基于OTN 的5G 承载网建设策略探讨

2020-12-31冯锴

数字通信世界 2020年7期

冯锴

（广州杰赛科技股份有限公司，广州 510310）

0 引言

近年来，随着经济社会的不断向前发展，网络信息量急剧增加，而网络信息的安全越来越受到政府、运营商和企业的重视。个人信息泄露、网络信息诈骗事件的不断发生，已经严重危害了我国人民群众的生活、工作以及生命安全。在当前信息发展的形势下，亟需建立健全的安全预警分析机制，来应对新形势、新环境下的信息安全威胁因素。自动驾驶、互联网、LOT、AR/VR 等业务，控制面与用户面分离的5G 核心网等新架构，都需要承载网，支持大带宽、低时延、同步、灵活性、协同等特性，这些都给5G 承载网带来了巨大挑战。OTN却可以满足其中大部分的需求，所以是5G 承载技术的最佳选择。

1 业务需求分析

5G 网络必须要求承载网要满足0.1-1Gbps 用户体验速率、每平方公里100万的连接密度、每平方公里数十T 的流量密度、毫秒级的端到端时延、数十Gbps 峰值速率及每小时500KM 以上的移动性要求，承载网面临巨大的挑战就是业务带宽迅速增加，、网络组网更灵活，移动性管理更加高效和网络体系更加安全。

2 5G 时代组网模式分析

（1）5G 网络逻辑架构剖析。5G 网络逻辑架构设计分为3层：灵活组网的无线接入云、智能开放的控制云和高效低成本的控制云。第一，接入云支持集中、无线MESH 等多种场景部署、灵活的组网功能和接入资源协调管理、接入控制和承载分离；第二，控制云主要是支持集中化网络控制功能，并且支持网元功能软件化、虚拟化、可重构；第三，转发云具有剥离控制功能以及支持近基站转发，同时具有业务能力和转发能力。

（2）5G 承载网的组网架构。无线接入网络由4G 的BBU、RRU 两级结构演进到5G 的AAU、DU 和CU 三级结构。CU 主要事为了实现非实时的无线高层协议栈功能，并且支持部分核心网业务的下沉和边缘业务的有关部署，而DU 主要是为了满足实时性需求和实现物理层功能。

3 5G 承载技术及方案应用

3.1 前传承载方案

（1）光纤直联方案。在光纤直联方案中，每一个无线设备AAU 和DU 之间都是通过光纤直联，并且方案实现比较简单，但存在的问题就是需要很多光纤资源。5G 网络初期，一个5G 基站3 个Cell，要需要6 根光纤（单纤单向）或3根光纤（单纤双向），3G/4G/5G 共址站，光纤必须还需要累加3G/4G 基站所需的尾纤；在5G 网络成熟期（高频组网或低频增点）：则需要更多的光纤资源。根据统计预计，5G 时代的光纤用量将比4G 时代的光纤用量多16倍。

（2）无源WDM 方案。在无线设备AAU 和DU 上安装彩光模块，利用1对光纤甚至1根光纤实现多个AAU到DU 之间的连接。虽然节省光纤用量，但还存在以下几个缺点：第一、波长通道数受到限制；第二，波道规划和管理困难；第三，运维困难；第四，故障定位困难。

（3）有源OTN 方案。有源OTN 方案在AAU 和DU机房配置城域OTN/WDM 设备，多个前传信号要通过WDM 共享光纤资源，并利用OTN 开销来实现管理和保护。这个方案所具有的优势就是组网比较灵活，并且支持星型、链型、环型组网；大带宽，单通道速率可以达到10G/25G/50G/100G/200G；并且同时支持CPRI、兼容4G 和5G 多制式前传；支持LOS/LOF/BDI/BEI/AIS/FEC/PT/TTI/DM 等多种OAM 机制；支持ns 级别同步精度；支持移动宽带、固网宽带等多业务的统一调整；还支持光层保护和电层保护，比较安全可靠。但是成本比较高，未来科技可以通过非相干超频技术和低成本的可插拔光模块来降低成本。

（4）光源集中无源DWDM 方案。AAU 和RRU 侧插入的光模块并不含光源，在CO 集中设置光源，向每个无源模块节点输送不带调制的直流光信号，无源模块通过接收CO 的连续光波并调制成为信号光后，可以返回CO 节点进行业务上行。光源集中无源DWDM 方案的优点就是可以节省光纤资源，在降低成本、提高性能等方面优势比较明显。无源WDM 方案、光源集中无源DWDM 方案、有源OTN 方案所面临的一个共同挑战就是降低时延，来实现5G 前传时延100us 的指标要求。

（5）超低时延OTN。OTN 时延优化措施包括以下几个方面：第一，针对5G 前传场景、以及旁路芯片内不必要的功能模块和FIFO 缓存，包括FIFO 缓存的深度和资源调度进行优化；第二，优化OTN 成帧结构和映射封装方式，采用更大的支路时隙（TS）。5G 前传的方案中，光纤直联技术适用光纤资源丰富情况下的地区，而无源WDM 方案、光源集中无源DWDM 方案、有源OTN 方案及超低时延OTN，则适用于光纤资源比较紧张的地区。

3.2 中传/回传承载方案

5G 中传和回传对于承载网需求都是一致，可以采用统一的承载方案。OTN 具有灵活的组网方案、节省光纤资源、电信级运维管理及较为全面的保护机制等特点在5G 承载网技术中具有优势。基于OTN 技术的5G 中传、回传承载方案有：分组增强型OTN+IPRAN 组网方案；端到端的分组增强性OTN 方案。

（1）分组增强型OTN+IPRAN 组网方案。分组增强型OTN+IPRAN 组网方案，其中传网路采用分组增强性OTN 方案，通过ODUk 穿通模式来保证带宽需求，回传网络通过FlexE 技术来进行网络切片和物理隔离。

（2）端到端的分组增强性OTN 方案。分组增强型OTN 方案通过支持IP 层报文处理和转发，支持SR、BGP、支持OSPF/IS-IS 等基本路由转发功能，并且支持OAM 协议。OTN 节点之间根据业务需求，通过IP/MPLS-TPoverODUk 通道一跳直达实现业务，进而保证5G 业务的低时延和大带宽的需求。

4 中国三大运营商5G 承载方案

面向5G 时代的到来，中国三大运营商经过综合考虑建网成本、演进、运维和灵活性等需求，来研究实验5G 承载网。目前，研究实验共两种方案：第一种方案，前传采用分组增强性OTN；第二种方案是端到端分组增强性OTN/STN2.0。电信、移动及联通的5G 承载方案都能满足5G 网络业务场景，从业务和用户角度来说并不会存在较大差别，运营商可以根据自己业务情况推承载方案，三大运营商的5G 承载方案都各具优势。