5G傳輸網淺析及技術策略研究

林志坤

（中國聯合網絡通信有限公司海南省儋州市分公司，儋州 571700）

1 引言

5G大帶寬的應用需求很多，例如汽車自動駕駛功能、VR/AR高清視頻、高清視頻監控等等，這對傳輸網絡的帶寬提出了更高的要求。5G時代，傳輸設備提供10GE端口與基站對接，接入層采用50GE至100GE組環，匯聚層采用200GE至400GE組環，核心網采用N*400GE組環。而現在4G傳輸網絡PTN與基站采用1GE端口對接，接入/匯聚層大部分采取10GE組環，核心層采用10GE至100GE組環。相比較于4G，5G傳輸帶寬需求大幅提升。實現運營成本的進一步降低，實現對網絡流量的準確統計，在保證使用效果的同時，強化對網絡資源的合理分配與調整，更加有效降低運營成本。

1.1 5G傳輸網結構

5G技術將適用于移動互聯網和物聯網等多種應用場景（eMBB、mMTC等），已經成為信息通信領域高度關注的熱點技術之一，5G強大的連接能力可以實現從消費到生產的全環節、從人到物的全場景覆蓋，快速促進互聯網、物聯網與各行各業的深度融合，并將催生最大的應用之—“萬物互聯”。相對于以往的通信技術提升了百倍及以上的量級，端到端同步精度需達到100ns量級，時延要求則達到ms量級或更低，5G的應用所帶來的不僅是網速的提升，還會將無線通信應用到更多的地方，讓許多之前停留在理論階段或者某些因為條件限制而剛起步的科技得到廣泛的應用，5G技術的這些新性能推動面向5G承載的光纖傳輸網迎來新一輪發展契機，同時，對于移動回傳、移動前傳等傳輸網絡提出諸多挑戰性需求。

相比較與4G接入網的BBU和RRU的兩級網絡構架模式，5G RAN網絡將演進為AAU、DU、CU三級結構。CU：重新定義為CU（Centralized Unit，集中單元），原網絡中BBU的非實時部分將分割出來，負責處理網絡非實時協議和服務功能。DU：重新定義為DU（Distribute Unit，分布單元），原網絡中BBU設備的其余部分功能，負責完成實時服務功能和網絡物理層協議處理。AAU：功能定義為AAU（Active Antenna Unit，有源天線處理單元），原網絡中BBU的部分物理層處理功能與原RRU合并。

5G RAN分離后，傳輸網也就分成了三個部分：回傳、中傳和前傳。

1.2 5G傳輸網絡發展趨勢

為了更好滿足5G網絡技術的靈活性和低時延、降低回傳負擔，5G網絡引入移動邊緣計算，組成更加分布式的構架，并且核心網下沉和云化成為大勢所趨。

原先的EPC拆分成MEC和New Core兩部分：MEC部署在城域匯聚層或更低的接入層中小型數據中心，New Core將云化部署在城域核心層的大型數據中心，兩者之間的云化互聯需要傳輸網提供靈活的網絡適配。

MEC數量將會增加，并負責承載更多的核心網運算能力以及傳輸流量；而不同業務種類將回傳歸集到不同的云端，而原來基站與每個EPC建立的連接也演進為CU到云以及云到云的連接關系。

由于采用新的空中接口技術、高頻段和更寬頻譜，5G無線基站對帶寬的需求將大幅提升，預計會達到LTE網絡的10倍以上。

1.3 5G傳輸網絡部署策略

第一，需求驅動。5G傳送承載網的建設應以滿足5G發展基本需求為原則，根據業務需求，不斷發屬和演進，要統籌考慮新技術引入的時間窗口。第二，網隨云動。5G傳送承載網的建設要考慮網絡和業務云化的趨勢，在網絡規劃之初要充分考慮網絡超高帶寬彈性功能和每個本地網的特點，確保網絡的可擴屬性。第三，綜合承載。5G傳送承載網的建設也要考慮其下一代承載網的整體定位，實現包括專線在內的綜合業務承載能力。第四，成本為重。5G建網要以網絡綜合成本（無線、承載、核心等）TCO最低為目標，尤其要通過技術創新和產業規?；苿痈哳l器件、光電子核心器件等成本的下降，方便運維。第五，網絡重構。運營商要充分利用5G建設期，在協同編排器開發等多方面開展工作，逐步實現網絡重構統一融合的城域綜合承載傳送網。

2 5G傳輸網技術策略

2.1 5G傳輸網向綜合傳輸網演進

5G傳輸網提出對于網絡的末端設備具備即插即用的部署性能，是一個寬帶、云專線、移動特性架構趨同的綜合傳輸網，需要具備2倍以上站點和數10G至100G承載能力，以及帶寬演進、低時延、超高精度時鐘架構基礎的能力，支持寬帶、移動綜合承載、專線業務等靈活演進能力。

5G傳輸網向綜合傳輸網相對應的網絡架構模型演進分為：

（1）5G無線與核心網功能節點位置與當前寬帶承載趨同：5G New core與FBB的CR位置相當，MEC/MCE與BNG位置相當，Cloud BB和OLT位置相當。

（2）云化架構特征趨同：BNG云化與MEC同處一朵云，因此CDN的位置可以放到城域核心CR的位置或下沉到BNG，原CR CDN調度功能由DCI取代，CDN內容被移動/寬帶共享，通過DCI互聯網層實現內容同步，可以提升移動用戶達到寬帶用戶的視頻等業務體驗。

（3）城域專線覆蓋趨同：OTN設備下沉到BBU、OLT等綜合業務接入機房后，通過光纖直驅、SDH/CPE/OTN等末端小設備，接入最后1～2千米，提供大客戶專線業務，支持業務快速開通、端到端SDH/OTN硬管道業務，構建超低時延精品城域專線網絡。BNG仍然部署在區域核心機房，后續逐漸虛擬云化部署；OLT通常部署在綜合接入機房，也有小型化OLT部署在用戶小區。

（4）業界兩種主流網絡融合趨勢，匯聚層以上都是綜合承載：一種架構是匯聚（OLT/Cloud BB）以上綜合承載，接入獨立承載；另外一種架構是骨干和城域端到端綜合承載。

2.2 5G傳輸網低時延技術

超低時延的5G業務對傳輸網提出苛刻的要求。毋庸置疑，基于ROADM的光層一跳直達是實現超低時延的最佳首選，但是只適用于波長級的大顆粒度傳輸與交換。而對于波長級別以下的中小顆粒度，如1G/2.5G/10G/25G等，主要還是通過優化OTN映射、封裝效率來降低時延。通過光層ROADM設備，免去了中間非必要的光電轉換，實現網絡節點之間的光層直通，達到更優方式降低時延。

在低時延技術實現上，根據WSS（Wavelength Selective Switching，波長選擇開關），已經成為行業廣泛共識，這是一個典型CDC-ROADM（Colorless，Directionless &Contentionless ROADM，波長無關、方向無關、無阻塞RODAM）的技術實現方式，基于1xN WSS以及MCS（Multi-cast Switching，多路廣播開關）器件，通過各類WSS、耦合器、Splitter等組件支持最大20個維度方向上的任意信道上下波。

伴隨著ROADM技術的不斷演進，新一代ROADM技術將向著更高維度、簡化運維的方向發展，基于MCS技術的WSS由于分光比太大，需要采用光放大器陣列進行補償，其未來演進受到限制，尤其是難以向更高維度發展。MxN WSS技術是一個重要的發展方向。

目前商用OTN設備單點時延一般在10μs～20μs之間，主要原因是為了覆蓋多樣化的業務場景（比如承載多種業務、多種顆粒度），添加了很多非必要的映射、封裝步驟，造成了時延大幅上升。

隨著時延要求越來越高，未來在某些時延極其苛刻場景下，針對特定場景需求進行優化，超低時延的OTN設備單節點時延可以達到1us量級。具體可以通過以下3個思路對現有產品進行優化：針對特定場景，優化封裝時隙；簡化映射封裝路線；簡化ODU映射復用路徑。

2.3 5G傳輸網超高靈活調度技術

5G時代，能夠靈活調配網絡資源應對突發流量是5G網絡關鍵特征要求。對于網絡的靈活帶寬特性，依據承載硬件系統的邏輯管道容量與傳輸業務大小的匹配度，分為兩種情況：

（1）邏輯管道大于傳輸業務顆粒度，則單個邏輯管道承載多顆粒度業務，通過ODU fl ex技術實現傳輸帶寬靈活配置和調整，以提高傳輸效率。（2）邏輯管道小于傳輸業務顆粒度，則需要考慮多端口綁定及帶寬分配，如FlexO技術。

對于網絡端到端的管理和控制，進行高效的網絡部署和靈活的資源動態分配，完成業務快速發放，則需要利用軟件定義網絡（SDN）等新型集中式智能管控技術來實現。

傳統ODUk按照一定標準容量大小進行封裝，受到容量標準的限制，容易出現某些較小顆粒的業務不得不用更大的標準管道容量進行封裝，造成網絡資源浪費。ODU fl ex，即靈活速率的ODU，能夠靈活調整通道帶寬，調整范圍為1.25G-100G，其特點有：

（1）高效承載。提供靈活可變的速率適應機制，用戶可根據業務大小，靈活配置容器容量，保證帶寬的高效利用，降低每比特傳輸成本。

（2）兼容性強。適配視頻、存儲、數據等各種業務類型，并兼容未來IP業務的傳送需求。

針對5G承載，ODU fl ex是應對5G網絡切片的有效承載手段，通過不同的ODU fl ex實現不同5G切片網絡在傳輸網上的隔離。

光層FlexGrid技術的進步，客戶業務靈活性適配的發展，催生了OTN層進一步靈活適應光層和業務適配層的發展，業界提出了FlexO技術。靈活的線路接口受限于實際的光模塊速率，同時域間短距接口應用需要低成本方案，FlexO應運而生。FlexO接口可以重用支持OTU4的以太網灰光模塊，實現N*100G短距互聯接口，使得不同設備商能夠通過該接口互聯互通。FlexO提供一種靈活OTN的短距互聯接口，稱作FlexO Group，用于承載OTUCn，通過綁定N*100G FlexO接口實現，其中每路100G FlexO接口速率等同于OTU4的標準速率。

其中最主要和最有價值的用例是BoD（Bandwith on Demand即帶寬隨需發放）：TSDN控制器掌控全網設備信息，客戶通過終端預訂帶寬服務，而且在后臺對網絡資源進行自動調配，業務的速度轉發得以實現。這種服務可以提升網絡資源利用率和客戶帶寬體驗，很好地滿足企業云專線和云數據中心互聯提出的動態按需大帶寬的需求。TSDN還可以配合OTN時延測量技術，實現進行最短時延路徑的管理、保護、尋找、規劃等操作，并全網時延信息可視化。

3 結束語

5G將形成一個全球統一融合的通信標準，5G網絡對傳輸網綜合性能提出更具嚴格的需求，傳送網絡性能不僅要具備高效的動態按需切分應用的能力，還需要與無線網絡及上層的IP協同起來，實現協同和跨域跨層的帶寬，實現端到端的數據服務參數要求，以滿足不同業務的帶寬不同傳輸承載要求。對5G傳輸應用進行技術和指標優化、引入硅光新技術等方式實現成本大幅度降低，而5G傳輸對于新型傳輸設備的大量需求也將為這些技術的實現提供可能。