5G承載網(wǎng)中OTN的規(guī)劃及應(yīng)用 5G承載網(wǎng)中OTN的規(guī)劃及應(yīng)用PlanningandApplicationofOTNin5GBearerNetwork摘要隨著第五代通信技術(shù)的不斷發(fā)展，5G技術(shù)的應(yīng)用場景也越來越廣泛，如物聯(lián)網(wǎng)，無人駕駛，智慧城市，智慧家庭,工業(yè)控制等。5G技術(shù)具有超低時(shí)延，超高速率，超大連接等特點(diǎn)，這些對(duì)承載網(wǎng)提出了更高的要求。5G承載網(wǎng)面臨著網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，靈活高效承載，數(shù)據(jù)分流，多接入融合等技術(shù)的挑戰(zhàn)。為了進(jìn)一步提高承載網(wǎng)的相關(guān)性能指標(biāo)，需要開發(fā)更為靈活高效的業(yè)務(wù)，來適應(yīng)新時(shí)代對(duì)5G承載網(wǎng)的要求，滿足大帶寬和高突發(fā)性的需求。實(shí)踐表明,基于光傳送網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的承載網(wǎng)是應(yīng)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，成熟的有效的措施。光傳送網(wǎng)技術(shù)可以滿足承載網(wǎng)中大部分的需求，是5G承載技術(shù)的最佳選擇。研究承載網(wǎng)OTN技術(shù)能夠進(jìn)一步理解5G基本組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為5G無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與實(shí)施提供技術(shù)支持。論文首先綜述了國內(nèi)外5G技術(shù)的發(fā)展趨勢，全面的分析了5G的網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)。根據(jù)承載網(wǎng)的發(fā)展和特點(diǎn)，總結(jié)了5G承載網(wǎng)的需求，對(duì)承載網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，詳細(xì)的介紹了OTN的功能和優(yōu)點(diǎn)以及下一代關(guān)鍵技術(shù)。探討了基于OTN技術(shù)的5G承載組網(wǎng)的規(guī)劃方案。關(guān)鍵詞：5G技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)承載網(wǎng)OTN

AbstractWiththecontinuousdevelopmentofthefifthgenerationcommunicationtechnology,theapplicationscenariosof5Gtechnologyaremoreandmoreextensive,suchastheInternetofthings,unmanneddriving,smartcity,smarthome,industrialcontrolandsoon.5Gtechnologyhasthecharacteristicsofultra-lowdelay,ultra-highspeedandsuper-largeconnection,whichputforwardhigherrequirementsonthebearingnetwork.5Gbearernetworkisfacedwiththechallengesofnetworkarchitecture,flexibleandefficientbearing,datastreaming,multi-accessfusionandothertechnologies.Inordertofurtherimprovetheperformanceindicatorsofthebearingnetworkandadapttotherequirementsof5Gbearingnetworkinthenewera,itisnecessarytodevelopmoreflexibleandefficientservicestomeettheneedsoflargebandwidthandhighsuddenness.Practiceshowsthatthecarriernetworkbasedonopticaltransmissionnetworktechnologyisaneffectiveandimportantmeasuretodealwiththedevelopmentandmaturityof5Gnetwork.OTNcanmeetmostoftheserequirementsandisthebestchoicefor5Gbearingtechnology.ResearchonthebearingnetworkOTNtechnologycanfurtherunderstandthebasicnetworkstructureof5Gandprovidetechnicalsupportfortheplanningandimplementationof5Gwirelessnetwork.Thispaperfirstlysummarizesthedevelopmenttrendof5Gtechnologyathomeandabroad,andcomprehensivelyanalyzesthebasicarchitectureof5Gnetwork.Accordingtothedevelopmentandcharacteristicsofthecarriernetwork,therequirementsof5Gcarriernetworkaresummarized,thekeytechnologiesinthecarriernetworkareanalyzed,andthefunctionsandadvantagesofOTNandthenextgenerationofkeytechnologiesareintroducedindetail.Theplanningschemeof5GcarriernetworkbasedonOTNtechnologyisdiscussed.Keywords:ThefifthgenerationcommunicationtechnologyInternetofthingsBearernetworkOpticaltransportnetwork目錄摘要 IAbstract II目錄 III緒論 115G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 31.15G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)需求 31.25G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)解析 325G承載網(wǎng)需求 72.1低時(shí)延需求 82.2高可靠性需求 82.3高精度時(shí)間同步需求 92.4網(wǎng)絡(luò)切片需求 93OTN技術(shù)概述 103.1OTN的基本概念和特點(diǎn) 103.1.1OTN的發(fā)展歷程和產(chǎn)生背景 113.1.2OTN的概述 123.1.3OTN的優(yōu)點(diǎn) 123.2OTN的體系結(jié)構(gòu) 133.2.1OTN的幀結(jié)構(gòu) 133.2.2OTN的電層開銷 143.2.3OTN的光層開銷 154基于OTN的5G承載網(wǎng)規(guī)劃方案 164.15G前傳承載規(guī)劃方案 174.1.15G前傳承載組網(wǎng)場景 174.1.2有源OTNG規(guī)劃方案 184.1.35G前傳承載規(guī)劃方案分析 194.25G回傳承載規(guī)劃方案 204.2.1分組增強(qiáng)型OTN規(guī)劃方案 214.2.25G回傳承載規(guī)劃方案分析 224.35G全程端到端OTN規(guī)劃方案 23結(jié)論 24致謝 26參考文獻(xiàn) 27緒論IMT-2020預(yù)計(jì)全世界移動(dòng)終端的數(shù)量在2020年將達(dá)到驚人的170億。為了能更好地應(yīng)對(duì)未來移動(dòng)終端連接的增長需求，日益增大的吞吐容量需求，以及多種多樣新型業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)的局面，通信網(wǎng)絡(luò)也要向超大連接、超高速率、超低時(shí)延、更加智能化演進(jìn)，5G承載網(wǎng)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。1977年在美國芝加哥，世界上第一條光纖通信系統(tǒng)正式投入商用，光纖通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)展了近半個(gè)世紀(jì)，從最開始的短距離傳輸?shù)浆F(xiàn)在的長距離傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速率從低速變成了高速，管理模式也由人工管理變成了智能管理。OTN是由SDH和WDM發(fā)展而來的新一代光傳輸技術(shù)。SDH技術(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)化的層次結(jié)構(gòu)，具有較高的可靠性，網(wǎng)絡(luò)的自愈能力比較強(qiáng)，比較的靈活和安全，擁有較為豐富的開銷和管理維護(hù)，但不足的地方是指針調(diào)整機(jī)理復(fù)雜且?guī)捪鄬?duì)較小，無法滿足現(xiàn)代骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)大容量承載業(yè)務(wù)需求。WDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要有超長的傳輸距離，超大的帶寬，擴(kuò)容便捷性大大提高。波分復(fù)用技術(shù)給傳送網(wǎng)帶來了質(zhì)的飛躍，但隨著大規(guī)模業(yè)務(wù)的需求和新型業(yè)務(wù)的涌現(xiàn)，WDM技術(shù)顯現(xiàn)了一些缺點(diǎn)，比如業(yè)務(wù)調(diào)度不是很靈活，DWDM技術(shù)僅支持點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)的管理和維護(hù)都不靈活。光傳送網(wǎng)目前作為承載網(wǎng)的主流技術(shù)，繼承了SDH技術(shù)和WDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于省際網(wǎng)、骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)。1998年ITU-T正式提出了OTN的概念和技術(shù)，在21世紀(jì)以前，光傳送網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作采用了和SDH相似的思路。經(jīng)過近20年的發(fā)展，OTN的標(biāo)準(zhǔn)體系也趨于完善，但隨著5 G時(shí)代的到來，未來各種各樣新興業(yè)務(wù)對(duì)OTN的要求越來越高，OTN技術(shù)也將出現(xiàn)新的變化。當(dāng)前，商用OTN設(shè)備為了覆蓋多種承載業(yè)務(wù)和顆粒度，增加了一些不必要的封裝步驟，使得傳輸時(shí)延大幅度上升，超低時(shí)延的OTN技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。超低時(shí)延OTN技術(shù)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)時(shí)延是傳統(tǒng)OTN設(shè)備的十分之一，采用簡化映射封裝路線，簡化ODU映射復(fù)用路徑和根據(jù)不同應(yīng)用場景，優(yōu)化封裝時(shí)隙等方法來改良傳統(tǒng)OTN設(shè)備。隨著市場上100Gbit/sWDM技術(shù)的設(shè)備產(chǎn)品推出，超100Gbit/s技術(shù)已成為當(dāng)代高速通信傳輸網(wǎng)的研究焦點(diǎn)。超100GOTN技術(shù)具有大容量和長距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，能夠在現(xiàn)有的OTN網(wǎng)絡(luò)中平滑升級(jí)。2017年中國移動(dòng)首先提出了200GOTN模型，并在《全面構(gòu)建新型傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃》文件中表明要全面部署200GOTN商業(yè)設(shè)備。MS-OTN（分組增強(qiáng)型OTN）技術(shù)，繼承了原有OTN帶寬高效，節(jié)省光纖，易于管理的特點(diǎn)，也融合了SDH/MSTP網(wǎng)絡(luò)配置靈活，管理可靠，保護(hù)完善的特點(diǎn)。2014年中國電信針對(duì)分組增強(qiáng)型OTN技術(shù)進(jìn)行了專題研究，并在2018年發(fā)布了分組增強(qiáng)型OTN部署建設(shè)原則。在國際上，分組增強(qiáng)型OTN也早有了大規(guī)模的建設(shè)和部署。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，全世界近80%的海外電信運(yùn)營商考慮使用分組增強(qiáng)型OTN建網(wǎng)技術(shù)來優(yōu)化自身傳輸網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，典型電信運(yùn)營商包括荷蘭皇家電信、貝爾電信集團(tuán)、西班牙電信、德國電信等。在2018年的國際電信第十五研究組會(huì)議上，以中國電信為首的M-OTN標(biāo)準(zhǔn)取得突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了相關(guān)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的建立。M-OTN是用于承載網(wǎng)優(yōu)化的新一代OTN技術(shù)，提供了低時(shí)延、低功率、低成本的承載方案。具有更靈活的時(shí)隙結(jié)構(gòu)，另外能夠?qū)崿F(xiàn)單級(jí)復(fù)用，擁有更簡化的開銷。在國際上，中國電信主導(dǎo)的M-OTN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)得到了法國電信、德國電信、西班牙電信等運(yùn)營商和研究機(jī)構(gòu)的一致認(rèn)可。5G承載網(wǎng)絡(luò)是5G接入網(wǎng)絡(luò)和5G核心網(wǎng)絡(luò)之間架起的網(wǎng)絡(luò)橋梁，5G承載網(wǎng)絡(luò)不僅需要為這些網(wǎng)絡(luò)連接提供管理控制，網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和其他功能，而且在延遲，帶寬和可靠性方面也提供了一定的保證。這是一場由海量移動(dòng)數(shù)據(jù)引發(fā)的互聯(lián)網(wǎng)革命，是一場由技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)人類社會(huì)發(fā)展的革命，所以，5G需要各行業(yè)廣泛的合作，共同地激發(fā)技術(shù)創(chuàng)新。15G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)1.15G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)需求5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)需求主要包括網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營的需求和關(guān)鍵性能的需求。ITU-R確定了5G的三種主要應(yīng)用場景。其中，eMBB場景可以分為熱點(diǎn)大容量場景和連續(xù)廣覆蓋場景。在增強(qiáng)型移動(dòng)帶寬場景下，通信網(wǎng)絡(luò)需要提供一百兆比特每秒到一吉比特每秒的傳輸速率并支持在500km/h高速移動(dòng)過程中業(yè)務(wù)的連續(xù)性。在現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中基站之間無法通過通信去實(shí)現(xiàn)干擾協(xié)同，移動(dòng)性管理和高效的無線資源調(diào)度等功能。在uRLLC場景中，4G網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的控制平面的邏輯功能分布在多個(gè)網(wǎng)元上，無法進(jìn)行集中地管理和控制。端到端之間的通信傳輸延遲相對(duì)較長，并且本地業(yè)務(wù)可能會(huì)出現(xiàn)路由迂回的情況。在mMTC場景中，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)使用單一連接管理機(jī)制，在承載IoT業(yè)務(wù)時(shí)會(huì)消耗大量報(bào)頭開銷，效率低下，還可能導(dǎo)致信令擁塞的現(xiàn)象。電信運(yùn)營商在進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃時(shí)，首先需要考慮網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)是否可行、網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營是否便利，這些也對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提出了一些要求。首先需要可以靈活部署和規(guī)劃的網(wǎng)元，而且結(jié)合了4G控制和承載的eNodeB網(wǎng)元不能滿足5G的應(yīng)用場景。其次是對(duì)容量和覆蓋范圍的需求?，F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的控制和轉(zhuǎn)發(fā)的不完全分離導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)靈活性不足，處理延遲高以及整體網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化困難。第三，完善業(yè)務(wù)控制要求。盡管4G網(wǎng)絡(luò)中的PCRF網(wǎng)元允許運(yùn)營商通過Qos機(jī)制向用戶提供差異化??服務(wù)，但難以挖掘和分析用戶的業(yè)務(wù)特征，并且難以實(shí)現(xiàn)靈活的路由控制。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)需要遵循開放、靈活、智能的原則，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的虛擬化、功能的模塊化以及部署的分布化。開放是指網(wǎng)絡(luò)能力可以向第三方開放，網(wǎng)元可以突破軟硬件之間的緊耦合。靈活是指能夠支持多種接入技術(shù)，可以根據(jù)業(yè)務(wù)不同組建網(wǎng)絡(luò)。智能是指能夠自主的實(shí)現(xiàn)資源的調(diào)整，組網(wǎng)的自動(dòng)優(yōu)化。1.25G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)解析在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，要參照現(xiàn)有的4GLTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，采用先繼承后創(chuàng)新的思路，為了逐漸適應(yīng)5G網(wǎng)絡(luò)的需求，引入了NFV和SDN等技術(shù)重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)功能。LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以分為三個(gè)部分。第一個(gè)部分是為了滿足網(wǎng)絡(luò)兼容性而引入的LTE。第二個(gè)部分是接入網(wǎng)。接入網(wǎng)空中接口的發(fā)展是通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。第三個(gè)部分是核心網(wǎng)絡(luò)。本論文首先重構(gòu)了這一部分。首先，為了解決4G網(wǎng)絡(luò)中控制和轉(zhuǎn)發(fā)不完全分離的問題，5G網(wǎng)絡(luò)需要對(duì)具有轉(zhuǎn)發(fā)功能和控制功能的網(wǎng)關(guān)解耦。我們在邏輯上將LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的P-GW和S-GW視為SAE-GW，之后再引入SDN技術(shù)進(jìn)行解耦，使用新定義的UPF網(wǎng)元承載用戶面功能，SMF新網(wǎng)元統(tǒng)一管理控制面功能。原LTE控制面網(wǎng)元MME，HSS和PCRF分別由新的網(wǎng)元AMF，UDM和PCF代替，5G網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)第一步轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離，如圖1-1所示。圖1-15G網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)第一步：轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離第二步，為了實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)中網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)部署功能，組網(wǎng)過程中故障的隔離、網(wǎng)絡(luò)自愈、彈性伸縮，以及進(jìn)一步滿足共享網(wǎng)絡(luò)資源等需求。5G網(wǎng)絡(luò)中引入了NFV技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的功能虛擬化。所以，5G網(wǎng)絡(luò)為了適應(yīng)新的需求定義了新網(wǎng)元NF。由于新網(wǎng)元NF是提供面向用戶差異性的服務(wù)，5G網(wǎng)絡(luò)將它放置于 PCF網(wǎng)元下，為了NF能夠需求PCF的策略控制參數(shù)，5G網(wǎng)絡(luò)為其定義了新接口。5G網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)第二步硬軟件解耦，如圖1-2所示。圖1-25G網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)第二步：硬軟件解耦第三步是核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，5G網(wǎng)絡(luò)就近為用戶提供數(shù)據(jù)緩存和業(yè)務(wù)計(jì)算等服務(wù)，因此，有必要將業(yè)務(wù)平臺(tái)下沉至網(wǎng)絡(luò)的邊緣，并且提高UDM網(wǎng)元的功能，用來承擔(dān)業(yè)務(wù)平臺(tái)下沉后的數(shù)據(jù)管理的工作。5G網(wǎng)絡(luò)引入了AUSF網(wǎng)元來提供數(shù)據(jù)訪問的鑒權(quán)和授權(quán)服務(wù)。由于5G面向的是多種多樣業(yè)務(wù)場景，5G還需要引入NSSF網(wǎng)元來應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片選擇的問題，這也會(huì)讓整個(gè)網(wǎng)絡(luò)更加靈活，更有彈性。5G網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)第三步引入網(wǎng)絡(luò)切片和移動(dòng)邊緣計(jì)算，如圖1-3所示。圖1-35G網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)第三步：引入網(wǎng)絡(luò)切片和移動(dòng)邊緣計(jì)算 第四步是將網(wǎng)元布置在接入網(wǎng)側(cè)。在5G時(shí)代，電信運(yùn)營商必須要面對(duì)著不同標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)長期共存的局面。如何降低運(yùn)維成本，高效地維護(hù)各種制式網(wǎng)絡(luò)，是目前要解決的難題之一。因此，5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要考慮多網(wǎng)絡(luò)融合的問題。對(duì)此，5G網(wǎng)絡(luò)需要對(duì)接入網(wǎng)側(cè)進(jìn)行優(yōu)化，更改4G無線網(wǎng)絡(luò)的單一eNodeB接入方式。5G網(wǎng)絡(luò)接入側(cè)不再采用單一的無線接入的方式，而是參用固移融合，這就需要定義新的網(wǎng)元R(AN)，5G網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)第四步多RAT融合，如圖1-4所示。圖1-45G網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)第四步：多RAT融合第五步，5G網(wǎng)絡(luò)為各個(gè)網(wǎng)元之間的邏輯連接定義了接口，經(jīng)過五個(gè)步驟的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，可以得到完整的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)清晰的呈現(xiàn)了接入面、控制面、轉(zhuǎn)發(fā)面的特點(diǎn)。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包含具有接入和移動(dòng)管理功能的AMF網(wǎng)元，具有會(huì)話管理功能的SMF網(wǎng)元，SGW\PGW用戶面功能的UPF網(wǎng)元，具有策略和控制功能的PCF網(wǎng)元，進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理的UDM網(wǎng)元，具有認(rèn)證服務(wù)器功能的AUSF網(wǎng)元，管理網(wǎng)絡(luò)切片選擇功能的NSSF網(wǎng)元以及應(yīng)用功能AF網(wǎng)元。5G網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)第五步重新定義接口，如圖1-5所示。圖1-55G網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)第五步：重新定義接口25G承載網(wǎng)需求IMT-2020為5G定義三大應(yīng)用場景,但在實(shí)際應(yīng)用中各個(gè)行業(yè)對(duì)5G的關(guān)鍵性能指標(biāo)的要求存在差異性，因此5G網(wǎng)絡(luò)還需要支持帶寬、時(shí)延、可靠性、計(jì)費(fèi)、定位等需求的定制組合。世界上絕大多數(shù)電信運(yùn)營商計(jì)劃在2020年實(shí)現(xiàn)5G的商用，而5G商用，承載先行。2.1低時(shí)延需求5G關(guān)鍵特征之一就是超低時(shí)延，國際上很多標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)5G時(shí)延的性能指標(biāo)進(jìn)行了研究和規(guī)定。3GPP組織在TR38.913中規(guī)定uRLLC業(yè)務(wù)的控制面時(shí)延小于10ms，用戶面時(shí)延小于0.5ms；eMBB業(yè)務(wù)控制面時(shí)延小于10ms，用戶面時(shí)延小于4ms，如表2-1所示。表2-15G網(wǎng)絡(luò)承載時(shí)延關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)根據(jù)當(dāng)前eCPRI接口的時(shí)延分配，前傳距離為10至20km，光纖傳輸時(shí)延按5微秒/km計(jì)算，不考慮節(jié)點(diǎn)處理時(shí)延，前傳時(shí)延約為100微秒。目前，承載網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的處理時(shí)延是20~50微秒，這就需要前傳網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)時(shí)，應(yīng)盡可能減少傳輸過程中節(jié)點(diǎn)的處理時(shí)延。因?yàn)闊o法在光纖傳輸中優(yōu)化時(shí)延，所以承載網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的處理時(shí)延下降到一定范圍內(nèi)，就沒有必要進(jìn)一步優(yōu)化。將來為了實(shí)現(xiàn)5G超高可靠性與低時(shí)延通信業(yè)務(wù)的部署和應(yīng)用，承載網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)之間如何進(jìn)行分配時(shí)延協(xié)同也越來越重要。2.2高可靠性需求4G網(wǎng)絡(luò)對(duì)視頻通話、語音通話、Web瀏覽等一系列傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的可靠性要求并不是很高，但是在一些重要的應(yīng)用場景和領(lǐng)域中，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可靠性要求十分苛刻。目前，5G技術(shù)在人工智能、大數(shù)據(jù)、無人駕駛、智慧醫(yī)療等領(lǐng)域有大規(guī)模的應(yīng)用，這些領(lǐng)域?qū)W(wǎng)絡(luò)的可靠性有著很高的要求，如果不能保證這些領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)的可靠性，將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失或者出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全問題，這就對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的可靠性提出了新的要求。無人駕駛、工業(yè)控制等行業(yè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延和可靠性要求嚴(yán)苛，需要保證幾乎100%的可靠性和毫秒級(jí)端到端時(shí)延，這就需要承載網(wǎng)擁有極低的節(jié)點(diǎn)處理時(shí)延和傳送時(shí)延，超強(qiáng)的故障恢復(fù)能力和嚴(yán)格的時(shí)間同步能力。2.3高精度時(shí)間同步需求5G承載關(guān)鍵需求之一就是高精度時(shí)間同步，5G網(wǎng)絡(luò)高精度時(shí)間同步需求主要有三大方面：基本業(yè)務(wù)高精度時(shí)間同步需求，協(xié)同業(yè)務(wù)高精度時(shí)間同步需求和新業(yè)務(wù)高精度時(shí)間同步需求。時(shí)分雙工制式無線網(wǎng)絡(luò)的共性需求就是基本業(yè)務(wù)高精度時(shí)間同步，目的是為了防止上下行時(shí)隙干擾。由于子載波間隔靈活可拓展的特點(diǎn)，5G系統(tǒng)通過在GP（保護(hù)周期）中配置多個(gè)符號(hào)的方式，保證了與4G時(shí)分復(fù)用制式維持了相同的高精度時(shí)間同步需求。5G高精度時(shí)間同步需求主要體現(xiàn)在協(xié)同業(yè)務(wù)高精度時(shí)間同步需求。多點(diǎn)協(xié)同、載波融合、MIMO等在5G網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用的協(xié)同技術(shù)對(duì)時(shí)間同步都有比較高的要求。3GPP定義了不同場景下的時(shí)間同步需求精度級(jí)別，包括65ns/130ns/260ns/3μs等級(jí)別精度。當(dāng)5G網(wǎng)絡(luò)在承載工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)等新興業(yè)務(wù)時(shí)，可能需要網(wǎng)絡(luò)提供TDOA（到達(dá)時(shí)間差）的基站定位服務(wù)，這就需要更高精度的時(shí)間同步需求。2.4網(wǎng)絡(luò)切片需求5G網(wǎng)絡(luò)擁有三大應(yīng)用場景，并且對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求在不同的應(yīng)用場景中的差異也很大。例如，對(duì)性能指標(biāo)（如峰值傳輸速率，傳輸延遲和服務(wù)質(zhì)量）的要求是不同的。為了支持不同的應(yīng)用場景，5G網(wǎng)絡(luò)將具有支持網(wǎng)絡(luò)切片的能力。在5G網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片都具有自我控制能力和獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)資源。5G承載網(wǎng)絡(luò)上的網(wǎng)絡(luò)切片需求反映在一個(gè)統(tǒng)一的物理網(wǎng)絡(luò)中，該物理網(wǎng)絡(luò)可以將網(wǎng)絡(luò)資源和相關(guān)的業(yè)務(wù)功能組織在一起，從而形成一個(gè)完整，自治，可以獨(dú)立運(yùn)維的虛擬網(wǎng)絡(luò)。轉(zhuǎn)發(fā)面上的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)和SDN/NFV管理控制功能是構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。轉(zhuǎn)發(fā)面的網(wǎng)絡(luò)切片主要負(fù)責(zé)分配網(wǎng)絡(luò)資源。SDN/NFV的功能主要是虛擬化網(wǎng)絡(luò)資源。中傳/回傳承載網(wǎng)需要提供面向5G網(wǎng)絡(luò)切片的承載網(wǎng)組網(wǎng)解決方案，以應(yīng)對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)切片在靈活組網(wǎng)和傳輸時(shí)延等方面的不同的需求。此外，5G承載網(wǎng)根據(jù)不同層次的5G網(wǎng)絡(luò)切片的要求，需要提供可以支持軟隔離和硬隔離的5G網(wǎng)絡(luò)切片方案。3OTN技術(shù)概述3.1OTN的基本概念和特點(diǎn)近十年來，我國信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，客戶需求增長迅速。傳統(tǒng)的傳輸技術(shù)SDH、WDM等技術(shù)存在承載業(yè)務(wù)量過小、業(yè)務(wù)調(diào)度不靈活的特點(diǎn)，已無法適應(yīng)當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)的需求。面向5G時(shí)代，電信運(yùn)營商需要解決如何承載高帶寬業(yè)務(wù)、如何接入多樣化的業(yè)務(wù)的問題。OTN具有大顆粒調(diào)度能力、多波長傳輸?shù)奶攸c(diǎn)以及擁有強(qiáng)大的開銷和維護(hù)管理網(wǎng)絡(luò)的能力。OTN技術(shù)結(jié)合了SDH的管理能力強(qiáng)大、組網(wǎng)靈活、保護(hù)完善等特點(diǎn)和DWDM承載容量大的優(yōu)勢已逐漸成為當(dāng)前承載網(wǎng)的主流技術(shù)。3.1.1OTN的發(fā)展歷程和產(chǎn)生背景英籍華人高琨在1966年提出了光纖傳輸?shù)睦碚摗?970年由于半導(dǎo)體激光器技術(shù)和石英光纖的不斷發(fā)展，光纖損耗下降到20dB/km。1972年，國際電信聯(lián)盟提出了第一批PDH（準(zhǔn)數(shù)字同步系列）的建議書。1976年，光纖傳輸?shù)膿p耗已下降至0.47dB/km，光纖傳輸中傳輸介質(zhì)損耗的問題基本解決。20世紀(jì)80年代，PDH產(chǎn)品開始大規(guī)模使用，PDH技術(shù)開始快速發(fā)展。在PDH產(chǎn)品使用過程中也暴露出了一些問題，PDH沒有統(tǒng)一的光接口和電接口標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致設(shè)備橫向兼容困難，在光路上光接口無法實(shí)現(xiàn)互通，網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)互通變得十分困難，高速信號(hào)中低速業(yè)務(wù)的分離和插入處理過程過于繁瑣和低效。在傳送業(yè)務(wù)時(shí)，PDH就像一列散裝列車，貨物雜亂地堆放在整個(gè)車廂里。如果要在某個(gè)車站取下具體的貨物，需要先卸下所有的貨物，然后找到所需要的的貨物，再將剩余貨物和在車站需要新裝車的貨物搬上列車，然后再運(yùn)走。在20世紀(jì)末期，光纖通信的基本傳輸技術(shù)是SDH技術(shù)。SDH是嚴(yán)格同步的，降低了傳輸過程中的誤碼率，從而使網(wǎng)絡(luò)更加可靠也便于調(diào)整和復(fù)用；定義了規(guī)范的接口標(biāo)準(zhǔn)，從而將PDH技術(shù)中沒有接口標(biāo)準(zhǔn)的問題解決了，具有很好的兼容性；擁有多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此組網(wǎng)十分靈活；開放性的標(biāo)準(zhǔn)化光接口能夠在光纜段上橫向兼容，所以聯(lián)網(wǎng)成本比較低。SDH雖然大大的提高了可靠性，但其有效性卻在降低而且指針調(diào)整機(jī)理過于復(fù)雜，OAM的自動(dòng)程度比較高，這代表著軟件在系統(tǒng)中的占比較大，導(dǎo)致系統(tǒng)容易受到病毒的攻擊，軟件的大量使用會(huì)對(duì)系統(tǒng)的安全性會(huì)造成很大的影響。21世紀(jì)初，隨著短信、實(shí)時(shí)視頻、彩信等業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展,基于SDH的MSTP（多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)）技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。MSTP技術(shù)運(yùn)用了SDH技術(shù)的優(yōu)勢，特別是在保護(hù)恢復(fù)能力方面和確保傳輸時(shí)延性能等方面，MSTP技術(shù)可適應(yīng)多業(yè)務(wù)應(yīng)用，支持圖片、視頻、語言等數(shù)據(jù)傳輸，簡化電路配置，提高了業(yè)務(wù)供應(yīng)速度和網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性，降低了運(yùn)維成本，但是MSTP技術(shù)的帶寬調(diào)整能力不盡人意，在承載各類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，帶寬使用率比較低，在傳輸以太網(wǎng)業(yè)務(wù)過程中，QAM能力不強(qiáng)。在21世紀(jì)，網(wǎng)絡(luò)直播、電話會(huì)議、人工智能、大數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)無處不在，這些新的業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的傳輸時(shí)延、帶寬的吞吐量以及網(wǎng)絡(luò)的可靠性都提出了更高的要求。與WDM相比較，OTN（光傳送網(wǎng)）可以提供更低的傳輸時(shí)延，更大的傳輸帶寬，更穩(wěn)定、可靠的傳輸。3.1.2OTN的概述OTN（光傳送網(wǎng)）是在1998年由國際電信聯(lián)盟定義的一種光傳送技術(shù)，OTN技術(shù)是基于SDH和WDM技術(shù)發(fā)展而來的新一代光傳送技術(shù)。它擁有電層和光層十分完整的結(jié)構(gòu)，在光層負(fù)責(zé)波長級(jí)調(diào)度以及大顆粒業(yè)務(wù)調(diào)度，小顆粒業(yè)務(wù)交叉主要由電層負(fù)責(zé)。OTN能夠同時(shí)滿足大顆粒和小顆粒業(yè)務(wù)的承載需求。面向5G承載網(wǎng)大承載業(yè)務(wù)需求，大承載業(yè)務(wù)需求，同步數(shù)字體系技術(shù)受到了很大的限制，WDM技術(shù)更關(guān)注于業(yè)務(wù)在光層上的處理并且組網(wǎng)方式過于單一，組網(wǎng)的靈活性不高。3.1.3OTN的優(yōu)點(diǎn)OTN技術(shù)兼容了WDM與OTN技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，OTN的優(yōu)點(diǎn)主要有如下幾個(gè)方面：（1）交叉連接的可升級(jí)性O(shè)TN的體系結(jié)構(gòu)在交叉速率上沒有限制，交叉速率可以隨著線路速率的增大而增大，也能通過反向復(fù)用來適應(yīng)線路速率的限制。各個(gè)部分能夠進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立發(fā)展，擁有較高的可擴(kuò)展性，便于管理并且成本比較低。（2）透明傳輸能力OTN定義了可以適配任何客戶業(yè)務(wù)的OPUk容器，可以不修改任何開銷信息和凈荷，這些業(yè)務(wù)包括SAN、Video、SDH等。OTN接口標(biāo)準(zhǔn)具有多樣性，能夠支持多種業(yè)務(wù)接入，如以太網(wǎng)、IPRAN而且引入了幀字節(jié)，這樣可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的透明傳輸。（3）強(qiáng)大的帶外前向糾錯(cuò)能力OTN架構(gòu)中的幀結(jié)構(gòu)有一個(gè)帶外的FEC區(qū)域，經(jīng)過前向糾錯(cuò)可以得到5dB左右的增益，這樣就能對(duì)光信噪比的要求下降，從而將系統(tǒng)的傳輸距離增加。（4）強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理能力OTN定義了用于運(yùn)行、管理和維護(hù)的開銷，讓OTN可以利用這些開銷對(duì)光傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢測和管理，能夠?qū)崿F(xiàn)在多層級(jí)網(wǎng)絡(luò)之間互聯(lián)互通和維護(hù)管理。（5）支持多種客戶信號(hào)的封裝和傳輸OTN使用了數(shù)字封裝技術(shù)來承載各種各樣的業(yè)務(wù)信號(hào)，就同步信號(hào)而言，OTN能夠直接適配到光凈荷單元里而不用進(jìn)行其他更改，對(duì)于其他的業(yè)務(wù)信號(hào)而言，OTN基本上都會(huì)使用通用成幀規(guī)程進(jìn)行封裝，之后才適配到光凈荷單元里。3.2OTN的體系結(jié)構(gòu)3.2.1OTN的幀結(jié)構(gòu)OTN開銷分成電層和光層兩種，電層開銷在OTN成幀時(shí)加入；光層開銷由OSC信道傳送。OTN電層對(duì)客戶信號(hào)的處理分為OPU、ODU和OTU三個(gè)子層，各子層的OH和FEC字節(jié)就是電層開銷。OTU的幀結(jié)構(gòu)與三個(gè)子層有明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。其中OPU子層對(duì)應(yīng)著OPU開銷和客戶信號(hào)。ODU子層又增加了ODU開銷，OTU子層增加了幀對(duì)齊、OTU開銷和FEC部分。OTN幀結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1OTN幀結(jié)構(gòu)3.2.2OTN的電層開銷從OTN的幀結(jié)構(gòu)中我們可以看出，除了FEC開銷以外，其他開銷都在前面16列，大小為4行X16列字節(jié)。電層開銷分為四個(gè)部分，分別是幀對(duì)齊開銷、OTU層開銷、ODU層開銷和OPU層開銷。OTN的電層開銷如圖4-2所示。常見開銷字節(jié)作用如下：（1）幀對(duì)齊開銷（FAS）FAS(FrameAlignmentSignal)：長度為6個(gè)字節(jié)，用于幀對(duì)齊和定位。它就像一個(gè)國王，帶領(lǐng)整個(gè)幀進(jìn)行傳輸。（2）段監(jiān)控（SM）SM（SectionMonitoring）：用于OTU級(jí)別的誤碼檢測，在OTU信號(hào)組裝和分解處被終結(jié)。SM開銷就像一個(gè)警察，使命是監(jiān)測違法分子。（3）通道監(jiān)控（PM）PM（PathMonitoring）：用于ODU級(jí)別誤碼檢測，作用SM類似。SM和PM的作用雖然類似，但是他們的生命周期不同，SM生命周期要短于PM。圖3-2OTN的電層開銷3.2.3OTN的光層開銷與電層開銷不同，OTN的光層開銷（OOS）為非隨路開銷，通過OSC傳輸（光監(jiān)控信道）。光層開銷包括OTS、OMS和OCH開銷，以及廠商自定義的通用管理信息開銷。 OTN的光層開銷如圖3-3所示。圖3-3OTN的光層開銷不同層次的光層開銷產(chǎn)生不同層次的光層告警，也有不同的生命周期，比如OTS開銷生命周期對(duì)應(yīng)著OTS光傳送段的長度；類似的OMS和OCH的開銷分別對(duì)應(yīng)著OMS光復(fù)用段和OCH光信道。光層生命周期如圖3-4所示。圖3-4OTN的光層開銷生命周期4基于OTN的5G承載網(wǎng)規(guī)劃方案5G將CU和DU進(jìn)行分離設(shè)置，5G承載網(wǎng)可以分為前傳，中傳以及回傳。RRU-DU被定義為前傳，前傳網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星型的，并且單點(diǎn)故障對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)影響十分的小。DU-CU被定義為中傳，中傳網(wǎng)絡(luò)對(duì)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的可靠性有著較高的要求。CU-核心網(wǎng)被定義為回傳，回傳網(wǎng)絡(luò)流量大，帶寬大，對(duì)可靠性要求也是非常的高。OTN擁有有低時(shí)延，大帶寬，高可靠性和開放協(xié)同等特點(diǎn)。光傳送網(wǎng)非常適合5G承載網(wǎng)中的前傳業(yè)務(wù)和中傳、回傳業(yè)務(wù)。OTN也能支持其他業(yè)務(wù)的發(fā)展，完全滿足未來網(wǎng)絡(luò)對(duì)承載的需求。4.15G前傳承載規(guī)劃方案隨著全世界5G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模部署，5G承載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建設(shè)已成為重中之重，作為5G承載回傳網(wǎng)絡(luò)的重要部分，前傳網(wǎng)絡(luò)能否選擇合適的規(guī)劃方案，將會(huì)影響到電信運(yùn)營商的建設(shè)效率和投資。4.1.15G前傳承載組網(wǎng)場景5G前傳承載組網(wǎng)的典型場景有兩種，分別是小集中和大集中。DU在5G小集中場景里一般位置部署得都比較低，并且和4G網(wǎng)絡(luò)中的宏站BBU的位置大致相同，連接到DU的AUU的個(gè)數(shù)通常情況下會(huì)少于30個(gè)（少于10個(gè)宏站）。DU在 5G大集中場景里位于綜合接入設(shè)備機(jī)房，部署的位置比較的高，和DU相互連接的5GAUU的數(shù)量通常通常情況下會(huì)多于30個(gè)（多于10個(gè)宏站）。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、光纖的資源和網(wǎng)絡(luò)的需求，大集中的場景還可以分為兩種方式，分別是環(huán)網(wǎng)大集中方式和P2P大集中方式。5G前傳三種場景如圖4-1所示。小集中的特點(diǎn)是AUU的數(shù)量不多于導(dǎo)入端可以使用的光纖數(shù)量，DU所在站點(diǎn)機(jī)房與機(jī)房附近的AUU通過導(dǎo)入光纖進(jìn)行連接。小集中場景如圖4-1（a）所示。P2P大集中場景的特征是連接到骨干層的光纖的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是樹形的，這意味著P2P場景中，非常合適使用點(diǎn)到點(diǎn)的WDM組網(wǎng)方案。為了方便對(duì)DU池進(jìn)行管理和維護(hù)，DU池是位于接入機(jī)房里。前傳網(wǎng)絡(luò)P2P大集中場景，如圖4-1（b）所示。在環(huán)網(wǎng)大集中場景中連接到骨干層的光纖，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為環(huán)形，并且非常適合使用WDM環(huán)形組網(wǎng)方案，這樣也可以比較好的節(jié)省光纖資源。環(huán)形大集中場景如圖4-1（c）所示。圖4-15G前傳承載的三種方案4.1.2有源OTN方案有源波分OTN解決方案采用了城域接入型OTN設(shè)備，分別在DU機(jī)房和AUU站點(diǎn)中進(jìn)行部署，通過波分復(fù)用技術(shù)，使多個(gè)前傳信號(hào)共享光纖資源，為了實(shí)現(xiàn)管理和保護(hù)，使用OTN開銷來確保質(zhì)量。該方案中無線設(shè)備和接入型OTN設(shè)備之間的接口使用了標(biāo)準(zhǔn)的灰光接口。在OTN設(shè)備中，完成了諸如彩光拉遠(yuǎn)、端口匯聚、OTN承載之類的功能。有源OTN方案和無源波分方案相比擁有更加靈活的組網(wǎng)方式，例如環(huán)型組網(wǎng)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)組網(wǎng)。有源點(diǎn)對(duì)點(diǎn)組網(wǎng)方式與無源波分方案相比，光纖資源的消耗是一樣的，但可以支持單纖單向和單纖雙向等多種傳輸方式。有源點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方案如圖4-2所示。圖4-2有源OTN方案點(diǎn)到點(diǎn)架構(gòu)有源OTN方案除了可以節(jié)省光纖之外，還能夠提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率和網(wǎng)絡(luò)的可靠性以及提供環(huán)網(wǎng)保護(hù)的功能。有源OTN方案環(huán)形網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如圖4-3所示。圖4-3有源OTN環(huán)形網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由于有源波分方案的OTN的特性，該方案還能提供以下的功能。（1）維護(hù)界面清晰，擁有完善而且高效的OAM管理，能夠保障設(shè)備管理、性能監(jiān)控等一系列功能，增強(qiáng)了前傳網(wǎng)絡(luò)的安全性和可管理性。（2）有源設(shè)備具有匯聚功能，能夠提供AUU大量匯聚組網(wǎng)的需求。（3）能夠支持固定網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)融合承載，并且具備專線和固定寬帶等業(yè)務(wù)的綜合接入等能力。（4）設(shè)備形態(tài)比較靈活，AUU設(shè)備在適配DU集中部署后安裝方式包括室外型和室內(nèi)型。（5）提供自動(dòng)倒換和保護(hù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)的有電層保護(hù)和光層保護(hù)兩種方式。在電層中有ODUk子網(wǎng)連接保護(hù)等，在光層中有OLP（光線路保護(hù)）等。通過使用不同管道之間的主用和備用光纖路由實(shí)時(shí)備份前傳鏈路，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的容災(zāi)和容錯(cuò)能力。4.1.35G前傳承載規(guī)劃方案分析5G前傳承載組網(wǎng)方式適用于點(diǎn)到多點(diǎn)的星形網(wǎng)絡(luò)。5G前傳網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案主要有光纖直連解決方案，無源WDM規(guī)劃方案，有源OTN規(guī)劃方案和有源WDM-PON規(guī)劃方案。光纖直連方案是指DU與RRU之間采用光纖直接連接，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)組網(wǎng)，DU和RRU分別采用傳輸速率為25Gbit/s的白光模塊，傳輸?shù)挠行Ь嚯x可以達(dá)到10千米。為了降低光纖資源的損耗，可以采用RRU級(jí)聯(lián)的方式，雖然此規(guī)劃方案部署成本相對(duì)較低，但是由于于傳輸距離和末端光纖資源十分有限，因此不適合大范圍的網(wǎng)絡(luò)部署。無源WDM規(guī)劃方案使用了無源合波器和解復(fù)用器再加上彩光直連，無線基站使用傳送網(wǎng)部署的合波、分波設(shè)備以及采光口。此規(guī)劃方案使用了WDM技術(shù)可以減少光纖資源的損耗，從而解決光纖資源的問題。DU與RRU的波長在物理層是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，需要提前進(jìn)行波長規(guī)劃，無法進(jìn)行長距離傳輸，只適合小范圍使用。 有源OTN承載方案可以減少DU與RRU之間的波長規(guī)劃。在DU和RRU之間部署 OTN,可以使用樹形、環(huán)形、Mesh等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行組網(wǎng)，有源OTN方案具有易于管理維護(hù)、可靠性和安全性比較高、組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)。因?yàn)?G網(wǎng)絡(luò)中擁有多頻點(diǎn)組網(wǎng)方案而且基站的密度比較大，所以光纖直連規(guī)劃方案中需要消耗大量的光纖，但在現(xiàn)實(shí)中難以滿足龐大的光纖需求，需要其他的設(shè)備承載規(guī)劃方案進(jìn)行補(bǔ)充。根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)中前傳承載的場景，前傳承載方案如表4-1所示。表4-1前傳場景與對(duì)應(yīng)的承載方案4.25G回傳承載規(guī)劃方案城域OTN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分別由接入層，匯聚層和骨干層組成，5G網(wǎng)絡(luò)中傳和回傳的承載需求和城域OTN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是相互匹配的。5G中傳和前傳承載網(wǎng)與城域OTN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的接入層對(duì)應(yīng)，5G回傳承載網(wǎng)與城域網(wǎng)中的骨干層和匯聚層相對(duì)應(yīng)。近年來，OTN從剛開始引入了多協(xié)議標(biāo)簽交換流量監(jiān)控技術(shù)和以太網(wǎng)等分組交換技術(shù)，已經(jīng)演進(jìn)到MS-OTN（分組增強(qiáng)型OTN），MS-OTN可以很好地滿足5GIP化承載需求。MS-OTN可以在基于OTN的回傳承載規(guī)劃方案中可以通過DSP（數(shù)字信號(hào)處理）、FPGA（可編程門陣列）等技術(shù)，充分利用分組增強(qiáng)型OTN高效的幀處理能力完成壓縮，解壓縮，快速成幀和映射功能，從而滿足了DU在傳輸連接過程中對(duì)空中接口MAC/PHY的時(shí)延要求。對(duì)于CU而言，MS-OTN在DU和CU之間構(gòu)建超低時(shí)延和超大帶寬的連接，從而能夠?qū)崿F(xiàn)PDCP處理的高效，實(shí)時(shí)和可靠。MS-OTN集成的WDM可以支持長距離傳輸，并且按照所需提高傳輸鏈路上的帶寬容量。城域OTN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖4-4所示。圖4-4城域網(wǎng)OTN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)4.2.1分組增強(qiáng)型OTN規(guī)劃方案由于在靈活組網(wǎng)方面回傳承載網(wǎng)有非常高的需求，有必要在MS-OTN已經(jīng)支持MPLS-TP技術(shù)的前提下，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的路由轉(zhuǎn)發(fā)功能。目前，需要考慮支持的基本路由轉(zhuǎn)發(fā)功能有分段路由 SR，邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP，域內(nèi)路由協(xié)議，OSPF開放式最短路由優(yōu)先OSPF，IP層上的數(shù)據(jù)包處理和轉(zhuǎn)發(fā)、IP

QoS以及OAM協(xié)議，例如IP流性能測量和Ping。根據(jù)業(yè)務(wù)的需求，在OTN節(jié)點(diǎn)之間可以配置IP/MPLS-TP

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ODUk通道，以實(shí)現(xiàn)單跳直接訪問，從而確保5G業(yè)務(wù)的大帶寬和低延遲需求。5G承載回傳的OTN規(guī)劃方案目的是在回傳的過程中使用分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備來增強(qiáng)路由轉(zhuǎn)發(fā)能力以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)承載。端到端的分組增強(qiáng)型OTN可以充分的發(fā)揮MS-OTN的維護(hù)管理能力和組網(wǎng)能力。在5G回傳承載網(wǎng)絡(luò)中，主要考慮采用的是OTN和IPRAN兩種承載方案，對(duì)于業(yè)務(wù)流量不算太大的網(wǎng)絡(luò)，可以先使用更成熟的IPRAN承載方案，然后可以根據(jù)業(yè)務(wù)流量的發(fā)展情況，在業(yè)務(wù)流量比較大，并且集中的地區(qū)可以采用OTN承載方案，在某些情況下，PON技術(shù)也可以作為后續(xù)的補(bǔ)充。端到端分組增強(qiáng)型OTN規(guī)劃方案，如圖4-5所示。圖4-5端到端分組增強(qiáng)型OTN規(guī)劃方案4.2.25G回傳承載方案分析5G回傳承載方案比較分析如表4-2所示。表4-2回傳方案比較分析4.35G全程端到端OTN方案5G全程端到端OTN組網(wǎng)方案在前傳部分，5G基站首先通過裸纖連接到 DU，以滿足未來移動(dòng)用戶對(duì)大帶寬，低時(shí)延和高可靠信息傳輸?shù)囊?；基站流量預(yù)測：5G基站平均帶寬將超過1Gbit/s，帶寬峰值將超過10Gbit/s。全程端到端OTN組網(wǎng)方案在中傳部分，DU匯聚基站后接入物理網(wǎng)光交配線端子，物理網(wǎng)光交匯聚DU上行光纜后，DU通過物理網(wǎng)光交成環(huán)，物理網(wǎng)光交再通過主干光纜或波分設(shè)備上傳至局端CU。接入層流量預(yù)測：按每接入環(huán)6個(gè)站，一個(gè)站達(dá)到峰值帶寬計(jì)算，接入環(huán)帶寬將達(dá)到40G，考慮到5G基站的密集程度，100G組網(wǎng)可能性更大。在回傳部分，CU通過100G～100T級(jí)別波分或中繼光纜回傳至5G核心網(wǎng)。匯聚層流量預(yù)測：CU通過100G～100T級(jí)別波分或中繼光纜回傳至5G核心網(wǎng)。匯聚層波分環(huán)考慮到將匯聚多個(gè)接入環(huán)，則有可能達(dá)到T級(jí)別組網(wǎng)。5G全程端到端OTN組網(wǎng)方案，如圖4-6所示。圖4-65G全程端到端OTN組網(wǎng)承載方案結(jié)論本文介首先研究了5G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的演變進(jìn)行了分析。5G網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)可以根據(jù)業(yè)務(wù)的需求，來進(jìn)行靈活部署的開放性融合網(wǎng)絡(luò)。通過控制云來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性管理、會(huì)話管理、信息管理、策略管理。作為無線網(wǎng)絡(luò)與核心網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁，承載網(wǎng)其重要性不言而喻。國際電信聯(lián)盟定義了5G的三大應(yīng)用場景，承載網(wǎng)也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。在5G時(shí)代，承載網(wǎng)絡(luò)面臨著幾項(xiàng)需求，包括大帶寬需求，靈活的組網(wǎng)需求，低延遲需求、靈活的組網(wǎng)需求、高可靠性需求，網(wǎng)絡(luò)切片需求，智能化需求以及高精度時(shí)間同步需求。OTN技術(shù)作為新一代光傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，充分融合了SDH技術(shù)和WDM技術(shù)的優(yōu)勢，是5G承載網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)。SDH最大的優(yōu)點(diǎn)是它具有豐富的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和管理功能，SDH開始主要是為語音業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的，后來隨著IP業(yè)務(wù)的增多，產(chǎn)業(yè)界把SDH升級(jí)為MSTP，開始支持多種業(yè)務(wù)的傳送。SDH已經(jīng)完成了歷史使命，SDH以電層處理為主，不符合未來全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢；SDH從本質(zhì)上講依然是時(shí)分復(fù)用的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)IP業(yè)務(wù)的支持“力不從心”；另外SDH繼續(xù)提速越來越難，無法滿足業(yè)務(wù)流量的高速增長WDM網(wǎng)絡(luò)的最大優(yōu)點(diǎn)是極大的提升了單芯傳輸速率，但是缺點(diǎn)也很顯著，缺乏QoS保障、OAM和靈活調(diào)度能力。為了解決WDM網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)，產(chǎn)業(yè)界提出了OTN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。OTN是基于DWDM網(wǎng)絡(luò)，再融合復(fù)用、路由、管理、監(jiān)控、保護(hù)等功能形成的傳送標(biāo)準(zhǔn)。在5G前傳承載方案中，光纖直連方案對(duì)于光纖資源受限的地區(qū)來說，網(wǎng)絡(luò)部署起來還是有很大的挑戰(zhàn)，需要提前準(zhǔn)備光纜、管道、機(jī)房等資源，并且只能小范圍部署。無源WDM方案雖然可以解決光纖資源的問題，但也只能短距離傳輸，還需要提前規(guī)劃無線基站的彩光口。有源WDM-PON方案能夠提供豐富的帶寬，傳輸時(shí)延比較小，非常滿足5G承載前傳網(wǎng)絡(luò)的需求，但是設(shè)備價(jià)格高昂，通信界缺乏成熟的WDM-PON商用技術(shù)，大規(guī)模部署需要降低成本。有源OTN方案具有安全、可靠、組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)，而且對(duì)光纖資源占用比較的少，但是在組網(wǎng)過程中存在著對(duì)部署地點(diǎn)要求高、投資高、維護(hù)要求高等一系列問題。在組網(wǎng)方案的選擇過程中，應(yīng)該綜合考慮光纖資源，機(jī)房資源以及業(yè)務(wù)需要達(dá)到的效果，選擇最合適的組網(wǎng)方案。在環(huán)網(wǎng)大集中組網(wǎng)場景中，有源OTN解決方案具有非常大的優(yōu)勢，不僅可以節(jié)約光纖資源而且還提供了環(huán)網(wǎng)保護(hù)等功能。總體而言，上述方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，某些技術(shù)還不成熟，電信運(yùn)營商應(yīng)該根據(jù)各種傳送技術(shù)不斷成熟的前提下，結(jié)合當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀況，密切跟蹤上述技術(shù)的發(fā)展，行業(yè)成熟度和投資效益等情況，選擇合適的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案。在5G回傳承載規(guī)劃方案