5G傳輸網(wǎng)淺析及技術(shù)策略研究

林志坤

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司海南省儋州市分公司，儋州 571700）

1 引言

5G大帶寬的應(yīng)用需求很多，例如汽車自動(dòng)駕駛功能、VR/AR高清視頻、高清視頻監(jiān)控等等，這對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)的帶寬提出了更高的要求。5G時(shí)代，傳輸設(shè)備提供10GE端口與基站對(duì)接，接入層采用50GE至100GE組環(huán)，匯聚層采用200GE至400GE組環(huán)，核心網(wǎng)采用N*400GE組環(huán)。而現(xiàn)在4G傳輸網(wǎng)絡(luò)PTN與基站采用1GE端口對(duì)接，接入/匯聚層大部分采取10GE組環(huán)，核心層采用10GE至100GE組環(huán)。相比較于4G，5G傳輸帶寬需求大幅提升。實(shí)現(xiàn)運(yùn)營成本的進(jìn)一步降低，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，在保證使用效果的同時(shí)，強(qiáng)化對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的合理分配與調(diào)整，更加有效降低運(yùn)營成本。

1.1 5G傳輸網(wǎng)結(jié)構(gòu)

5G技術(shù)將適用于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等多種應(yīng)用場(chǎng)景（eMBB、mMTC等），已經(jīng)成為信息通信領(lǐng)域高度關(guān)注的熱點(diǎn)技術(shù)之一，5G強(qiáng)大的連接能力可以實(shí)現(xiàn)從消費(fèi)到生產(chǎn)的全環(huán)節(jié)、從人到物的全場(chǎng)景覆蓋，快速促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)與各行各業(yè)的深度融合，并將催生最大的應(yīng)用之—“萬物互聯(lián)”。相對(duì)于以往的通信技術(shù)提升了百倍及以上的量級(jí)，端到端同步精度需達(dá)到100ns量級(jí)，時(shí)延要求則達(dá)到ms量級(jí)或更低，5G的應(yīng)用所帶來的不僅是網(wǎng)速的提升，還會(huì)將無線通信應(yīng)用到更多的地方，讓許多之前停留在理論階段或者某些因?yàn)闂l件限制而剛起步的科技得到廣泛的應(yīng)用，5G技術(shù)的這些新性能推動(dòng)面向5G承載的光纖傳輸網(wǎng)迎來新一輪發(fā)展契機(jī)，同時(shí)，對(duì)于移動(dòng)回傳、移動(dòng)前傳等傳輸網(wǎng)絡(luò)提出諸多挑戰(zhàn)性需求。

相比較與4G接入網(wǎng)的BBU和RRU的兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架模式，5G RAN網(wǎng)絡(luò)將演進(jìn)為AAU、DU、CU三級(jí)結(jié)構(gòu)。CU：重新定義為CU（Centralized Unit，集中單元），原網(wǎng)絡(luò)中BBU的非實(shí)時(shí)部分將分割出來，負(fù)責(zé)處理網(wǎng)絡(luò)非實(shí)時(shí)協(xié)議和服務(wù)功能。DU：重新定義為DU（Distribute Unit，分布單元），原網(wǎng)絡(luò)中BBU設(shè)備的其余部分功能，負(fù)責(zé)完成實(shí)時(shí)服務(wù)功能和網(wǎng)絡(luò)物理層協(xié)議處理。AAU：功能定義為AAU（Active Antenna Unit，有源天線處理單元），原網(wǎng)絡(luò)中BBU的部分物理層處理功能與原RRU合并。

5G RAN分離后，傳輸網(wǎng)也就分成了三個(gè)部分：回傳、中傳和前傳。

1.2 5G傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)

為了更好滿足5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的靈活性和低時(shí)延、降低回傳負(fù)擔(dān)，5G網(wǎng)絡(luò)引入移動(dòng)邊緣計(jì)算，組成更加分布式的構(gòu)架，并且核心網(wǎng)下沉和云化成為大勢(shì)所趨。

原先的EPC拆分成MEC和New Core兩部分：MEC部署在城域匯聚層或更低的接入層中小型數(shù)據(jù)中心，New Core將云化部署在城域核心層的大型數(shù)據(jù)中心，兩者之間的云化互聯(lián)需要傳輸網(wǎng)提供靈活的網(wǎng)絡(luò)適配。

MEC數(shù)量將會(huì)增加，并負(fù)責(zé)承載更多的核心網(wǎng)運(yùn)算能力以及傳輸流量；而不同業(yè)務(wù)種類將回傳歸集到不同的云端，而原來基站與每個(gè)EPC建立的連接也演進(jìn)為CU到云以及云到云的連接關(guān)系。

由于采用新的空中接口技術(shù)、高頻段和更寬頻譜，5G無線基站對(duì)帶寬的需求將大幅提升，預(yù)計(jì)會(huì)達(dá)到LTE網(wǎng)絡(luò)的10倍以上。

1.3 5G傳輸網(wǎng)絡(luò)部署策略

第一，需求驅(qū)動(dòng)。5G傳送承載網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)以滿足5G發(fā)展基本需求為原則，根據(jù)業(yè)務(wù)需求，不斷發(fā)屬和演進(jìn)，要統(tǒng)籌考慮新技術(shù)引入的時(shí)間窗口。第二，網(wǎng)隨云動(dòng)。5G傳送承載網(wǎng)的建設(shè)要考慮網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)云化的趨勢(shì)，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃之初要充分考慮網(wǎng)絡(luò)超高帶寬彈性功能和每個(gè)本地網(wǎng)的特點(diǎn)，確保網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)屬性。第三，綜合承載。5G傳送承載網(wǎng)的建設(shè)也要考慮其下一代承載網(wǎng)的整體定位，實(shí)現(xiàn)包括專線在內(nèi)的綜合業(yè)務(wù)承載能力。第四，成本為重。5G建網(wǎng)要以網(wǎng)絡(luò)綜合成本（無線、承載、核心等）TCO最低為目標(biāo)，尤其要通過技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)規(guī)模化推動(dòng)高頻器件、光電子核心器件等成本的下降，方便運(yùn)維。第五，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。運(yùn)營商要充分利用5G建設(shè)期，在協(xié)同編排器開發(fā)等多方面開展工作，逐步實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)統(tǒng)一融合的城域綜合承載傳送網(wǎng)。

2 5G傳輸網(wǎng)技術(shù)策略

2.1 5G傳輸網(wǎng)向綜合傳輸網(wǎng)演進(jìn)

5G傳輸網(wǎng)提出對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的末端設(shè)備具備即插即用的部署性能，是一個(gè)寬帶、云專線、移動(dòng)特性架構(gòu)趨同的綜合傳輸網(wǎng)，需要具備2倍以上站點(diǎn)和數(shù)10G至100G承載能力，以及帶寬演進(jìn)、低時(shí)延、超高精度時(shí)鐘架構(gòu)基礎(chǔ)的能力，支持寬帶、移動(dòng)綜合承載、專線業(yè)務(wù)等靈活演進(jìn)能力。

5G傳輸網(wǎng)向綜合傳輸網(wǎng)相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型演進(jìn)分為：

（1）5G無線與核心網(wǎng)功能節(jié)點(diǎn)位置與當(dāng)前寬帶承載趨同：5G New core與FBB的CR位置相當(dāng)，MEC/MCE與BNG位置相當(dāng)，Cloud BB和OLT位置相當(dāng)。

（2）云化架構(gòu)特征趨同：BNG云化與MEC同處一朵云，因此CDN的位置可以放到城域核心CR的位置或下沉到BNG，原CR CDN調(diào)度功能由DCI取代，CDN內(nèi)容被移動(dòng)/寬帶共享，通過DCI互聯(lián)網(wǎng)層實(shí)現(xiàn)內(nèi)容同步，可以提升移動(dòng)用戶達(dá)到寬帶用戶的視頻等業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

（3）城域?qū)＞€覆蓋趨同：OTN設(shè)備下沉到BBU、OLT等綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房后，通過光纖直驅(qū)、SDH/CPE/OTN等末端小設(shè)備，接入最后1～2千米，提供大客戶專線業(yè)務(wù)，支持業(yè)務(wù)快速開通、端到端SDH/OTN硬管道業(yè)務(wù)，構(gòu)建超低時(shí)延精品城域?qū)＞€網(wǎng)絡(luò)。BNG仍然部署在區(qū)域核心機(jī)房，后續(xù)逐漸虛擬云化部署；OLT通常部署在綜合接入機(jī)房，也有小型化OLT部署在用戶小區(qū)。

（4）業(yè)界兩種主流網(wǎng)絡(luò)融合趨勢(shì)，匯聚層以上都是綜合承載：一種架構(gòu)是匯聚（OLT/Cloud BB）以上綜合承載，接入獨(dú)立承載；另外一種架構(gòu)是骨干和城域端到端綜合承載。

2.2 5G傳輸網(wǎng)低時(shí)延技術(shù)

超低時(shí)延的5G業(yè)務(wù)對(duì)傳輸網(wǎng)提出苛刻的要求。毋庸置疑，基于ROADM的光層一跳直達(dá)是實(shí)現(xiàn)超低時(shí)延的最佳首選，但是只適用于波長級(jí)的大顆粒度傳輸與交換。而對(duì)于波長級(jí)別以下的中小顆粒度，如1G/2.5G/10G/25G等，主要還是通過優(yōu)化OTN映射、封裝效率來降低時(shí)延。通過光層ROADM設(shè)備，免去了中間非必要的光電轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的光層直通，達(dá)到更優(yōu)方式降低時(shí)延。

在低時(shí)延技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，根據(jù)WSS（Wavelength Selective Switching，波長選擇開關(guān)），已經(jīng)成為行業(yè)廣泛共識(shí)，這是一個(gè)典型CDC-ROADM（Colorless，Directionless &Contentionless ROADM，波長無關(guān)、方向無關(guān)、無阻塞RODAM）的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式，基于1xN WSS以及MCS（Multi-cast Switching，多路廣播開關(guān)）器件，通過各類WSS、耦合器、Splitter等組件支持最大20個(gè)維度方向上的任意信道上下波。

伴隨著ROADM技術(shù)的不斷演進(jìn)，新一代ROADM技術(shù)將向著更高維度、簡(jiǎn)化運(yùn)維的方向發(fā)展，基于MCS技術(shù)的WSS由于分光比太大，需要采用光放大器陣列進(jìn)行補(bǔ)償，其未來演進(jìn)受到限制，尤其是難以向更高維度發(fā)展。MxN WSS技術(shù)是一個(gè)重要的發(fā)展方向。

目前商用OTN設(shè)備單點(diǎn)時(shí)延一般在10μs～20μs之間，主要原因是為了覆蓋多樣化的業(yè)務(wù)場(chǎng)景（比如承載多種業(yè)務(wù)、多種顆粒度），添加了很多非必要的映射、封裝步驟，造成了時(shí)延大幅上升。

隨著時(shí)延要求越來越高，未來在某些時(shí)延極其苛刻場(chǎng)景下，針對(duì)特定場(chǎng)景需求進(jìn)行優(yōu)化，超低時(shí)延的OTN設(shè)備單節(jié)點(diǎn)時(shí)延可以達(dá)到1us量級(jí)。具體可以通過以下3個(gè)思路對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化：針對(duì)特定場(chǎng)景，優(yōu)化封裝時(shí)隙；簡(jiǎn)化映射封裝路線；簡(jiǎn)化ODU映射復(fù)用路徑。

2.3 5G傳輸網(wǎng)超高靈活調(diào)度技術(shù)

5G時(shí)代，能夠靈活調(diào)配網(wǎng)絡(luò)資源應(yīng)對(duì)突發(fā)流量是5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵特征要求。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的靈活帶寬特性，依據(jù)承載硬件系統(tǒng)的邏輯管道容量與傳輸業(yè)務(wù)大小的匹配度，分為兩種情況：

（1）邏輯管道大于傳輸業(yè)務(wù)顆粒度，則單個(gè)邏輯管道承載多顆粒度業(yè)務(wù)，通過ODU fl ex技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬靈活配置和調(diào)整，以提高傳輸效率。（2）邏輯管道小于傳輸業(yè)務(wù)顆粒度，則需要考慮多端口綁定及帶寬分配，如FlexO技術(shù)。

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)端到端的管理和控制，進(jìn)行高效的網(wǎng)絡(luò)部署和靈活的資源動(dòng)態(tài)分配，完成業(yè)務(wù)快速發(fā)放，則需要利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）等新型集中式智能管控技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

傳統(tǒng)ODUk按照一定標(biāo)準(zhǔn)容量大小進(jìn)行封裝，受到容量標(biāo)準(zhǔn)的限制，容易出現(xiàn)某些較小顆粒的業(yè)務(wù)不得不用更大的標(biāo)準(zhǔn)管道容量進(jìn)行封裝，造成網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)。ODU fl ex，即靈活速率的ODU，能夠靈活調(diào)整通道帶寬，調(diào)整范圍為1.25G-100G，其特點(diǎn)有：

（1）高效承載。提供靈活可變的速率適應(yīng)機(jī)制，用戶可根據(jù)業(yè)務(wù)大小，靈活配置容器容量，保證帶寬的高效利用，降低每比特傳輸成本。

（2）兼容性強(qiáng)。適配視頻、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)等各種業(yè)務(wù)類型，并兼容未來IP業(yè)務(wù)的傳送需求。

針對(duì)5G承載，ODU fl ex是應(yīng)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)切片的有效承載手段，通過不同的ODU fl ex實(shí)現(xiàn)不同5G切片網(wǎng)絡(luò)在傳輸網(wǎng)上的隔離。

光層FlexGrid技術(shù)的進(jìn)步，客戶業(yè)務(wù)靈活性適配的發(fā)展，催生了OTN層進(jìn)一步靈活適應(yīng)光層和業(yè)務(wù)適配層的發(fā)展，業(yè)界提出了FlexO技術(shù)。靈活的線路接口受限于實(shí)際的光模塊速率，同時(shí)域間短距接口應(yīng)用需要低成本方案，F(xiàn)lexO應(yīng)運(yùn)而生。FlexO接口可以重用支持OTU4的以太網(wǎng)灰光模塊，實(shí)現(xiàn)N*100G短距互聯(lián)接口，使得不同設(shè)備商能夠通過該接口互聯(lián)互通。FlexO提供一種靈活OTN的短距互聯(lián)接口，稱作FlexO Group，用于承載OTUCn，通過綁定N*100G FlexO接口實(shí)現(xiàn)，其中每路100G FlexO接口速率等同于OTU4的標(biāo)準(zhǔn)速率。

其中最主要和最有價(jià)值的用例是BoD（Bandwith on Demand即帶寬隨需發(fā)放）：TSDN控制器掌控全網(wǎng)設(shè)備信息，客戶通過終端預(yù)訂帶寬服務(wù)，而且在后臺(tái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行自動(dòng)調(diào)配，業(yè)務(wù)的速度轉(zhuǎn)發(fā)得以實(shí)現(xiàn)。這種服務(wù)可以提升網(wǎng)絡(luò)資源利用率和客戶帶寬體驗(yàn)，很好地滿足企業(yè)云專線和云數(shù)據(jù)中心互聯(lián)提出的動(dòng)態(tài)按需大帶寬的需求。TSDN還可以配合OTN時(shí)延測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)行最短時(shí)延路徑的管理、保護(hù)、尋找、規(guī)劃等操作，并全網(wǎng)時(shí)延信息可視化。

3 結(jié)束語

5G將形成一個(gè)全球統(tǒng)一融合的通信標(biāo)準(zhǔn)，5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳輸網(wǎng)綜合性能提出更具嚴(yán)格的需求，傳送網(wǎng)絡(luò)性能不僅要具備高效的動(dòng)態(tài)按需切分應(yīng)用的能力，還需要與無線網(wǎng)絡(luò)及上層的IP協(xié)同起來，實(shí)現(xiàn)協(xié)同和跨域跨層的帶寬，實(shí)現(xiàn)端到端的數(shù)據(jù)服務(wù)參數(shù)要求，以滿足不同業(yè)務(wù)的帶寬不同傳輸承載要求。對(duì)5G傳輸應(yīng)用進(jìn)行技術(shù)和指標(biāo)優(yōu)化、引入硅光新技術(shù)等方式實(shí)現(xiàn)成本大幅度降低，而5G傳輸對(duì)于新型傳輸設(shè)備的大量需求也將為這些技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供可能。