面向B5G和算力网络的承载技术和应用方案

目录目录 引言B5G和算力网络融合承载驱动力B5G和算力网络业务场景和特性B5G和算力网络承载需求特性B5G和算力网络承载关键技术B5G和算力网络融合承载应用方案B5G和算力网络融合承载技术总结与展望主要贡献单位P1P2P4P16P23P33P44P46 引言 据工信部最新数据显示，截至2023年10月末，我国已累计建设5G基站321.5万座，实现了所有地级市/县城的5G网络覆盖，建成了全球最大规模的5G网络。5G已经成为新型基础设施的重要组成，也是推动实体经济数字化转型升级的关键驱动。5G网络不仅为广大消费者提供高速移动上网和高清视频业务，还为5G+垂直行业应用推广奠定了网络基础。 随着5G大规模商用，全球业界开启了5G下一阶段演进技术研究和探索。2020年，ITU-T正式统一术语为IMT-2020 networks and Beyond，并已在WTSA-20第92号决议中规范；2021年4月，3GPP正式确定5G-Advanced（5G-A）官方名称，从2021年12月TSG第94次会议启动R18版本，标志着全球5G发展进入新阶段，5G-Advanced作为下一代移动通信技术，相对5G提供多项功能和性能增强：大带宽(下行GE提升至10GE/上行百兆提升至GE)、业务感知(空口探测/深度探测)、定位精度提升(米级提升至厘米级)、绿色节能(10倍Bit效能)、网络智能(Level4)；且产生跨站协同、高低频协同等新场景需求。由于R18的第2阶段功能冻结时间为2023年6月，第3阶段冻结时间为2024年3月。因此需提前开展面向5G-A的承载技术和应用方案研究，有利于推动我国承载技术研究和产业应用协同发展，本白皮书将基于3GPP R18、R19和R20版本中定义的业务和特性，从以下五个方面进行系统性阐释： 1) B5G和算力网络融合承载的驱动力，主要包括全球数字化战略发展和运营商智能化运营发展带来的新需求两方面； 2) B5G和算力网络的主要业务场景和特性，重点针对B5G的网络架构演进、XR、组播/广播、空天地一体化融合等新兴业务应用以及其它增强特性和算力网络中的感知算力的智慧生活、感知算力的智能交通、感知算力的智能制造等场景； 3) B5G和算力网络的承载需求特性场景和SLA指标体系； 4) B5G和算力网络承载的关键技术，包括超高速传输、算网承载、多层确定性承载、多域互通和管控、承载网络自智、组播广播演进和星地融合承载等方面； 5) B5G和算力网络融合承载应用方案，结合我国运营商融合承载网发展现状，给出后续运营商公网和铁路行业专网的总体应用建议及演进路线。 B5G和算力网络融合承载驱动力 2.1全球数字化战略发展驱动 从全球各国家政策来看，已有超过170个国家发布了国家数字战略，数字化发展已成全球共识。据麦肯锡统计，全球的数字化进程整体提前了7年，亚太地区更是提前了10年，运营商及企业业务数字化的速度比先预想的快20~25倍。例如欧盟提出2030数字罗盘（Digital Compass）计划，明确制定了商业数字化转型、公共服务数字化等纲要，并采用5G作为工业4.0发展的基础。作为最早部署5G的国家，韩国进一步加强5G+融合生态系统的构建，推进5G融合服务的发展。日本则持续推进B5G（Beyond 5G）对民生、社会的价值体现。我国也提出了以坚持科技创新为牵引的、面向2035年的远景目标，并将持续深化“5G+工业互联网”作为当前的重要目标。2023年，中共中央、国务院印发了《数字中国建设整体布局规划》，《规划》指出，建设数字中国是数字时代推进中国式现代化的重要引擎，是构筑国家竞争新优势的有力支撑。加快数字中国建设，对全面建设社会主义现代化国家、全面推进中华民族伟大复兴具有重要意义和深远影响。一是夯实数字中国建设基础，打通数字基础设施大动脉；二是全面赋能经济社会发展，做强做优做大数字经济；三是强化数字中国关键能力，构筑自立自强的数字技术创新体系；四是优化数字化发展环境，建设公平规范的数字治理生态。 从产业发展驱动来看，5G被认为是行业数智化转型的基石，全球的主要经济体均明确要求将5G作为长期产业发展的重要一环。中国也提出了以坚持科技创新为牵引的、面向2035年的远景目标，并将持续深化“5G+工业互联网”作为当前的重要目标。因此，5G-Advanced需要充分考虑架构演进及功能增强，从当前仍然以消费者为中心的移动宽带（MBB）网络成长为真正的工业互联网的核心，还需要提供新的话音网络架构和交互式通信能力增强，以满足现有以清晰话音为主的通信方式向全感知、交互式、沉浸式通信方式演进的业务发展需求，使能个人消费体验升级。5G-Advanced还要充分考虑对行业业务的确定性体验保障，包括实时业务感知、测量、调度并最终形成整体的控制闭环，所以5G-Advanced应该从整体网络架构、组网方案、设备形态和服务支撑能力上匹配多样性的复杂业务环境。 从网络技术驱动来看，网络联接作为数字化基础设施的底座，在推动行业数字化转型中发挥着越来越重要的作用。2030年全球总联接数或将达到2000亿，网络从连接百亿人到连接千亿物，下一代人机交互（AR、VR、XR）、住行合一、工业互联、卫星宽带互联、AI算力等新业务，对网络联接也提出新需求。一个原生智能、全息可视、确定性体验、安全高可靠，以及具备融合感知自动化能力的绿色网络是未来发展的方向。算网融合是网络发展趋势，用于实时传递算力等资源信息，实现多方异构 的计算、存储、网络等资源的信息关联与高频交易的技术体系，从而解决不同类型云计算节点之间的算力分配与资源共享难题。承载网络也应提供无处不在的网络灵活连接能力，为算力网络及其应用提供定制化的服务能力并实现智能优质感知体验。解决跨多域业务应用感知的APN6还处于应用探索阶段，仍需结合应用场景和产业链成熟度逐步开展SRv6应用。此外，随着卫星通信的演进，5G-Advanced核心网也将为面向地海空天一体化的全融合网络架构做好准备。天地一体通信对承载网要求包括广泛的网络覆盖、网络连通性、网络容量和带宽、网络安全和管理等方面。这些要求需要在部署时充分考虑，以确保天地一体通信的顺利运行和提供优质的通信服务。最后，据欧盟估算，全球ICT行业的电力消耗占比5%~9%，温室气体排放占比2%以上。节能减排已成为全球运营商降低成本和履行社会责任的重中之重。在节能方面，场景化节能策略自制定、参数自配置、全网协同节能是三个必不可少的能力。 2.2运营商智能化运营发展驱动 工业和信息化部发布的5G应用行动计划显示，未来运营商将重点推动行业专网，实现终端、无线、承载到核心网的端到端网络切片智能协同编排和全生命周期管理，满足高效运维和业务快速发放需求，来满足算网融合对确定性承载、定制化服务和智能管控运维等方面的能力需求。5G网络与大数据、AI（Artificial Intelligence）等技术结合，可以实现更加精准的数字提取，基于丰富的算法和业务特征构建数据模型，基于数字孪生技术做出最合适的分析判断，并反向作用于物理实体，从而充分发挥数智化效应，进一步推动网络演进，共同驱动网络变革和能力升级，助力全社会全领域的数智化发展。纵观算网融合发展大势，在技术层面上还需打通5G网络切片管控系统和云化数据中心管控系统，构建“云网大脑”，实现云网资源的统一纳管和一体化运营，使其具备智能、敏捷、精准的管控运营能力。除此之外，承载网络的管控系统也应集成承载子切片管控功能，支持根据不同切片业务场景和SLA指标分解来规划承载子切片模板，实现软硬隔离的切片资源编排、配置、监测和分析的全生命周期管控，并通过AI/ML实现多维度性能和故障告警的大数据分析，实现智能管控运维，当前运营过程中的痛点主要有三个： (1)多厂商组网，网络可视难。当前各运营商都存在多厂商并存，存在设备型号、控制器、特性&协议并存和版本等差异。网络设备的软件和硬件的复杂性带来网络可视化业界难题，存在以下几个方面的巨大挑战： ●可视完整性。当前无法实现从物理层、到协议层、切片层再到业务层的多层可视，每层也无法实现全维度可视。比如设备的能耗不可视，无法开展整网绿色节能优化。 ●可视实时性。当前可视处于分钟级水平，无法满足网络故障快速感知，快速闭环诉求。比如网 络故障导致业务质量变差甚至中断，等到几分钟后才能发现并处理，导致业务受损，用户体验变差，离网率增加。 ●可视易用性。运营商需要部署多个系统，每个系统又有多个界面，碎片化、离散化的可视化极大降低了用户体验，影响了运维效率。比如某运营商部署OMC系统、综合网管系统、SDN控制器、流量流向系统等多个离散的系统。 (2)海量接入设备，部署效率难保障。承载网络业务众多，接入设备都是百万级的量。整体配置复杂，配置自动化实施成本高，配置错误影响巨大，严重影响社会正常运转，对运营商造成巨大经济损失；对于未来自配置，自动上线等能力尤为重要。 (3)定位定界难，业务体验难保障。当前客户侧光缆故障频发，存在大量的下站诉求，定位定界时间周期长，对客户业务影响巨大，中断的时间越长，运营商额外承担的成本就越高。同时，网络传输过程中也容易产生局部拥塞，导致时延变大、丢包率增加。比如游戏类，直播类业务对时延极为敏感，需要网络提供毫秒级稳定时延；视频类，大数据传输类业务有极强的弹性大带宽诉求，网络需要提供G级别大带宽路径，并且存在带宽调整业务无损等新能力。面对日益发展的业务诉求，网络管控定位定界，链路级的智能故障判断，切片易部署和易管控等需求。 B5G和算力网络业务场景和特性 3.1架构演进和六大特性凸显B5G优势 3.1.1 B5G网络架构演进3.1.1 B5G网络架构演进 频谱政策是B5G发展的关键，在B5G时代除了有存量频谱重耕，还有TDD第二频，U6G频段和毫米波等新频段，如图1所示。与此同时，全球多数运营商还面临2/3/4/5G“四世同堂”。再加上业务发展的不均衡性，运营成本高，频谱等资源利用率不高等因素，运营商普遍存在频谱紧张的问题，尤其是低频段。因此运营商需要更灵活、高效的频谱方案，支撑多制式业务持续演进。 (1)高低频协同 由于5G-Advanced的无线侧出现全频谱组网的趋势，5G-A无线侧多频谱组网，同站址高频站和低频站将成为主流部署方案。由于高频站无法独立组网（信号干扰和衰减大），需以低频站作为锚点、高频站与一至多个低频站间跨框协同。5G-A无线网络通过高频和低频之间的协同，可提供相对传统网络新能力： ●空口带宽扩容：高频频段具有更高的带宽，低频频段覆盖范围广，5G-A在高频和低频之间进行协同，满足不同场景下的带宽需求。无线接入网借助5G-A技术（超大规模天线阵列，多频谱之间的协同，TDD/FDD混合组网，空间复用技术和天线设计与射频前端技术优化），提高频谱信号传输效率，更好地利用频谱资源，将终端用户下行体验速率由当前数百Mbps提升至1Gbps，终端用户下行峰值速率由当前1Gbps提升至10Gbps。为了避免对终端用户业务产生流量压抑，尤其是部署在城区热点、高频站的无线BBU基站回传口，相应地从当前10GE/25GE提升至50GE，如图2所示。 ●提升覆盖和传输质量：高频频段在传输过程中受阻挡和传播损耗影响较大，覆盖范围相对较小。 而低频频段的传输特性更适合实现广域覆盖。5G-A高频和低频协同工作，满足覆盖和传输质量的需求。 ●室内外无缝漫游需求：高频频段在室内覆盖方面存在挑战，而低频频段可以提供更好的室内覆盖能力。5G-A在高频和低频之间进行无缝漫游，使用户能够在不同频段之间平稳切换。 (2)低时延传输 随着5G-A推进，无线接入网通过如下技术优化时延： ●优化无线连接：通过使用增强的调制和调度算法，减少数据传输的时延。 ●TTI（Transmission Time Interval）优化：优化TTI的大小和配置。 ●基站部署和优化：通过在更多的位置部署基站，对基站的布局和优化也可以改善信号覆盖和传输效率，从