OTN技術在5G傳送網中的應用

馮綺堃

（中國電信股份有限公司佛山分公司 廣東省佛山市 528000）

5G 技術的發展已成為全球的關注重點，它可以大幅提升傳統行業的工作效能，大力推動智能互聯的發展。5G 傳輸網絡的承載方案是5G 網絡發展的關鍵。5G 的三種業務情景有各自不同的承載要求：eMBB 要求大帶寬大容量和快速分組轉發能力；mMTC 要求大規模小顆粒服務的實時訪問和聚合交叉調度能力；uRLLC 要求時延<1 毫秒。這需要一種相對成熟而且充分滿足5G 特性的承載技術相匹配，OTN 技術繼承了SDH 和WDM 的優勢，跨越了傳統電域和光域，是目前傳送5G 業務的最佳選擇。

1 5G傳送網現狀分析

1.1 5G網絡整體架構

5G 網絡優化了無線接入網的體系結構，把BBU (基帶處理單元)分為 CU (集中單元)和 DU (分布式單元) 兩部分，5G 接入網絡重構為 AAU、 DU、 CU 等多層結構。5G 傳輸網絡部署分為前向傳輸(前傳)、中間傳輸（中傳）和反向傳輸（回傳）三部分。5G 前傳網絡位于 AAU 和 DU 之間；中傳網絡位于 DU 和 CU 之間；回傳網絡位于 CU 和核心網之間，它是連接5G 接入網和核心網的紐帶。其架構示意如圖1 所示：

（1）前傳：AAU-DU；

（2）中傳：DU-CU；

（3）回傳：CU-核心網。

1.2 5G建設初期傳送網現狀

在現階段5G 建設初期，運營商廣泛使用NSA 非獨立組網模式新增5G 接入網，它以現有的LTE 接入網和核心網作為移動性管理和覆蓋的錨點，引入雙連接概念，信令面由主站處理，用戶面可選擇走主站或者從站，進入EPC 核心網，并連接到5GC-CE。

5G 傳送網現今主要使用IPRAN 傳輸網絡進行傳送。在5G 接入網方面，5G NR 與4G eNB 通過云綜網關采用CDMA-RAN VPN與IPRAN 網絡對接。在5G 承載網方面，UPF 使用BGP 路由與云綜網關對接，控制面網元對接EOR，EOR 上行BGP 與云綜網關對接，通過IPRAN A 設備，匯聚到成對的IPRAN B 設備上，再上聯到IPRAN M 設備。在5G 核心網方面，由IPRAN M 設備接入核心網EPC，再通過IPRAN X 設備與5GC 核心網環形組網互連，5G傳送網組網現狀如圖2 所示。

1.3 5G三大業務場景對傳送網絡的需求壓力

5G 目前主要處理三大應用場景：

（1）eMBB（增強型移動帶寬）；

（2）mMTC（海量機器連接）；

（3）uRLLC（超低時延高可靠通信）。

根據目前的標準和技術進步來看，eMBB 業務屬于初步應用，隨著技術和市場需求的發展，uRLLC 和 mMTC 業務將在未來迅速開展廣泛應用。三個不同的業務場景對回傳網絡提出不同的新要求，對承載網帶來了空前的挑戰和需求壓力，具體體現如下：

圖1：5G 傳送網架構示意圖

圖2：5G 傳送網現狀

圖3：OTN 在5G 網前傳中的應用

（1）帶寬是5G 網絡最重要的技術指標。增強型移動寬帶（eMBB）承載網需滿足當前10 倍以上帶寬的需求。

（2）eMBB、uRLLC 和大規模機器通信（mMTC）等對時延和服務應答等存在差異化要求，這就需要網絡按照它的實際情況合理分配信道資源，進而提供更強的配備能力。

（3）超低延時高可靠性通信(uRLLC)要求承載網絡達到低延時、高精度的目標。因此，5G 承載網絡需要配備高精度的時間測量。

（4）5G 核心網的云及虛擬化部署。5G 核心網絡使用網絡功能虛擬化(NFV)和軟件定義網絡(SDN)需要通過配備特定的物理基礎設施，實現資源共享。

表1：5G 承載網層級中的技術對比

（5）5G 基站數目越來越多。未來兩年是5G 網絡建設的高峰期，預計將新建600 萬個5G 基站，為節約基礎建設成本，最大限度提升通信網絡質量，無線接入網需進一步提速擴容，使其有利于業務發展和資源匹配。

2 OTN技術優勢

2.1 OTN關鍵技術

OTN(光傳送網，光傳送網)， 是電網絡與全光網技術融合的產物，對已有SDH 和DWDM 技術的傳統優勢進行更有效的繼承和組合。OTN 融合了傳統的電域和光域，既可以像 DWDM 一樣提供超大容量帶寬，又可以像 SDH 一樣進行操作和管理。因此，OTN 能夠提供巨大的傳輸容量，完全透明的端到端波長連接和電信級別的保護，是目前寬帶大粒子業務傳輸的最佳技術，主要特點如下：

（1）可提供SDH、ATM、以太網等多種客戶信息的封裝和透明傳輸。

（2）大粒子的帶寬復用和交叉調度能力，包括基于單個 ODUk 粒子的電層交叉和基于單個波長的光層交叉。

（3）在電層和光層可支持多種保護技術，提供強大的保護機制。

（4）OTN 定義了豐富的開銷字節，具有強大的開銷和維護管理能力。

（5）為了提高光纖通信網絡的組網能力，引入了OTN 的幀結構、ODUk 的交叉和多粒度ROADM 路由。

2.2 OTN在5G網絡中的優勢

為了滿足實現 5G 網絡的特性，因此對承載網絡提出了容量大、時延小、穩定性好的新要求，光傳輸方案的選擇因而非常重要。

（1）OTN 的大顆粒帶寬復用和超大容量傳輸帶寬完全滿足5G 網絡的大容量需要。

（2）OTN 通過對節點改進的辦法，可以降低因長距離組網造成的時間延遲，同時運用FEC 和DSP 等電層信號處理技術，進一步減少時延，以滿足5G 的低時延要求。

（3）OTN 系統具有極高的穩定性，它與SDH 的開銷管理能力相似，有強大的信息監控能力。OTN 還提供6 層嵌套串行連接監控功能，可以實現端到端和多段性能同時監控，從而提供了穩定的信號傳輸能力和滿足5G 穩定性要求。

3 OTN在5G傳送網中的應用

3.1 OTN在5G網前傳中的應用

目前5G 前傳主要采用光纖直驅、無源波分兩種方案為主。

光纖直驅是經典分布式基站承載模式，在RRU 和BBU 之間使用直纖進行點對點傳輸，施工和組網相對簡單，但需要大量的光纖資源，鋪設成本高。

無源波分可根據不同站型的需求，配置點對多點的6-18波設備，節約了大量光纖，解決了光纖直驅的資源問題，但組網單一，容量和帶寬仍沒法滿足5G 基站的快速發展。

隨著業務需求量不斷增長，提出了小型OTN 承載5G 前傳方式，使用3-15 路匯聚小型OTN，可配置200G 速率的帶寬，具體方案如下：

（1）配置50G*2 的雙波長光模塊，此模塊應用效果好，技術成熟，性能優勢明顯，投入成本低。

（2）配置25*4 的100G LR4 型號光模塊，此模塊效果和性能都好，但投入成本較高。

（3）配置100G 單波長模塊，此模塊為新產品，穩定性需進一步研究。

運用OTN 承載5G 前傳方式對比于無源波分方式可擺脫設備廠家的束縛，進行靈活的自行獨立部署。同時可滿足原有3G/4G 網絡與5G 網絡的互通，具有較強的網絡兼容性，容易完成現網改造，和多網絡并存的兼容承載。OTN 在5G 前傳中的應用實例如圖3 所示。

3.2 OTN在5G網中傳中的應用

在5G 網絡中，BBU 分為CU 和DU，它們之間的傳輸通常采用環形網絡形式。5G 中傳使用OTN 技術傳送信息，可大幅提升帶寬，并縮短時間延遲，同時光通道的保護機制提高系統的穩定性。靈活的全網交叉連接可以匹配不同系統的不同容量，幫助站點進行獨立升級和擴展，從而滿足不同最優容量的配置。集成分組增強功能的 OTN （E-OTN） 能夠在一定程度上實現CU 站點信息的采集，使系統運行更加靈活，從而實現DU 站點信息的采集和匯聚。

3.3 OTN在5G網回傳中的應用

5G 傳送網絡要實現城域網的大流量傳輸，關鍵是回傳網的傳輸技術。利用 OTN 傳輸網絡，不僅可以實現5G 承載的各類信息數據互連，而且可以實現各 DC 之間的高速連接。通過建設寬帶資源庫，結合 DC 業務的實際需求，合理調整、配置寬帶。集成分組增強型 E-OTN 除了提高5G 回傳網絡的承載能力，同時降低L0 -L1 之間的傳輸時延，增大容量，且支持 L2 -L3 之間的流量聚合和靈活轉發。

網絡的建設可以分層進行，特別是環形匯聚層的建設。匯聚層成環的帶寬需求在500G-1000G 之間，在光層選取C 波段N*25G/100G 密集型光波分插復用設備ROADM 進行組網，電層通過配置OTN 點對點ODU 路徑相連。在核心層中可采用智能控制平面，實現端到端業務部署和資源動態管理功能，實現動態路由保護，提高網絡穩定性。

4 OTN與IPRAN在5G傳送網應用中的對比

移動業務承載從 3G 開始使用IP 技術，IPRAN/PTN(SPN)兩種技術在國內外都有運營商使用，但主流選擇是IPRAN。部分之前選擇 PTN(SPN) 技術的運營商在后續 4G、5G 網絡演進中也在現網或新建網絡中向 IPRAN 技術遷移；尤其在 5G 時代，由于萬物互聯、動態演進等要求，三層IP 到邊緣更適應網絡的發展，絕大多數網絡都演進到IPRAN。

M-OTN 技術是一種面向5G 移動承載優化的OTN 網絡技術，目前已經具備ODUk 顆粒劃分、分組處理能力，未來的網絡切片、路由轉發、Flex 接口等功能也將逐漸成熟，以支持 5G 端到端組網的需求，目標是為下一代城域網提供低成本、低時延、低功耗的綜合業務承載方案。

如OSI 七層模型一樣，5G 承載網大致分為以下5 層：L0 光波長傳送層、L1 數據鏈路層、L1TDM 通道層、L2-L3 分組轉發層、業務適配層。不同的層級對應不同的功能和作用，5G 承載網的關鍵技術，都在各層中有相應定位，下面分析IPRAN 和OTN 兩種承載方式在不同層級中的技術對比，如表1 所示。

IPRAN 和OTN 技術的主要差異為：IPRAN 技術基于路由器原理，支持L2/L3 層的軟隔離切片，支持IGP/BGP 協議。OTN 可同時支持L1 層硬切片和L2/L3 層VPN 軟切片，其中L1 層采用OTN的ODU（TDM 通道層）和Flex0(數據鏈路層)方案，L2/L3 層通過統一BGP 協議的EVPN 方案。

5 結束語

基于OTN 技術的5G 網絡承載方案具有大帶寬、低時延、開放管理接口等特性，可充分滿足5G 傳送網的各項綜合業務承載需求，它既能提供端到端的透明傳輸，又能提供長距離的可靠數據傳送，以及實現大容量的靈活組網。因此 OTN 技術在 5G 通信領域具有明顯的優勢，并將在未來 5G 傳送網的進一步演進和發展中發揮重要作用。