光傳送網技術優化及架構演進研究

王慧杰

摘 要： 隨著5G網絡的部署、高品質政企專線等業務的開展，現有傳送網的技術性能及網絡架構都將面臨新的挑戰。以業務需求為出發點，詳細闡述5G業務、政企專線業務對承載網性能指標的要求，分析現有傳送網在承載方面存在的不足以及具體的改進方式，提出不僅需要在技術上優化還要在網絡結構上調整，最后預測未來傳送網的演進趨勢。

關鍵詞： 光傳送網 技術 架構 演進

中圖分類號： TP393文獻標識碼： A文章編號： 1679-3567（2023）11-0040-03

1 光傳送網發展概述

光纖通信的發展一共經歷了三個階段。首先，傳輸媒介光纖由多模轉向單模的探索階段；其次，充分開發單模光纖傳輸潛能、光纖代替電纜變成傳輸主要媒介的發展階段；第三，以密集波分技術普遍應用為標志，光纖由點對點的通信走向全網絡及全連接通信的成熟階段[1]。本文的光傳送網即是第三階段的產物，其具有超大容量、便于管理、高靈活性和高透明性等一系列的優勢。21世紀以來，光傳送網除了承載傳統通信業務以外，越來越多為日益增長的IP數據業務提供快速、靈活、高效率的傳送通道，同時努力減少自身的成本，保障運營商的多業務運營，向著高速率、大容量、融合多業務、智能管控的方向演進。

2 光傳送網技術與架構現狀

2.1 主要技術現狀

運營商主要的傳送技術大致分為兩類，一類是中低速技術，包括PDH、SDH、MSTP、ASON、PTN、IPRAN；另—類是髙速技術，包括波分技術、OTN技術。在本地網中，PDH基本已經淘汰，MSTP、SDH正面臨被分組傳送技術PTN、IPRAN淘汰，ASON尚有一席之地，波分技術、OTN后起勃發；在長途網中，SDH、ASON、波分技術、OTN均有一定占比[2]。

業務的傳送大致有3條路徑：中低速業務承載于中低速技術上經物理光纜進行近距離傳送；高速業務承載于高速技術上經物理光纜進行傳送；中低速業務承載于中低速技術上，再承載于髙速技術上，經物理光纜進行遠距離傳送。

2.2 網絡架構現狀

從網絡功能上劃分，電信網由物理承載網、傳送網、業務網、支撐網四個部分共同組成。傳送網服務于業務網，讓業務節點之間的信息得以傳遞。從網絡結構上劃分，整個傳送網自上而下分別為一級干線、二級干線、本地傳送網三個層次。一級干線也稱省際干線，二級干線也稱省內干線[3]。本地傳送網自上而下又可分為核心調度層、匯聚傳輸層、邊緣接入層三個網絡層次，各層次網絡對本地網業務的傳送各司其職，具體功能如下。

（1）核心調度層。核心調度層位于本地傳送網的頂層，是核心機房之間的傳輸系統。負責本地網范圍內核心節點之間的信息傳送，核心節點內一般設置核心路由器、交換機、前置機、基站控制器等硬件設備。（2）匯聚傳輸層。匯聚傳輸層介于核心調度層與邊緣層接入層之間，對邊緣接入層上傳的業務進行匯聚整合，并向核心節點進行傳送。（3）邊緣接入層。一般的業務接入點至匯聚節點的傳輸層面稱為邊緣層，用戶接入點至邊緣層節點的傳輸系統屬于接入網，通常邏輯上按一個層次考慮，定義為邊緣接入層，主要負責各類業務的接入。

3 光傳送網技術演進

隨著社會的發展，業務網對于傳送網不斷提出更高的要求，傳送網只有從業務需求出發，不斷實現技術演進、網絡優化才能更好地服務于業務網，最大程度地提升用戶體驗。光傳送網一直不斷追求大容量、高速率、業務融合、安全性、可靠性以及智能管控等，唯有這樣不斷完善，才能跟得上業務發展的腳步，更好地服務于業務，成為優質的承載平臺，而未來傳送網將繼續向更大容量、更高速率、更短時延、更高安全性智能控制水平方向不斷前進。

3.1 驅動因素

光傳送網是位于5G RAN和核心網之間的基礎型網絡，5G業務承載是傳送網當前最主要的任務之一，5G始終把“人的體驗”放在首位，隨著移動終端、無線通信網絡、互聯網業務應用等領域的進一步拓展和創新，為了保障用戶良好的服務體驗，光傳送網應滿足以下方面的要求。

3.1.1 通道容量需求

光傳送網用于業務網各節點的業務傳送，業務數據包會封裝在一個通道當中進行傳遞，通道容量的大小是傳送網的重要性能指標。傳統的話音業務時代，傳送網絡匯聚層有622 M、2.5 G、10 G環網，接入層普遍為155 M、622 M、2.5 G環網，隨著數據業務的發展，近些年通道容量在迅速提升。到了5G時代，相比4G基站，5G基站的帶寬需求量明顯上升，雖然匯聚鏈路上有些收斂策略，但仍然會出現帶寬需求的猛增，通過單站業務量、基站數量、環網數量、匯聚節點數量等多個因素綜合估算出來的、用于承載5G業務的通道帶寬規模分別如下。

（1）邊緣接入層：承載5G基站的傳送網接入環應具備的通道帶寬為50～100 GE。（2）匯聚傳輸層：承載5G基站的匯聚鏈路的原始通道帶寬為200～400 GE，如考慮收斂比，匯聚鏈路帶寬的需求仍將超過100 GE。上述為5G獨立站的帶寬估算情況，如果考慮新增5G基站與原有4G基站共站址的場景，傳送網對接入環帶寬的需求比當前帶寬平均約提升3倍。

3.1.2 可靠性和時延的要求

uRLLC即超高可靠和超低時延通信，當前傳統傳送網設備中有幾十微秒的時延，而依據國際上通用的規定，低時延業務要求需滿足低于1 ms的時延，5G傳送網如何滿足超低時延將會面臨著很大的挑戰。

3.1.3 海量頻繁連接及網絡靈活性的要求

當前時代是一個云網絡的時代，加之5G技術運用衍生了更為豐富多樣的應用，必然加速各種各樣的新業務新行業不斷涌現。新的行業、業務、用戶便會對網絡提供各種各樣的新的需求，也會有不同的側重點。例如：智能家居、環境監測、智慧農業會要求網絡支持大量小報文轉發，以及隨時隨地的設備連接；視頻直播、實時點播、智慧醫療會要求網絡具備極高的速率帶寬；無人駕駛、智能電力、智能工業等會要求網絡提供極小的時延，面對這些需求，網絡資源需要更為靈活的分割，需要切片級的調度和管理。各行各業新業務出現，也對網絡的靈活性提出了更高的要求，靈活性體現在調整流動路徑的靈活性、實現網絡重組的靈活性。

3.1.4 對業務的管控要求

隨著業務流突發流量比例的增加，以及大規模設備連接的增加，傳送網中傳統的監控功能力不從心、網管設定剛性管理策略及人工監管無法滿足新業務的管控需求。為了滿足網絡端到端規劃設計、客戶業務處理及傳遞、網絡管理控制系統智能化、客戶業務完全保障等功能等需求，傳送網需要更智能、高效的集中管控。

3.2 演進方式

5G業務的發展刺激傳送手段的進一步優化，必須對原有技術與設備升級，及時進行新技術引入，技術升級革新與現有傳送網深度融合。

3.2.1 接入、匯聚層面的鏈路提速

現有傳送網絡中的低速率系統及設備必將被時代淘汰，PDH早已不見蹤影，SDH已經在全面退網的邊緣，僅僅保留在個別的傳送場景，低速率的分組傳送鏈路必須進行線路側的速率升級，原本廣泛應用在干線、核心調度層的波分設備要全面下沉，不僅用于解決互聯的光纖資源問題，更重要的是解決鏈路速率問題，密集波分、粗波分、無源波分都要擇其適合的場景廣泛恰當地應用，至此，實現傳送網鏈路全面提速，充分適應5G網絡的傳送要求。

3.2.2 軟件定義網絡（SDN）引入

SDN的應用可實現讓網絡調度更為敏捷，網絡運營的成本更為低廉。軟件定義網絡（SDN）標準架構有三層架構，自上而下依次為應用層、控制層和基礎設施層，通過與傳統傳送網融合，可以適應大容量、突發性業務，提高業務傳送的靈活性及傳送效率。在SDN運行過程中，網管無須對接網絡中的每個交換節點，而是可以從控制臺調整流量，不管服務器與設備之間連接方式如何，交換機都可以在集中式SDN控制器的引導下，實時提供網絡管理服務。

3.2.3 網絡切片承載技術

通過網絡切片技術，可在同一個共享的網絡上提供多個邏輯網絡，特定的業務可以加載在特定的邏輯網絡中，并為用戶提供特定的拓撲、服務等級、安全等級、可靠等級等方面的差別性服務，這樣一來，既可以降網絡建設的成本，又可以提高服務的靈活性，降低了運營商的運營成本，也提升了不同行業用戶的差異化客戶體驗，實現5G商用價值與行業價值的完美融合，打造一條新的經濟生態鏈。所以說，切片技術的引入，網絡依據流量狀態精準適配切片資源，會帶來通信行業工作模式的轉換。

運營商通過運用網絡切片這種機制，可以實現分配網絡資源動態化、提高客戶價值機制最大化。網絡切片機制引入后，整個網絡資源可依據工作需要靈活劃分。光傳送網可以把每個5G網絡切片作為獨立的光波長/ODU通道進行承載，提供嚴格的業務隔離和服務質量保障，光傳送網適配網絡切片后，通過動態的端到端切片，通信產業模式得以轉換，客戶服務可以根據流量的需要，隨意增減對網絡資源的利用，從而滿足目標用戶的特定需求。

網絡切片有兩種承載方案：一層網絡切片承載方案屬于物理隔離，通過獨立的波長或者通道做到真正的隔離；二層網絡切片承載方案屬于邏輯隔離，傳輸通道被不同的業務切片共享，通過MPLS-TP標簽或以太網VLANID劃分在二層端口隔離帶寬資源，即邏輯隔離。OTN網絡切片承載方案還可以與SDN智能控制技術相互結合實現更高速率更高效率的切片情景。

4 光傳送網架構演進

4.1 驅動因素

政企客戶對專線品質要求很高，要在招標中凸顯技術優勢，就要率先拿出優越于競爭對手的性能指標，例如：超低的傳輸時延、超短開通時間、超高安全保障。目前，對政企專線業務鏈路流向統計結果顯示，絕大部分業務在本地網內落地終結，需要在不同本地網之間進行轉接只有小部分業務，需要在省與省之間進行調度轉接的業務少之又少。往往需要跨省調度轉接的業務反而是對響應時間、傳輸時延要求極高的客戶，通常是一些高價值行業的專線[4]。但在目前架構下，跨省業務開通需要調度省際、省內、本地三級網絡，單純從網絡調度上而言需要更長的時間，而且落地再跳接的人工電路搭接方式也會增加了業務的傳輸時延。

4.2 演進方式

從客戶需求出發，為了減少時延，一方面應該從精簡網絡結構、縮短傳送路徑入手；另一方面要減少電路搭接中間環節上的人工因素，以自動倒換、自動選路代替人工跳纖、人工配置電路。

4.2.1 將省內干線傳送網與本地傳送網融合為一級

傳送網是個多層級的結構，政企專線開通時，專線的電路時延、開通速度與網絡的結構有較大關系。如果電路起止點均在本地，那么在本地網層面直接開通，最多經過三級網絡（本地接入、本地匯聚、本地核心），開通速度和時延最小；如果電路起止點在同省不同的城市，那么除了經過本地網開通、還要經過省內干線進行本地網之間調度，開通速度和時延較小；如果電路起止點在不同的省的不同城市，那么除了經過本地網開通、還需要省際、省內的雙重調度，開通速度和時延較大。如果調度的過程中，有傳統波分節點人工跳纖參與，會進一步影響開通速度和時延[5]。為了提高政企專線的性能指標，應當精簡網絡架構，減少調度層轉接，這里建議將省內干線傳送網與本地傳送網融合為一級，這樣有效減少一層調度，提高開通速度，降低時延。

4.2.2 調度頻繁的節點設置ROADM

政企專線的性能指標除了網絡結構外，還會受到中間節點人工跳纖的影響。人工跳纖的參與提高了調度的時間成本和人工成本。如果能在調度頻繁的節點上引入ROADM，實現光通道的自動分差復用，便可解決上述問題。波長選擇開關（WSS）是ROADM的最關鍵的器件，它通過將任一波長分配到任一的路徑，來實現光層波長級靈活調度。目前20維度的WSS已經被大量商用，32維度的WSS也已經問世，支持全光交叉產品OXC也已研發出來，可以做更高維度的波長調度。在傳統波分節點上，如波長調度頻繁，引入技術成熟的ROADM是合理的選擇。

ROADM的部署可以從骨干到區域有序部署。跨省業務要依賴骨干層進行調度，骨干層雖站距長，但節點少，所以骨干層所有的節點率先全面部署ROADM，且節點選址與業務網節點重合放置，為保證安全備份，骨干層可以按雙平面結構進行搭建。省內業務由骨干節點上的ROADM調度，跨省業務通過在骨干節點間實現光層直接調度，避免人工跳纖，提高精準性、降低人工成本，縮短了響應時間，提升了客戶體驗。

5 結語

光傳送網作為底層承載，通常需要超前部署，為上層應用架設寬闊的信息高速公路，這也就意味著光網絡的技術會持續向高速和智能化發展，除了本文研究的內容外，未來傳送網架構及技術的演進發展還將伴隨著切片管控技術和人工智能技術的進步而逐漸深入。

參考文獻

[1]顧榮生，尹祖新，王麗瓊.傳輸網絡架構演進思路探討[J].郵電設計技術，2021（6）：18-23.

[2]蔡承德.5G承載方案及關鍵技術研究[D].杭州：浙江工業大學，2021.

[3]曹暢，唐雄燕，王光全.光傳送網：前沿技術與應用[M].北京：電子工業出版社，2014.

[4]張海懿，喬月強，黃為民.光傳送網技術和標準發展探討[J].郵電設計技術，2022（5）：52-57.

[5]曾毅.5G承載網的挑戰和關鍵技術探討[J].郵電設計技術，2018（11）：52-56.