OTN技術(shù)在5G傳送網(wǎng)中的應(yīng)用

李 婭

（中國廣電山東網(wǎng)絡(luò)有限公司，山東 濟(jì)南 250013）

0 引 言

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的普及和國內(nèi)通信產(chǎn)業(yè)技術(shù)的全面變革，智慧城市建設(shè)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以及智能終端等多場景應(yīng)用逐漸在各個行業(yè)中發(fā)揮重要作用。5G傳送網(wǎng)因其可移動通信場景業(yè)務(wù)、傳輸速率高以及較低延時性等優(yōu)勢，為拓寬互聯(lián)網(wǎng)+產(chǎn)業(yè)鏈與發(fā)展人工智能（Artificial Intelligence，AI）產(chǎn)業(yè)等奠定基礎(chǔ)[1]。只有不斷完善傳輸承載網(wǎng)結(jié)構(gòu)功能，強(qiáng)化傳送網(wǎng)技術(shù)支撐與架構(gòu)設(shè)計等，才能使5G傳輸網(wǎng)不斷滿足智慧城市與工業(yè)高速發(fā)展的需求。對于5G傳送網(wǎng)來說，不同業(yè)務(wù)情境的承載要求具有一定差異性。其中，增強(qiáng)移動寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）具有快速分組轉(zhuǎn)發(fā)能力、大寬帶以及大容量的要求，超高可靠與低時延通 信（Ultra Reliable Low Latency Communication，uRLLC）必須保證時延在1 ms以內(nèi)，海量機(jī)器類 通 信（massive Machine Type of Communication，mMTC）則要求大規(guī)模服務(wù)的聚合交叉調(diào)度能力，并保證實(shí)時訪問。由此就需要匹配一種既能滿足5G特性又比較成熟的承載技術(shù)。光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network，OTN）技術(shù)融合了Windows驅(qū)動模型（WDM）與同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）兩者的優(yōu)勢，是現(xiàn)階段5G傳送網(wǎng)的最佳選擇[2]。本文主要探討5G傳送網(wǎng)對OTN技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

1 OTN技術(shù)概念

我國信息產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的現(xiàn)階段，客戶需求也隨之增加。對于通信行業(yè)來說，高寬帶、多樣化是其標(biāo)志之一。如何接入相關(guān)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)高帶寬的傳輸，是現(xiàn)階段通信運(yùn)營業(yè)務(wù)需要解決的重要問題。當(dāng)前的通信傳輸技術(shù)以同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）技術(shù)為基礎(chǔ)，而SDH技術(shù)的優(yōu)勢在于網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理、保護(hù)與編程能力較好，不足之處主要是業(yè)務(wù)需求較小。光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network，OTN）是以光層技術(shù)為基礎(chǔ)，具有大粒子編程與多波長傳輸功能的一種傳輸技術(shù)[3]，結(jié)合了WDM與SDH兩者的技術(shù)優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)光層與電層子波長的交互編程，可有效管理SDH技術(shù)字節(jié)，為網(wǎng)絡(luò)管理維護(hù)提供了高帶寬與多樣化傳輸網(wǎng)絡(luò)。

2 OTN的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢

從根本上說，OTN技術(shù)是以WDM與SDH為基礎(chǔ)的傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其中SDH同步數(shù)字系統(tǒng)屬于標(biāo)準(zhǔn)定義，為信號傳輸提供了信息結(jié)構(gòu)，而信息結(jié)構(gòu)層是同步傳送模塊等級N（Synchronous Transport Module level-N，STM-N）的傳輸模塊[4]。SDH技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)包括映射、同步以及復(fù)用等，具有光接口與網(wǎng)管特性，對信號傳輸具有多樣性與高可靠性保護(hù)功能。而WDM波分復(fù)用則是在光纖內(nèi)利用復(fù)用技術(shù)合并兩個以上不同波長的光信號，用解復(fù)用在接收端分離信號。WDM波分復(fù)用技術(shù)將不同光信號傳輸于同一光纖中，通常各波長會選擇頻域劃分，而波長通道會占用帶寬[5]。OTN技術(shù)對多樣化開銷字節(jié)進(jìn)行了定義，開銷與管理維護(hù)能力強(qiáng)大。為滿足5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用特性，承載網(wǎng)絡(luò)需要滿足穩(wěn)定性好、容量大以及時延小等更多要求，因此合理選擇光傳輸方案至關(guān)重要。而OTN技術(shù)的超大容量寬帶傳輸與大顆粒帶寬復(fù)用特性符合5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求，OTN改進(jìn)節(jié)點(diǎn)，能夠降低由于長距離組網(wǎng)而導(dǎo)致的時間延遲。

3 5G業(yè)務(wù)場景對傳送的需求

當(dāng)前，5G傳送網(wǎng)所處理的應(yīng)用場景主要分為超高可靠與低時延通信（Ultra Reliable Low Latency Communication，uRLLC）、增強(qiáng)移動寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）以及海量機(jī)器類通信（massive Machine Type of Communication，mMTC）三類。

基于現(xiàn)階段技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)分析，eMBB業(yè)務(wù)還在初步應(yīng)用階段。隨著近些年市場需求與技術(shù)水平的不斷提升，mMTC與uRLLC業(yè)務(wù)逐漸被廣泛應(yīng)用于未來傳送網(wǎng)中。三大業(yè)務(wù)場景也將更多新要求賦予回傳網(wǎng)絡(luò)，由此就給承載網(wǎng)帶來更大需求壓力與挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)如下：

（1）作為5G傳送網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，移動寬帶承載網(wǎng)必須滿足現(xiàn)階段超過10倍的寬帶需求[6]；

（2）uRLLC、eMBB以及大規(guī)模機(jī)器通信等業(yè)務(wù)場景對服務(wù)應(yīng)答、時延等有差異化要求，由此，互聯(lián)網(wǎng)必須根據(jù)實(shí)際情況對信道資源進(jìn)行科學(xué)分配，從而提供超強(qiáng)配備能力；

（3）可靠通信與超低演示要求承載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該滿足高精度與低延時目標(biāo)，因此5G承載網(wǎng)絡(luò)必須配備精度較高的時間測量；

（4）虛擬化部署環(huán)節(jié)，5G核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化要求配備特定設(shè)施，從而滿足資源共享需要。

隨著5G基站數(shù)量不斷增多，為了控制基礎(chǔ)建設(shè)成本，需要不斷提高通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，進(jìn)一步擴(kuò)充無線接入網(wǎng)，以保證5G基站建設(shè)符合業(yè)務(wù)發(fā)展需求。

4 5G傳輸網(wǎng)絡(luò)對OTN技術(shù)的應(yīng)用

5G傳輸網(wǎng)絡(luò)的部署主要分為三部分，即前向傳輸（簡稱前傳）、中間傳輸（簡稱中傳）以及反向傳輸（簡稱回傳）。其中，5G網(wǎng)前傳位于基站控制器分布式單元（Distributed Unit，DU）和基站有源天線單元（Active Antenna Unit，AAU）之間，5G網(wǎng)中傳位于集中單元（CentralizedUnit，CU）與DU之間；而回傳網(wǎng)絡(luò)則位于核心網(wǎng)與CU之間，是鏈接5G接入網(wǎng)與核心網(wǎng)的重要紐帶。5G網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 5G傳送網(wǎng)整體架構(gòu)示意圖

4.1 5G網(wǎng)前傳對OTN技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)階段，5G前傳采用無源波、光纖直驅(qū)兩大方案。其中，光纖直驅(qū)屬于分布式基站承載模式，也就是說，在基帶處理單元（Building Base band Unit，BBU）、射頻拉遠(yuǎn)模塊（Remote Radio Unit，RRU）之間選擇直纖實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)傳輸，組網(wǎng)與施工比較簡單，然而所消耗光纖資源比較高，而且具有較高鋪設(shè)成本。無源波主要是依照各站型需求，配置點(diǎn)對多點(diǎn)的6～18波設(shè)備，有助于節(jié)約光纖，同時也能夠解決光纖直驅(qū)所存在的資源問題。然而，該方案組網(wǎng)比較單一，寬帶與容量依舊無法滿足5G基站發(fā)展需求[7]。

隨著近些年網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求量持續(xù)增加，小型OTN所承載的5G前送應(yīng)運(yùn)而生，使用3～15路匯聚小型OTN，能夠配置200 Gb·s-1速率的帶寬，實(shí)行方案為：

（1）配置 25 Gb·s-1×4的光模塊，這一模塊有良好的性能與效果，缺點(diǎn)是投入成本較高；

（2）配置 50 Gb·s-1×2雙波長光模塊，這一模塊具有良好應(yīng)用效果，且技術(shù)較為成熟，具有顯著性能優(yōu)勢，且具有較低的成本投入；

（3）配置單波長模塊，容量為 100 Gb·s-1，這一模塊屬于新產(chǎn)品，有待深入研究其穩(wěn)定性。

通過OTN技術(shù)承載5G前傳，與無源波分相比，能夠擺脫傳統(tǒng)設(shè)備束縛，可實(shí)現(xiàn)靈活、獨(dú)立部署，而且能夠?qū)崿F(xiàn)4G和5G之間的網(wǎng)絡(luò)互通，網(wǎng)絡(luò)兼容性比較強(qiáng)，有助于實(shí)現(xiàn)傳送網(wǎng)改造，同時與多網(wǎng)絡(luò)并存。

4.2 5G網(wǎng)中傳對OTN技術(shù)的應(yīng)用

通常，5G傳送網(wǎng)會將BBU進(jìn)行分布單元（Distributed Unit，DU）、 集 中 單 元（Centralized Unit，CU）的劃分，這兩者的傳輸一般會選擇環(huán)形網(wǎng)絡(luò)方式。5G中傳通過OTN技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息的傳送，有助于提高寬帶應(yīng)用水平，縮短寬帶傳輸時間，而且有助于改善系統(tǒng)穩(wěn)定性。全網(wǎng)交叉連接的靈活性能夠與各系統(tǒng)容量相匹配，有助于站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立擴(kuò)展與升級，最終滿足最優(yōu)容量配置。而繼承分組強(qiáng)化能力的OTN技術(shù)可以在某種程度上采集CU站點(diǎn)信息，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性，實(shí)現(xiàn)DU站點(diǎn)信息的全面匯聚[8]。

4.3 5G網(wǎng)回傳對OTN技術(shù)的應(yīng)用

從根本上說，5G傳送網(wǎng)若想實(shí)現(xiàn)大流量傳輸城域網(wǎng)，核心在于回傳網(wǎng)所采用的傳輸技術(shù)。通過OTN技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳送，能夠有效連接5G所承載的相關(guān)信息數(shù)據(jù)，達(dá)到DC端高速連接的目的，建設(shè)寬帶資源庫，與DC業(yè)務(wù)需求相結(jié)合，對寬帶進(jìn)行合理調(diào)整和配置。集成分組E-OTN技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)5G回傳互聯(lián)網(wǎng)承載能力的提升，而且有助于降低L0-L1的傳輸時延，增加5G承載容量，同時還能支持L2-L3的靈活轉(zhuǎn)發(fā)與流量聚合。

除此之外，網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)可分層展開，尤其是環(huán)形匯聚層建設(shè)。通常，匯聚層成環(huán)帶寬需求保持在500～1 000 Gb·s-1的范圍，在光層選C波段N×25 Gb·s-1/100 Gb·s-1密集型光波對設(shè)備 ROADM 分插復(fù)用組網(wǎng)，而電層則通過配置OTN實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)ODU路徑相連。核心層中選擇智能控制平面，以實(shí)現(xiàn)資源動態(tài)管理與端到端業(yè)務(wù)部署等功能，以有效保護(hù)動態(tài)路由，提高網(wǎng)路安全和穩(wěn)定性。

5 結(jié) 語

OTN技術(shù)是面向5G傳送網(wǎng)承載優(yōu)化的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，現(xiàn)階段已具備網(wǎng)絡(luò)切片、ODUK顆粒劃分、Flex接口以及分組處理等能力，支持5G傳送網(wǎng)端到端的組網(wǎng)需求。該技術(shù)的目標(biāo)是將低功耗、低成本以及低時延的業(yè)務(wù)承載方案提供給下一代城域網(wǎng)。在5G傳送網(wǎng)中應(yīng)用OTN技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)低時延、大帶寬以及開放管理接口等功能，使5G傳送網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)承載需求得到滿足，不僅能夠?yàn)?G傳送網(wǎng)提供端對端透明傳輸，而且可提供距離比較長的數(shù)據(jù)傳送和大容量靈活組網(wǎng)。因此，OTN技術(shù)用于5G傳送網(wǎng)的優(yōu)勢非常明顯，而且在5G傳送網(wǎng)未來發(fā)展中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。