基于OTN 的5G 承載網建設策略探討

馮 鍇

（廣州杰賽科技股份有限公司，廣州 510310）

0 引言

近年來，隨著經濟社會的不斷向前發展，網絡信息量急劇增加，而網絡信息的安全越來越受到政府、運營商和企業的重視。個人信息泄露、網絡信息詐騙事件的不斷發生，已經嚴重危害了我國人民群眾的生活、工作以及生命安全。在當前信息發展的形勢下，亟需建立健全的安全預警分析機制，來應對新形勢、新環境下的信息安全威脅因素。自動駕駛、互聯網、LOT、AR/VR 等業務，控制面與用戶面分離的5G 核心網等新架構，都需要承載網，支持大帶寬、低時延、同步、靈活性、協同等特性，這些都給5G 承載網帶來了巨大挑戰。OTN卻可以滿足其中大部分的需求，所以是5G 承載技術的最佳選擇。

1 業務需求分析

5G 網絡必須要求承載網要滿足0.1-1Gbps 用戶體驗速率、每平方公里100萬的連接密度、每平方公里數十T 的流量密度、毫秒級的端到端時延、數十Gbps 峰值速率及每小時500KM 以上的移動性要求，承載網面臨巨大的挑戰就是業務帶寬迅速增加，、網絡組網更靈活，移動性管理更加高效和網絡體系更加安全。

2 5G 時代組網模式分析

（1）5G 網絡邏輯架構剖析。5G 網絡邏輯架構設計分為3層：靈活組網的無線接入云、智能開放的控制云和高效低成本的控制云。第一，接入云支持集中、無線MESH 等多種場景部署、靈活的組網功能和接入資源協調管理、接入控制和承載分離；第二，控制云主要是支持集中化網絡控制功能，并且支持網元功能軟件化、虛擬化、可重構；第三，轉發云具有剝離控制功能以及支持近基站轉發，同時具有業務能力和轉發能力。

（2）5G 承載網的組網架構。無線接入網絡由4G 的BBU、RRU 兩級結構演進到5G 的AAU、DU 和CU 三級結構。CU 主要事為了實現非實時的無線高層協議棧功能，并且支持部分核心網業務的下沉和邊緣業務的有關部署，而DU 主要是為了滿足實時性需求和實現物理層功能。

3 5G 承載技術及方案應用

3.1 前傳承載方案

（1）光纖直聯方案。在光纖直聯方案中，每一個無線設備AAU 和DU 之間都是通過光纖直聯，并且方案實現比較簡單，但存在的問題就是需要很多光纖資源。5G 網絡初期，一個5G 基站3 個Cell，要需要6 根光纖（單纖單向）或3根光纖（單纖雙向），3G/4G/5G 共址站，光纖必須還需要累加3G/4G 基站所需的尾纖；在5G 網絡成熟期（高頻組網或低頻增點）：則需要更多的光纖資源。根據統計預計，5G 時代的光纖用量將比4G 時代的光纖用量多16倍。

（2）無源WDM 方案。在無線設備AAU 和DU 上安裝彩光模塊，利用1對光纖甚至1根光纖實現多個AAU到DU 之間的連接。雖然節省光纖用量，但還存在以下幾個缺點：第一、波長通道數受到限制；第二，波道規劃和管理困難；第三，運維困難；第四，故障定位困難。

（3）有源OTN 方案。有源OTN 方案在AAU 和DU機房配置城域OTN/WDM 設備，多個前傳信號要通過WDM 共享光纖資源，并利用OTN 開銷來實現管理和保護。這個方案所具有的優勢就是組網比較靈活，并且支持星型、鏈型、環型組網；大帶寬，單通道速率可以達到10G/25G/50G/100G/200G；并且同時支持CPRI、兼容4G 和5G 多制式前傳；支持LOS/LOF/BDI/BEI/AIS/FEC/PT/TTI/DM 等多種OAM 機制；支持ns 級別同步精度；支持移動寬帶、固網寬帶等多業務的統一調整；還支持光層保護和電層保護，比較安全可靠。但是成本比較高，未來科技可以通過非相干超頻技術和低成本的可插拔光模塊來降低成本。

（4）光源集中無源DWDM 方案。AAU 和RRU 側插入的光模塊并不含光源，在CO 集中設置光源，向每個無源模塊節點輸送不帶調制的直流光信號，無源模塊通過接收CO 的連續光波并調制成為信號光后，可以返回CO 節點進行業務上行。光源集中無源DWDM 方案的優點就是可以節省光纖資源，在降低成本、提高性能等方面優勢比較明顯。無源WDM 方案、光源集中無源DWDM 方案、有源OTN 方案所面臨的一個共同挑戰就是降低時延，來實現5G 前傳時延100us 的指標要求。

（5）超低時延OTN。OTN 時延優化措施包括以下幾個方面：第一，針對5G 前傳場景、以及旁路芯片內不必要的功能模塊和FIFO 緩存，包括FIFO 緩存的深度和資源調度進行優化；第二，優化OTN 成幀結構和映射封裝方式，采用更大的支路時隙（TS）。5G 前傳的方案中，光纖直聯技術適用光纖資源豐富情況下的地區，而無源WDM 方案、光源集中無源DWDM 方案、有源OTN 方案及超低時延OTN，則適用于光纖資源比較緊張的地區。

3.2 中傳/回傳承載方案

5G 中傳和回傳對于承載網需求都是一致，可以采用統一的承載方案。OTN 具有靈活的組網方案、節省光纖資源、電信級運維管理及較為全面的保護機制等特點在5G 承載網技術中具有優勢。基于OTN 技術的5G 中傳、回傳承載方案有：分組增強型OTN+IPRAN 組網方案；端到端的分組增強性OTN 方案。

（1）分組增強型OTN+IPRAN 組網方案。分組增強型OTN+IPRAN 組網方案，其中傳網路采用分組增強性OTN 方案，通過ODUk 穿通模式來保證帶寬需求，回傳網絡通過FlexE 技術來進行網絡切片和物理隔離。

（2）端到端的分組增強性OTN 方案。分組增強型OTN 方案通過支持IP 層報文處理和轉發，支持SR、BGP、支持OSPF/IS-IS 等基本路由轉發功能，并且支持OAM 協議。OTN 節點之間根據業務需求，通過IP/MPLS-TPoverODUk 通道一跳直達實現業務，進而保證5G 業務的低時延和大帶寬的需求。

4 中國三大運營商5G 承載方案

面向5G 時代的到來，中國三大運營商經過綜合考慮建網成本、演進、運維和靈活性等需求，來研究實驗5G 承載網。目前，研究實驗共兩種方案：第一種方案，前傳采用分組增強性OTN；第二種方案是端到端分組增強性OTN/STN2.0。電信、移動及聯通的5G 承載方案都能滿足5G 網絡業務場景，從業務和用戶角度來說并不會存在較大差別，運營商可以根據自己業務情況推承載方案，三大運營商的5G 承載方案都各具優勢。

5 結束語

隨著5G 承載網試驗網研究的推進，5G 通信開始慢慢進入我們的生活。OTN 可以實現5G 對承載網絕大部分的需求，目前它是5G 承載技術的最佳選擇。本文通過對基于OTN 的5G 承載網所采用的組網方案進行研究、分析和總結，希望能夠對5G 移動通信網絡的研究和建設有很好的指導意義。