基于OTN的5G承载网建设策略

2021-01-13张银，冯欣

数字通信世界 2021年2期

张银，冯欣

（广州杰赛科技股份有限公司，广东广州 510310）

在信息时代背景下，网络信息量急剧增加，这时也逐渐暴露出一个严峻问题，即网络信息安全。近年来，社会上时常发生网络信息诈骗、个人信息泄露、企业关键信息被盗取等问题，从而给人们的日常生活工作和生命安全、企业的正常经营等带来了严重威胁。基于这一背景，运营商亟需建立完善的安全预警分析体系，来对当下信息安全威胁因素进行有效应对。其中互联网、LOT、5G等新架构，均需要承载网，以此来实现大带宽、灵活性、低延时等需求[1]。由于OTN能够满足5G承载网中的大部分的需求，故而可将该架构作为5G承载技术的首要选择。

1 5G承载需求

5G带来的关键需求：（1）大带宽，在增强型移动带宽中，具有大流量需求，故而承载网需要实现大带宽；（2）灵活连接，在核心网云化中，具有业务流向的不明确性，故而承载网应运用SR隧道技术，且做到L3下沉；（3）业务多样化：由于网络带宽、时延等方面需求存在很大的区别，故而承载网应实现端到端的分片功能。

5G四大应用场景为：（1）热点高流量，主要是围绕人员密集场所，如：学校、办公区、商业区等；（2）无缝广覆盖，也就是全区域的基本覆盖；（3）低时延高可靠，涉及场景主要为自动驾驶、无人机、远程医疗等；（4）低功耗大连接，涉及场景主要为物联网、智能家居等。

在5G建设初期，并未较高的要求稳定大带宽和时延要求不高，增强型移动带宽业务和终端具有较好的成熟度高，率先作为商用模式进行应用。在5G建设中期，将较为严苛的要求时延，MEC下沉；超低时延高可靠的应用尚处于探索阶段，预计在2022年后逐步成熟。在5G建设远期：低功耗大连接开始应用，而应用关键则在于成本和功耗。

5G核心网主要是选择立足于SBA的服务化架构，在各网元定义服务方面，与4G网络相比，在很大程度上改变了5G业务流量的承载方式。在服务化功能设计中，将服务化接口应用到控制面各个功能模块之间，有利于用户灵活定制网络功能，并能够结合自身需求来组合网络功能；同时，核心网实现了CU分离，能够对控制面进行集中控制，达到用户面分布式部署高效转发的目的。

在5G核心网中，对于所有网元之间和附近有关网元间接口，承载方式主要是：IP专网、数据网及传输网等，其中对于5GC与无线基站/终端接口的承载，主要方式为：省内传输网、IP专网承载。具体内容如下：一是N1接口，其属于终端与控制面的接口，借助省内传输网来实现对省内段的承载，借助IP专用承载网来实现对省际段的承载；二是N2接口，其属于基站与控制面的接口，结合4G的S1-C接口进行分析，由于AMF集中化场景和NR跨省部署存在一定的关联，故而借助省内传输网来实现对省内段的承载，借助IP专用承载网来实现对省际段的承载；三是N3接口，其属于基站与用户面的接口，结合4G的S1-U接口进行分析，承载方式主要为：本地传输网；四是，N9接口，其属于用户面网元间的接口，承载方式主要是承载网。

2 5G时代组网模式分析

一方面，针对5G网络逻辑架构而言，其设计主要涉及到三个层次，具体为：一是灵活组网的无线接入云，也就是接入云支持集中、多种场景部署及灵活的组网功能，并接入了控制与承载分离、资源协调管理；二是智能开放的控制云，有利于实现网络控制功能的集中化，还有利于实现网元功能的虚拟化、软件化等；三是高效低成本的控制云，转发云可实现近基站的转发，具备剥离控制功能，还具备转发能力、业务能力[2]。

另一方面，针对5G承载网的组网架构而言，在无线接入网络中，与4G的BBU、RRU两级结构相比，5G主要是AAU、DU、CU三级结构，其中CU的主要作用在于：具备非实时的无线高层协议栈功能，可实现一些核心网业务的下沉，还能够为边缘业务的部署提供必要的支持，而DU的作用则在于：符合实时性需求，可支持物理层功能。

3 5G承载技术的具体应用

3.1 前传承载策略

一是光纤直联策略，即所有无线设备AAU与DU之间均采用光纤直联，且具有应用起来较为简便的特点，然而这一过程中也存在一些问题，即会用到大量的光纤资源。在刚开始建设5G网络时，一个5G基站3个Cell，需采用6根光纤，也就是单纤单向，或是采用3根光纤也就是单纤双向；针对3G/4G/5G共址站而言，光纤应累加3G/4G基站中的尾纤。在5G网络成熟期，往往会使用到更多的光纤资源。相关调查研究显示：相较于4G时代的光纤用量，5G时代的光纤用量高出了16倍。

二是无源WDM策略，即将彩光模块安装到无线设备AAU与DU上，借助1对光纤来有效连接起多个AAU和DU，通过这一方式，即可减少光纤用量，然后却存在一些不足，如：在很大程度上制约了波长通道数，不利于波道规划和管理，运维难度较大，很难明确故障发生原因和位置[3]。

三是有源OTN策略，即将城域OTN/WDM设备设置到AAU和DU机房，多个前传信号应借助WDM共享光纤资源，且借助OTN开销来有效开展相关管理和保护工作。该策略的优势在于：组网比较灵活，有利于星型、链型及环型组网的实现，还能够实现大带宽，在很大程度上提高单通道速率，一般可到达10G、25G、50G、100G、200G。同时，该策略有利于CPRI、兼容4G和5G多制式前传，可为多种OAM机制的实现提供必要的支持，有利于ns级别同步精度的实现，有利于用户协同调度多业务，如：移动宽带、固网宽带等。此外，该策略有利于光层保护、电层保护的实现，具有良好的安全性和稳定性。然而建设成本较高，针对这一问题，在未来发展中可引入非相干超频技术或是可插拔光模块，从而对成本过高的问题进行有效解决。

四是光源集中无源DWDM策略，即无需在AAU、RRU侧插入的光模块中设置光源，而将光源设置到CO集中，将不带调制的直流光信号传送至所有无源模块节点，针对无源模块而言，可对CO的连续光波进行接收，然后将其调制成信号光，随后即可返回到CO节点进行业务上行。该策略的主要优势在于：减少光纤资源的使用，有利于提高性能，降低成本。然而该方案也存在一个问题，即需要降低时延，能够满足5G前传时延100us的规范。

五是，超低时延OTN，主要涉及到以下两点：在5G前传场景、FIFO缓存中，需要进一步优化FIFO缓存的深度与资源调度；注重对OTN成帧结构与映射封装的进一步优化，选择更大的支路时隙。

在上述五个策略中，对于拥有丰富光纤资源的区域，可首选光纤直联技术来进行5G承载网建设；而拥有相对较少光纤资源的区域，可结合自身具体情况选择其他四个建设策略。

3.2 中传/回传承载策略

在5G中传和回传中，两者对承载网需求是相同的，故而可选择同一种承载策略。OTN在5G承载技术的应用，可呈现出以下优势：相对较少的光纤资源使用；灵活的组网方案；电信级运维管理；比较全面的保护机制等。

基于OTN的5G中传和回传承载策略主要为：一是分组增强型OTN+IPRAN组网策略，也就是在传网路中引入分组增强性OTN策略，为能够保障带宽需求，可对ODUk穿通模式加以有效应用，而对于网络切片和物理隔离的实现，可是通过将FlexE技术引入到回传网络之中；二是端到端的分组增强性OTN策略，通过为IP层报文处理和转发提供必要的支持，促使SR、BGP、OSPF/IS-IS等基本路具有一定的转发功能，且确保OAM协议的实现；同时，OTN节点之间结合业务需求，借助相关通道来满足业务需求，以此来确保5G业务具备低时延和大带宽的优势。