5G傳輸網(wǎng)淺析及技術(shù)策略研究

林志坤

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司海南省儋州市分公司，儋州 571700）

1 引言

5G大帶寬的應用需求很多，例如汽車自動駕駛功能、VR/AR高清視頻、高清視頻監(jiān)控等等，這對傳輸網(wǎng)絡的帶寬提出了更高的要求。5G時代，傳輸設備提供10GE端口與基站對接，接入層采用50GE至100GE組環(huán)，匯聚層采用200GE至400GE組環(huán)，核心網(wǎng)采用N*400GE組環(huán)。而現(xiàn)在4G傳輸網(wǎng)絡PTN與基站采用1GE端口對接，接入/匯聚層大部分采取10GE組環(huán)，核心層采用10GE至100GE組環(huán)。相比較于4G，5G傳輸帶寬需求大幅提升。實現(xiàn)運營成本的進一步降低，實現(xiàn)對網(wǎng)絡流量的準確統(tǒng)計，在保證使用效果的同時，強化對網(wǎng)絡資源的合理分配與調(diào)整，更加有效降低運營成本。

1.1 5G傳輸網(wǎng)結(jié)構(gòu)

5G技術(shù)將適用于移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等多種應用場景（eMBB、mMTC等），已經(jīng)成為信息通信領(lǐng)域高度關(guān)注的熱點技術(shù)之一，5G強大的連接能力可以實現(xiàn)從消費到生產(chǎn)的全環(huán)節(jié)、從人到物的全場景覆蓋，快速促進互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)與各行各業(yè)的深度融合，并將催生最大的應用之—“萬物互聯(lián)”。相對于以往的通信技術(shù)提升了百倍及以上的量級，端到端同步精度需達到100ns量級，時延要求則達到ms量級或更低，5G的應用所帶來的不僅是網(wǎng)速的提升，還會將無線通信應用到更多的地方，讓許多之前停留在理論階段或者某些因為條件限制而剛起步的科技得到廣泛的應用，5G技術(shù)的這些新性能推動面向5G承載的光纖傳輸網(wǎng)迎來新一輪發(fā)展契機，同時，對于移動回傳、移動前傳等傳輸網(wǎng)絡提出諸多挑戰(zhàn)性需求。

相比較與4G接入網(wǎng)的BBU和RRU的兩級網(wǎng)絡構(gòu)架模式，5G RAN網(wǎng)絡將演進為AAU、DU、CU三級結(jié)構(gòu)。CU：重新定義為CU（Centralized Unit，集中單元），原網(wǎng)絡中BBU的非實時部分將分割出來，負責處理網(wǎng)絡非實時協(xié)議和服務功能。DU：重新定義為DU（Distribute Unit，分布單元），原網(wǎng)絡中BBU設備的其余部分功能，負責完成實時服務功能和網(wǎng)絡物理層協(xié)議處理。AAU：功能定義為AAU（Active Antenna Unit，有源天線處理單元），原網(wǎng)絡中BBU的部分物理層處理功能與原RRU合并。

5G RAN分離后，傳輸網(wǎng)也就分成了三個部分：回傳、中傳和前傳。

1.2 5G傳輸網(wǎng)絡發(fā)展趨勢

為了更好滿足5G網(wǎng)絡技術(shù)的靈活性和低時延、降低回傳負擔，5G網(wǎng)絡引入移動邊緣計算，組成更加分布式的構(gòu)架，并且核心網(wǎng)下沉和云化成為大勢所趨。

原先的EPC拆分成MEC和New Core兩部分：MEC部署在城域匯聚層或更低的接入層中小型數(shù)據(jù)中心，New Core將云化部署在城域核心層的大型數(shù)據(jù)中心，兩者之間的云化互聯(lián)需要傳輸網(wǎng)提供靈活的網(wǎng)絡適配。

MEC數(shù)量將會增加，并負責承載更多的核心網(wǎng)運算能力以及傳輸流量；而不同業(yè)務種類將回傳歸集到不同的云端，而原來基站與每個EPC建立的連接也演進為CU到云以及云到云的連接關(guān)系。

由于采用新的空中接口技術(shù)、高頻段和更寬頻譜，5G無線基站對帶寬的需求將大幅提升，預計會達到LTE網(wǎng)絡的10倍以上。

1.3 5G傳輸網(wǎng)絡部署策略

第一，需求驅(qū)動。5G傳送承載網(wǎng)的建設應以滿足5G發(fā)展基本需求為原則，根據(jù)業(yè)務需求，不斷發(fā)屬和演進，要統(tǒng)籌考慮新技術(shù)引入的時間窗口。第二，網(wǎng)隨云動。5G傳送承載網(wǎng)的建設要考慮網(wǎng)絡和業(yè)務云化的趨勢，在網(wǎng)絡規(guī)劃之初要充分考慮網(wǎng)絡超高帶寬彈性功能和每個本地網(wǎng)的特點，確保網(wǎng)絡的可擴屬性。第三，綜合承載。5G傳送承載網(wǎng)的建設也要考慮其下一代承載網(wǎng)的整體定位，實現(xiàn)包括專線在內(nèi)的綜合業(yè)務承載能力。第四，成本為重。5G建網(wǎng)要以網(wǎng)絡綜合成本（無線、承載、核心等）TCO最低為目標，尤其要通過技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)規(guī)?；苿痈哳l器件、光電子核心器件等成本的下降，方便運維。第五，網(wǎng)絡重構(gòu)。運營商要充分利用5G建設期，在協(xié)同編排器開發(fā)等多方面開展工作，逐步實現(xiàn)網(wǎng)絡重構(gòu)統(tǒng)一融合的城域綜合承載傳送網(wǎng)。

2 5G傳輸網(wǎng)技術(shù)策略

2.1 5G傳輸網(wǎng)向綜合傳輸網(wǎng)演進

5G傳輸網(wǎng)提出對于網(wǎng)絡的末端設備具備即插即用的部署性能，是一個寬帶、云專線、移動特性架構(gòu)趨同的綜合傳輸網(wǎng)，需要具備2倍以上站點和數(shù)10G至100G承載能力，以及帶寬演進、低時延、超高精度時鐘架構(gòu)基礎(chǔ)的能力，支持寬帶、移動綜合承載、專線業(yè)務等靈活演進能力。

5G傳輸網(wǎng)向綜合傳輸網(wǎng)相對應的網(wǎng)絡架構(gòu)模型演進分為：

（1）5G無線與核心網(wǎng)功能節(jié)點位置與當前寬帶承載趨同：5G New core與FBB的CR位置相當，MEC/MCE與BNG位置相當，Cloud BB和OLT位置相當。

（2）云化架構(gòu)特征趨同：BNG云化與MEC同處一朵云，因此CDN的位置可以放到城域核心CR的位置或下沉到BNG，原CR CDN調(diào)度功能由DCI取代，CDN內(nèi)容被移動/寬帶共享，通過DCI互聯(lián)網(wǎng)層實現(xiàn)內(nèi)容同步，可以提升移動用戶達到寬帶用戶的視頻等業(yè)務體驗。

（3）城域?qū)＞€覆蓋趨同：OTN設備下沉到BBU、OLT等綜合業(yè)務接入機房后，通過光纖直驅(qū)、SDH/CPE/OTN等末端小設備，接入最后1～2千米，提供大客戶專線業(yè)務，支持業(yè)務快速開通、端到端SDH/OTN硬管道業(yè)務，構(gòu)建超低時延精品城域?qū)＞€網(wǎng)絡。BNG仍然部署在區(qū)域核心機房，后續(xù)逐漸虛擬云化部署；OLT通常部署在綜合接入機房，也有小型化OLT部署在用戶小區(qū)。

（4）業(yè)界兩種主流網(wǎng)絡融合趨勢，匯聚層以上都是綜合承載：一種架構(gòu)是匯聚（OLT/Cloud BB）以上綜合承載，接入獨立承載；另外一種架構(gòu)是骨干和城域端到端綜合承載。

2.2 5G傳輸網(wǎng)低時延技術(shù)

超低時延的5G業(yè)務對傳輸網(wǎng)提出苛刻的要求。毋庸置疑，基于ROADM的光層一跳直達是實現(xiàn)超低時延的最佳首選，但是只適用于波長級的大顆粒度傳輸與交換。而對于波長級別以下的中小顆粒度，如1G/2.5G/10G/25G等，主要還是通過優(yōu)化OTN映射、封裝效率來降低時延。通過光層ROADM設備，免去了中間非必要的光電轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)網(wǎng)絡節(jié)點之間的光層直通，達到更優(yōu)方式降低時延。

在低時延技術(shù)實現(xiàn)上，根據(jù)WSS（Wavelength Selective Switching，波長選擇開關(guān)），已經(jīng)成為行業(yè)廣泛共識，這是一個典型CDC-ROADM（Colorless，Directionless &Contentionless ROADM，波長無關(guān)、方向無關(guān)、無阻塞RODAM）的技術(shù)實現(xiàn)方式，基于1xN WSS以及MCS（Multi-cast Switching，多路廣播開關(guān)）器件，通過各類WSS、耦合器、Splitter等組件支持最大20個維度方向上的任意信道上下波。

伴隨著ROADM技術(shù)的不斷演進，新一代ROADM技術(shù)將向著更高維度、簡化運維的方向發(fā)展，基于MCS技術(shù)的WSS由于分光比太大，需要采用光放大器陣列進行補償，其未來演進受到限制，尤其是難以向更高維度發(fā)展。MxN WSS技術(shù)是一個重要的發(fā)展方向。

目前商用OTN設備單點時延一般在10μs～20μs之間，主要原因是為了覆蓋多樣化的業(yè)務場景（比如承載多種業(yè)務、多種顆粒度），添加了很多非必要的映射、封裝步驟，造成了時延大幅上升。

隨著時延要求越來越高，未來在某些時延極其苛刻場景下，針對特定場景需求進行優(yōu)化，超低時延的OTN設備單節(jié)點時延可以達到1us量級。具體可以通過以下3個思路對現(xiàn)有產(chǎn)品進行優(yōu)化：針對特定場景，優(yōu)化封裝時隙；簡化映射封裝路線；簡化ODU映射復用路徑。

2.3 5G傳輸網(wǎng)超高靈活調(diào)度技術(shù)

5G時代，能夠靈活調(diào)配網(wǎng)絡資源應對突發(fā)流量是5G網(wǎng)絡關(guān)鍵特征要求。對于網(wǎng)絡的靈活帶寬特性，依據(jù)承載硬件系統(tǒng)的邏輯管道容量與傳輸業(yè)務大小的匹配度，分為兩種情況：

（1）邏輯管道大于傳輸業(yè)務顆粒度，則單個邏輯管道承載多顆粒度業(yè)務，通過ODU fl ex技術(shù)實現(xiàn)傳輸帶寬靈活配置和調(diào)整，以提高傳輸效率。（2）邏輯管道小于傳輸業(yè)務顆粒度，則需要考慮多端口綁定及帶寬分配，如FlexO技術(shù)。

對于網(wǎng)絡端到端的管理和控制，進行高效的網(wǎng)絡部署和靈活的資源動態(tài)分配，完成業(yè)務快速發(fā)放，則需要利用軟件定義網(wǎng)絡（SDN）等新型集中式智能管控技術(shù)來實現(xiàn)。

傳統(tǒng)ODUk按照一定標準容量大小進行封裝，受到容量標準的限制，容易出現(xiàn)某些較小顆粒的業(yè)務不得不用更大的標準管道容量進行封裝，造成網(wǎng)絡資源浪費。ODU fl ex，即靈活速率的ODU，能夠靈活調(diào)整通道帶寬，調(diào)整范圍為1.25G-100G，其特點有：

（1）高效承載。提供靈活可變的速率適應機制，用戶可根據(jù)業(yè)務大小，靈活配置容器容量，保證帶寬的高效利用，降低每比特傳輸成本。

（2）兼容性強。適配視頻、存儲、數(shù)據(jù)等各種業(yè)務類型，并兼容未來IP業(yè)務的傳送需求。

針對5G承載，ODU fl ex是應對5G網(wǎng)絡切片的有效承載手段，通過不同的ODU fl ex實現(xiàn)不同5G切片網(wǎng)絡在傳輸網(wǎng)上的隔離。

光層FlexGrid技術(shù)的進步，客戶業(yè)務靈活性適配的發(fā)展，催生了OTN層進一步靈活適應光層和業(yè)務適配層的發(fā)展，業(yè)界提出了FlexO技術(shù)。靈活的線路接口受限于實際的光模塊速率，同時域間短距接口應用需要低成本方案，F(xiàn)lexO應運而生。FlexO接口可以重用支持OTU4的以太網(wǎng)灰光模塊，實現(xiàn)N*100G短距互聯(lián)接口，使得不同設備商能夠通過該接口互聯(lián)互通。FlexO提供一種靈活OTN的短距互聯(lián)接口，稱作FlexO Group，用于承載OTUCn，通過綁定N*100G FlexO接口實現(xiàn)，其中每路100G FlexO接口速率等同于OTU4的標準速率。

其中最主要和最有價值的用例是BoD（Bandwith on Demand即帶寬隨需發(fā)放）：TSDN控制器掌控全網(wǎng)設備信息，客戶通過終端預訂帶寬服務，而且在后臺對網(wǎng)絡資源進行自動調(diào)配，業(yè)務的速度轉(zhuǎn)發(fā)得以實現(xiàn)。這種服務可以提升網(wǎng)絡資源利用率和客戶帶寬體驗，很好地滿足企業(yè)云專線和云數(shù)據(jù)中心互聯(lián)提出的動態(tài)按需大帶寬的需求。TSDN還可以配合OTN時延測量技術(shù)，實現(xiàn)進行最短時延路徑的管理、保護、尋找、規(guī)劃等操作，并全網(wǎng)時延信息可視化。

3 結(jié)束語

5G將形成一個全球統(tǒng)一融合的通信標準，5G網(wǎng)絡對傳輸網(wǎng)綜合性能提出更具嚴格的需求，傳送網(wǎng)絡性能不僅要具備高效的動態(tài)按需切分應用的能力，還需要與無線網(wǎng)絡及上層的IP協(xié)同起來，實現(xiàn)協(xié)同和跨域跨層的帶寬，實現(xiàn)端到端的數(shù)據(jù)服務參數(shù)要求，以滿足不同業(yè)務的帶寬不同傳輸承載要求。對5G傳輸應用進行技術(shù)和指標優(yōu)化、引入硅光新技術(shù)等方式實現(xiàn)成本大幅度降低，而5G傳輸對于新型傳輸設備的大量需求也將為這些技術(shù)的實現(xiàn)提供可能。