OTN 技術在5G 傳送網中的應用

王 銳

（中國移動通信集團設計院有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230000）

0 引 言

5G 網絡的典型應用場景包括熱點區域大規模密集連接、超大容量物聯網傳輸、超低時延應用、高可靠低時延應用以及海量數據處理等，其對傳送網絡的時延、帶寬以及可靠性都有更高的要求。傳送網是5G 網絡的基礎，其發展趨勢是從同步數字體系/多業務傳送平臺（Synchronous Digital Hierarchy/Multi-Service Transport Platform，SDH/MSTP）網絡到OTN 網絡，其中MSTP 網絡屬于分組傳送網（Packet Transport Network，PTN），而光傳送網（Optical Transport Network，OTN）網絡則屬于傳送網（Telecommunication Network，TN）。OTN 技術能夠滿足5G 時代的傳送網所需的大帶寬、低時延以及靈活的組網架構等要求，其采用分組交換的方式，為用戶提供了一個開放的、靈活的傳送平臺。

1 OTN 技術在5G 傳送網中的優點

OTN 技術在5G 傳送網中的優點如下。

（1）具有豐富的帶寬資源。為滿足不同應用場景的需要，運營商需要部署更多的5G 基站，因此需要更多的帶寬資源。OTN 技術可以采用靈活的路由選擇和分配等方式滿足該需求。

（2）具有靈活的組網方式。5G 網絡建設基站數比4G 網絡多了1 倍，因此5G 基站的承載需要滿足更高的帶寬要求，對大帶寬的需求將更加迫切。OTN可靈活實現不同類型業務調度和管理，對業務需求的響應更加迅速。

（3）擁有高可靠的保護機制。OTN 具有自動交換光網絡（Automatic Switched Optical Network，ASON）功能，能夠實現故障快速定位和倒換，可以通過軟件或硬件自動檢測并恢復電層和光層故障，同時支持智能定時同步功能，能夠保證各節點間的時鐘同步。

（4）具備高效的網絡管理。OTN 采用集中式的管理平臺，無須使用傳統的SDH 和波分復用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）等系統的網管設備，只需要安裝簡單的網管軟件就可以管理整個傳送網，因此在網絡管理上更加靈活和高效。

2 OTN 應用可行性分析

OTN 雖然具有傳統光網絡無法比擬的優勢，但是與5G 核心傳送網的應用還存在一定的距離[1]。具體原因如下。

（1）目前，傳統光網絡仍然是5G 傳送網的主力。在4G 時代，中國移動通信集團有限公司（以下簡稱中國移動）建成了規模龐大的OTN 骨干傳輸網，已經實現了從傳統光網絡向核心網節點的延伸，并在實際應用中積累了豐富的經驗。雖然OTN 與5G 核心傳送網在建設模式上有所不同，但是仍然可以根據5G核心傳送網的需求合理選擇OTN 技術。

（2）從網絡現狀來看，OTN 技術對5G 核心傳送網存在較大應用價值。一方面，目前的網絡結構對OTN 應用已有一定支持度，4G 時代就已經存在大量的城域傳送節點和骨干匯聚節點等場景，5G 時代同樣會存在大量相關需求。另一方面，在業務承載方面，現有傳送網無法滿足5G 時代對更大帶寬、低時延以及廣連接等業務的需求，因此需要OTN 技術的支持[2]。

5G 核心網絡采用了大量新技術，同時提出新的傳輸需求，因此需要利用現有設備測試5G 核心傳送網業務承載能力，從而提升5G 核心傳送網的承載能力和水平[3]。

2.1 分組業務

5G 時代，分組業務將實現更低時延、更高帶寬以及更低功耗。5G 核心網中需要承載的分組業務包括時延最小的1 ms 業務和時延最大的10 ms 業務。這2 種業務對傳輸帶寬的要求都比較高，且均需要保證端到端的低時延。由于5G 核心網絡中大部分業務均為分組型業務，傳送網必須提供足夠大的傳輸帶寬來滿足5G 核心網絡中所有分組型業務的傳輸需求，否則就需要將分組型業務分割成多個專線。這就要求5G 核心網中的傳輸設備應具有更強的傳輸帶寬能力，同時應支持多種調制格式和協議，如多協議標記交換（Multi-Protocol Label Switching，MPLS）、圖片傳輸協議（Picture Transfer Protocol，PTP）以及互聯網安全協議（Internet Protocol Security，IPSec）等。目前，5G 核心網絡中使用的OTN 設備已經具備提供足夠大帶寬的能力，能夠滿足該要求[4]。

此外，5G 核心網絡需要支持更低功耗和更長距離，因此有必要針對這些新型業務在傳送網上提供相應的保護機制。目前，OTN 設備已具備這些保護功能，能夠很好地滿足該要求。

2.2 移動回傳

根據中國移動的回傳網絡架構，4 級傳輸網絡中存在大量的核心網節點和匯聚節點，可以滿足5G 業務回傳需求。隨著網絡技術的進一步發展，為充分利用現有資源、更好地滿足5G 回傳業務的需求，有必要建設大容量的承載環網，增強承載能力[5]。

由于5G 核心網采用多個廠家設備組成的設備網元共同承擔業務承載工作，需要在核心網和匯聚網絡之間預留足夠的環網保護倒換通道。環網保護倒換如圖1 所示。

圖1 環網保護倒換

該方案使用一套OTN 設備為核心網節點、匯聚節點以及本地網節點提供大容量環網保護倒換通道。為滿足5G 業務傳輸要求，引入OTN 技術充分利用現有資源進行傳輸，節省建設投資成本。由于OTN 是一種新型技術，需要開展更多的研究工作使其不斷完善，更好地滿足5G 時代光傳送網對新型技術的需要。

2.3 其他業務

隨著5G 的發展，傳統傳送網還將承載一些其他業務，如移動性管理、業務調度以及可靠性保障等，對傳送網提出了更高的要求。OTN 技術在這些業務中同樣具有廣泛應用的價值，其具體優勢如下。

（1）大顆粒業務支持能力強。隨著網絡顆粒度不斷增大，未來可承載的業務類型也會越來越多[6]。5G 時代將會出現大量新型業務，如視頻業務、車聯網業務等，這些業務都需要傳送網提供靈活的接口，從而滿足不同類型用戶對不同帶寬和服務質量的需求。

（2）保護能力強。5G 時代將出現大量新技術，如軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN）和網絡切片等技術，這些技術將會給現有技術的保護能力帶來挑戰。在傳送網中引入OTN 技術，可以有效增強傳送網的保護能力。但是，考慮技術實現難度較大，實際應用中需要與現有系統進行整合和優化。

3 中國移動OTN 網絡建設案例

以中國移動5G 核心網為例，該核心網采用OTN網絡進行承載。該核心網中，OTN 網絡采用2 套時分復用（Time Division Multiplexing，TDM）節點承載5G 業務，各節點間采用環回方式連接[7]。其中：一套TDM 節點用于承載5G 基站業務和匯聚業務；另一套TDM 節點用于承載5G 基站業務和基站內的路由業務。該網絡中，光信號的最大傳輸距離為500 km。

當有一個光功率足夠大（光信號波長超過1024 nm）、鏈路傳輸速率足夠高（傳輸速率超過10 Gb/s）時，OTN 網絡可以滿足5G 核心網對傳輸距離和速率的要求，滿足5G 核心網需要的端到端傳輸時延小于100 μs 的需求，且滿足網絡服務質量（Quality of Service，QoS）指標[8]。

3.1 高帶寬

目前，主流的密集波分復用（Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM）系統采用的光信號波長為1024 nm、鏈路傳輸速率為10 Gb/s。該調制方式在速率為400 ～800 Gb/s 時將產生色散，在此速率下，光纖的最大傳輸距離僅為5 km，因此難以實現大帶寬傳輸[9]。而OTN 系統采用WDM 的調制方式，可傳輸的波長范圍為10 ～1024 nm，能夠實現較遠距離的大帶寬傳輸。同時，采用WDM 調制方式可以大幅提高系統帶寬利用率，大幅降低光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）設備的造價。

此外，隨著光功率的增加和系統傳輸速率的提高，單信道速率可由最初的6 Gb/s 增長到12 Gb/s 以上。因此，在實際工程中可以考慮使用傳輸速率為10 Gb/s、25 Gb/s、40 Gb/s 的光模塊，將波長傳輸范圍拓展到1 024 nm 以上。

目前，移動核心網中已經有商用OTN 設備，其采用了40/100 Gb/s 速率模塊，下行速率最高可達10 Gb/s（8 個通道），單通道速率最高可達100 Gb/s[10]。由于快速以太網技術支持目前商用的TDM 設備中傳輸速率為10 Gb/s、25 Gb/s 的最高標準波長，利用該技術傳輸40 Gb/s 光信號是最有可能實現的方案。

隨著網絡規模的擴大和網絡業務需求的增加，采用100 Gb/s 光模塊滿足更大帶寬的需求是未來的發展趨勢，100 Gb/s 光信號有望成為5G 核心網中的主流傳輸信道。

3.2 低時延

OTN 技術能夠滿足5G 核心網所需要的端到端傳輸時延小于100 μs 的要求，具體體現如下：一是，OTN 網絡中，所有TDM 信號都以SDH/WDM 信號形式傳送，可以縮短由于傳輸不匹配造成的時延；二是，所有設備的接口都以電口方式傳送，可以避免由于接口不匹配帶來的時延；三是，OTN網絡具有波長透明功能，可以將光層數據發送至不同波長以降低時延[11]。

3.3 廣連接

目前，4G 核心網與5G 核心網均采用TDM 和分組技術的承載方式，均是基于1+1 傳送技術開展業務（用一套OTN 設備實現一張城域網和多個核心網之間的業務轉發），因此5G 核心網不再需要城域網承載分組業務，而只需要承載傳統的1+1 傳送技術。此外，由于5G 核心網的用戶分布廣、業務量大，規劃建設過程中可能出現多個匯聚點之間光纖資源緊張的問題，若使用傳統的PTN 技術，則會導致大量浪費；若使用OTN 技術，則可以根據基站的位置進行就近組網，從而實現廣連接[12]。

從中國移動5G 核心網組網案例可以看出，OTN技術可以作為5G 核心網組網的優選方案。下一代移動通信網絡將會采用一系列新技術，如虛擬化、SDN以及下一代控制器（The Next Generation Work-Station/Machine Control，NGC）等，開發新業務。

4 結 論

OTN 技術的發展趨向成熟，可以較好地滿足5G核心網對傳送網提出的大帶寬、低時延以及廣連接的要求。目前，OTN 技術在中國移動的5G 核心網絡中得到廣泛應用，包括核心網、城域網以及骨干網等多個層面，中國移動還在探索基于OTN 的全光網絡。未來，隨著5G 應用場景的不斷增加，OTN 技術將會在更多的層面得到應用。