《5G承载网络架构和技术方案白皮书》.pdf

目录 IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立，组织架构基于原IMT-Advanced推进组，成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构。推进组是聚合中国产学研用力量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。引言5G承载网络总体架构5G承载转发面架构与技术方案5G承载协同管控架构和关键技术5G同步网架构和关键技术我国5G承载产业发展趋势分析总结和展望主要贡献单位P1P2P4P21P25P29P34P35I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书21I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书引言随着3GPP 5G非独立（NSA）和独立（SA）组网标准的正式冻结，我国运营商同步启动规划和设计5G试点和预商用方案，5G迈向商用的步伐逐步加快。相对4G网络，5G在业务特性、接入网、核心网等多个方面将发生显著变化，其中在业务特性方面，增强型移动宽带（eMBB）、超可靠低时延通信（uRLLC）、大规模机器类通信（mMTC）等典型业务场景将分阶段逐步引入；在无线接入网方面，将重塑网元功能、互联接口及组网结构；在核心网方面将趋向采用云化分布式部署架构，核心网信令网元将主要在省干和大区中心机房部署，数据面网元根据不同业务性能差异拟采用分层部署方案，随着物联网（IOT）等垂直行业的业务发展，5G控制平面也将呈现大区部署趋势。5G新型特性变化为承载技术的新一轮快速发展提供了契机。根据IMT-2020(5G)推进组5G承载工作组2018年6月发布的5G承载需求分析白皮书，5G对承载网络主要带来三大性能需求和六类组网功能需求，也即在关键性能方面，“更大带宽、超低时延和高精度同步”等性能指标需求非常突出，在组网及功能方面，呈现出“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”等六大组网需求，如何满足和实现这些承载需求至关重要。受业务特性、运营商承载网络技术架构选择、未来演进策略等多种因素影响，面向移动通信的承载网络在3G/4G时代就采用了两种差异化承载方案。“5G商用，承载先行”，随着5G诸多新特性的引入和5G试验及预商用计划的逐步推进，面向5G的承载架构与多样化的技术方案更是成为业界普遍关注的焦点。本白皮书基于5G承载需求，结合运营商承载网络现状和主要特性等，归纳总结了5G承载网络典型架构，并在此基础上深度分析了转发面、协同管控、同步网的技术方案与关键技术，提出了适合我国运营商的5G承载网络总体架构及关键共性技术，分析研判了我国5G承载产业整体发展态势，将为后续我国5G承载架构及技术方案部署、国际国内标准推动、承载设备研制及产业健康有序发展奠定基础。目前业界应在求同存异的基础上，全面协同推动承载架构与差异化技术方案的产业化进程，全力支撑和迎接5G规模商用的到来。I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书25G承载网络总体架构5G承载网络是为5G无线接入网和核心网提供网络连接的基础网络，不仅为这些网络连接提供灵活调度、组网保护和管理控制等功能，还要提供带宽、时延、同步和可靠性等方面的性能保障。满足5G承载需求的5G承载网络总体架构见图1，主要包括转发平面、协同管控、5G同步网三个部分，在此架构下同时支持差异化的网络切片服务能力。5G网络切片涉及到终端、无线、承载和核心网，需要实现端到端协同管控。通过转发平面的资源切片和管理控制平面的切片管控能力，可为5G三大类业务应用、移动内容分发网络（CDN）网络互联、政企客户专线以及家庭宽带等业务提供所需服务等级协议（SLA）保障的差异化网络切片服务能力。图1 5G承载网络总体架构（一）转发平面应具备分层组网架构和多业务统一承载能力转发平面是5G承载架构的关键组成，其典型的功能特性包括：端到端分层组网架构：5G承载组网架构包括城域与省内干线两个层面，其中城域内组网包括接入、汇聚和核心三层架构。接入层通常为环形组网，汇聚和核心层根据光纤资源情况，可分为环形组网与双上联组网两种类型。差异化网络切片服务：在一张承载网络中通3I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书过网络资源的软、硬管道隔离技术，为不同服务质量需求的客户业务提供所需网络资源的连接服务和性能保障，为5G三大类业务应用、政企专线等业务提供差异化的网络切片服务能力。多业务统一承载能力：5G承载可以基于新技术方案进行建设，也可以基于4G承载网进行升级演进。除了承载4G/5G无线业务之外，政企专线业务、家庭宽带的OLT回传、移动CDN以及边缘数据中心之间互联等，也可统一承载，兼具L0L3技术方案优势，充分发挥基础承载网络的价值。（二）管理控制平面需支持统一管理、协同控制和智能运维能力5G承载的管理控制平面应具备面向SDN架构的管理控制能力，提供业务和网络资源的灵活配置能力，并具备自动化和智能化的网络运维能力。具体功能特性包括：统一管理能力：采用统一的多层多域管理信息模型，实现不同域的多层网络统一管理。协同控制能力：基于Restful的统一北向接口实现多层多域的协同控制，实现业务自动化和切片管控的协同服务能力。智能运维能力：提供业务和网络的监测分析能力，如流量测量、时延测量、告警分析等，实现网络智能化运维。（三）5G同步网应满足基本业务和协同业务同步需求同步网作为5G承载网络的关键构成，其典型的功能特性包括：支撑基本业务同步需求：在城域核心节点（优选与省内骨干交汇节点）部署高精度时钟源（PRTC/ePRTC），承载网络具备基于IEEE 1588v2的高精度时间同步传送能力，实现端到端1.5us时间同步，满足5G基本业务同步需求。满足协同业务高精度同步需求：对于具有高精度时间同步需求的协同业务场景，考虑在局部区域下沉部署小型化增强型BITS设备，通过跳数控制满足5G协同业务百ns量级的高精度同步需求。按需实现高精度同步组网：对于新建的5G承载网络，可按照端到端300ns量级目标进行高精度时间同步地面组网。一方面，提升时间源头设备精度，并遵循扁平化思路，将时间源头下沉，实现端到端性能控制；另一方面，提升承载设备的同步传送能力，采用能有效减少时间误差的链路或接口技术。I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书45G承载转发面架构与技术方案3.1 5G承载转发面架构5G承载网络分为省干和城域两大部分，城域接入层主要为前传Fx接口的CPRI/eCPRI信号、中传F1接口以及回传的N2（信令）和N3（数据）接口提供网络连接；城域的汇聚核心层和省干层面不仅要为回传提供网络连接，还需要为部分核心网元之间的N4、N6以及N9接口提供网络连接，见图2。其中N6是UPF与数据网络（DN）之间的接口，将涉及通过IP公网访问外部的多媒体数据中心。5G无线接入网（RAN）在建设初期主要采用gNB宏站以及CU和DU合设模式；在5G规模建设阶段，将采用CU和DU分离模式，并实施CU云化和CRAN大集中建设模式。图2 5G对承载网络的连接需求和网络分层关系5I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书5G承载网络涉及的无线接入网和部分核心网的参考点及其连接需求如下：表1 5G无线接入网的参考点和连接需求表2 5G核心网与承载相关的部分参考点和连接需求I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书6为5G网络提供灵活连接的承载网络转发面组网架构见图3，以实现多层级承载网络、灵活化连接调度、层次化网络切片、4G/5G混合承载以及低成本高速组网等关键功能特性。图3 5G承载网络转发面组网架构5G承载网络的网络分层、客户接口和线路接口分析见表 3。表3 5G承载网络分层组网架构和接口分析7I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书3.2 5G前传技术方案3.2.1 5G前传典型场景5G前传主要有DRAN和CRAN两种场景，其中CRAN又可细分为CRAN小集中和CRAN大集中两种部署模式，CRAN大集中一般需要CU云化和DU池化集中部署来支撑实现，见图4。图4 5G前传部署场景DRAN 场景相对简单，AAU和DU一般分别部署在塔上和塔下；CRAN 场景对应的拉远距离通常在10 km 以内。考虑成本和维护便利性等因素，5G前传将以光纤直连为主，局部光纤资源不足的地区，可通过设备承载方案作为补充。I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书83.2.2 5G前传技术方案5G前传技术方案包括光纤直连、无源W D M、有 源 W D M/O T N、切 片 分 组 网 络（SPN）等，具体工作机制见图5。考虑到基站密度的增加和潜在的多频点组网方案，光纤直驱需要消耗大量光纤，某些光纤资源紧张的地区难以满足光纤需求，需要设备承载方案作为补充。5G前传目前可选的技术方案各具优缺点，具体部署需根据运营商网络需求和未来规划等选择合适的承载方案。图5 5G前传典型方案5G前传技术方案的关键特性比较见表4。表4 5G前传典型方案比较9I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书3.3 5G中回传技术方案3.3.1 5G中回传承载需求5G中回传承载网络方案的核心功能要满足多层级承载网络、灵活化连接调度、层次化网络切片、4G/5G混合承载以及低成本高速组网等承载需求，支持L0L3层的综合传送能力，可通过L0层波长、L1层TDM通道、L2和L3层分组隧道来实现层次化网络切片：1）L2/L3层分组转发层技术：为5G提供灵活连接调度和统计复用功能，主要通过L2和L3的分组转发技术来实现，主要包括以太网、面向传送的多协议标签交换（MPLS-TP）和新兴的段路由（SR）等技术。2）L1层TDM通道层技术：TDM通道技术不仅可以为5G三大类业务应用（eMBB、uRLLC和mMTC）提供支持硬管道隔离、OAM、保护和低时延的网络切片服务，并且为高品质的政企和金融等专线提供高安全和低时延服务能力。3）L0层光层大带宽技术：5G和专线等大带宽业务需要5G承载网络具备L0的单通路高速光接口和多波长的光层传输、组网和调度能力。为更好适应5G和专线等业务综合承载需求，我国运营商提出了多种5G承载技术方案，主要包括切片分组网络（SPN）、面向移动承载优化的OTN（M-OTN）、IP RAN增强+光层三种技术方案，其技术融合发展趋势和共性技术占比越来越高，在L2和L3层均需支持以太网、MPLS（-TP）等技术，在L0层均需要低成本高速灰光接口、WDM彩光接口和光波长组网调度等能力，差异主要体现在L1层是基于OIF的灵活以太网（FlexE）技术、IEEE802.3的以太网物理层还是ITU-T G.709规范的OTN技术，L1层TDM通道是基于切片以太网还是基于OTN的ODUflex，具体技术方案比较见表 5，更详细的技术分析见后续章节。表5 5G典型承载技术方案分析I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书103.3.2 切片分组网络（SPN）技术方案SPN是中国移动在承载3G/4G回传的分组传送网络（PTN）技术基础上，面向5G和政企专线等业务承载需求，融合创新提出的新一代切片分组网络技术方案，面向5G承载的SPN组网架构如图6所示。SPN具备前传、中传和回传的端到端组网能力，通过FlexE接口和切片以太网（Slicing Ethernet，SE）通道支持端到端网络硬切片，并下沉L3功能至汇聚层甚至综合业务接入节点来满足动态灵活连接需求；在接入层引入50GE，在核心和汇聚层根据带宽需求引入100Gb/s、200Gb/s和400Gb/s彩光方案。对于5G前传，在接入光纤丰富的区域主要采用光纤直驱方案，在接入光纤缺乏且建设难度高的区域，拟采用低成本的SPN前传设备承载。图6 面向5G承载的SPN组网架构11I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书S P N 网 络 分 层 架 构 包 括 切 片 分 组 层（SPL）、切片通道层（SCL）和切片传送层（STL）三个层面，此外还包括实现高精度时频同步的时间/时钟同步功能模块、实现SPN统一管控的管理/控制功能模块，具体见图7。图7 SPN网络协议分层架构SPN网络支持CBR业务、L2VPN和L3VPN等业务，可根据应用场景需要灵活选择业务映射路径，详见图8，图中/+路径是兼容PTN的多业务承载方案，/+/+/是SPN支持的新业务承载方案。图8 SPN业务路径映射I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书12SPN关键技术主要包括：(一)切片分组层（SPL）的段路由技术为了满足5G承载的L3灵活转发需求，SPN采用基于SDN管控架构的SR隧道扩展技术（SR-TP和SR-BE），采用L3 VPN承载5G业务，并可根据网络规模和运维需求，采用分层L3VPN到边缘（见图9）或L2VPN+L3VPN两种应用方案。SR-TP隧道技术是基于SDN集中管控的、面向连接的SR-TE隧道增强技术。通过在SR-TE邻接标签的栈底增加一层标志业务连接的通路段标识（Path SID），实现双向隧道能力。SR-TP支持基于MPLS-TP的端到端OAM和保护能力，适用于面向连接的业务承载。SR-BE隧道通过IGP协议自动扩散SR节点标签生成，可在IGP域内生成全互联的隧道连接。SPN网络支持通过网管或控制器集中分配节点标签。SR-BE隧道使用拓扑无关的无环路替代链路保护机制（TI-LFA），适用于面向无连接的eX2等业务承载。图9 SPN的分层L3VPN应用方案13I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书(二)切片通道层（SCL）的切片以太网技术切片以太网（SE）技术基于原生以太内核扩展以太网切片能力，既完全兼容以太网，又避免报文经过L2/L3存储查表，提供确定性低时延、硬管道隔离的L1通道组网能力（见图10），其关键技术包括：1）SE-XC技术：SE-XC是基于以太网66B码流的交叉技术，实现极低的转发时延和TDM管道隔离效果。2）端到端OAM和保护技术：基于IEEE 802.3码块扩展，采用空闲（IDLE）帧替换原理，实现切片以太网通道的OAM和保护能力，支持端到端的SE通道调度和组网，实现几ms的网络保护倒换和高精度误码检测能力。图10 切片以太网通道技术SCL层负责在SPN网络中提供端到端L1业务连接或在中间节点实现低时延快速转发，具有低时延、透明传输和硬隔离等特征。SE是在FlexE技术基础上，将以太网切片从端口级向网络技术扩展，在源节点将业务适配到FlexE Client，在中间节点基于以太网码流进行交叉，在目的节点从FlexE Client中解出业务，并提供SE通道的监控和保护功能。I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书14(三)切片传送层（STL）技术切片传送层（STL）负责提供SPN网络侧接口，分为OIF的FlexE Group链路接口、IEEE 802.3以太网灰光接口或WDM彩光接口。SPN在接入层主要采用以太网灰光接口，在汇聚和核心层主要采用WDM彩光接口。FlexE Group链路接口（简称FlexE接口）采用时分复用方式，提供通道化隔离和多端口绑定能力，实现了以太网MAC与物理媒介层的解耦，遵从OIF的FlexE 1.0和2.0规范。FlexE Group支持多个FlexE Client，其功能模型见图11。图11 FlexE Group链路功能模型15I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书3.3.3 面向移动承载优化的OTN（M-OTN）技术方案综合考虑5G承载和云专线等业务需求，中国电信融合创新提出了面向移动承载优化的OTN(M-OTN)技术方案，其组网架构如图12所示。图12 基于M-OTN的5G承载组网架构数据转发层：基于分组增强型OTN设备，进一步增强L3路由转发功能，并简化传统OTN映射复用结构、开销和管理控制的复杂度，降低设备成本、降低时延、实现带宽灵活配置，支持ODUflex+FlexO提供灵活带宽能力，满足5G承载的灵活组网需求。控制管理层：引入基于SDN的网络架构，提供L1 硬切片和L2/L3 软切片，按需承载特定功能和性能需求的5G业务。在业务层面，各种L2 VPN、L3 VPN统一到BGP协议，通过EVPN实现业务控制面的统一和简化。隧道层面通过向SR技术演进，实现隧道技术的统一和简化。网络切片承载：为支持5G网络端到端切片管理需求，M-OTN传送平面支持在波长、ODU、VC这些硬管道上进行切片，也支持在以太网和MPLS-TP分组的软管道上进行切片，并且与5G网络实现管控协同，按需配置和调整。I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书16M-OTN的关键技术主要包括：(一)L2和L3分组转发技术OTN支持L3协议的原则是按需选用，并尽量采用已有的标准协议，包括OSPF、IS-IS、MP-BGP、L3 VPN、BFD等。M-OTN在单域应用时优先采用ODU单级复用结构，即客户层信号映射到ODUflex，ODUflex映射至FlexO或OTU。M-OTN使用标准的信令和路由协议，根据实际业务需要在业务建立、OAM和保护方面按需选择不同的协议组合如图13所示。图13 M-OTN网络协议分层架构(二)L1通道转发技术采用成熟的ODU交叉技术，通过采用ODUflex提供n1.25Gb/s灵活带宽的ODU通道。为了实现低成本、低时延、低功耗的目标，M-OTN是面向移动承载优化的OTN技术，主要特征包括采用单级复用、更灵活的时隙结构、简化的开销等。同时，为了满足5G承载的组网需求，现有的OTN体系架构中需引入新的25G和50G等接口。(三)L0光层组网技术由于城域网的传输距离较短，因此M-OTN 在L0光层组网的主要目标是降低成本，以满足WDM/OTN部署到网络接入层的需求。在核心层，考虑引入低成本的N100G/200G/400Gb/s WDM技术。在汇聚层，考虑引入低成本的N25G/100Gb/s WDM技术。17I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书3.3.4 IP RAN&光层技术方案基于IP RAN&光层的5G承载组网架构见图 14，包括城域核心、汇聚和接入的分层结构，具体方案特点如下：1）核心汇聚层由核心节点和汇聚节点组成，采用IP RAN系统承载，核心汇聚节点之间采用口字型对接结构。2）接入层由综合业务接入节点和末端接入节点组成。综合业务接入节点主要进行基站和宽带业务的综合接入，包括DU/CU集中部署、OLT等；末端接入节点主要接入独立的基站等。接入节点之间的组网结构主要为环形或链形，接入节点以双节点方式连接至一对汇聚节点。接入层可选用IP RAN或PeOTN系统来承载。3）前传以光纤直驱方式为主（含单纤双向），当光缆纤芯容量不足时，可采用城域接入型WDM系统方案（G.metro）。图14 基于光层&IP RAN的5G承载组网架构I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书184）中传和回传部分包括两种组网方式：端到端IP RAN组网和IP RAN+PeOTN组网。(一)端到端IP RAN方案IP RAN方案可分为基础承载方案和功能增强方案。基础承载方案采用较为成熟的HoVPN方案承载5G业务，如图15所示。目前各厂家较新平台设备均支持三层到边缘；L2专线业务采用分段VPWS/VPLS方式承载；采用VPN+DSCP满足业务差异化承载需求。IGP协议采用ISIS协议，并将核心汇聚层和接入层分成不同的进程，核心汇聚层配置为Level-2，每个接入环一个独立ISIS区域/进程，与核心汇聚实现路由隔离，核心设备兼做RR。BGP 配置FRR，核心和汇聚设备路由形成VPN FRR。图15 端到端 IP RAN方案的协议分层架构19I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书功能增强方案采用EVPN L3VPN业务替代HoVPN方式，承载5G业务；采用EVPN L2VPN业务替代VPWS/VPLS方式，承载L2专线业务；采用SR协议替代LDP/RSVP作为隧道层协议；采用Flex-E技术实现网络切片；采用SDN技术实现网络的智能运维与管控。图16 IP RAN功能增强方案基于IP的SR转发技术规范大多数还处于草稿阶段，兼容性和互通性需要进一步研究。SR可与传统MPLS技术共存，对硬件的要求与MPLS基本相同，多数设备可通过软件升级支持，可以在合适的阶段引入。(二)IP RAN+PeOTN方案该组网模式中，核心汇聚层IP RAN的相关配置与基于端到端IP RAN组网方案中保持一致，在汇聚接入层配置PeOTN设备，通过UNI接口与IP RAN设备对接，如图17所示。图17 IP RAN+PeOTN方案的网络分层架构I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书203.4 5G承载网络转发面发展演进建议5G承载网络的转发面主要实现前传和中回传的承载，其中5G前传除了光纤直驱方案之外，还存在多种基于多样化承载设备的组网方案。不同中回传5G承载技术方案在L1层的差异分别代表了不同传送网络背景的运营商演进思路，基于SPN和IP RAN增强功能方案的分组化承载技术是基于IP/MPLS和电信级以太网增强轻量级TDM技术的演进思路，M-OTN方案是基于传统OTN增强分组技术并简化OTN的演进思路，都具有典型的多技术融合发展的趋势，最终能否规模化推广应用主要依赖于市场需求、产业链的健壮性和网络综合成本等。综合分析CRAN和5G核心网云化、数据中心化部署方案和全面支持IPv6等发展趋势，对5G承载网络转发面技术及应用的未来发展演进建议如下：1）5G前传方案按需选择：在光纤资源丰富的区域，建议以低成本的光纤直驱方案为主；对于光纤资源紧缺且敷设成本高的区域，可综合考虑网络成本、运维管理需求等因素来选择合适的前传技术方案。2）5G中回传方案新建和演进并重：面向5G和专线业务承载的新技术发展趋势包括L2和L3的段路由（SR）、L1的灵活以太网（FlexE）接口和切片以太网通道、L1的ODUflex通道、L0的低成本高速光接口等转发面技术。5G中回传可基于新的5G承载技术方案进行建设，也可基于4G承载网络进行升级演进。3）支持IPv6方案：5G承载网络可采用L2VPN+L3VPN或L3VPN到边缘的应用部署方案，其中L3VPN负责感知基站和核心网的三层IP地址，考虑到4G/5G统一承载需求，因此需要5G承载网络设备支持IPv4/IPv6双栈和6vPE转发技术。21I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书5G承载协同管控架构和关键技术4.1 5G承载网络管控架构5G网络涉及无线、核心网和承载网络，同时支撑多种网络应用场景，通过SDN架构实现端到端网络和业务的协同，提升业务自动化开通部署和智能运维能力。5G网络协同管控架构如图18所示。图18 5G网络端到端协同管控架构（一）端到端业务编排和承载网协同管控功能运营商的OSS（Operation Support System，运营支撑系统）/业务编排器负责端到端的协同管控，应支持以下功能：1）资源、能力信息获取：获取5G RAN、5G CN以及5G承载网络的资源信息以及网络的能力信息。2）端到端业务编排：进行端到端的业务编排，将端到端业务拆分，向5G RAN、CN以及承载网络的管控发送，完成端到端的业务的协同调度。3）网络资源切片编排：实现端到端的网络资源切片编排，协同整个5G网络的网络资源切片I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书22需求，发送给底层网络控制器，并由底层网络控制器基于底层网络资源特性，实现对底层网络资源切片。4）数据交互：和下层网络管控系统进行告警、性能等数据的交互。（二）承载网络SDN管控架构及功能通用的软件定义光网络（SDON）采用层次化递归嵌套的架构，具备良好的可扩展性，支持多层次网络技术，多厂商、多区域的调度，满足5G承载网络的管控架构要求。承载网管控系统应支持以下功能：1）敏捷灵活的业务提供：满足网络云化后5G网络快速高效的业务配置需求，提供设备即插即用、自动化规划和快速部署，实现分钟级别的按需、自动化业务提供能力。2）多层、多域的端到端灵活控制：实现跨层次、跨区域的业务部署以及高效运维。3）网络切片管控：基于上层网络的切片需求，提供承载网络资源的切片管控能力，实现网络分片自动化部署、切片资源的隔离、业务在切片网络的部署、切片网络的运维监视等全生命周期的管理。4）高效的智能化运维：提供以业务为中心的智能排障、基于AI的智能故障分析、智能故障自愈、业务性能监测等智能化网络运维能力，实现网络运维全生命周期的自动化、闭环、智能运维。4.2 5G承载网络管控关键技术（一）多层网络管控技术5G承载网络在不同的域内可能采用不同的网络技术，或者在同一网络域内具备多层网络技术，应具备多层、多域的网络管控功能，包括：1）多层管控模型多层多域的网络可采用统一的多层管控网络模型。在通用模型架构下，通过对模型的裁剪和扩展，实现ETH、ODU、L3VPN、光层等网络技术的信息建模，定义运营商统一的北向接口信息模型。2）多层管控路由优化传送网管控系统应具备多层网络资源的规划和优化功能，实现多层网络资源的最优配置。对于面向连接的业务路由策略，可采用统一的面向连接的业务路由策略和约束条件。对于L3层无连接的路由策略，如SR-BE等，可以采用SDN的集中式路由发布或分布式BGP路由协议实现动态自动化的路由分配。对于多层路由策略的协同，首先应在不同的网络层次之间传递路由参数，服务层的链路路由代价参数可以用于客户层的路由计算；其次，多个层次的路由联合优化应定义多层联合路由优化目标、策略及约束条件等，实现多层的路由优化。23I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书（二）切片管控5G承载网络切片需求逐步明确，需要针对eMBB、uRLLC、mMTC等不同5G业务，或者其它非5G业务提供承载网络的切片，网络切片的管控成为管控系统的重要内容。承载网管理系统采用开放的北向接口，实现和上层管控系统的网络资源切片协同，承载网络本身的管控架构、信息模型、接口交互流程支持切片网络管控功能。承载网管控系统应实现网络切片的规划、部署、业务发放、保障运维的全生命周期闭环维护管理。5G承载网络切片管控要求如下：1）切片规划：网络切片管控具备网络规划和优化的特征，承载网管控系统应引入切片规划和优化功能。应基于上层控制器和编排系统的需求，基于各个层网络的技术特点，对多层网络资源进行切片规划。2）切片部署：支持网络资源切片的自动化部署功能。3）业务发放：应基于网络切片进行拓扑算路和部署业务，并实现业务在不同切片网络中的隔离。4）保障运维：应支持切片网络的拓扑及业务可视化管理，基于网络告警和性能的监控，对切片网络及其业务进行保障运维。（三）智能运维人工智能（AI）技术为网络管控带来新的特征，通过对承载网络的大数据分析，引入机器学习能力，可以实现以业务为中心的智能排障、基于AI的智能故障分析、智能故障自愈、基于业务性能监测的规划优化等智能化网络运维能力。5G承载网络智能运维要求如下：1）支持网络运维全生命周期的自动化、闭环、智能运维。2）在多厂商、多区域、多技术网络环境下，应定义统一的数据模型，提取承载网络数据，以便进行网络行为的分析。3）应定义行为模型，如制定故障处理模板、流量预警模型等，指导网络的智能运维。图19 智能运维I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书24（四）南北向接口协议 1）北向接口协议5G承载网络通过业务编排层和承载网络管控的协同，实现业务快速发放是承载网络管控的关键。因此，采用基于YANG的数据模型，定义开放统一的基于Restful协议的承载网络北向接口，实现网络的开放和可编程能力。2）南向接口协议5G承载网络涉及多个网络技术层次，网络设备模型复杂，采用单一的网络协议，难于实现网络设备的管控，获得较高的接口性能，因此南向接口可采用多种网络协议，如Netconf、PCEP、BGP-LS等。4.3 5G承载网络管控发展演进建议5G承载网络管控需求、架构、功能基本明确，一是采用开放的北向接口，满足和上层业务编排器的协同管控需求；二是采用层次化的集中管控架构，以满足5G承载网管控架构要求；三是需要引入网络切片管控、AI智能运维等新功能。（一）承载网管控系统部署建议在实际的网络部署过程中，网络管控域的划分需要结合基于分布式控制协议和集中管控系统的性能综合考虑，以提高业务控制、路由发布、保护恢复等网络性能。在大规模网络管控场景下，承载网管控系统应采用多级的网络架构，使得网络具备良好的扩展性。此外，从简化运维角度出发，考虑集中式管控系统的性能，尽量扁平化部署。（二）5G承载网络管控未来发展建议1）承载网管控系统平滑升级。5G承载网络管控发展过程中，应考虑现有网络的平滑升级，保护既有投资等因素，逐步引入端到端业务编排和管控、智能运维等功能，减少网络的操作维护界面，降低操作维护的复杂度和成本。2）采用统一的北向接口模型及协议。5G承载网北向信息模型应进行统一，应具备良好的扩展性，在同一模型架构下兼容多层网络技术。北向接口协议应进行统一，实现网络的开放和可编程。3）增强集中式管控系统的南向接口性能。应重点关注集中式管控系统引入后的性能和扩展性，南向接口可采用多种网络协议实现，并逐步实现开放。25I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书5G同步网架构和关键技术5.1 5G同步网通用组网架构5G频率同步需求与4G相同，目前主要采用逐点物理层同步方式实现，技术相对成熟，本报告不再论述频率同步相关内容。5G时间同步的通用组网架构如图20所示。图20 时间同步通用组网架构图 20中时间同步从左向右实现单向传递，端到端同步性能指标包括三个部分：1）源头部分（参考点B输出）；2）承载部分（B-C之间）；3）接入部分（C-E之间）。对于1.5us同步需求的5G基本业务和部分协同业务，指标分配方法参见国家通信行业标准YD/T 2375-2011“高精度时间同步技术要求”，即：1）源头部分：150ns；2）承载部分：1000ns，30跳；3）接入部分：250ns。对于300ns量级需求的部分协同业务，建议指标分配如下：1）源头部分：30ns；I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书262）承载部分：200ns，20跳（暂定）；3）接入部分：50ns（暂定）。相对于1.5us指标分配，300ns量级指标分配中的各部分指标都有显著提升，需要在同步源头、高精度传输、同步接入等方面开展关键技术研究。5.2 5G同步网的关键技术（一）高精度同步源头技术a）卫星双频接收技术电离层延迟是影响卫星接收机授时精度的主要因素。相对于单频卫星接收机而言的，双频卫星接收机可同时接收GPS的L1、L2或者北斗的B1、B2载波信号，利用同一卫星导航系统的不同频点载波信号受电离层延迟影响的差异性，可以有效消除电离层对电磁波信号延迟的影响，从而提升卫星授时精度。b）卫星共视技术卫星共视法是目前远距离时钟比对的主要方法之一，也是国际原子时成员单位合作的主要技术手段之一，其时间比对不确定度可优于10ns。卫星共视是利用导航卫星距离地球较远、覆盖范围广的特点，将其作为比对中间媒介，在地面需要时间比对的两个地方分别安装接收设备，同时观察同一颗卫星，通过交换数据抵消中间源及其共有误差的影响，实现高精度比对。c）源头技术比较卫星双频接收技术和卫星共视技术两种高精度同步源头技术比较如表6所示。表6 高精度同步源头技术比较27I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书综上，当前卫星双频技术更适合于高精度同步源头设备的实现，卫星共视技术可以先用于现网时间同步源的性能集中监控，暂不用于具体设备的实现，待共视网络建设成熟后再考虑用于实现高精度同步源头设备。（二）高精度同步传输技术a）IEEE 1588v2技术当前国内IEEE 1588V2设备的时间同步精度要求为30ns，要进一步提升精度，通常需要从以下几方面进行优化：打戳位置尽量靠近物理接口、提升打戳精度、提升系统实时时钟（RTC，Real Time Clock）同步精度、提升系统内部RTC之间的同步对齐精度和提升本地时钟的稳定度等。b）IEEE 1588 v2.1技术对于高精度同步传输技术，在IEEE 1588-2017（又称IEEE 1588 v2.1）草案中，引入了CERN（欧洲核子研究组织）的白兔（White Rabbit，即WR）技术的一些概念，并增加了针对高精度应用的PTP 轮廓，主要采取下列措施实现高精度同步：基于同步以太网的物理层同步、使用DDMTD相位检测器增强时戳精确度、入口与出口时延处理、单纤双向传输和采用相对校正程序。（三）高精度同步局内分配技术为实现高精度同步接入，在局内进行同步分配时，原则上采用高精度PTP以太网接口（GE、10GE等），不建议采用1PPS+ToD接口。另外，由于1PPS TTL接口没有ToD信息，建议其主要用于时间精度相对测量，不用于局内时间分配。（四）高精度同步监测技术同步监测方法总体可分为绝对监测和相对监测两大类。其中，绝对监测方法是指采用标准时I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书28间作为监测参考源对被测信号进行直接监测，相对监测方法是指采用非标准时间作为监测参考源对被测信号质量进行间接监测。绝对监测方法包括基于GNSS信号监测和基于光纤授时网络监测，其中，前者要求在各个监测点通过GNSS获取超高精度时间参考，实现难度较大；后者需建专用超高精度光纤同步网络，目前还不具备广泛应用条件。相对监测方法包括利用共视卫星监测和利用PTP报文本身监测，其中，前者需建相对监测参考源，应用条件受限，可以作为后期网络监测重要手段；后者利用自身网络资源进行监测，实现方便，可以作为初期网络监测首选方式。5.3 5G同步网发展演进建议 同步网应根据5G同步需求和承载网络部署情况，分阶段发展演进：1）基于现有承载网络，建议利旧现有同步网实现1.5us的时间同步，开通5G基本业务；若现网支持百纳秒量级时间同步要求的协同业务，可考虑在局部区域下沉部署小型化高精度同步设备，通过跳数控制满足其高精度同步需求。2）对于新建承载网络，建议按照端到端300ns量级一次到位进行高精度时间同步地面组网。一方面，遵循扁平化思路，将时间源头做一定程度的下沉，以降低定时链路长度，实现端到端性能控制；另一方面，采用能够有效减少时间误差的链路或接口技术，比如采用单纤双向技术进行同步信号的传送，采用高精度PTP以太网技术进行同步信号的局间和局内互联等。29I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G承载网络架构和技术方案白皮书我国5G承载产业发展趋势分析6.1 光纤光缆基础设施我国运营商经过多年网络建设和优化，已形成较为稳定的城域光缆网，5G的高速率、低时延等对光纤容量及连接密度提出更高要求，对网络拓扑优化提出挑战，光纤基础设施架构、功能、拓扑和光纤类型都将发生变化。光缆网架构分为核心层、汇聚层和接入层，其中，接入层由主干光缆、配线光缆和引入光缆构成，方便快捷的边缘接入层有利于低成本、