OTN在5G承載網(wǎng)建設(shè)探索

【摘要】? ? 5G是新一代的移動通信技術(shù)，在我國已經(jīng)開始大規(guī)模建設(shè)。5G中傳和回傳承載網(wǎng)所采用的技術(shù)決定著整個5G網(wǎng)絡(luò)的成本和各項性能指標。目前主流的承載技術(shù)為PTN、SPN、OTN這3種5G承載網(wǎng)傳輸技術(shù)及其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其中OTN相較于其他傳送網(wǎng)體現(xiàn)出了更多優(yōu)勢，能夠較好實現(xiàn)5G 業(yè)務(wù)承載。在對5G 業(yè)務(wù)發(fā)展的 OTN 承載需求展開分析的基礎(chǔ)上，提出面向5G 業(yè)務(wù)的 OTN 組網(wǎng)架構(gòu)，并對 OTN 采用的前傳、中傳等承載技術(shù)進行探討，能夠為發(fā)展5G 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供參考。

【關(guān)鍵詞】? ? 5G 業(yè)務(wù)? ? OTN 承載? ? 傳送網(wǎng)

一、5G技術(shù)簡介

我國工信部對四大電信基礎(chǔ)運營商發(fā)放了5G運營牌照，標志著我國5G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模建設(shè)的開始。5G的性能目標是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接。5G 承載網(wǎng)絡(luò)由前傳、中傳、回傳三部分組成，從4G網(wǎng)絡(luò)BBU-RRU演變成CU、DU、AAU三級網(wǎng)絡(luò)，原有BBU功能進行分割重新定義了CU（負責處理非實時服務(wù)和協(xié)議），DU（處理物理協(xié)議和協(xié)議），AAU（有源天線處理）。對5G承載網(wǎng)中均以S1南北流量為主，東西X2流量占比較少。目前5G建設(shè)網(wǎng)絡(luò)中基本上在綜合業(yè)務(wù)區(qū)可以部署無線集中式設(shè)備（CU和DU合并的方式，簡稱gNB），采用CRAN模式，其承載網(wǎng)將和4G承載網(wǎng)一致，包括前傳和回傳2個部分，中傳部分將CU和DU中通過內(nèi)部線纜相連。

二、5G網(wǎng)絡(luò)對承載網(wǎng)的要求

5G移動通信定義了增強移動帶寬（eMBB）、大規(guī)模機器通信（mMTC）超低時延高可靠、通信（uRLLC）三大類應(yīng)用場景，對在5G時代首當其沖迎來巨大變化，需要滿足以下幾方面需求：

2.1大帶寬

帶寬無疑是 5G 承載的第一關(guān)鍵指標，eMBB場景要求5G的峰值速率比4G至少提升10～20倍，達到10～20Gbit/s，BBU宏站帶寬80M→330M→1G發(fā)展，主要應(yīng)用于移動多媒體、交付式高清視頻、云端辦公、AR/VR應(yīng)用， 滿足人與人之間的極致通信體驗。

2.2低時延

5G 承載的第二關(guān)鍵需求是提供穩(wěn)定可保證的低時延，在設(shè)備時延方面：uRLLC場景要求用戶面時延小于0.5ms，控制面時延小于10ms ，eMBB場景要求用戶面時延小于4ms，控制面時延小于10ms。傳輸時延60ms→10ms→1ms，主要應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、智能制造、遠程醫(yī)療手術(shù)等技術(shù)，滿足物與物之間的通信需求。

2.3靈活智能

承載網(wǎng)服務(wù)于5G三類場景，必須具備5G網(wǎng)絡(luò)切片功能，讓不同場景和業(yè)務(wù)擁有自己獨立的邏輯網(wǎng)絡(luò)。另外新的承載網(wǎng)不止?jié)M足5G承載需要，還要滿足其他綜合業(yè)務(wù)的承載（4G、5G、專線等等），后期可引入軟件定義網(wǎng)絡(luò)進行靈活和智能管控運維。

另外在時鐘同步、安全性、可靠性等等都需要考慮。

三、目前主流承載網(wǎng)的對比

5G承載方案，主要集中在對PTN、OTN、IPRAN目前技術(shù)進行考慮。

SPN/PTN：切片分組網(wǎng)。SPN基于現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡(luò)功能特點對硬件進行升級、增強、創(chuàng)新。SPN就是以太網(wǎng)上“升級”一個光接口，可以充分利用現(xiàn)在非常成熟的以太網(wǎng)生態(tài)鏈，實現(xiàn)比較高的性價比。

MS-OTN： MS OTN基于分組增強型OTN的智能化、高品質(zhì)專線網(wǎng)，支持多種業(yè)務(wù)類型、多種速率、多種設(shè)備類型接入，VC/OTN/分組調(diào)度，具有硬隔離：OTN硬管道隔離不同客戶業(yè)務(wù)、低時延：鏈路帶寬預(yù)留、不擁塞、一跳直達架構(gòu)、高可靠：支持ASON抗多次斷纖保護性能，并且在端到端快速開通能智能控制器實現(xiàn)跨網(wǎng)協(xié)同，全網(wǎng)資源管理，隨時掌握可用路由，業(yè)務(wù)端到端快速發(fā)放。

IPRAN：業(yè)界主流的移動回傳業(yè)務(wù)承載技術(shù)，目前在電信/聯(lián)通大規(guī)模部署承載3G/4G業(yè)務(wù)，固網(wǎng)運營商也又很強的運營經(jīng)驗。此外，在隧道技術(shù)、切片承載技術(shù)、智能維護技術(shù)方面也有很大的改進和創(chuàng)新。

目前承載網(wǎng)規(guī)劃重點解決業(yè)務(wù)提速、低時延業(yè)務(wù)需求、低功耗建網(wǎng)需求、政企業(yè)務(wù)承載需求等問題。

四、5G 業(yè)務(wù)發(fā)展的OTN承載需求

4.1 流量走向

5G網(wǎng)絡(luò)目前CU和核心之間主要S1接口、相鄰CU主要是X2接口都是有流量需求。其中X2接口流量是包括載波聚合和協(xié)作多發(fā)流量，對時延要求不高且總的流量占比10%左右，由于5G網(wǎng)絡(luò)站點密度高，站和站之間協(xié)助更高。 S1流量是基站和核心網(wǎng)之間上網(wǎng)流量，按照流量模型占比再90%以上，從目前網(wǎng)絡(luò)主要還是以S1流量為主，X2流量為輔。所以業(yè)務(wù)流程主要提供IP尋址和轉(zhuǎn)發(fā)功能即可滿足5G網(wǎng)絡(luò)對南北、東西流量走向需求

4.2? 網(wǎng)絡(luò)切片

5G 網(wǎng)絡(luò)有 3 大類業(yè)務(wù)：eMBB、uRLLC 、 mMTC。對時延、峰值、QOS等要求都不同，引入5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)能更好的對業(yè)務(wù)進行管控和資源調(diào)配。網(wǎng)絡(luò)切片使能一網(wǎng)多用，最大化分片價值，可端到端協(xié)同，分片自動化使無線、核心網(wǎng)、承載網(wǎng)協(xié)同，網(wǎng)絡(luò)分片創(chuàng)建、調(diào)整、刪除全生命周期自動化。FlexE+VPN軟硬隔離使得SDH-like隔離保障業(yè)務(wù)SLA，VPN軟分片最大化網(wǎng)絡(luò)資源利用率，低時延分片單跳<15us使得時延分片建立VIP轉(zhuǎn)發(fā)通道，單跳時延 < 15us， 低時延業(yè)務(wù)端到端時延1ms。因此5G承載網(wǎng)需要具備5G切片技術(shù)滿足不同網(wǎng)絡(luò)在承載網(wǎng)混合傳輸

五、OTN 承載技術(shù)分析

5.1 前傳技術(shù)

目前5G業(yè)務(wù)進行傳輸，AAU和DU/CU之間傳輸為前傳傳輸，部署網(wǎng)絡(luò)分為分布式無線接入（DRAN）和集中式無線接入（CRAN），目前電信主流采用CRAN模式進行部署（包括大集中、小集中模式），大集中主要DU/CU帶大于30個AAU設(shè)備，由于消耗了大量的光纜資源，建議以下2種承載模式。

1.無源WDM方案。無源EDM技術(shù)是將彩光模塊安裝在AAU、DU/CU設(shè)備上，通過無源的合、分波板卡完成波分功能，即可通過單芯、雙芯提供點對多點之間AAU和DU/CU之間傳輸連接，優(yōu)點是可將光纖實現(xiàn)WDM業(yè)務(wù)，缺點主要是波長規(guī)劃比較復(fù)雜、故障定位、運維困難等情況

2.有源WDM方案。有源WDM技術(shù)可以將AAU和DU設(shè)備配置WDM設(shè)備，可以將多個AAU節(jié)點和DU機房進行組網(wǎng)，實現(xiàn)多個AAU通過WDM技術(shù)實現(xiàn)光纖資源共享，通過目前DWDM的開銷實現(xiàn)管和保護。目前DWDM設(shè)備采用白光信號和無線設(shè)備進行標準對接，波分設(shè)備內(nèi)部可完成OTN承載、采光拉遠、端口匯聚等功能。相對于無源WDM網(wǎng)絡(luò)可以更為自由靈活組網(wǎng)、支持多點組成環(huán)網(wǎng)、樹形等組網(wǎng)方案。小集中主要DU/CU帶小于30個AAU設(shè)備，由于不是占用大量光纜，主要為光纜直拉，在光纜資源比較緊張情況下也可采用WDM組網(wǎng)方案。

5.2 中傳/回傳技術(shù)

5G 中傳和回傳在寬帶、網(wǎng)絡(luò)切片、組網(wǎng)上較為統(tǒng)一，因此建議采用統(tǒng)一承載方式，DWDM網(wǎng)絡(luò)再中傳/回傳主要是骨干層、匯聚層對應(yīng)，隨著OTN網(wǎng)絡(luò)引入增強以太、MPLS-TP的處理能力，接入層對應(yīng)這BBU基站的接入，目前已經(jīng)到分組增強型OTN，能夠更好的為5G IP化進行承載。

基于 OTN 的 5G 中傳/回傳承載方案可以細分為以下兩種組網(wǎng)方式：

5.2.1分組增強型 OTN+IPRAN 方案

目前現(xiàn)有的4G基站業(yè)務(wù)主要利舊現(xiàn)網(wǎng)資源承載，新增5G區(qū)域的4G基站可通過新型IPRAN/STN承載;非5G區(qū)域的4G基站通過現(xiàn)網(wǎng)資源或設(shè)備盤活承載（非5G區(qū)域），新增5G基站通過新建 IPRAN網(wǎng)絡(luò)進行承載。核心層：擴容100G端口，滿足各區(qū)縣B設(shè)備100G上行的需求。匯聚層：各區(qū)縣B設(shè)備引入100G上行鏈路，以提供網(wǎng)絡(luò)切片功能。隨著無線5G基站從城區(qū)、縣城區(qū)域覆蓋全省所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)，進一步完善B設(shè)備覆蓋，上聯(lián)直ER網(wǎng)絡(luò)100G鏈路通過OTN進行承載。接入層：IPRAN A2設(shè)備主要部署市區(qū)、縣城區(qū)域，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域綜合業(yè)務(wù)區(qū)，協(xié)同無線規(guī)基站站點，進一步延伸覆蓋。該方案中，OTN網(wǎng)絡(luò)只要根據(jù)需要配置ODUK穿通模式，保證5G對低時延和高寬帶的需求，延續(xù)了現(xiàn)有IPRAN的組網(wǎng)架構(gòu)，OTN只有提供透傳的功能，5G切片業(yè)務(wù)主要再IPRAN網(wǎng)絡(luò)中進行承載，IPRAN網(wǎng)絡(luò)引入了25G 50G等端口網(wǎng)絡(luò)，在IPRAN中采用FLEXE 等新型網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)實現(xiàn)端口的物理隔離，為業(yè)務(wù)提供更好的承載質(zhì)量。

5.2.2端到端分組增強型 OTN 方案

中繼100G WDM系統(tǒng)由市縣中繼和鄉(xiāng)縣中繼構(gòu)成。對于需要部署WDM/OTN網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域，應(yīng)統(tǒng)籌分析BRAS/SR、OLT節(jié)點位置、4G、5G、 ER、IPRAN B節(jié)點等網(wǎng)元帶寬需求、光纜建設(shè)成本等因素，制定WDM/OTN組網(wǎng)方案、波道容量。1）縣市OTN：重點引入分組波道，承接縣市剛性專線業(yè)務(wù)和5G業(yè)務(wù)需求，適度冗余波道資源，滿足突發(fā)業(yè)務(wù)需求。2）縣鄉(xiāng)OTN：根據(jù)5G承載需求，提前梳理、儲備光纖資源;結(jié)合機房條件條件部署具備分組功能的100G OTN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。該方案全程采用分組增強型OTN設(shè)備承載現(xiàn)有5G上行ER端口數(shù)據(jù)，與OTN+IPRAN方案對比，該方案減少了不同網(wǎng)路跨接的問題，能更好發(fā)揮OTN強大的網(wǎng)絡(luò)能力和端到端的管理能力，弱點就是不能平滑過渡現(xiàn)有承載網(wǎng)絡(luò)。

六、 5G 背景的本地 OTN 承載組網(wǎng)策略

5G 開創(chuàng)了通信領(lǐng)域的新紀元，也給 OTN 承載網(wǎng)帶來了新機遇?；诂F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)目標，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)將快速地向扁平化、云化、彈性化、集中運營的方向發(fā)展，其中尤為深刻變化主要體現(xiàn)在：1.以 DC為核心，簡化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：IDC從過去網(wǎng)絡(luò)邊緣接入節(jié)點的角色變?yōu)榱藰I(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的重心，以DC為核心形成“區(qū)域+核心+邊緣”三層扁平化光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu);2.推進網(wǎng)絡(luò)的 SDN 演進，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)敏捷的業(yè)務(wù)提供、靈活的資源調(diào)整及高效的業(yè)務(wù)保障。

承載網(wǎng)主要目標是制定目標網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，按計劃分步建設(shè)一個大容量、高速率、安全可靠、智能化的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò);加強多專業(yè)、多層面網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同規(guī)劃和發(fā)展，達到網(wǎng)絡(luò)能力匹配及最優(yōu);通過老舊設(shè)備歸并及退網(wǎng)充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，保護投資。在向目標網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進過程中，充分發(fā)揮和完善現(xiàn)有分組增強型OTN系統(tǒng)在政企業(yè)務(wù)承載方面的靈活性優(yōu)勢;同時，密切關(guān)注200G/400G WDM、T-SDN等新技術(shù)的發(fā)展，從而更為適應(yīng)未來以DC為中心的、扁平的、高容量需求、集中運維的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)需求，同時結(jié)合綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)的規(guī)劃，制定本地光纜網(wǎng)中長期演進目標架構(gòu)統(tǒng)籌實施綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)雙上行改造，提升綜合業(yè)務(wù)區(qū)安全承載能力，發(fā)揮傳送網(wǎng)整體資源優(yōu)勢。

七、結(jié)束語

隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，未來5G應(yīng)用、云化逐步實現(xiàn)，為承載網(wǎng)帶來更大的帶寬、更低時延、更可靠、更加靈活、智能化組網(wǎng)需要，5G網(wǎng)絡(luò)是基于SDN＼NFV架構(gòu)實現(xiàn)控制和承載功能的分離，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的靈活部署，目前采用OTN+IPRN承載5G網(wǎng)絡(luò)主要是對現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)頻繁切換存在問題，待后期全部采用分組化OTN承載將實現(xiàn)端到端管理和調(diào)度，分組增強型 OTN 網(wǎng)絡(luò)可提供 2M-100GE 范圍內(nèi)任意速率端口既能滿足政企專業(yè)需求和 又能提供FE＼GE等業(yè)務(wù)，滿足5G業(yè)務(wù)需求。目前分組化OTN標準產(chǎn)業(yè)和標準都成熟，能夠滿足5G承載的提出的更大帶寬、更低時延、更加高精度時鐘和高可靠QOS等多數(shù)需求，是實現(xiàn)5G高效承載的一條風險和成本俱佳的技術(shù)演進路線。

作者：陳厚鼎 單位：福建省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司

參? 考? 文? 獻

[1] 5G時代光傳送網(wǎng)技術(shù)白皮書.