大承载面临端到端5G业务新考验

具有巨大的技术提升和广阔的商业前景的5G系统,是当下最受关注和期待的热点技术。全球各技术标准组织和通信设备制造商在标准、产品和解决方案等领域纷纷投入巨大的资源,领先运营商也已发布5G业务发展计划,5G系统部署指日可待。终端用户对5G系统带来的业务体验充满期待,IT/OTT行业则对垂直行业的发展充满了憧憬。5G系统带来的各种新业务、新应用,除了对高带宽、低时延、大会话、强可靠性等提出需求外,面向各种业务提供“端到端”的综合服务能力将是决定5G运营成败的关键。

当前标准组织3GPP和ITU-T主要对5G下一代无线接入和核心网技术和架构进行研究;IETF、ETSI则偏重于Internet网络新技术和SDN/NFV架构的发展演进。实现端到端的5G业务部署需要有机整合无线通信系统、Internet网络技术和SDN/NFV架构各个部分,为用户提供资源按需、等级可选、效果可控的应用和网络服务。为了实现这一目标,5G大承载需要面对三大考验。

考验1:垂直和水平双维端到端整合

层次化和模块化架构是促进现代信息通信系统发展的重要基础。通信系统纵向的层次化结构,利用各层间接口实现解耦,由信息应用、网络传输层及基础物理资源等构成复杂的大系统;横向模块化的专业域划分,则实现了通信系统从用户到接入、汇聚、核心及应用内容的拼接。

5G服务要将用户的终端通过多层多域多专业的综合通信系统与内容相连,实现泛在(Ubiquitous)网络服务。承载网在这个架构中承启上下,联通左右。在系统的垂直方向各专业层次间,承载网不仅拉通3GPP NG-X接口,保障层间的流量可达性,还需要进行IP层与光层之间的资源协同,以及DC网络/NFVI与IP网络之间的协同调度,实现对全网资源的高效利用,避免网络的过度建设。在水平方向,各网络域之间从“背靠背”模式转向协同模式,承载网需要提供业务触发响应和接纳控制、域间NNI业务映射和调度能力,及服务质量测量和故障定位与排除手段。 5G时代网络系统总体框架如图1所示。

承载网作为整个系统的枢纽,必须以业务为核心,将网络能力和资源状况向上层和同层开放,在SDN框架下通过编排器和控制器的协同,完成垂直和水平双维端到端整合。这个过程中,需要制定资源和能力基础模型,还需要对全网各专业的管理、控制和转发面加以整合。

考验2:固移融合,寻找业务和流量的新汇合点

5G将使固移网络真正融合。5G业务可以通过3GPP(5G RAN)和Non-3GPP(固网WiFi方式甚至卫星通信系统)组合接入方式实现,业务可以在固定和5G RAN两种接入网络中移动,并同时提供业务的连续性。5G的固移融合体现在三个层次:

● 接入层融合

从移动业务角度,可以借用固网接入带宽和网络资源提升终端用户体验;从固定业务角度,可以使用无线方式解决最后一公里的覆盖问题,或者利用5G无线带宽为基于铜线接入的宽带服务扩展带宽。这个场景中,在管控层面要完成固移两套系统的协同或融合。宽带论坛BBF将这种混合接入(Hybrid Access)场景细分为几种实现方式,除独立模式(standalone,完全由移动网络提供宽带服务)和共存模式(co-existence,由移动网络和固定网络分别提供两条独立的宽带通道)外,还增加了集成模式(integration,直接通过接入网关功能AGF完成用户接入控制)和互通模式(inter-working,5G核心网与固网间通过固移融互通功能FMIF实现业务协同)。BBF定义的固移混合接入架构如图2所示。

接入层融合涉及到家庭终端设备的升级,以及IP网络边缘设备的新功能导入,特别是控制面引入新接口。

● 汇聚层/边缘层融合

随着无线核心网控制面和用户面分离(CUPS)、用户面UP下沉,及多业务边缘计算(MEC)的引入,无线和固定业务将在承载网络的边缘层进入Internet,根据不同种类的业务需求或就近进入边缘数据中心(edge DC),或经骨干网进入核心数据中心及Global Internet。在用户面,无线和固网的两张接入网在IP网络边缘层,即网络业务控制层实现汇合,由路由方式寻址访问网络内容。这样就避免无线核心网高挂导致的流量绕转,顺应了网络内容部署去中心化趋势,并且可以基于IP网络业务边缘控制层的业务识别和差异化保障能力,提供精细的、层次化的网络管道增值服务。

● 核心层/骨干层融合

在这个层次的融合体现为Internet网络与无线网络间业务的无缝对接。3GPP语义下的数据网络(Data Network)在现实中是由全球无以计数的IP网元和IP网络组成的。端到端的业务保障,从用户终端UE到5G Core只完成了路径的一半,另外的一半是从5G Core的NG6接口到内容所在的某个数据中心或处于对端用户的终端之间。在一个或多个骨干网中按需进行网络切片、切片调优和动态迁移等,不仅涉及到无线系统与IP网络间的协同控制,还涉及到同一运营商多域网络间的协同,甚至多个运营商网络间的协同。

考验3:异构网络中的服务体验一致性保障

5G端到端业务路径跨越众多专业网络,是典型的异构网络系统。根据业务需要的网络切片,切片建立策略可以采用预切片或动态切片方式;切片实现方式可以采用基于链路层的Flex Ethernet或基于光层的Optical VPN等硬管道方式,亦或基于BGP EVPN + Segment Routing等软管道方式。这个过程涉及到5G Core的控制面与承载网控制器、业务编排器之间的交互和协同。在IP网络层面,要实现底层网络(underlay)和叠加网络(overlay)对于跨地市、跨省的切片连接,完成多厂家多域控制器间的协同。

业务端到端的全路径涉及在全网和在各区域间的业务触发、连接接纳控制(CAC)、SLA策略映射和测量、OAM保障、网络能力可视化和资源管理与开放等。一方面,5G系统使用5QI(5G QoS Indicator)定义和传递业务的SLA属性,其中包含优先级和时延、错包率等组合指标要求,在网络层由IPv4 TOS/DSCP或MPLS EXP定义的QoS业务类型数量比5QI要少,IPv6略好一些,可使用Traffic Class和Flow Table组合完成映射关系。另一方面,IP网络设备转发面进行QoS/HQoS调度时,物理上通常只有4个或8个业务等级有效。在整个异构网络中,对复杂业务的水平映射和层次化调度还需继续完善。此外,网络质量监控和测量技术方面,In-band OAM和Telemetry等新技术要经过实际部署的历练才能逐步成熟。

按梅特卡夫法则(Metcalfe’s Law),随着网元规模的扩大和业务种类的增加,在网络价值成平方倍增长的同时,网络的复杂度也同比增长,这对控制面和用户面网元的功能性都带来更高的要求。

端到端的5G业务综合运营,需要全网全专业统一规划,协同部署。大承载方案作为联结各系统的枢纽,已经开始进行网元技术和网络架构的探索和验证,并在5G试点和商用的进程中不断完善。

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