽效率。
? 3. 层次化网络切片
5G网络切片对承载网的核心诉求体现在一张统一的物理网络中，将相关的业务功能、网络资源组织在一起，形成一个完整、自治、独立运维的虚拟网络（VN），满足特定的用户和业务需求。构建虚拟网络的关键技术包括SDN/NFV管控功能和转发面的网络切片技术。SDN/NFV负责实现对资源的虚拟化抽象，转发面的 网络切片负责实现对资源的隔离和分配，从而满足差异化的虚拟网络要求。
5G承载需要提供支持硬隔离和软隔离的层次化网络切片方案，满足不同等级的5G网络切片需求，如图所示。譬如，uRLLC和金融政企专线等业务要求独享资源、低时延和高可靠性，承载网络可提供基于L1 TDM隔离的网络硬切片；eMBB的互联网接入和AR/VR视频业务具有大带宽、时延不敏感、动态突发性等 特点，承载网络可提供基于L2或L3逻辑隔离的网络软切片。
为了满足5G网络大带宽和网络硬切片的需求，承载网需支持带宽捆绑和L1 TDM隔离的灵活带宽接口技术，其中基于以太网物理接口的FlexE 技术和基于OTN的ODUflex+FlexO技术是5G承载网络切片的两种主要候选方案，结合多种L2和L3层技术可实现软切片承载方案。 ? 4. 智能化协同管控
5G承载网络架构的变化带来网络切片、L3功能下沉、网状网络连接等新型特征，此外，还将同时支持4G、5G、专线等多种业务的承载，业务组织方式也将更加多样，对承载网络的管控带来诸多新需求，如图所示。
5G承载相关的管控需求具体如下：
（1）端到端SDN化灵活管控
根据5G网络的业务特性，要实现端到端前传到回传网络的灵活承载，5G承载网管控要求能够实现L0层到L3层网络的端到端管控，支持跨层的业务联动控制。此外，还需要实现这种异构网络环境下的跨厂商业务端到端控制功能，以实 现业务的快速提供。
（2）网络切片管控承载网的切片要求管控系统能够对切片网络进行管理，由于网络切片一般由上层系统发起，携带客户的SLA需求，采用传统的人工规划设计构建VPN的方法不仅业务提供速度慢，且网络资源使用效能难以达到最优。承载网管控系统应能够支持切片网络的自动化部署和计算，支持网络切片的按需定制，实现切片用户的隔离，并对切片网络进行智能运维。
（3）资源协同管控
5G承载网管控系统应能够和上层的编排来自上层系统的需求，完成自上而
下的自动化业务编排。为此承载网管控系统应能够提供开放、标准的北向管控接口，以便实现和上层管控系统的能力交互、数据交互、告警和性能检测交互等功能。
（4）统一管控
SDN控制器系统的引入会增加运营商运维人员维护界面的增多，管理操作维护更复杂，将提高运维成本。因此，基于云化、弹性的部署方案，将管理、控制、智能运维等功能协调统一，提供统一的维护界面，以提高运维的效率。
（5）智能化运维
随着网络功能层次的增多、网络结构的复杂，以及网络切片管控等需求的引入，人工维护的复杂性越来越高，要求能够提供智能化运维功能，以降低运维的复杂度。通过引入AI等智能化技术，对网络配置、流量、告警、操作等网络数据进行采集和分析，以实现告警快速定位分析和排障，流量预测分析和网络优化等智能化运维功能。 ? 5. 4G/5G混合承载
考虑到4 G 和5 G 网络之间的协作关系，3GPP目前定义了独立部署(SA，主要是Option2等)和非独立部署(NSA，包括Option 3/3a/3x等)不同类型的网络架构，因此提出了4G和5G混合承载需求。对于SA部署方式，5G和4G形成了两张独立的网络，为了保持业务连续性，现网的LTE基站和EPC需要升级来支持跨核心网的移动性。
考虑到未来新型业务支撑和扩展能力，5G NRSA方案的承载网可新建，但需在省干或城域的核心层实现4 G和5 G控制面核心网元之间的互通，也可结合实际需求构建4G和5G混合承载网络，具体选择除了技术方案之外与建网成本、 维护成本等密切相关。对于NSA部署方式，5G和4G形成了混合网络，目前国外运营商计划支持的较多。整体来看，纯NG-eNB网络难以支持5G全业务，特 别是低时延类业务。为了改善部分低时延类业务的体验，可以下沉部分核心网功能，减少基站与核心网之间的传输时延。对于承载网络而言，若运营商选择部署这些NSA方案，则需要采用4G和5G混合承载的网络方案。 ? 6. 低成本高速组网
在5G eMBB等业务的强力推动下，除了在面向5G回传的城域汇聚和核心层
引入新的N??100/200/400Gbps等高速接口速率之外，25Gbps、50Gbps和100Gbps等新型高速接口将逐步在前传和城域接入层引入和应用，新型设备及全新高速接口的成本相对昂贵，承载网络的低成本需求逐步凸显，尤其是在前传和回传接入层（中传）网络，占据规模数量的25Gbps、50Gbps和100Gbps等新型接口及设备的成本非常关键。
目前业界已经关注到新型光接口设备及模块低成本的重要性，结合应用需求及低成本方案，已出现一些低成本的高速接口光模块样品，部分高速模块应用需求及典型速率接口特性见表。
? 总结与展望
5G三大应用场景eMBB、mMTC和uRLLC等新型特性的引入、无线接入网结构和核心网架构革新变化等为承载技术的新一轮快速发展提供了契机。相对于4G网络，5G承载呈现出明显的差异化需求：在关键性能方面，更大带宽、超低时延和高精度同步等需求非常突出；在组网及功能方面，呈现“多层级承载网络、灵活化连接调度、层次化网络切片、智能化协同管控、4G/5G混合承载以及低成本高速组网”等需求，见图。结合承载技术现状及发展趋势等，后续将进一步加速开展5G承载架构、组网及共性支撑技术的研究，以便尽快完善5G承载方案，全力支撑和迎接5G商用时机的到来。
5G承载组网及功能需求分析报告
