OTN技術(shù)在5G傳送網(wǎng)中的應(yīng)用

普天信息工程設(shè)計(jì)服務(wù)有限公司 李果 胡濤

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，5G通信技術(shù)成為重要的發(fā)展焦點(diǎn)，并且各國都非常重視5G技術(shù)的研發(fā)。由于5G技術(shù)可以提高信息傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)量，因此具有廣闊的應(yīng)用前景，同時也將產(chǎn)生更大的商業(yè)價值。國內(nèi)已有多家企業(yè)開發(fā)了5G技術(shù)，并處于逐步推廣階段。本文分析了OTN技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)及優(yōu)勢，提出該技術(shù)在5G傳輸網(wǎng)中的應(yīng)用策略思考，以供5G傳輸網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)參考。

1 OTN技術(shù)概念

中國信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，相對的客戶需求也在急劇增加。多樣化和高帶寬是通信行業(yè)的標(biāo)志，如何接入各種業(yè)務(wù)，傳輸高帶寬業(yè)務(wù)是通信運(yùn)營面臨的主要問題。目前的通信傳輸技術(shù)是基于SDH技術(shù)，但是SDH技術(shù)的弱點(diǎn)是在業(yè)務(wù)需求方面逐漸不足。SDH技術(shù)是具有良好的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理、編程和保護(hù)能力。主要是由VC12、VC4等業(yè)務(wù)完成，整個SDH網(wǎng)絡(luò)最大容量為10GE。面對多元化和高帶寬業(yè)務(wù)，其技術(shù)能力逐漸不足。OTN是一種基于光層技術(shù)，具有多波長傳輸和大粒子編程的應(yīng)用能力，結(jié)合SDH和WDM的技術(shù)優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)電/光層子波長交叉編程，具有SDH技術(shù)字節(jié)、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和管理能力等，并且催生了強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和管理新一代，提供了多樣化和高帶寬的現(xiàn)代化傳輸網(wǎng)絡(luò)。OTN設(shè)備將波長級別的編程和保護(hù)成為可能，也是一種可行的應(yīng)用方法[1]。

2 OTN的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢

OTN技術(shù)是基于SDH和WDM的傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。SDH同步數(shù)字系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn)定義的，并為以不同速率傳輸信號提供了適當(dāng)?shù)男畔⒔Y(jié)構(gòu)。信息結(jié)構(gòu)層為STM-N同步傳輸模塊。SDH技術(shù)體系包括同步、復(fù)用和映射等標(biāo)準(zhǔn)，以及光接口和強(qiáng)大的網(wǎng)管特性，具有高可靠性和多樣性的保護(hù)功能。WDM波分復(fù)用是將兩個或多個不同波長的光信號通過復(fù)用技術(shù)合并到光纖中，在接收端使用解復(fù)用將信號分離并恢復(fù)。WDM波分復(fù)用技術(shù)是在同一根光纖上傳輸多個不同的光信號。每個波長通道采用頻域劃分，波長通道占用一部分帶寬。WDM根據(jù)信道間隔的不同，進(jìn)一步分為稀疏波分復(fù)用和密集波分復(fù)用。

3 5G業(yè)務(wù)場景對傳送的需求

5G業(yè)務(wù)按照當(dāng)今的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，eMBB（增強(qiáng)移動寬帶）業(yè)務(wù)是初步應(yīng)用，隨著市場需求的發(fā)展，未來業(yè)務(wù)將快速落地。不同的業(yè)務(wù)場景對回傳提出了不同的要求。OTN技術(shù)在5G承載網(wǎng)中的應(yīng)用給網(wǎng)絡(luò)帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。帶寬是5G網(wǎng)絡(luò)重要的技術(shù)，增強(qiáng)型寬帶支持網(wǎng)絡(luò)需要滿足10倍以上的帶寬需求。大規(guī)模機(jī)器通信對服務(wù)時延和響應(yīng)不同，這就需要網(wǎng)絡(luò)根據(jù)實(shí)際情況合理分配資源，進(jìn)而提供強(qiáng)大的資源配置。超低時延和高可靠通信需要網(wǎng)絡(luò)以低時延和高精度來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。因此，5G網(wǎng)絡(luò)需要配備準(zhǔn)確的時間測量。在5G核心網(wǎng)絡(luò)上使用功能虛擬化和軟件定義網(wǎng)絡(luò)需要配備基礎(chǔ)設(shè)施來進(jìn)行資源共享。

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

4.1 OTN技術(shù)在5G傳輸網(wǎng)的應(yīng)用

CU和DU之間的中間傳輸基于環(huán)網(wǎng)，5G傳輸中的中介傳輸采用OTN技術(shù)傳輸，可以大幅度提高寬帶，減少延遲時間，實(shí)現(xiàn)光通道保護(hù)功能，不斷提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。不同的位置會包含不同的DU容量，傳輸點(diǎn)也會有不同的傳輸?？梢詫?shí)現(xiàn)系統(tǒng)能力的匹配和滿足，幫助站點(diǎn)進(jìn)行更新和擴(kuò)展，以適應(yīng)不同配置。如果OTN集成包升級，可以實(shí)現(xiàn)CU站點(diǎn)的信息采集，也讓系統(tǒng)運(yùn)行更加靈活，DU站點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)信息的匯聚。需要注意的是，OTN在5G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，必須建立監(jiān)控體系，監(jiān)控系統(tǒng)的目的是保證OTN應(yīng)用都能處于科學(xué)穩(wěn)定的狀態(tài)，確保關(guān)鍵點(diǎn)都做到了，最終可以提高5G傳輸建設(shè)質(zhì)量水平，滿足人員的工作要求。

4.2 OTN技術(shù)在5G傳輸回程應(yīng)用

隨著5G傳輸發(fā)展和推廣，開展城域網(wǎng)流量的傳輸，主要有DC到POP的南北及東西向流量。在5G傳輸網(wǎng)建設(shè)中，要注意實(shí)現(xiàn)回程網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)和一體化業(yè)務(wù)。結(jié)合這些需求，需要合理使用OTN光傳送網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)多個DC間的高速互聯(lián)，構(gòu)建一個資源池，根據(jù)DC的需求和配置要求配置帶寬。套餐升級發(fā)布后，需加強(qiáng)5G回傳網(wǎng)絡(luò)的功能，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)聚合和轉(zhuǎn)發(fā)。該技術(shù)的應(yīng)用可保證在業(yè)務(wù)傳輸?shù)碾A段，延遲會更少，并且容量更大。OTN技術(shù)在5G傳輸回程應(yīng)用，必須是需要加強(qiáng)重視考慮的問題，在運(yùn)營中必須投入足夠的時間，提高5G傳輸建設(shè)水平，滿足工作發(fā)展要求。

4.3 OTN技術(shù)5G前傳承載技術(shù)

無源波分復(fù)用技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是利用無線設(shè)備發(fā)射光源進(jìn)行光通信。隨著業(yè)務(wù)需求的增長，5G承載側(cè)光纖需要提供單纖雙向功能，以滿足單基站僅配置一根光纖的需求，實(shí)現(xiàn)前傳承載解決方案的目標(biāo)。以100G級別帶寬配置為例，50G×2雙波長光模塊配置，配置應(yīng)用效果好，前傳技術(shù)成熟，具有性能優(yōu)勢明顯和投資成本低的發(fā)。25×4100GLR4光模塊配置應(yīng)用效果好，前傳性能也具有一定的優(yōu)勢，但投資成本較高。配置100G單波光模塊制定配置該模塊方案，但其性能需要詳細(xì)的評估。

4.4 基于OTN技術(shù)的L0光層組網(wǎng)

5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍是局域網(wǎng)或城域網(wǎng)，與長距離傳輸相比，范圍相對較短。城域網(wǎng)包括匯聚層、接入層和核心層。城域網(wǎng)匯聚層配置波分設(shè)備，兼顧網(wǎng)絡(luò)的低成本。匯聚層的環(huán)網(wǎng)經(jīng)過初步規(guī)劃設(shè)計(jì)計(jì)算，得出匯聚層環(huán)網(wǎng)的帶寬需求層，應(yīng)滿足500G到1000G的范圍。光層網(wǎng)絡(luò)選用波段密集型光波復(fù)用和可重構(gòu)光設(shè)備模型，電路層通過點(diǎn)對點(diǎn)連接，點(diǎn)ODU配置OTN。匯聚層鏈?zhǔn)椒桨竿ㄟ^初步規(guī)劃設(shè)計(jì)得出匯聚層鏈?zhǔn)椒桨附尤雲(yún)R聚點(diǎn)帶寬應(yīng)在100G到200G之間。光層根據(jù)基于25G或100G-BasedLR-4模塊配置，為網(wǎng)絡(luò)選擇低成本的光波復(fù)設(shè)備。

4.5 OTN技術(shù)的L1層鏈路和轉(zhuǎn)發(fā)

基于OTN技術(shù)的L1轉(zhuǎn)發(fā)通過交叉光纖分配單元進(jìn)行，集成光纖分配Flex技術(shù)的應(yīng)用，可以形成各種帶寬，形成集成光纖分配單元通道，完成傳輸線路?；贠TN技術(shù)與靈活的光纖分配相結(jié)合，為實(shí)現(xiàn)5G切片功能提供了可能。為實(shí)現(xiàn)5G運(yùn)營低時延和低成本的終極目標(biāo)，推出基于OTN技術(shù)的優(yōu)化運(yùn)營商技術(shù)方案。該方案在繼承原有OTN的高性價比功能和復(fù)用結(jié)構(gòu)的前提下，考慮5G運(yùn)營商業(yè)務(wù)需求，在原有OTN基礎(chǔ)上增加50G和25G連接端口。

4.6 構(gòu)建專業(yè)技術(shù)應(yīng)用體系

要確保OTN技術(shù)在5G傳輸建設(shè)中發(fā)揮有效的作用，必須構(gòu)建技術(shù)應(yīng)用體系。搭建本應(yīng)用系統(tǒng)是為后續(xù)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，有效的前提可用于基于進(jìn)行比較調(diào)整。技術(shù)點(diǎn)完成后，5G傳輸網(wǎng)的最終層面才能真正發(fā)揮作用。在實(shí)際操作中，專業(yè)人員要根據(jù)工作發(fā)展，制定有針對性的措施，步驟需要合理化，處理相應(yīng)的問題，真正保證技術(shù)的有效性。專業(yè)技術(shù)系統(tǒng)建設(shè)后，要深入開展系統(tǒng)檢查工作。應(yīng)用系統(tǒng)檢查目的是確保系統(tǒng)能夠真正工作，一旦在檢查中發(fā)現(xiàn)問題，就應(yīng)采取措施加以解決，從根本上提高OTN技術(shù)應(yīng)用水平，使其在5G傳輸網(wǎng)絡(luò)中真正發(fā)揮重要的作用。

5 5G承載網(wǎng)OTN規(guī)劃

5.1 光傳輸方案及其實(shí)施依據(jù)

隨著現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)基本承載要求的提高，光傳輸方案顯得尤為重要。光傳送網(wǎng)由前傳網(wǎng)、回傳網(wǎng)和核心網(wǎng)組成。從5G技術(shù)的發(fā)展來看，無論是前傳網(wǎng)絡(luò)、回傳網(wǎng)絡(luò)甚至核心網(wǎng)，OTN發(fā)展都將面臨更大的挑戰(zhàn)。如果在實(shí)際操作中使用前傳傳輸技術(shù)，需要不斷完善無線前傳網(wǎng)有線接口。還需要注意的是，5G發(fā)展現(xiàn)階段還沒有達(dá)到端到端指標(biāo)的系統(tǒng)規(guī)劃，因此，5G技術(shù)的發(fā)展和實(shí)施需要關(guān)注OTN規(guī)劃問題。

5.2 與其他網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)

5G承載網(wǎng)配備IP承載網(wǎng)，在5G中科學(xué)實(shí)現(xiàn)各網(wǎng)絡(luò)之間的相互協(xié)作和信息協(xié)作，是5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營基礎(chǔ)下發(fā)展的主要內(nèi)容之一。是5G網(wǎng)絡(luò)所采用的SDN/NFV架構(gòu)，側(cè)重于各網(wǎng)絡(luò)層的交互，將成為OTN系統(tǒng)自身發(fā)展中的內(nèi)容，需要從根本上加以重視。與其他系統(tǒng)相比，OTN系統(tǒng)具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，OTN和SDH管理能力相對相同，OTN光通道層結(jié)構(gòu)提高了信息監(jiān)控能力，并且還可以幫助OTN實(shí)現(xiàn)端到端的監(jiān)控提升，從而加強(qiáng)信號傳輸能力。

5.3 低時延與靈活方案

端到端的超低毫秒速率是發(fā)展5G的基本要求，5G要求系統(tǒng)具有一定的靈活性。OTN廣域網(wǎng)有一定的延遲，主要是光纖鏈路不能滿足系統(tǒng)要求。在實(shí)際解決中，需要更換硬鏈接，最重要的問題是電層信號處理。在FEC和DSP處理中，延遲時間與信號傳輸呈負(fù)相關(guān)，如何在保證信號傳輸?shù)耐瑫r減少延遲是解決問題的關(guān)鍵。另外，OTN技術(shù)通過調(diào)整帶寬來解決精度和靈活性[2]。

6 5G綜合化本地OTN承載組網(wǎng)策略

6.1 OTN演進(jìn)策略分析

基于目前的行業(yè)共識，除了對時延要求高的業(yè)務(wù)外，5G業(yè)務(wù)的帶寬和時延要求可以擴(kuò)展以滿足支撐技術(shù)要求，但需做一定的優(yōu)化并且模型中需要轉(zhuǎn)換。帶寬要求一般比較容易滿足，通過OTN或在接入層采用25G/50GRAN技術(shù)，可將網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬提升一個數(shù)量級。延遲要求比較難實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)層次的提高會導(dǎo)致光纜傳輸時延或網(wǎng)元處理時延程度不同，剛性管道面臨帶寬利用率和柔性管道。在時間延遲的確定性上都有缺點(diǎn)，對于端到端幾毫秒的延遲需求，需要網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。還需要考慮網(wǎng)絡(luò)成本、帶寬利用率和低延遲需求之間的關(guān)系。支撐網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)應(yīng)該是一個大型的二層網(wǎng)絡(luò)，將業(yè)務(wù)融合在一起傳輸。OTN演進(jìn)思路主要包括扁平化光網(wǎng)絡(luò)、建設(shè)網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)重組，降低網(wǎng)絡(luò)層次和端到端傳輸時延來降低復(fù)雜度。通過網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，提高有效容量和彈性。OXC設(shè)備用于構(gòu)建2.0全光網(wǎng)絡(luò)，或基于WSS的ROADM網(wǎng)絡(luò)，或兩者的組合。建立管道、光纜網(wǎng)絡(luò)和空間資源等基礎(chǔ)物理資源，避免雙絞線和擁塞等超大環(huán)路鏈路對業(yè)務(wù)帶寬時延等效率造成不良影響。將適應(yīng)各類業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)本地運(yùn)營部署為網(wǎng)絡(luò)實(shí)體，通過邏輯層實(shí)現(xiàn)光+IP。OTN網(wǎng)絡(luò)光層提供業(yè)務(wù)端到端超大帶寬和直通能力，基于OSU統(tǒng)一交換技術(shù)的大容量通用矩陣，可實(shí)現(xiàn)靈活高效的各種業(yè)務(wù)承載模型。因此，統(tǒng)一的OTN網(wǎng)絡(luò)在邏輯上分為光層和分組層，以滿足不同業(yè)務(wù)需求。光層面向波長級別的大粒子傳輸，性能允許下提供直接路徑，減少中間資源的使用，減少投資和傳輸延遲。ODUk層對大顆粒的嚴(yán)格傳輸要求，根據(jù)業(yè)務(wù)要求和資源調(diào)度要求，在功率層進(jìn)行傳輸和采集，分組層面向底層業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)帶寬的最佳利用。

6.2 5G本地OTN支持模式

基于統(tǒng)一物理網(wǎng)絡(luò)中的邏輯子網(wǎng)劃分，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大連續(xù)的傳輸網(wǎng)絡(luò)共享功能，以單載波統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)和智能管適配的傳輸能力，傳輸和傳遞在波平面上分為邏輯層次，混合信道規(guī)劃，通過NNI接口和OTN接入，實(shí)現(xiàn)端到端的開放端和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維，下一個OTN將建立在全光網(wǎng)絡(luò)上。加快引入200G/400G等設(shè)備和高速鏈路，提高傳輸能力；網(wǎng)絡(luò)隨云移動完成覆蓋，打通5G核心網(wǎng)與云資源的傳輸瓶頸；升級現(xiàn)有的WSS-ROADM網(wǎng)絡(luò)，推動光層部署改善網(wǎng)絡(luò)，有效降低時延，進(jìn)一步提高運(yùn)維能力；利用T-SDN技術(shù)提升管理智能化和調(diào)度。

6.3 低時延5G扁平化網(wǎng)絡(luò)支撐模型

不同業(yè)務(wù)對延遲的需求有的不同特征，如債券和期貨交易，對延遲非常敏感。物聯(lián)網(wǎng)如智能駕駛和智能工業(yè)化對時延要求在3ms～100ms左右，基于業(yè)務(wù)類型不同，時延要求從大約幾毫秒到幾十毫秒，對于不同類型的業(yè)務(wù)帶寬和網(wǎng)絡(luò)時延直接影響業(yè)務(wù)的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)吞吐量，是業(yè)務(wù)質(zhì)量的體現(xiàn)。延遲需要幾毫秒到數(shù)百毫秒。由于物理原理，每公里光纜距離的傳播延遲為0.005ms；延遲是目前業(yè)務(wù)中最重要的部分。處理時延是在整個傳輸中所經(jīng)過的板載卡和設(shè)備的處理時延，如封裝、級聯(lián)、服務(wù)和容器交叉等。主要優(yōu)化步驟是制定有針對性的優(yōu)化措施，準(zhǔn)確分析上述延遲因素的影響，進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化步驟，如在網(wǎng)絡(luò)層面流量線路滲透率普遍超過50%，業(yè)務(wù)逐層路由，導(dǎo)致業(yè)務(wù)路徑較長，交換網(wǎng)元數(shù)量過多，在延遲方面造成不必要的成本。OTN網(wǎng)絡(luò)提供的傳輸線將原有的多層架構(gòu)的載波網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)楸馄交慕Y(jié)構(gòu)，從而優(yōu)化傳播時延和處理時延。

7 結(jié)語

綜上所述，在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)程中，OTN技術(shù)發(fā)揮著重要的作用，也是5G發(fā)展的重要基礎(chǔ)。因此，在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和規(guī)劃程中，需要具備統(tǒng)一的多傳輸能力和靈活的調(diào)度能力。OTN技術(shù)的合理應(yīng)用可以為5G發(fā)展注入新的動力，實(shí)現(xiàn)智能光網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展。