基于OTN的5G承載網(wǎng)建設(shè)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(shí)代背景下，網(wǎng)絡(luò)信息量急劇增加，這時(shí)也逐漸暴露出一個(gè)嚴(yán)峻問題，即網(wǎng)絡(luò)信息安全。近年來，社會上時(shí)常發(fā)生網(wǎng)絡(luò)信息詐騙、個(gè)人信息泄露、企業(yè)關(guān)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(yè)的正常經(jīng)營等帶來了嚴(yán)重威脅?；谶@一背景，運(yùn)營商亟需建立完善的安全預(yù)警分析體系，來對當(dāng)下信息安全威脅因素進(jìn)行有效應(yīng)對。其中互聯(lián)網(wǎng)、LOT、5G等新架構(gòu)，均需要承載網(wǎng)，以此來實(shí)現(xiàn)大帶寬、靈活性、低延時(shí)等需求[1]。由于OTN能夠滿足5G承載網(wǎng)中的大部分的需求，故而可將該架構(gòu)作為5G承載技術(shù)的首要選擇。

1 5G承載需求

5G帶來的關(guān)鍵需求：（1）大帶寬，在增強(qiáng)型移動(dòng)帶寬中，具有大流量需求，故而承載網(wǎng)需要實(shí)現(xiàn)大帶寬；（2）靈活連接，在核心網(wǎng)云化中，具有業(yè)務(wù)流向的不明確性，故而承載網(wǎng)應(yīng)運(yùn)用SR隧道技術(shù)，且做到L3下沉；（3）業(yè)務(wù)多樣化：由于網(wǎng)絡(luò)帶寬、時(shí)延等方面需求存在很大的區(qū)別，故而承載網(wǎng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)端到端的分片功能。

5G四大應(yīng)用場景為：（1）熱點(diǎn)高流量，主要是圍繞人員密集場所，如：學(xué)校、辦公區(qū)、商業(yè)區(qū)等；（2）無縫廣覆蓋，也就是全區(qū)域的基本覆蓋；（3）低時(shí)延高可靠，涉及場景主要為自動(dòng)駕駛、無人機(jī)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等；（4）低功耗大連接，涉及場景主要為物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等。

在5G建設(shè)初期，并未較高的要求穩(wěn)定大帶寬和時(shí)延要求不高，增強(qiáng)型移動(dòng)帶寬業(yè)務(wù)和終端具有較好的成熟度高，率先作為商用模式進(jìn)行應(yīng)用。在5G建設(shè)中期，將較為嚴(yán)苛的要求時(shí)延，MEC下沉；超低時(shí)延高可靠的應(yīng)用尚處于探索階段，預(yù)計(jì)在2022年后逐步成熟。在5G建設(shè)遠(yuǎn)期：低功耗大連接開始應(yīng)用，而應(yīng)用關(guān)鍵則在于成本和功耗。

5G核心網(wǎng)主要是選擇立足于SBA的服務(wù)化架構(gòu)，在各網(wǎng)元定義服務(wù)方面，與4G網(wǎng)絡(luò)相比，在很大程度上改變了5G業(yè)務(wù)流量的承載方式。在服務(wù)化功能設(shè)計(jì)中，將服務(wù)化接口應(yīng)用到控制面各個(gè)功能模塊之間，有利于用戶靈活定制網(wǎng)絡(luò)功能，并能夠結(jié)合自身需求來組合網(wǎng)絡(luò)功能；同時(shí)，核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了CU分離，能夠?qū)刂泼孢M(jìn)行集中控制，達(dá)到用戶面分布式部署高效轉(zhuǎn)發(fā)的目的。

在5G核心網(wǎng)中，對于所有網(wǎng)元之間和附近有關(guān)網(wǎng)元間接口，承載方式主要是：IP專網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)及傳輸網(wǎng)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(nèi)傳輸網(wǎng)、IP專網(wǎng)承載。具體內(nèi)容如下：一是N1接口，其屬于終端與控制面的接口，借助省內(nèi)傳輸網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)對省內(nèi)段的承載，借助IP專用承載網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)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(jié)合4G的S1-C接口進(jìn)行分析，由于AMF集中化場景和NR跨省部署存在一定的關(guān)聯(lián)，故而借助省內(nèi)傳輸網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)對省內(nèi)段的承載，借助IP專用承載網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)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(jié)合4G的S1-U接口進(jìn)行分析，承載方式主要為：本地傳輸網(wǎng)；四是，N9接口，其屬于用戶面網(wǎng)元間的接口，承載方式主要是承載網(wǎng)。

2 5G時(shí)代組網(wǎng)模式分析

一方面，針對5G網(wǎng)絡(luò)邏輯架構(gòu)而言，其設(shè)計(jì)主要涉及到三個(gè)層次，具體為：一是靈活組網(wǎng)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(wǎng)功能，并接入了控制與承載分離、資源協(xié)調(diào)管理；二是智能開放的控制云，有利于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制功能的集中化，還有利于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元功能的虛擬化、軟件化等；三是高效低成本的控制云，轉(zhuǎn)發(fā)云可實(shí)現(xiàn)近基站的轉(zhuǎn)發(fā)，具備剝離控制功能，還具備轉(zhuǎn)發(fā)能力、業(yè)務(wù)能力[2]。

另一方面，針對5G承載網(wǎng)的組網(wǎng)架構(gòu)而言，在無線接入網(wǎng)絡(luò)中，與4G的BBU、RRU兩級結(jié)構(gòu)相比，5G主要是AAU、DU、CU三級結(jié)構(gòu)，其中CU的主要作用在于：具備非實(shí)時(shí)的無線高層協(xié)議棧功能，可實(shí)現(xiàn)一些核心網(wǎng)業(yè)務(wù)的下沉，還能夠?yàn)檫吘墭I(yè)務(wù)的部署提供必要的支持，而DU的作用則在于：符合實(shí)時(shí)性需求，可支持物理層功能。

3 5G承載技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 前傳承載策略

一是光纖直聯(lián)策略，即所有無線設(shè)備AAU與DU之間均采用光纖直聯(lián)，且具有應(yīng)用起來較為簡便的特點(diǎn)，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(shè)5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)，一個(gè)5G基站3個(gè)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(yīng)累加3G/4G基站中的尾纖。在5G網(wǎng)絡(luò)成熟期，往往會使用到更多的光纖資源。相關(guān)調(diào)查研究顯示：相較于4G時(shí)代的光纖用量，5G時(shí)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(shè)備AAU與DU上，借助1對光纖來有效連接起多個(gè)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(shù)，不利于波道規(guī)劃和管理，運(yùn)維難度較大，很難明確故障發(fā)生原因和位置[3]。

三是有源OTN策略，即將城域OTN/WDM設(shè)備設(shè)置到AAU和DU機(jī)房，多個(gè)前傳信號應(yīng)借助WDM共享光纖資源，且借助OTN開銷來有效開展相關(guān)管理和保護(hù)工作。該策略的優(yōu)勢在于：組網(wǎng)比較靈活，有利于星型、鏈型及環(huán)型組網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，還能夠?qū)崿F(xiàn)大帶寬，在很大程度上提高單通道速率，一般可到達(dá)10G、25G、50G、100G、200G。同時(shí)，該策略有利于CPRI、兼容4G和5G多制式前傳，可為多種OAM機(jī)制的實(shí)現(xiàn)提供必要的支持，有利于ns級別同步精度的實(shí)現(xiàn)，有利于用戶協(xié)同調(diào)度多業(yè)務(wù)，如：移動(dòng)寬帶、固網(wǎng)寬帶等。此外，該策略有利于光層保護(hù)、電層保護(hù)的實(shí)現(xiàn)，具有良好的安全性和穩(wěn)定性。然而建設(shè)成本較高，針對這一問題，在未來發(fā)展中可引入非相干超頻技術(shù)或是可插拔光模塊，從而對成本過高的問題進(jìn)行有效解決。

四是光源集中無源DWDM策略，即無需在AAU、RRU側(cè)插入的光模塊中設(shè)置光源，而將光源設(shè)置到CO集中，將不帶調(diào)制的直流光信號傳送至所有無源模塊節(jié)點(diǎn)，針對無源模塊而言，可對CO的連續(xù)光波進(jìn)行接收，然后將其調(diào)制成信號光，隨后即可返回到CO節(jié)點(diǎn)進(jìn)行業(yè)務(wù)上行。該策略的主要優(yōu)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(gè)問題，即需要降低時(shí)延，能夠滿足5G前傳時(shí)延100us的規(guī)范。

五是，超低時(shí)延OTN，主要涉及到以下兩點(diǎn)：在5G前傳場景、FIFO緩存中，需要進(jìn)一步優(yōu)化FIFO緩存的深度與資源調(diào)度；注重對OTN成幀結(jié)構(gòu)與映射封裝的進(jìn)一步優(yōu)化，選擇更大的支路時(shí)隙。

在上述五個(gè)策略中，對于擁有豐富光纖資源的區(qū)域，可首選光纖直聯(lián)技術(shù)來進(jìn)行5G承載網(wǎng)建設(shè)；而擁有相對較少光纖資源的區(qū)域，可結(jié)合自身具體情況選擇其他四個(gè)建設(shè)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(wǎng)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(shù)的應(yīng)用，可呈現(xiàn)出以下優(yōu)勢：相對較少的光纖資源使用；靈活的組網(wǎng)方案；電信級運(yùn)維管理；比較全面的保護(hù)機(jī)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(qiáng)型OTN+IPRAN組網(wǎng)策略，也就是在傳網(wǎng)路中引入分組增強(qiáng)性O(shè)TN策略，為能夠保障帶寬需求，可對ODUk穿通模式加以有效應(yīng)用，而對于網(wǎng)絡(luò)切片和物理隔離的實(shí)現(xiàn)，可是通過將FlexE技術(shù)引入到回傳網(wǎng)絡(luò)之中；二是端到端的分組增強(qiáng)性O(shè)TN策略，通過為IP層報(bào)文處理和轉(zhuǎn)發(fā)提供必要的支持，促使SR、BGP、OSPF/IS-IS等基本路具有一定的轉(zhuǎn)發(fā)功能，且確保OAM協(xié)議的實(shí)現(xiàn)；同時(shí)，OTN節(jié)點(diǎn)之間結(jié)合業(yè)務(wù)需求，借助相關(guān)通道來滿足業(yè)務(wù)需求，以此來確保5G業(yè)務(wù)具備低時(shí)延和大帶寬的優(yōu)勢。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著5G通信逐漸滲透到人們的生產(chǎn)和生活中，相關(guān)人員需要更加深入地探索和研究5G承載網(wǎng)的建設(shè)。而通過OTN引入到5G承載網(wǎng)建設(shè)，能夠較好地滿足5G對承載網(wǎng)絕大多數(shù)的需求，包括：大帶寬、低時(shí)延等，較高的網(wǎng)絡(luò)速度，成本的節(jié)約等，從而有效促進(jìn)我國通信行業(yè)的良好發(fā)展。