首先,我們要先看一下5G承載網的整體分層結構。
任何通信系統,都是先看分層。就像OSI七層模型一樣,不同的層級對應不同的功能,每個層級都有自己的作用。
傳送網的分層,從電到光,從SDH到OTN,也在發生變化。以OTN為例,引入光之后,主要分層變成了這樣:
簡單來說,最下面是物理層,然后就是光層。光層分為傳輸、復用、通道,簡單理解,就像公路運輸,需要發動車輛,需要劃分車道,還要編排車隊。最終,面向頂層提供服務支撐。
從整體上來看,5G承載網的分層可以大致看成如下幾層:
5G承載網分層結構
5G承載網的所有關鍵技術,都在這個層級中有自己的位置。如果要搞懂這項技術,首先要知道它所處的層級。
上一篇文章里,小棗君提到,中國移動、中國電信、中國聯通分別有自己5G承載網主推方向,即SPN、M-OTN、增強IPRAN。這三個方案,對應各個層級的具體技術如下:
三家方案的各層級技術對比
我們從下往上,一個一個來看。
首先是物理層,光層。對于5G來說,這一層的主要作用就是提供單通路高速光接口,還有多波長的光層傳輸、組網和調度能力。
因為光纖在數據傳輸方面的巨大優勢,所以現在不管是哪家運營商,都會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,而且它們也不算新型關鍵技術,我們略過不表。
在底層里面,有一個PAM4技術需要特別提一下。
PAM4
PAM4(4 Pulse Amplitude Modulation)是一個“翻倍”技術。
對于光模塊來說,如果想要實現速率提升,要么增加通道數量,要么提高單通道的速率。
傳統的數字信號最多采用的是NRZ(Non-Return-to-Zero)信號,即采用高、低兩種信號電平來表示要傳輸的數字邏輯信號的1、0信息,每個信號符號周期可以傳輸1bit的邏輯信息。而PAM信號則可以采用更多的信號電平,從而每個信號符號周期可以傳輸更多bit的邏輯信息。
PAM4信號就是采用4個不同的信號電平來進行信號傳輸,每個符號周期可以表示2個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傳輸相當于NRZ信號兩倍的信息量,從而實現速率的倍增。
例如,光層從單波10G到25G,從25G到50G。大大降低了成本,具有很強的實用性。
然后是L1數據鏈路層。它的作用,是提供L1通道到光層的適配。
這里就出現了FlexE,大家肯定經常看到。
FlexE
FlexE就是Flex Ethernet,靈活以太網。簡單來說,它就是把多個物理端口進行“捆綁合并”,形成一個虛擬的邏輯通道,以支持更高的業務速率。
FlexE技術在以太網技術的基礎上實現了業務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務速率,可以是靈活的其它速率。
例如,客戶業務速率是400GE,但設備物理通道端口的速率是25GE、100GE或其它速率。那么,通過端口捆綁和時隙交叉技術,就能輕松實現業務帶寬25G->50G->100G->200G->400G->xT的逐步演進。
采用FlexE,可以有助于解決高速物理通道性價比不高的問題。(高速率物理接口,目前成本還是比較高。)
除了FlexE,還有一個FlexO,靈活光傳送網(Flex OTN)。看到O就應該想到OTN,中國電信。這個在電信的方案里有。
FlexO的邏輯其實和FlexE很像,就是拆分、映射、綁定、解綁定、解映射、復用,以此規避光模塊物理限制以及成本過高的問題。
簡而言之,FlexE是用在PTN網絡的,處理以太網信號,FlexO是用在OTN網絡的,處理OTUCn信號。兩者共同點:都是通過多端口綁定實現大顆粒度信號的傳輸。
再上一層是TDM通道層。5G承載網這個通道層的任務,就是服務于網絡切片所需的硬管道隔離,提供低時延保證。
SPN在這層是SCL切片通道層。
SPN的整體架構大家可以看這里:
SCL為網絡業務和切片業務提供端到端硬隔離通道,可顯著降低時延,支持網絡拓撲重構和切片,滿足5G業務超低時延、硬隔離切片的需求。
OTN的話,是ODUk/ODUflex。根據前面的架構圖,ODU是光信道數據單元,屬于光通道層網絡的一部分。它提供和信號無關的連通性、連接保護和監控等功能。
ODUflex,又是flex,也就是靈活帶寬調整技術。傳統的ODUk是按照一定標準進行封裝,容易造成資源浪費。ODUFlex可以靈活調整通道帶寬,調整范圍是1.25G~100G,從而實現高效承載,以及更好的兼容性。
再往上,是分組轉發層,涉及到的,是路由轉發相關的能力。對5G來說,這一層的主要作用是提供靈活連接調度和統計復用功能。SR技術是這一層的主角。
SR
SR是Segment Routing,分段路由。它也是目前承載網中非常受關注的一項技術,由CISCO提出,是一種源路由機制。
它是一種新型的MPLS(多協議標簽轉換)技術,源自MPLS,又有了更多的創新和升級。
傳統IP網絡中,路由技術是不可管理、不可控制的。IP逐級轉發,每經過一個路由器都要進行路由查詢(可能多次查找),速度緩慢,這種轉發機制不適合大型網絡。
而MPLS是通過事先分配好的標簽,為報文建立一條標簽轉發通道(LSP),在通道經過的每一臺設備處,只需要進行快速的標簽交換即可(一次查找),從而節約了處理時間。
MPLS隧道(Tunnel)
MPLS處理速度更快,效率更高,更適合大容量網絡。
既然SR技術源自MPLS,那么簡單來說,它也是一種“不管中間節點”的路由技術,靈活性更高,開支更少,效率更高。
分段路由(SR)技術通過內部網關協議(IGP)擴展收集路徑信息,頭結點根據收集的信息組成一個顯式/非顯式的路徑,路徑的建立不依賴中間節點,從而使得路徑在頭節點即創建即生效,避免了網絡中間節點路徑計算。
再說說SR-TP、SR-BE、SRv6。
SR-TP和SR-BE是隧道擴展技術。SR-TP隧道用于面向連接的、點到點業務承載,提供基于連接的端到端監控運維能力;SR-BE隧道用于面向無連接的、Mesh業務承載,提供任意拓撲業務連接并簡化隧道規劃和部署。
SRv6的話,很好理解。傳統的SR是基于IPv4的,也是基于MPLS的。而SRv6是基于IPv6的。
繼續往上,是業務適配層,目的是提供多業務映射和適配支持。這一層的CBR、L2VPN、L3VPN都不是新概念,以后我們再專門介紹。
接下來,我們說一說SDN和高精度時間同步。
SDN
前面小棗君說過,5G承載網必須支持切片。想要支持切片,就必須上SDN。5G承載網龐大而復雜,想要對它進行更好的管理和調度,也必須上SDN。
SDN之前小棗君已經介紹過很多次,Software?Defined?Network,軟件定義網絡。就是把網絡的控制和流量轉發進行拆分,由SDN控制器專門進行控制,底下的節點只需要進行轉發,是一種加強型的集權管理模式。
前面我們介紹的SR,就是主要為SDN和切片服務的。SDN與SR完美結合,才使5G承載網足夠靈活,可以更好地實現切片。
超高精度時間同步
承載網之所以需要超高精度時間同步,原因是多方面的:
5G的載波聚合、多點協同和超短幀要求空口之間的時間同步精度偏差小于260ns。5G的基本業務采用時分雙工(TDD)制式,要求任意兩個空口之間的相對精度偏差小于1.5μs。5G的室內定位增值服務對時間同步的精度要求更高,要求一定區域內基站空口時間同步的相對精度小于10ns。
5G同步網采用的關鍵技術包括:高精度同步源頭技術、高精度同步傳輸技術、高精度同步局內分配技術、高精度同步檢測技術。限于篇幅,暫時不一一介紹了。
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原文標題:5G承載網,到底有哪些關鍵技術?
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