基于OTN的5G承載網建設策略

張 銀，馮 欣

（廣州杰賽科技股份有限公司，廣東 廣州 510310）

在信息時代背景下，網絡信息量急劇增加，這時也逐漸暴露出一個嚴峻問題，即網絡信息安全。近年來，社會上時常發生網絡信息詐騙、個人信息泄露、企業關鍵信息被盜取等問題，從而給人們的日常生活工作和生命安全、企業的正常經營等帶來了嚴重威脅。基于這一背景，運營商亟需建立完善的安全預警分析體系，來對當下信息安全威脅因素進行有效應對。其中互聯網、LOT、5G等新架構，均需要承載網，以此來實現大帶寬、靈活性、低延時等需求[1]。由于OTN能夠滿足5G承載網中的大部分的需求，故而可將該架構作為5G承載技術的首要選擇。

1 5G承載需求

5G帶來的關鍵需求：（1）大帶寬，在增強型移動帶寬中，具有大流量需求，故而承載網需要實現大帶寬；（2）靈活連接，在核心網云化中，具有業務流向的不明確性，故而承載網應運用SR隧道技術，且做到L3下沉；（3）業務多樣化：由于網絡帶寬、時延等方面需求存在很大的區別，故而承載網應實現端到端的分片功能。

5G四大應用場景為：（1）熱點高流量，主要是圍繞人員密集場所，如：學校、辦公區、商業區等；（2）無縫廣覆蓋，也就是全區域的基本覆蓋；（3）低時延高可靠，涉及場景主要為自動駕駛、無人機、遠程醫療等；（4）低功耗大連接，涉及場景主要為物聯網、智能家居等。

在5G建設初期，并未較高的要求穩定大帶寬和時延要求不高，增強型移動帶寬業務和終端具有較好的成熟度高，率先作為商用模式進行應用。在5G建設中期，將較為嚴苛的要求時延，MEC下沉；超低時延高可靠的應用尚處于探索階段，預計在2022年后逐步成熟。在5G建設遠期：低功耗大連接開始應用，而應用關鍵則在于成本和功耗。

5G核心網主要是選擇立足于SBA的服務化架構，在各網元定義服務方面，與4G網絡相比，在很大程度上改變了5G業務流量的承載方式。在服務化功能設計中，將服務化接口應用到控制面各個功能模塊之間，有利于用戶靈活定制網絡功能，并能夠結合自身需求來組合網絡功能；同時，核心網實現了CU分離，能夠對控制面進行集中控制，達到用戶面分布式部署高效轉發的目的。

在5G核心網中，對于所有網元之間和附近有關網元間接口，承載方式主要是：IP專網、數據網及傳輸網等，其中對于5GC與無線基站/終端接口的承載，主要方式為：省內傳輸網、IP專網承載。具體內容如下：一是N1接口，其屬于終端與控制面的接口，借助省內傳輸網來實現對省內段的承載，借助IP專用承載網來實現對省際段的承載；二是N2接口，其屬于基站與控制面的接口，結合4G的S1-C接口進行分析，由于AMF集中化場景和NR跨省部署存在一定的關聯，故而借助省內傳輸網來實現對省內段的承載，借助IP專用承載網來實現對省際段的承載；三是N3接口，其屬于基站與用戶面的接口，結合4G的S1-U接口進行分析，承載方式主要為：本地傳輸網；四是，N9接口，其屬于用戶面網元間的接口，承載方式主要是承載網。

2 5G時代組網模式分析

一方面，針對5G網絡邏輯架構而言，其設計主要涉及到三個層次，具體為：一是靈活組網的無線接入云，也就是接入云支持集中、多種場景部署及靈活的組網功能，并接入了控制與承載分離、資源協調管理；二是智能開放的控制云，有利于實現網絡控制功能的集中化，還有利于實現網元功能的虛擬化、軟件化等；三是高效低成本的控制云，轉發云可實現近基站的轉發，具備剝離控制功能，還具備轉發能力、業務能力[2]。

另一方面，針對5G承載網的組網架構而言，在無線接入網絡中，與4G的BBU、RRU兩級結構相比，5G主要是AAU、DU、CU三級結構，其中CU的主要作用在于：具備非實時的無線高層協議棧功能，可實現一些核心網業務的下沉，還能夠為邊緣業務的部署提供必要的支持，而DU的作用則在于：符合實時性需求，可支持物理層功能。

3 5G承載技術的具體應用

3.1 前傳承載策略

一是光纖直聯策略，即所有無線設備AAU與DU之間均采用光纖直聯，且具有應用起來較為簡便的特點，然而這一過程中也存在一些問題，即會用到大量的光纖資源。在剛開始建設5G網絡時，一個5G基站3個Cell，需采用6根光纖，也就是單纖單向，或是采用3根光纖也就是單纖雙向；針對3G/4G/5G共址站而言，光纖應累加3G/4G基站中的尾纖。在5G網絡成熟期，往往會使用到更多的光纖資源。相關調查研究顯示：相較于4G時代的光纖用量，5G時代的光纖用量高出了16倍。

二是無源WDM策略，即將彩光模塊安裝到無線設備AAU與DU上，借助1對光纖來有效連接起多個AAU和DU，通過這一方式，即可減少光纖用量，然后卻存在一些不足，如：在很大程度上制約了波長通道數，不利于波道規劃和管理，運維難度較大，很難明確故障發生原因和位置[3]。

三是有源OTN策略，即將城域OTN/WDM設備設置到AAU和DU機房，多個前傳信號應借助WDM共享光纖資源，且借助OTN開銷來有效開展相關管理和保護工作。該策略的優勢在于：組網比較靈活，有利于星型、鏈型及環型組網的實現，還能夠實現大帶寬，在很大程度上提高單通道速率，一般可到達10G、25G、50G、100G、200G。同時，該策略有利于CPRI、兼容4G和5G多制式前傳，可為多種OAM機制的實現提供必要的支持，有利于ns級別同步精度的實現，有利于用戶協同調度多業務，如：移動寬帶、固網寬帶等。此外，該策略有利于光層保護、電層保護的實現，具有良好的安全性和穩定性。然而建設成本較高，針對這一問題，在未來發展中可引入非相干超頻技術或是可插拔光模塊，從而對成本過高的問題進行有效解決。

四是光源集中無源DWDM策略，即無需在AAU、RRU側插入的光模塊中設置光源，而將光源設置到CO集中，將不帶調制的直流光信號傳送至所有無源模塊節點，針對無源模塊而言，可對CO的連續光波進行接收，然后將其調制成信號光，隨后即可返回到CO節點進行業務上行。該策略的主要優勢在于：減少光纖資源的使用，有利于提高性能，降低成本。然而該方案也存在一個問題，即需要降低時延，能夠滿足5G前傳時延100us的規范。

五是，超低時延OTN，主要涉及到以下兩點：在5G前傳場景、FIFO緩存中，需要進一步優化FIFO緩存的深度與資源調度；注重對OTN成幀結構與映射封裝的進一步優化，選擇更大的支路時隙。

在上述五個策略中，對于擁有豐富光纖資源的區域，可首選光纖直聯技術來進行5G承載網建設；而擁有相對較少光纖資源的區域，可結合自身具體情況選擇其他四個建設策略。

3.2 中傳/回傳承載策略

在5G中傳和回傳中，兩者對承載網需求是相同的，故而可選擇同一種承載策略。OTN在5G承載技術的應用，可呈現出以下優勢：相對較少的光纖資源使用；靈活的組網方案；電信級運維管理；比較全面的保護機制等。

基于OTN的5G中傳和回傳承載策略主要為：一是分組增強型OTN+IPRAN組網策略，也就是在傳網路中引入分組增強性OTN策略，為能夠保障帶寬需求，可對ODUk穿通模式加以有效應用，而對于網絡切片和物理隔離的實現，可是通過將FlexE技術引入到回傳網絡之中；二是端到端的分組增強性OTN策略，通過為IP層報文處理和轉發提供必要的支持，促使SR、BGP、OSPF/IS-IS等基本路具有一定的轉發功能，且確保OAM協議的實現；同時，OTN節點之間結合業務需求，借助相關通道來滿足業務需求，以此來確保5G業務具備低時延和大帶寬的優勢。

4 結束語

綜上所述，隨著5G通信逐漸滲透到人們的生產和生活中，相關人員需要更加深入地探索和研究5G承載網的建設。而通過OTN引入到5G承載網建設，能夠較好地滿足5G對承載網絕大多數的需求，包括：大帶寬、低時延等，較高的網絡速度，成本的節約等，從而有效促進我國通信行業的良好發展。