中國電信基于OTN的5G承載技術和方案進展

  5G移動通信技術是目前通信業(yè)界最熱的話題之一。5G網(wǎng)絡擬提供業(yè)務的主要特征包括大帶寬、低時延和海量連接，從而對承載網(wǎng)在帶寬、容量、時延和組網(wǎng)靈活性等方面提出了新的需求。光傳送網(wǎng)(OTN)技術結合了光域傳輸和電域處理的優(yōu)勢，不僅可以提供端到端的剛性透明管道和強大的組網(wǎng)能力，還可以提供長距離、大容量傳輸能力。光傳送網(wǎng)如何在5G時代繼續(xù)保持競爭力，實現(xiàn)5G的高效承載，已經(jīng)成為整個光通信行業(yè)關注的熱點。本文將對基于OTN的5G承載技術方案、標準化、設備研發(fā)和測試試點情況進行介紹，并對方案涉及的相關問題進行探討。

  基于OTN的5G承載組網(wǎng)架構如圖1所示。根據(jù)不同的部署位置，用于5G承載的OTN設備可分為4種類型：接入設備(M1)、匯聚設備(M2)、核心設備(M3、M4)。根據(jù)接入M2的不同方式，M1可進一步分為透傳型M1和分組型M1兩種形態(tài)。

圖1 基于OTN的5G承載組網(wǎng)架構

  該方案自接入?yún)R聚機房M2及以上的設備部署IP/MPLS三層網(wǎng)絡功能，在滿足業(yè)務處理能力向邊緣延伸的同時，兼顧了降低設備復雜度和簡化運行維護的需求。M2到M1(接入層設備)之間可以秉承極簡組網(wǎng)的理念，因地制宜的通過各種方式進行連接。

  作為城域傳送網(wǎng)的邊緣節(jié)點，M2所在的接入?yún)R聚機房(或綜合業(yè)務接入點)對于運營商具有戰(zhàn)略性地位。基于綜合業(yè)務承載需求和帶寬估算(初期單節(jié)點上行100~200G，未來200~400G)，建議將WDM/OTN設備下沉到該節(jié)點以實現(xiàn)綜合業(yè)務承載，設備交換容量要求初期在500G~1Tbit/s之間。考慮到網(wǎng)絡規(guī)模大、帶寬需求和距離等因素，建議匯聚層采用低成本W(wǎng)DM(如N×25G/100G WDM)技術進行組網(wǎng)。

  基于OTN的中/回傳技術方案

  5G中傳和回傳對于承載網(wǎng)在帶寬、組網(wǎng)靈活性、網(wǎng)絡切片等方面需求基本一致，因此可以采用統(tǒng)一的承載方案。如上述，為了便于網(wǎng)絡維護和降低設備的復雜度，建議將三層網(wǎng)絡(L3)功能部署到接入?yún)R聚節(jié)點(M2)，中國電信將此類設備命名為路由增強型OTN設備(簡稱為增強型OTN設備)。接入層節(jié)點(M1)可通過各種方式連接到M2節(jié)點。基于OTN的中/回傳技術方案如圖2所示。

圖2 基于OTN的中/回傳技術方案

  增強型OTN設備L3功能以滿足5G承載需求和簡化為原則，按需選用并采用標準協(xié)議，包括OSPF、IS-IS、MP-BGP、L3 VPN、BFD等，支持與路由器、IP RAN等其它三層網(wǎng)絡設備互聯(lián)互通。增強型OTN設備主要功能包括：基礎路由功能、SR功能、VPN功能、IP/MPLS OAM功能和保護恢復功能、網(wǎng)絡切片承載功能等。

  此外，增強型OTN設備的L1轉發(fā)采用成熟的ODU交叉技術，通過采用ODUflex技術提供n×1.25Gbit/s靈活帶寬的ODU通道，并可實現(xiàn)通道帶寬的無損靈活調整。ODUflex結合新增的IP/MPLS能力，可以提供滿足5G網(wǎng)絡切片需求的靈活承載能力。

  由于5G承載主要是在城域網(wǎng)/本地網(wǎng)的范圍內，與長途傳輸相比距離很短，城域網(wǎng)不同層次的典型傳輸距離分別是接入層10~20km、匯聚層40~80km、核心層200~450km。再者，系統(tǒng)容量要求較小，因此OTN L0光層組網(wǎng)技術方案的主要目標是要降低成本，以便滿足WDM/OTN部署到網(wǎng)絡接入層的需求。在核心層，考慮引入低成本的N×100G/200G/400G DWDM，如ITU-T SG15定義的100G/200G/400G FlexO接口。在匯聚層，考慮引入低成本的N×25G/100G WDM。

  2018年底，中國電信組織相關廠商進行了基于OTN的5G中/回傳技術方案的實驗室測試，驗證了增強型OTN設備用在5G中/回傳承載過程中，三層功能和性能測試方面基本達到了要求，滿足后續(xù)進入現(xiàn)網(wǎng)試點的條件。中國電信后續(xù)還將結合5G網(wǎng)絡的發(fā)展，聯(lián)合相關廠商進行基于OTN的5G中/回傳技術方案的現(xiàn)網(wǎng)試點，根據(jù)試點結果完善設備功能和性能，并進一步豐富OTN設備的規(guī)格和形態(tài)，滿足5G承載不同場景的組網(wǎng)需求。

  基于OTN的前傳技術方案

  基于OTN的前傳技術方案如圖3所示，在一個5G AAU站點和DU集中點之間提供點到點連接?？蛻魝瓤商峁?×25G eCPRI、3×6G/2.5G CPRI和10GE/GE等多種接口類型，支持4G/5G/專線等多業(yè)務統(tǒng)一承載。線路側初期推薦采用成熟度較高的100G速率，后期隨著5G高頻站的引入，可采用200G速率以滿足業(yè)務增長的需求。為節(jié)省纖芯，實現(xiàn)一個站點只需要一根光纖的目標，線路側需要支持單纖雙向(BiDi)方案。

圖3 基于OTN的前傳技術方案

  線路側100G目前存在以下3種技術方案：

  ·100G LR4(4×25G)：雙纖雙向技術成熟、性能好、成本較高，BiDi技術待評估。

  ·低成本2×50G雙波長BiDi：技術成熟，性能有保障。

  ·低成本單波長100G BiDi：技術方案已明確，性能待評估。

  基于OTN的前傳技術方案與無線設備出彩光的無源WDM方案相比，OTN方案可以獨立部署，不受無線廠商的限制。另外OTN方案可以兼容3G/4G/5G各種無線網(wǎng)絡，并支持利用現(xiàn)有3G/4G前傳光纖，實現(xiàn)3G/4G/5G的統(tǒng)一承載。OTN方案網(wǎng)絡規(guī)劃簡單，不同基站的部署相互獨立，有利于快速部署。

  2018年，中國電信在實驗室和5G現(xiàn)網(wǎng)均驗證測試了基于OTN前傳承載設備的技術可行性，其具有端到端時延(不含光纜)小于10us，時延抖動小于3ns，支持的鏈路跨損大于15dB，以及環(huán)回測試、OAM管理、掉電告警等遠程管控的優(yōu)勢。目前該技術比較成熟，可以滿足遠程運維。此外，該方案特別適用于光纖極度稀缺的場景，僅需要一根光纖就可以實現(xiàn)一個5G基站的前傳承載，可作為光纖直驅方案的重要補充，將大幅降低5G規(guī)模部署對前傳光纖光纜資源的壓力。

      基于OTN的5G承載標準化進展

  為了滿足5G承載在靈活組網(wǎng)方面的需求，需要在分組增強型OTN(P-OTN)設備已支持以太網(wǎng)和MPLS-TP分組技術的基礎上，增加對IP/MPLS路由轉發(fā)功能的支持。2017年底CCSA已經(jīng)立項對行標《分組增強型光傳送網(wǎng)(OTN)設備技術要求》進行修訂。目前已完成標準修訂版本的征求意見稿的討論，計劃2019年底之前完成標準送審稿的上會討論。

  為實現(xiàn)低成本、低時延、低功耗的5G承載目標，中國電信聯(lián)合業(yè)界主流運營商、設備廠商和器件模塊廠商提出了面向移動優(yōu)化和綜合承載的M-OTN技術方案。M-OTN在優(yōu)化現(xiàn)有OTN映射復用結構和簡化開銷的基礎上，為了滿足5G承載的組網(wǎng)需求，將在現(xiàn)有的OTN體系架構中引入新的25G和50G OTN接口。目前在ITU-T SG15有3個M-OTN相關的標準項目，分別是：

  ·G.709.25-50：25G和50G OTN接口。

  ·G.sup.5gotn：OTN在5G傳送中的應用。

  ·G.ctn5g: 支持IMT-2020/5G的傳送網(wǎng)特性。

  以上標準的成功立項，是中國電信在5G承載和OTN核心技術領域取得的重大突破。3個標準的進展情況如圖4所示。

圖4 M-OTN相關標準進展情況

  基于OTN的5G承載方案適合運營商對綜合業(yè)務承載的需求，為FTTx固定寬帶、5G移動寬帶、高品質政企專線等業(yè)務提供低成本帶寬和高品質承載服務，可以簡化網(wǎng)絡設備層級并有利于降低CPAEX和OPEX，同時OTN方案提供的大帶寬、低時延、ODU硬切片等能力可以很好地匹配5G承載的需求。為了滿足5G承載的需求，需要增強OTN設備的路由轉發(fā)功能，并對OTN技術進行優(yōu)化以便降低成本。因此需要業(yè)界各方共同推動基于OTN的5G承載方案的標準化和產(chǎn)業(yè)鏈的成熟。