基于OSU技術在5G+垂直行業的應用研究

［王青明］

1 引言

面對行業與企業多種多樣、千差萬別的業務需求和應用場景，為運營商和產業合作伙伴帶來新的市場目標，通過建立多張網絡來滿足業務需求，然而建立多張網絡成本高、運維難等問題，如何建立有彈性的網絡架構，更好的承載各種各樣的業務將是我們研究的方向。

全球5G 商用部署全面啟動，相比4G 時代，5G 具有超大帶寬、海量連接、超低時延和高可靠的技術特點，勢必加速推動萬物互聯時代的來臨。5G 網絡可以同時滿足2C（To Customer，2C）和2B（To Business，2B）兩大方向的需求，既要滿足個人對交互方式、生活便捷提升的需求，也要滿足各行業向數字化、智能化方向轉變的需求。交通、智能制造、能源、公共安全、醫療、媒體娛樂等5G+垂直行業廣泛應用，海量小顆粒高價值業務是2B 場景中一種重要的業務類型，每個小顆粒之間2B 業務需要硬隔離、低時延、高可靠性等要求，采用OTN 專線網絡承載滿足需求，為客戶提供專享OTN 業務傳輸通道，為5G+垂直行業提供差異化SLA 服務。

2 5G+垂直行業小顆粒專線承載需求

面向生活主要有健康服務、飲食服務、居家服務、出行服務等場景，以及面向產業主要有工業4.0、智慧農業、智慧服務、智慧安防等場景。為保障不同行業用戶之間或同一用戶不同業務類型之間要硬隔離、高可靠，往往通過硬管道來承載5G+垂直行業專線業務，而這些多數為小顆粒業務。

5G 通信網絡借助移動邊緣云計算、網絡切片、大數據和時間敏感網絡等多種關鍵技術，可以滿足各種5G+垂直行業的應用需求，為5G+垂直行業提供差異化SLA服務的網絡連接能力。隨著SDH、MSTP 等傳輸設備逐步退網，小顆粒業務考慮遷移到OTN 設備上承載，傳統OTN 一般部署在城域波分環、市縣波分環以及縣鄉波分環上，無法滿足客戶的快速靈活接入，同時當前最小幀結構ODU0，顆粒度為1.25 Gbit/s，使用傳統OTN 承載5G+垂直行業專線業務承載效率低，實際帶寬利用率不足1%（以10 Mbit/s 的業務為列）。

5G+垂直行業用戶除了對小顆粒硬管道有訴求外，同時結合各自行業自身的特點，又對承載網絡提出不同的需求，來滿足開放的網絡能力定制服務，并且可以靈活地對網絡容量進行彈性伸縮。下表是幾個典型應用場景對網絡性能指標的要求。

表1 面向垂直行業應用多樣化業務需求

3 塊復用OTN OSU 技術

3.1 承載專線業務的關鍵技術及問題分析

SDH、傳統OTN 和OSU-OTN 專線業務各自特點，如表2 所示。

表2 專線承載方案比較

隨著移動通信網絡的快速發展，雖然SDH 能滿足業務隔離性、安全性、低時延等需求，但是SDH 設備老化，不再生產，并且逐步退網。新業務呈多樣化態勢，同時高價值用戶堅持使用TDM 專線鏈路的要求，但是SDH 不能滿足需求，而傳統OTN 雖然也能滿足開通需求，卻只能提供最小顆粒1.25 Gbit/s 硬性管道，當接入2～100 Mbit/s業務時存在巨大的帶寬浪費、不夠靈活、時延不夠低等缺陷，從而引入OSUflex 技術，OSUflex 技術是對傳統OTN技術的補充和完善。

3.2 OSUflex 幀結構

2020 年1 月，ITU-T 在日內瓦全會通過了光業務單元通道層網絡（Optical Service Unit path layer network，G.osu）標準立項，開展OTN 承載小顆粒業務的標準研究，規范OSU 通道層的幀結構、凈荷區域、開銷區域、映射復用、時鐘恢復等，實現對Mbit/s～Gbit/s 級別的小顆粒業務的承載。

低速率OSUflex 容器用于承載客戶信號，按照N*2 Mbit/s（N≥1）定義OSUflex帶寬，客戶業務與OSUflex 容器一一對應，可以更高效的承載小顆粒業務，下圖為OSUflex 幀結構，長度為192 字節，其中第1 到7字節為開銷區域，第8 到192 字節為凈荷區域；開銷區域主要分為三部分：通用開銷、映射開銷和CRC8 校驗區。由于OSUflex 幀長度較短，為提高業務承載效率，需要定義較少的開銷字節，OSUflex 與通道號標識TPN 組成一個凈荷塊PB 塊，并且TPN 需要在服務層內保證標識唯一。預設PB 為基準速率，對應1 個凈荷塊，4 個PB 基準速率對應10 Mbit/s，被稱為OSU 基準帶寬，同時作為OSU 網絡帶寬分配的基本單元。

圖1 OSUflex 幀結構

3.3 靈活時隙OTN 映射架構

業務每多一次封裝時延都會增加，封裝層級越多則時延越大。傳統OTN 技術采用5 層逐級映射封裝，即VC12->VC4 ->ODU0 ->ODU4 ->OTUCn5 層封裝復用技術，OSUflex 技術采用3 層逐級映射封裝，即OSUflex‐>ODUflex -OTUCn3 層逐級映射封裝（如圖2 所示），因此與傳統OTN 對比，在業務上減少了2 層封裝與解封裝的工作，大幅降低業務封裝時延，可將單站傳輸時延降低70%。將廣泛應用在金融、自動駕駛、工業4.0、大數據中心協同計算等時延敏感的業務場景。

圖2 OSU 的映射層次

客戶側信號可以通過OSUflex 封裝映射到低階ODUflex 上，OSUflex 為定長結構，靈活時隙復接，劃分成更小的帶寬顆粒。由于OSUflex 采用隨路攜帶唯一通道標識TPN 的方式，無級無損變速，支持2 M～100 M 無損帶寬調整，100%資源利用率。源端根據帶寬調整基準速率PB 數量，宿端自動跟隨源端自動調整，無需整體鏈路調整操作嚴格同步，簡化調整流程，支持在同一個高階ODUflex 通道內的原路徑帶寬調整，也支持跨高階ODUflex 通道或跨波長的換路徑帶寬調整。根據實際業務速率自動調整，使網絡帶寬與業務速率完全匹配，在源端單點下發調整指令，完成端到端鏈路的調整，中間站點整體透傳。

帶寬調整包括原路徑和換路徑等操作，原路徑帶寬調整方式是指業務的路由不發生變化，通過調整原路徑帶寬方式調整業務帶寬，主要包括帶寬增加、帶寬減少和帶寬回退；換路徑調整方式是指原路徑帶寬不能滿足帶寬調整需求時，通過將業務調整到同一根光纖新的波道上，以達到調整帶寬的目的，主要包括帶寬增加和帶寬回退。

3.4 場景應用

在5G 垂直行業的業務中，及時、安全地傳輸數據是專線業務的關鍵要求之一，隨著企業數字化轉型及應用云化部署，特別是在黨政軍和金融機構等對低時延和高可靠性提出更高要求，如圖3 所示。

圖3 垂直行業組網架構示意圖

從圖3 可以看出，客戶到客戶、客戶到總部在物理結構上采用雙路由，保證端到端至少滿足2 條以上物理路由，采用SNCP+MSP 線性復用段保護，確保網絡的安全性。同時，端到端的時延地圖可以清晰的計算出來，端到端時延T=T1+T2，其中T1為光纖時延，T2設備節點時延。其中，式中L 為端到端傳輸距離km，n 為光纖折射率，目前按照G.652 光纖折射率約為1.47，C 為空氣中的光速（3×105km/s）。因此可以計算出光信號在1 km 光纖中傳輸時延約為4.9 μs，但在工程應用中一般使用5 μs 估算。可再拆分為2 類：一類為上下業務終端站點，一類為網絡中的穿通站點。這部分時延由站點的封裝方式決定，如表2 所示。

表2 業務封裝時延表

根據表2 中時延計算依據是：市內按照5 個穿通站點和傳輸距離150 km，省內按照8 個穿通站點和傳輸距離300 km，跨省按照12 個穿通站點和傳輸距離700 km。總時延有保證，并且可視可控可管，市內2 ms 以內、省內3 ms 和跨省7 ms 滿足客戶個性化需求。

4 結束語

OSUflex 技術是在傳統OTN 上完善小顆粒業務承載功能，是傳統OTN 技術的延伸，并不是更新換代的新產品，但是也具有四大關鍵特性：極簡架構、泛在聯接、超低時延和靈活高效。目前，CCSA 和ITU 等標準化組織、國內大型運營商和主流設備廠商已經開始OSUflex 技術方案進行有針對性地研究和實驗工作。隨著OSUflex 技術方案的統一和標準規范化，產業鏈的逐步成熟，為5G+垂直行業的應用創造有利條件，將在全球范圍內得到廣泛部署和商業應用。