OTN技术在5G传送网中的应用

2022-11-17普天信息工程设计服务有限公司李果胡涛

数字技术与应用 2022年1期

普天信息工程设计服务有限公司李果胡涛

随着互联网的发展，5G通信技术成为重要的发展焦点，并且各国都非常重视5G技术的研发。由于5G技术可以提高信息传输的速度和质量，因此具有广阔的应用前景，同时也将产生更大的商业价值。国内已有多家企业开发了5G技术，并处于逐步推广阶段。本文分析了OTN技术应用特点及优势，提出该技术在5G传输网中的应用策略思考，以供5G传输网基础建设参考。

1 OTN技术概念

中国信息产业发展迅速，相对的客户需求也在急剧增加。多样化和高带宽是通信行业的标志，如何接入各种业务，传输高带宽业务是通信运营面临的主要问题。目前的通信传输技术是基于SDH技术，但是SDH技术的弱点是在业务需求方面逐渐不足。SDH技术是具有良好的网络维护管理、编程和保护能力。主要是由VC12、VC4等业务完成，整个SDH网络最大容量为10GE。面对多元化和高带宽业务，其技术能力逐渐不足。OTN是一种基于光层技术，具有多波长传输和大粒子编程的应用能力，结合SDH和WDM的技术优势，实现电/光层子波长交叉编程，具有SDH技术字节、网络维护和管理能力等，并且催生了强大网络维护和管理新一代，提供了多样化和高带宽的现代化传输网络。OTN设备将波长级别的编程和保护成为可能，也是一种可行的应用方法[1]。

2 OTN的技术特点和优势

OTN技术是基于SDH和WDM的传输网络技术。SDH同步数字系统是标准定义的，并为以不同速率传输信号提供了适当的信息结构。信息结构层为STM-N同步传输模块。SDH技术体系包括同步、复用和映射等标准，以及光接口和强大的网管特性，具有高可靠性和多样性的保护功能。WDM波分复用是将两个或多个不同波长的光信号通过复用技术合并到光纤中，在接收端使用解复用将信号分离并恢复。WDM波分复用技术是在同一根光纤上传输多个不同的光信号。每个波长通道采用频域划分，波长通道占用一部分带宽。WDM根据信道间隔的不同，进一步分为稀疏波分复用和密集波分复用。

3 5G业务场景对传送的需求

5G业务按照当今的标准和技术，eMBB（增强移动宽带）业务是初步应用，随着市场需求的发展，未来业务将快速落地。不同的业务场景对回传提出了不同的要求。OTN技术在5G承载网中的应用给网络带来了前所未有的挑战。带宽是5G网络重要的技术，增强型宽带支持网络需要满足10倍以上的带宽需求。大规模机器通信对服务时延和响应不同，这就需要网络根据实际情况合理分配资源，进而提供强大的资源配置。超低时延和高可靠通信需要网络以低时延和高精度来进一步实现目标。因此，5G网络需要配备准确的时间测量。在5G核心网络上使用功能虚拟化和软件定义网络需要配备基础设施来进行资源共享。

4 OTN技术在5G传输网络中的应用

4.1 OTN技术在5G传输网的应用

CU和DU之间的中间传输基于环网，5G传输中的中介传输采用OTN技术传输，可以大幅度提高宽带，减少延迟时间，实现光通道保护功能，不断提高系统稳定性。不同的位置会包含不同的DU容量，传输点也会有不同的传输。可以实现系统能力的匹配和满足，帮助站点进行更新和扩展，以适应不同配置。如果OTN集成包升级，可以实现CU站点的信息采集，也让系统运行更加灵活，DU站点可以实现信息的汇聚。需要注意的是，OTN在5G网络中的应用，必须建立监控体系，监控系统的目的是保证OTN应用都能处于科学稳定的状态，确保关键点都做到了，最终可以提高5G传输建设质量水平，满足人员的工作要求。

4.2 OTN技术在5G传输回程应用

随着5G传输发展和推广，开展城域网流量的传输，主要有DC到POP的南北及东西向流量。在5G传输网建设中，要注意实现回程网络，实现数据互联和一体化业务。结合这些需求，需要合理使用OTN光传送网，实现多个DC间的高速互联，构建一个资源池，根据DC的需求和配置要求配置带宽。套餐升级发布后，需加强5G回传网络的功能，实现业务聚合和转发。该技术的应用可保证在业务传输的阶段，延迟会更少，并且容量更大。OTN技术在5G传输回程应用，必须是需要加强重视考虑的问题，在运营中必须投入足够的时间，提高5G传输建设水平，满足工作发展要求。

4.3 OTN技术5G前传承载技术

无源波分复用技术的实现是利用无线设备发射光源进行光通信。随着业务需求的增长，5G承载侧光纤需要提供单纤双向功能，以满足单基站仅配置一根光纤的需求，实现前传承载解决方案的目标。以100G级别带宽配置为例，50G×2双波长光模块配置，配置应用效果好，前传技术成熟，具有性能优势明显和投资成本低的发。25×4100GLR4光模块配置应用效果好，前传性能也具有一定的优势，但投资成本较高。配置100G单波光模块制定配置该模块方案，但其性能需要详细的评估。

4.4 基于OTN技术的L0光层组网

5G网络的应用范围是局域网或城域网，与长距离传输相比，范围相对较短。城域网包括汇聚层、接入层和核心层。城域网汇聚层配置波分设备，兼顾网络的低成本。汇聚层的环网经过初步规划设计计算，得出汇聚层环网的带宽需求层，应满足500G到1000G的范围。光层网络选用波段密集型光波复用和可重构光设备模型，电路层通过点对点连接，点ODU配置OTN。汇聚层链式方案通过初步规划设计得出汇聚层链式方案接入汇聚点带宽应在100G到200G之间。光层根据基于25G或100G-BasedLR-4模块配置，为网络选择低成本的光波复设备。

4.5 OTN技术的L1层链路和转发

基于OTN技术的L1转发通过交叉光纤分配单元进行，集成光纤分配Flex技术的应用，可以形成各种带宽，形成集成光纤分配单元通道，完成传输线路。基于OTN技术与灵活的光纤分配相结合，为实现5G切片功能提供了可能。为实现5G运营低时延和低成本的终极目标，推出基于OTN技术的优化运营商技术方案。该方案在继承原有OTN的高性价比功能和复用结构的前提下，考虑5G运营商业务需求，在原有OTN基础上增加50G和25G连接端口。

4.6 构建专业技术应用体系

要确保OTN技术在5G传输建设中发挥有效的作用，必须构建技术应用体系。搭建本应用系统是为后续工作打下坚实的基础，有效的前提可用于基于进行比较调整。技术点完成后，5G传输网的最终层面才能真正发挥作用。在实际操作中，专业人员要根据工作发展，制定有针对性的措施，步骤需要合理化，处理相应的问题，真正保证技术的有效性。专业技术系统建设后，要深入开展系统检查工作。应用系统检查目的是确保系统能够真正工作，一旦在检查中发现问题，就应采取措施加以解决，从根本上提高OTN技术应用水平，使其在5G传输网络中真正发挥重要的作用。

5 5G承载网OTN规划

5.1 光传输方案及其实施依据

随着现阶段网络基本承载要求的提高，光传输方案显得尤为重要。光传送网由前传网、回传网和核心网组成。从5G技术的发展来看，无论是前传网络、回传网络甚至核心网，OTN发展都将面临更大的挑战。如果在实际操作中使用前传传输技术，需要不断完善无线前传网有线接口。还需要注意的是，5G发展现阶段还没有达到端到端指标的系统规划，因此，5G技术的发展和实施需要关注OTN规划问题。

5.2 与其他网络的协调

5G承载网配备IP承载网，在5G中科学实现各网络之间的相互协作和信息协作，是5G网络运营基础下发展的主要内容之一。是5G网络所采用的SDN/NFV架构，侧重于各网络层的交互，将成为OTN系统自身发展中的内容，需要从根本上加以重视。与其他系统相比，OTN系统具有很强的稳定性，OTN和SDH管理能力相对相同，OTN光通道层结构提高了信息监控能力，并且还可以帮助OTN实现端到端的监控提升，从而加强信号传输能力。

5.3 低时延与灵活方案

端到端的超低毫秒速率是发展5G的基本要求，5G要求系统具有一定的灵活性。OTN广域网有一定的延迟，主要是光纤链路不能满足系统要求。在实际解决中，需要更换硬链接，最重要的问题是电层信号处理。在FEC和DSP处理中，延迟时间与信号传输呈负相关，如何在保证信号传输的同时减少延迟是解决问题的关键。另外，OTN技术通过调整带宽来解决精度和灵活性[2]。

6 5G综合化本地OTN承载组网策略

6.1 OTN演进策略分析

基于目前的行业共识，除了对时延要求高的业务外，5G业务的带宽和时延要求可以扩展以满足支撑技术要求，但需做一定的优化并且模型中需要转换。带宽要求一般比较容易满足，通过OTN或在接入层采用25G/50GRAN技术，可将网络的传输带宽提升一个数量级。延迟要求比较难实现，网络层次的提高会导致光缆传输时延或网元处理时延程度不同，刚性管道面临带宽利用率和柔性管道。在时间延迟的确定性上都有缺点，对于端到端几毫秒的延迟需求，需要网络优化。还需要考虑网络成本、带宽利用率和低延迟需求之间的关系。支撑网络的演进应该是一个大型的二层网络，将业务融合在一起传输。OTN演进思路主要包括扁平化光网络、建设网络和基础重组，降低网络层次和端到端传输时延来降低复杂度。通过网络建设，提高有效容量和弹性。OXC设备用于构建2.0全光网络，或基于WSS的ROADM网络，或两者的组合。建立管道、光缆网络和空间资源等基础物理资源，避免双绞线和拥塞等超大环路链路对业务带宽时延等效率造成不良影响。将适应各类业务的网络本地运营部署为网络实体，通过逻辑层实现光+IP。OTN网络光层提供业务端到端超大带宽和直通能力，基于OSU统一交换技术的大容量通用矩阵，可实现灵活高效的各种业务承载模型。因此，统一的OTN网络在逻辑上分为光层和分组层，以满足不同业务需求。光层面向波长级别的大粒子传输，性能允许下提供直接路径，减少中间资源的使用，减少投资和传输延迟。ODUk层对大颗粒的严格传输要求，根据业务要求和资源调度要求，在功率层进行传输和采集，分组层面向底层业务，实现网络带宽的最佳利用。

6.2 5G本地OTN支持模式

基于统一物理网络中的逻辑子网划分，实现强大连续的传输网络共享功能，以单载波统一网络和智能管适配的传输能力，传输和传递在波平面上分为逻辑层次，混合信道规划，通过NNI接口和OTN接入，实现端到端的开放端和异构网络的运维，下一个OTN将建立在全光网络上。加快引入200G/400G等设备和高速链路，提高传输能力；网络随云移动完成覆盖，打通5G核心网与云资源的传输瓶颈；升级现有的WSS-ROADM网络，推动光层部署改善网络，有效降低时延，进一步提高运维能力；利用T-SDN技术提升管理智能化和调度。

6.3 低时延5G扁平化网络支撑模型

不同业务对延迟的需求有的不同特征，如债券和期货交易，对延迟非常敏感。物联网如智能驾驶和智能工业化对时延要求在3ms～100ms左右，基于业务类型不同，时延要求从大约几毫秒到几十毫秒，对于不同类型的业务带宽和网络时延直接影响业务的实际网络吞吐量，是业务质量的体现。延迟需要几毫秒到数百毫秒。由于物理原理，每公里光缆距离的传播延迟为0.005ms；延迟是目前业务中最重要的部分。处理时延是在整个传输中所经过的板载卡和设备的处理时延，如封装、级联、服务和容器交叉等。主要优化步骤是制定有针对性的优化措施，准确分析上述延迟因素的影响，进行相应的优化步骤，如在网络层面流量线路渗透率普遍超过50%，业务逐层路由，导致业务路径较长，交换网元数量过多，在延迟方面造成不必要的成本。OTN网络提供的传输线将原有的多层架构的载波网络转变为扁平化的结构，从而优化传播时延和处理时延。