基于OTN的5G承載網組網設計

席紅雷

（山西機電職業技術學院 山西省長治市 046011）

5G 移動通信技術中承載網的組網架構是目前全球移動通信技術領域中重要的技術課題之一。光傳輸網簡稱OTN，是光傳輸網絡的一種新組網技術，該技術保證數據的性能指標和生存性，同時可以完成業務數據的分發、重選、路由更新、網絡監控的光傳輸網絡，OTN 充分發揮了有線光域信號傳輸與無線電域數據處理的技術優勢，新的組網技術可以為多個網元同時提供端到端所應具有的多種透明傳輸信道和強大的數據組網能力，還同時可以為多個接入點終端提供遠距離、大容量的數據傳輸。

1 概述

1.1 5G組網技術

5G 組網邏輯結構由3 個功能平面構成：接入平面，控制平面和轉發平面[1]。在整體組網邏輯架構上，5G 網絡采用模塊化組網技術來滿足多樣化業務應用場景，組建以核心功能為網絡控制的三層網絡架構。與LTE 網絡相比，5G 網絡的特點和優勢可以體現在容量大、連續性廣域覆蓋、低時延、功耗低、速率快等方面，必然能夠給用戶帶來截然不同的網絡體驗，也有可能推動移動網絡技術和配套技術突飛猛進。

1.2 OTN技術

OTN 是一種以光傳輸為基礎的網絡類型，能夠有效地實現光域內的無線信號傳送、復用、路由選擇及遠程監控等[2]。隨著光傳輸技術的快速發展，ITU-T 已經制定了OTN 相關標準體系，與其他一些傳統的組網技術相比，OTN 技術的巨大優勢主要表現為多種類型的客戶信號封裝及透明數據傳輸、小顆粒寬帶重新復用、售后服務及維護管理等，并且它們具有很高應用價值和安全保障能力。

2 5G時代承載網的架構模式及業務需求分析

2.1 5G承載網的架構模式

3GPP 的5G 承載網架構[3]，從功能角度RAN 被劃分為集中單元（CU）和分布單元（DU）兩部分，傳送網形成了前傳、中傳、回傳三層結構，其中的傳送功能和業務需求都有各自的標準。新的組網方式將傳送網絡變成數據中心和云端的網狀網，有效提高網絡的傳輸服務，5G 時代的網絡架構轉型需要新的傳輸技術和網絡架構。由于CU 與DU 是邏輯網元，可以分開部署，以為可以一體化部署，部署方式靈活方便，導致物理界限不明顯，具體部署時需統一承載。如圖1所示。

2.2 5G承載網需求分析

2.2.1 5G 承載網的超帶寬增長

隨著高清視頻、AR/VR、萬物互聯等業務的快速增長，數據吞吐量快速增長，承載網絡帶寬需要進行擴容，同時5G 基站接口速率較4G 將增長10 倍以上，峰值帶寬增長10 倍左右。在接入層部分，手機的接入速率將提至1GE 以上，在5G 承載網部分，網絡容量將增長到100GE/400GE，未來在超大型城市，匯聚層峰值容量可能達到1T 以上。為了滿足5G 承載網的超帶寬增長，關鍵技術是提高物理端口速率和高效的鏈路聚合。

2.2.2 5G 承載網中的低時延

超可靠低時延通信（uRLLC）在5G 應用場景的中支持多種服務[4]，主要實現高可靠性、超低延遲和可控性延遲等特殊業務通信。實現這類特殊業務需要移動承載網提供亞毫秒級時延。因此，5G承載網的時延要求越來越高，端到端毫秒級的時延要求，比目前的LTE 時延需降低10-100 倍。盡管通過挖掘4G 承載網中現有設備/芯片的潛力，但目前傳輸技術的上限還無法滿足這類業務的需求。

2.2.3 5G 承載網網絡切片需求

5G 承載網需要具有滿足多種業務需求，例如無線終端、資源記住、大寬帶連接等，5G 標準定義了三大應用場景：eMBB、mMTC 和uRLLC，這些場景中的業務具有不同需求，如：低時延、大帶寬、大數量連接、高可靠等。根據不同業務的需求，網絡應具有隔離、剪裁及資源分配等功能，而網絡切片擁有較強的網絡管控能力。

3 基于OTN的5G承載網組網設計

3.1 5G承載網前傳技術

前傳是指在網絡的接入層將C-RAN 連接到5G 移動站點。由于C-RAN 部署不斷增加，數據速率需要快速提升，光纖技術在前傳通信中的應用越來越受到關注。前傳技術方案的設計主要考慮AAU 站點與DU 集中點之間進行點到點連接，在5G 發展前期與后期可以分別采用100G 速率和200G 速率規格，需要充分考慮業務需求和成本問題。

3.2 有源WDM/OTN方案

在5G 承載網前傳架構中，有源WDM/OTN 可以部署在AAU和DU 機柜中，WDM/OTN 設備可以把多種前傳數據信號通過WDM 共享到各種光纖終端的數據庫資源中，同時使用OTN 的開銷來完成對環境的管理與保護，提高網絡質量及安全性保障。該方案的技術優勢之一是系統結構組網靈活，支持多種拓撲結構，如星型、鏈型、環形網絡。

基于WDM/OTN的前傳組網，有點對點和環形網兩種拓撲結構。如圖2(a)所示，基于OTN 的點到點架構圖，該架構中的單光纖，與4G 中的無源波分方案相比較，需要的光纖資源一樣，建網成本相同，但是可以實現單向、雙向等傳輸方式，圖2(b)所示為有源方案環形網的架構圖。不僅可以降低光纖使用量，而且有源WDM/OTN 方案具有環網保護功能，網絡可靠性較高。

3.3 5G承載網中/回傳技術

5G 承載網的中回傳組網架構模型與城域網的組網模型基本相同，組網架構中都包含接入層、匯聚層與核心層，城域網中的骨干層/匯聚層與5G 回傳網絡對應，接入層則與中傳對應。近幾年，OTN 已經具有以太網、MPLS-TP 等分組交換和處理能力，增加層間適配,形成層次化的結構，同時整合WDM、TCP/IP、MPLS-TP和SDH 等技術,新技術可以很好地滿足5G 承載網的IP 化的業務發展需求。中傳與回傳對于傳輸網的容量、速率、拓撲結構等方面的組網需求是一致的，所以可以設計相同的組網架構。

3.4 OTN組網方案

基于OTN 的中傳/回傳組網方案，在DU 設備中，可以采用OTN 強大的幀處理能力，再引入DSP、芯片等硬件技術優勢，實現數據的快速成幀、壓縮和IP 轉換功能，滿足DU 設備的傳輸時延要求。在CU 設備中，首先，采用增強型OTN 構建CU 與DU之間的大帶寬、低時延的連接，而快速的信令接入可以利用PDCP的處理功能，時效性、高效性與可靠性。其次，在OTN 中集成的WDM 技術，可以實現遠距離傳輸，還可以實現按需分配傳輸鏈路的帶寬及容量。以OTN 為基礎的組網方案有以下兩種：

3.4.1 分組增強型 OTN+IPRAN 方案

利用分組增強型OTN 設備來組建5G 承載網的中傳/回傳網絡，可以快速完成網絡中路由信息的轉發。企業級的OTN 設備配置模式有ODUk 穿通模式，可以滿足5G 傳輸網對低時延和大容量等方面的要求。在回傳網絡中，原有4G 的IP 化無線接入網中的組網設備可以繼續使用，如圖3(a)所示。增強性OTN 環網與原有的IPRAN 環網之間通過IP 網絡協議中的BGP 協議，交換不同環網中的路由信息。

3.4.2 端到端分組增強型OTN 方案

為了避免OTN 與IPRAN 的互聯互通、跨專業協調等方面的問題，該方案全部使用增強路由轉發功能的分組增強型OTN 設備完成組網，如圖3(b)所示。與分組增強型OTN+IPRAN 方案相比，實現網元和網元之間的綜合管理，該方案能更好的利用OTN 組網的靈活性。

圖1：5GRAN 功能模塊架構

圖2：OTN 在前傳架構中的應用

圖3：OTN 在中傳/回傳架構中的設計

4 結語

超大帶寬方面，在承載技術的中/回傳方面，可以采用基于硅光子技術、光子集成技術等相干模塊，實現遠距離傳輸，并滿足大帶寬和低成本的需求。在前傳方面，通過非相干技術，OTN 可以實現5 倍速率擴展，而超頻技術，可以實現10 倍以上的速率擴展。快速組網方面，可以利用ODUflex、FlexO、全光交叉等新技術，實現網絡快速調度和靈活調整，網絡綜合管控方面可以采用SDN技術，實現最優網絡資源配置，提高信道復用效率。低時延方面，OTN 需要在分支時隙、復用方式、開銷等方面進行簡化。

綜上，OTN 是能充分滿足5G 網絡發展需求的承載網，其組網架構應當根據5G 網絡實際需求進行標準化、合理化設置。隨著ONT 技術的快速發展，需要進一步探索基于OTN 的5G 承載網的組網技術研究，從而推動5G 承載網的快速部署，以滿足5G 多樣化應用場景發展需求。