5G光傳送網(wǎng)技術(shù)介紹

5G商用，承載先行。日前，中國電信正式對外發(fā)布了《5G時代光傳送網(wǎng)技術(shù)白皮書》。該白皮書針對未來5G業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變化，清晰的描述了未來5G承載技術(shù)，非常值得一讀，小編一邊在學(xué)習(xí)的時候，順便就把它編輯了出來，供大家一起學(xué)習(xí)。

1 5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架對承載網(wǎng)構(gòu)架的影響

1.1 5G分離的RAN構(gòu)架

相對于4G LTE接入網(wǎng)的BBU和RRU兩級構(gòu)架，5G RAN將演進(jìn)為CU、DU 和 AAU三級結(jié)構(gòu)。

CU：原BBU的非實(shí)時部分將分割出來，重新定義為CU（Centralized Unit，集中單元），負(fù)責(zé)處理非實(shí)時協(xié)議和服務(wù)。

AAU：BBU的部分物理層處理功能與原RRU合并為AAU （Active Antenna Unit，有源天線處理單元）。

DU：BBU的剩余功能重新定義為DU（Distribute Unit，分布單元），負(fù)責(zé)處理物理層協(xié)議和實(shí)時服務(wù)。

這樣，RAN分離后，承載網(wǎng)也就分成了三個部分：前傳、中傳和回傳。

前傳（Fronthaul）：AAU和DU之間。

中傳（Middlehaul）：DU和CU之間。

回傳（Backhaul）：CU 以上。

其中，有一種5G部署與4G類似，采用CU和DU合設(shè)的方式，只有前傳和回傳，主要為了降低時延，如上圖(b)。

1.2 核心網(wǎng)云化和下沉

為了滿足5G網(wǎng)絡(luò)的靈活性和低時延、降低回傳負(fù)擔(dān)，核心網(wǎng)下沉和云化成為必然趨勢，并引入MEC（移動邊緣計(jì)算），組成更加分布式的構(gòu)架。

原先的EPC拆分成New Core和MEC兩部分：New Core將云化部署在城域核心的大型數(shù)據(jù)中心，MEC部署在城域匯聚或更低的位置中小型數(shù)據(jù)中心，兩者間的云化互聯(lián)需要承載網(wǎng)提供靈活的Mesh化DCI (Data Center Interconnect,數(shù)據(jù)中心互聯(lián)) 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行適配。

MEC將分擔(dān)更多的核心網(wǎng)流量和運(yùn)算能力，其數(shù)量會增加；而不同業(yè)務(wù)可能回傳歸屬到不同的云，因此需要承載網(wǎng)提供不同業(yè)務(wù)通過CU歸屬到不同MEC的路由轉(zhuǎn)發(fā)能力。而原來基站與每個EPC建立的連接也演進(jìn)為CU到云(MEC)以及云到云(MEC 到 New Core)的連接關(guān)系。

如上圖所示，5G核心網(wǎng)云互聯(lián)的三種類別包括：

(1)MEC間互聯(lián)：包括終端移動性所引起的MEC交互流量、UE所屬M(fèi)EC發(fā)生變化、V2X等應(yīng)用保持不切換而產(chǎn)生的與原MEC交互的流量、用戶到用戶的MEC直通流量等。

(2)MEC與New Core的互聯(lián)：包括MEC未匹配業(yè)務(wù)與New Core的交互流量、 New Core和MEC控制面交互的流量、MEC的邊緣CDN回源流量等。

(3)New Core間的互聯(lián)：體現(xiàn)為核心云DC之間的互聯(lián)流量的一部分。

基于上述MEC、NewCore間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)需求，核心網(wǎng)下移將形成兩層云互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，包括：New Core間及New Core與MEC間形成的核心云互聯(lián)網(wǎng)，以及MEC間形成的邊緣云互聯(lián)網(wǎng)。其中，邊緣的中小型數(shù)據(jù)中心將承擔(dān)邊緣云計(jì)算、 CDN等功能，如下圖所示。

2 5G承載網(wǎng)需求分析

2.1 大帶寬需求

由于采用高頻段、更寬頻譜和新空口技術(shù)，5G基站帶寬需求大幅提升，預(yù)計(jì)將達(dá)到LTE的10倍以上。下表為典型的5G單個S111基站的帶寬需求估算：

以一個大型城域網(wǎng)為例，5G基站數(shù)量12000個，帶寬收斂比取 6:1。核心層的帶寬需求在初期就將超 6T，成熟期將超過17T。因此，在5G傳送承載網(wǎng)的接入、匯聚層需要引入 25G /50G速率接口，而核心層則需要引入100G及以上速率的接口。

2.2 低時延需求

3GPP 等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)組織關(guān)于5G時延的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)如下表所示。

為了滿足5G低時延的需求，光傳送網(wǎng)需要對設(shè)備時延和組網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化：

1) 在設(shè)備時延方面：可以考慮采用更大的時隙(如從 5Gbps 增加到 25Gbps)、減少復(fù)用層級、減小或取消緩存等措施來降低設(shè)備時延，達(dá)到1us量級甚至更低。

2) 在組網(wǎng)架構(gòu)方面：可以考慮樹形組網(wǎng)取代環(huán)形組網(wǎng)，降低時延。

下圖所示為一個典型的8點(diǎn)環(huán)。顯然，環(huán)形組網(wǎng)由于輸出節(jié)點(diǎn)逐一累積傳輸時延，因而要求設(shè)備單節(jié)點(diǎn)處理時延必須大幅降低，且要保證不出現(xiàn)擁塞。而樹形組網(wǎng)只要考慮源宿節(jié)點(diǎn)間的時延累積，可大力提升網(wǎng)絡(luò)對苛刻時延的耐受性。

2.3 高精度時間同步需求

5G承載的第三關(guān)鍵需求是高精度時鐘，根據(jù)不同業(yè)務(wù)類別，提供不同的時鐘精度。5G同步需求包括5G TDD(Time Division Duplex,時分雙工)基本業(yè)務(wù)同步需求和協(xié)同業(yè)務(wù)同步需求兩部分。

1) 從當(dāng)前3GPP討論來看，5G TDD基本業(yè)務(wù)同步需求估計(jì)會維持和4G TDD基本業(yè)務(wù)相同的同步精度+/-1.5us。

2) 高精度的時鐘同步有利于協(xié)同業(yè)務(wù)的增益，但是同步精度受限于無線空口幀長度，5G的空口幀長度1ms比4G空口幀10ms小10倍，從而給同步精度預(yù)留的指標(biāo)也會縮小，具體指標(biāo)尚待確定。

因此，5G承載需要更高精度的同步：5G承載網(wǎng)架構(gòu)須支持時鐘隨業(yè)務(wù)一跳直達(dá)，減少中間節(jié)點(diǎn)時鐘處理；單節(jié)點(diǎn)時鐘精度也要滿足ns精度要求；單纖雙向傳輸技術(shù)有利于簡化時鐘部署，減少接收和發(fā)送方向不對稱時鐘補(bǔ)償，是一種值得推廣的時鐘傳輸技術(shù)。

2.4 靈活組網(wǎng)的需求

目前4G網(wǎng)絡(luò)的三層設(shè)備一般設(shè)置在城域回傳網(wǎng)絡(luò)的核心層，以成對的方式進(jìn)行二層或三層橋接設(shè)置。對站間X2流量，其路徑為接入-匯聚-核心橋接-匯聚 -接入，X2業(yè)務(wù)所經(jīng)過的跳數(shù)多、距離遠(yuǎn)，時延往往較大。在對時延不敏感且流量占比不到5%的4G時代這種方式較為合理，對維護(hù)的要求也相對簡單。

但5G時代的一些應(yīng)用對時延較為敏感，站間流量所占比例越來越高。同時由于5G階段將采用超密集組網(wǎng)，站間協(xié)同比4G更為密切，站間流量比重也將超過4G時代的X2流量。

下面對回傳和中傳網(wǎng)絡(luò)的靈活組網(wǎng)需求分別進(jìn)行分析。

(一) 回傳網(wǎng)絡(luò)

5G網(wǎng)絡(luò)的CU與核心網(wǎng)之間(S1 接口)以及相鄰CU之間(eX2 接口)都有連接需求，其中CU之間的eX2接口流量主要包括站間CA(Carrier Aggregation , 載波聚合 ) 和CoMP ( Coordinated Multipoint Transmission/Reception，協(xié)作多點(diǎn)發(fā)送/接收)流量，一般認(rèn)為是 S1 流量的 10~20%。如果采用人工配置靜態(tài)連接的方式，配置工作量會非常繁重，且靈活性差，因此回傳網(wǎng)絡(luò)需要支持IP尋址和轉(zhuǎn)發(fā)功能。

另外，為了滿足uRLLC應(yīng)用場景對超低時延的需求，需要采用CU/DU合設(shè)的方式，這樣承載網(wǎng)就只有前傳和回傳兩部分了。此時DU/CU合設(shè)位置的承載網(wǎng)同樣需要支持IP尋址和轉(zhuǎn)發(fā)能力。

(二) 中傳網(wǎng)絡(luò)

在5G網(wǎng)絡(luò)部署初期，DU與CU歸屬關(guān)系相對固定，一般是一個DU固定歸屬到一個 CU，因此中傳網(wǎng)絡(luò)可以不需要IP尋址和轉(zhuǎn)發(fā)功能。但是未來考慮CU云化部署后，需要提供冗余保護(hù)、動態(tài)擴(kuò)容和負(fù)載分擔(dān)的能力，從而使得DU與CU之間的歸屬關(guān)系發(fā)生變化，DU需要靈活連接到兩個或多個CU池。 這樣DU與CU之間的中傳網(wǎng)絡(luò)就需要支持IP尋址和轉(zhuǎn)發(fā)功能。

如前所述，在5G中傳和回傳承載網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)流量仍然以南北向流量為主，東西向流量為輔。并且不存在一個DU/CU會與其它所有 DU/CU有東西向流量的應(yīng)用場景，一個DU/CU只會與周邊相鄰小區(qū)的DU/CU有東西向流量，因此業(yè)務(wù)流向相對簡單和穩(wěn)定，承載網(wǎng)只需要提供簡化的IP尋址和轉(zhuǎn)發(fā)功能即可。

2.5 網(wǎng)絡(luò)切片需求

5G網(wǎng)絡(luò)有3大類業(yè)務(wù)：eMBB、uRLLC和mMTC。不同應(yīng)用場景對網(wǎng)絡(luò)要求差異明顯，如時延、峰值速率、QoS(Quality of Service,服務(wù)質(zhì)量)等要求都 不一樣。為了更好地支持不同的應(yīng)用，5G將支持網(wǎng)絡(luò)切片能力，每個網(wǎng)絡(luò)切片將擁有自己獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)資源和管控能力，如下圖所示。

另一方面，可以將物理網(wǎng)絡(luò)按不同租戶(如虛擬運(yùn)營商)需求進(jìn)行切片，形成多個并行的虛擬網(wǎng)絡(luò)。

5G無線網(wǎng)絡(luò)需要核心網(wǎng)到UE的端到端網(wǎng)絡(luò)切片，減少業(yè)務(wù)(切片)間相互影響。因此5G承載網(wǎng)絡(luò)也需要有相應(yīng)的技術(shù)方案，滿足不同5G網(wǎng)絡(luò)切片的差異化承載需求。

前傳網(wǎng)絡(luò)對于5G采用的eCPRI信號一般采用透明傳送的處理方式，不需感知傳送的具體內(nèi)容，因此對不同的5G網(wǎng)絡(luò)切片不需要進(jìn)行特殊處理。中傳/回傳承載網(wǎng)則需要考慮如何滿足不同5G網(wǎng)絡(luò)切片在帶寬、時延和組網(wǎng)靈活性方面的不同需求，提供面向5G網(wǎng)絡(luò)切片的承載方案。

3 面向5G的光傳送網(wǎng)承載方案

5G承載網(wǎng)絡(luò)由前傳、中傳、回傳三部分組成。

在綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn) CO(Central Office,中心局)可以部署無線集中式設(shè)備(DU 或 CU+DU)。CO節(jié)點(diǎn)承載設(shè)備可以將前傳流量匯聚到此節(jié)點(diǎn)無線設(shè)備，也可以將中傳/回傳業(yè)務(wù)上傳到上層承載設(shè)備。CO節(jié)點(diǎn)作為綜合接入節(jié)點(diǎn)，要求支持豐富的接入業(yè)務(wù)類型，同時對帶寬和時延有很高要求。分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備可以很好的兼顧上述需求。

3.1 5G前傳承載方案

5G前傳分為3種不同場景：(a)小集中、(b)P2P大集中、(c)環(huán)網(wǎng)大集中。

小集中：DU部署位置較低，與4G宏站BBU部署位置基本一致，此時與DU相連的5G AAU數(shù)量一般小于30個(<10個宏站)。

大集中：DU部署位置較高，位于綜合接入點(diǎn)機(jī)房，此場景與DU相連的5G AAU數(shù)量一般大于30個(>10個宏站)。

進(jìn)一步依據(jù)光纖的資源及拓?fù)浞植家约熬W(wǎng)絡(luò)需求(保護(hù)、管理)等，又可以將大集中的場景再細(xì)分為P2P大集中和環(huán)網(wǎng)大集中。

針對5G前傳的3個組網(wǎng)場景，可選擇的承載技術(shù)方案建議下表所示：

3.1.1 無源WDM方案

無源波分方案采用波分復(fù)用(WDM)技術(shù)，將彩光模塊安裝在無線設(shè)備 (AAU 和DU)上，通過無源的合、分波板卡或設(shè)備完成WDM功能，利用一對甚至一根光纖可以提供多個AAU到DU之間的連接，如下圖所示。

根據(jù)采用的波長屬性，無源波分方案可以進(jìn)一步區(qū)分為無源粗波分(CWDM, Coarse Wavelength Division Multiplexing)方案和無源密集波分(DWDM, Dense Wavelength Division Multiplexing)方案。

相比光纖直驅(qū)方案，無源波分方案顯而易見的好處是節(jié)省了光纖，但是也存 在一定的局限性，包括：波長通道數(shù)受限、波長規(guī)劃復(fù)雜、運(yùn)維困難、故障定位困難。

無源WDM方案出了故障后，難以具體定界出問題的責(zé)任方。下圖所示為無源波分方案的故障定位示意圖，可見其故障定位的復(fù)雜度。

相比無源CWDM方案，無源DWDM方案顯然可以提供更多的波長。但是更多的波長也意味著更高的波長規(guī)劃和管控復(fù)雜度，通常需要可調(diào)激光器，帶來更高的成本。目前支持 25Gb/s速率的無源DWDM光模塊還有待成熟。

為了適應(yīng)5G承載的需求，基于可調(diào)諧波長的無源DWDM方案是一種可行方案，另外基于遠(yuǎn)端集中光源的新型無源DWDM方案也成為業(yè)界研究的一個熱點(diǎn), 其原理如下圖所示。該方案在降低成本、特別是接入側(cè)成本和提高性能和維護(hù)便利性方面具有一定的優(yōu)勢。

3.1.2 有源WDM/OTN方案

有源波分方案在AAU站點(diǎn)和DU機(jī)房配置城域接入型WDM/OTN設(shè)備，多個前傳信號通過WDM技術(shù)共纖光纖資源，通過OTN開銷實(shí)現(xiàn)管理和保護(hù)，提供質(zhì)量保證。

接入型WDM/OTN設(shè)備與無線設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)灰光接口對接，WDM/OTN設(shè)備內(nèi)部完成OTN承載、端口匯聚、彩光拉遠(yuǎn)等功能。相比無源波分方案，有源波分/OTN方案有更加自由的組網(wǎng)方式，可以支持點(diǎn)對點(diǎn)及組環(huán)網(wǎng)兩種場景:

上圖所示為有源方案點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)架構(gòu)圖，同樣可以支持單纖單向、單纖雙向等傳輸模式，與無源比分方案相比，其光纖資源消耗相同。

上圖所示為有源方案組環(huán)網(wǎng)的架構(gòu)圖。除了節(jié)約光纖意外，有源WDM/OTN方案可以進(jìn)一步提供環(huán)網(wǎng)保護(hù)等功能，提高網(wǎng)絡(luò)可靠性和資源利用率。

當(dāng)前有源WDM/OTN方案成本相對較高，未來可以通過采用非相干超頻技術(shù)或低成本可插拔光模塊來降低成本。同時，為了滿足5G前傳低成本和低時延的需求，還需要對OTN技術(shù)進(jìn)行簡化。

3.2 5G中傳/回傳承載方案

根據(jù)前面的需求分析，5G中傳和回傳對于承載網(wǎng)在帶寬、組網(wǎng)靈活性、網(wǎng)絡(luò)切片等方面需求基本一致，因此可以采用統(tǒng)一的承載方案。

3.2.1 中傳/回傳承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

城域OTN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括骨干層、匯聚層和接入層，如下圖所示。

城域OTN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與5G中傳/回傳的承載需求是匹配的，其中骨干層/匯聚層與5G回傳網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)，接入層則與中傳/前傳對應(yīng)。

近幾年隨著OTN已經(jīng)通過引入以太網(wǎng)、MPLS-TP(Multiprotocol Label Switching Traffic Policing,多協(xié)議標(biāo)簽交換流量監(jiān)控)等分組交換和處理能力，演進(jìn)到了分組增強(qiáng)型OTN，可以很好地匹配5G IP化承載需求。

基于OTN的5G中傳/回傳承載方案可以發(fā)揮分組增強(qiáng)型OTN強(qiáng)大高效的幀處理能力，通過 FPGA(Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣 列)、專用芯片、DSP(Digital Signal Processor,數(shù)字信號處理)等專用硬件完成快速成幀、壓縮解壓和映射功能，有效實(shí)現(xiàn)DU傳輸連接中對空口MAC/PHY等時延要求極其敏感的功能。

同時，對于 CU，一方面分組增強(qiáng)型OTN構(gòu)建了CU、DU間超大帶寬、超低時延的連接，有效實(shí)現(xiàn)PDCP處理的實(shí)時、高效與可靠，支持快速的信令接入。而分組增強(qiáng)型OTN集成的 WDM能力可以實(shí)現(xiàn)到郊縣的長距傳輸，并按需增加傳輸鏈路的帶寬容量。

為了滿足中傳/回傳在靈活組網(wǎng)方面的需求，需要考慮在分組增強(qiáng)型OTN已經(jīng)支持MPLS-TP技術(shù)的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)路由轉(zhuǎn)發(fā)功能。

基于OTN的5G中傳/回傳承載方案可以細(xì)分為以下兩種組網(wǎng)方式：

(一)分組增強(qiáng)型 OTN+IPRAN 方案

在該方案中，利用增強(qiáng)路由轉(zhuǎn)發(fā)功能的分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備組建中傳網(wǎng)絡(luò) ，中間的OTN設(shè)備可根據(jù)需要配置為ODUk穿通模式，保證5G承載對低時延和帶寬保障的需求。在回傳部分，則繼續(xù)延用現(xiàn)有的IPRAN(IP Radio Access Network，IP化無線接入網(wǎng))承載架構(gòu)，如下圖所示。分組增強(qiáng)型OTN與IP RAN 之間通過BGP協(xié)議實(shí)現(xiàn)路由信息的交換。

為了滿足5G承載對大容量和網(wǎng)絡(luò)切片的承載需求，IPRAN需要引入25GE、 50GE、100GE等高速接口技術(shù)，并考慮采用FlexE (Flexible Ethernet，靈活以太網(wǎng))等新型接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)物理隔離，提供更好的承載質(zhì)量保障。

(二)端到端分組增強(qiáng)型OTN方案

該方案全程采用增強(qiáng)路由轉(zhuǎn)發(fā)功能的分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備實(shí)現(xiàn)，如下圖所示。

與分組增強(qiáng)型OTN+IPRAN方案相比，該方案可以避免分組增強(qiáng)型OTN與 IPRAN的互聯(lián)互通和跨專業(yè)協(xié)調(diào)的問題，從而更好地發(fā)揮分組增強(qiáng)型OTN強(qiáng)大的組網(wǎng)能力和端到端的維護(hù)管理能力。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)切片承載方案

從本質(zhì)上來看，網(wǎng)絡(luò)切片就是對網(wǎng)絡(luò)資源的劃分。而光傳送網(wǎng)具有天然的網(wǎng)絡(luò)切片承載能力，每種5G網(wǎng)絡(luò)切片可以由獨(dú)立的光波長/ODU 通道來承載，提供嚴(yán)格的業(yè)務(wù)隔離和服務(wù)質(zhì)量保障。具體到5G網(wǎng)絡(luò)切片的承載需求，分組增強(qiáng)型OTN可以提供一層和二層的網(wǎng)絡(luò)切片承載方案。

(一) 基于一層網(wǎng)絡(luò)切片承載方案

主要基于ODUflex進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源劃分，可以將不同的ODUflex帶寬通過通道標(biāo)識劃分來承載不同的5G網(wǎng)絡(luò)切片，并可根據(jù)業(yè)務(wù)流量的變化動態(tài)無損調(diào)整ODUflex的帶寬。也可以通過物理端口進(jìn)行承載資源的劃分，需要將物理端口對應(yīng)的所有電層鏈路都進(jìn)行標(biāo)簽隔離處理，實(shí)現(xiàn)較簡單，粒度較大。

(二) 基于二層網(wǎng)絡(luò)切片承載方案

該方案通過MPLS-TP標(biāo)簽或以太網(wǎng)VLAN ID(Virtual Local Area Network，虛擬局域網(wǎng))劃分隔離二層端口帶寬資源，即邏輯隔離。采用不同的邏輯通道承載不同的5G網(wǎng)絡(luò)切片，同時通過QoS控制策略來滿足不同網(wǎng)絡(luò)切片的帶寬、時延和丟包率等性能需求。

其中一層網(wǎng)絡(luò)切片承載方案的切片間業(yè)務(wù)屬于物理隔離，不會相互影響。二層網(wǎng)絡(luò)切片承載方案的切片間業(yè)務(wù)是邏輯隔離，不同切片間業(yè)務(wù)可以共享物理帶寬?？筛鶕?jù)5G不同網(wǎng)絡(luò)切片的性能需求選擇不同的承載方案。

OTN網(wǎng)絡(luò)切片承載方案可以結(jié)合SDN(Software-defined Networking,，軟件定義網(wǎng)絡(luò))智能控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)資源的端到端快速配置和管理，提高網(wǎng)絡(luò)資源使用效率，提升業(yè)務(wù)開通效率和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)效率。并通過開放北向接口,，采用如VTNS(Virtual Transport Network Service，虛擬傳送網(wǎng)業(yè)務(wù))向上層5G網(wǎng)絡(luò)提供對光傳送網(wǎng)資源的管控能力，如下圖 所示。

3.3 5G云化數(shù)據(jù)中心互聯(lián)方案

如前所述，5G時代的核心網(wǎng)下移并向云化架構(gòu)轉(zhuǎn)變，由此產(chǎn)生云化數(shù)據(jù)中心互聯(lián)的需求，包括：(1)核心大型數(shù)據(jù)中心互聯(lián)，對應(yīng)5G核心網(wǎng)New Core間及New Core與MEC間的連接；(2)邊緣中小型數(shù)據(jù)中心互聯(lián)，本地DC互聯(lián)承擔(dān)MEC、CDN等功能。

3.3.1 大型數(shù)據(jù)中心互聯(lián)方案

大型數(shù)據(jù)中心作為5G承載網(wǎng)中New Core核心網(wǎng)的重要組成部分，承擔(dān)著海量數(shù)據(jù)長距離的交互功能，需要高可靠長距離傳輸、分鐘級業(yè)務(wù)開通能力以及大容量波長級互聯(lián)。因此需要采用高緯度ROADM進(jìn)行Mesh化組網(wǎng)、光層一跳直達(dá)，減少中間大容量業(yè)務(wù)電穿通端口成本。同時，還需要結(jié)合OTN技術(shù)以及100G 、200G、400G高速相干通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)核心DC之間的大容量高速互聯(lián)，并兼容各種顆粒靈活調(diào)度能力。

在網(wǎng)絡(luò)安全性的保障上采用光層、電層雙重保護(hù)，使保護(hù)效果與保護(hù)資源配置最優(yōu)化：光層WSON(Wavelength Switched Optical Network，波長交換光網(wǎng)絡(luò))通過ROADM在現(xiàn)有光層路徑實(shí)現(xiàn)重路由，抵抗多次斷纖，無需額外單板備份；電層ASON(Automatically Switched Optical Network，自動交換光網(wǎng)絡(luò))通過OTN電交叉?zhèn)浞菽軌蜓杆俚箵Q保護(hù)路徑，保護(hù)時間<50ms。

3.3.2 中小型數(shù)據(jù)中心互聯(lián)方案

隨著5G發(fā)展，中小型數(shù)據(jù)中心互聯(lián)方案可考慮按照以下3個階段演進(jìn)：

（1）5G初期，邊緣互聯(lián)流量較小，但接入業(yè)務(wù)種類繁多，顆粒度多樣化。可充分利用現(xiàn)有的分組增強(qiáng)型OTN網(wǎng)絡(luò)提供的低時延、高可靠互聯(lián)通道，使用ODUk級別的互聯(lián)方式即可。同時，分組增強(qiáng)型OTN能夠很好地融合OTN硬性管道和分組特性，滿足邊緣DC接入業(yè)務(wù)多樣化的要求。

（2）5G中期，本地業(yè)務(wù)流量逐漸增大，需要在分組增強(qiáng)型OTN互聯(lián)的基礎(chǔ)上， 結(jié)合光層ROADM進(jìn)行邊緣DC之間Mesh互聯(lián)。但由于鏈接維度數(shù)量較小，適合采用低維度ROADM，如4維或9維?？紤]到邊緣計(jì)算的規(guī)模和下移成本，此時DCI網(wǎng)絡(luò)分為兩層，核心DCI層與邊緣DCI層，兩層之間存在一定數(shù)量的連接。

（3）5G后期，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量巨大，需要在全網(wǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行業(yè)務(wù)調(diào)度。此時需要在全網(wǎng)范圍部署大量的高緯度ROADM（如20維，甚至采用32維的下一代ROADM技術(shù)）實(shí)現(xiàn)邊緣DC、核心DC之間全光連接，以滿足業(yè)務(wù)的低時延需求 。同時采用OTN實(shí)現(xiàn)小顆粒業(yè)務(wù)的匯聚和交換。

3.4 5G光傳送網(wǎng)承載方案小結(jié)

5G承載網(wǎng)是一個移動/寬帶/云專線架構(gòu)趨同的綜合承載網(wǎng)，需要具備數(shù) 10G~100G 承載和 1~2 倍站點(diǎn)帶寬演進(jìn)、極低時延、高精度時鐘架構(gòu)基礎(chǔ)的能力，支持移動&專線&寬帶綜合承載靈活演進(jìn)能力，同時末梢設(shè)備具備即插即用部署能力。

5G承載網(wǎng)向綜合承載的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型總結(jié)如下:

1）5G無線&核心網(wǎng)功能節(jié)點(diǎn)位置與當(dāng)前寬帶承載趨同：5G New core與FBB的CR位置相當(dāng)，MEC/MCE 與BNG (Broadband Network Gateway，寬帶網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān))位置相當(dāng)，Cloud BB 和OLT位置相當(dāng)。

2）云化架構(gòu)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(diào)度功能由DCI 取代，CDN內(nèi)容被移動/寬帶共享，通過DCI互聯(lián)網(wǎng)層實(shí)現(xiàn)內(nèi)容同步，可以提升移動用戶達(dá)到寬帶用戶的視頻等業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

3）城域?qū)＞€覆蓋趨同：OTN 設(shè)備下沉到OLT(Optical Line Terminal，光線路終端)、BBU等綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房后，通過光纖直驅(qū)、SDH/CPE/OTN等末端小設(shè)備，接入最后1~2 公里，提供大客戶專線業(yè)務(wù)，支持業(yè)務(wù)快速開通、端到端SDH/OTN硬管道業(yè)務(wù)，構(gòu)建超低時延精品城域?qū)＞€網(wǎng)絡(luò)。BNG仍然部署在區(qū)域核心機(jī)房，后續(xù)逐漸虛擬云化部署；OLT 通常部署在綜合接入機(jī)房，也有小型化OLT部署在用戶小區(qū)。

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

4 5G時代的光傳送網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)演進(jìn)

5G開創(chuàng)了通信領(lǐng)域的新紀(jì)元，也給OTN承載網(wǎng)帶來了新機(jī)遇。雖然依據(jù)網(wǎng)絡(luò)承載功能的不同，將5G承載網(wǎng)分為前傳、中傳和回傳三段不同架構(gòu)。但無論何種架構(gòu)，相對4G時代，網(wǎng)絡(luò)對超大帶寬、超低時延和超高靈活調(diào)度的需求都是莫大的技術(shù)挑戰(zhàn)。因此，光傳送網(wǎng)通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)傳輸技術(shù)性能飛躍，來適應(yīng)5G的網(wǎng)絡(luò)承載需求。

4.1 低成本大帶寬傳輸技術(shù)

5G承載網(wǎng)的最大挑戰(zhàn)是海量的帶寬增長，而帶寬的增長勢必帶來成本的增加，因此5G帶寬傳輸技術(shù)的關(guān)鍵是降低每bit、每公里的傳輸成本和功耗。依據(jù)傳輸距離不同，5G低成本大帶寬傳輸技術(shù)分為短距非相干技術(shù)和中長距低成本相干技術(shù)兩大類。

4.1.1 短距非相干技術(shù)

對于傳輸距離較短的場景(如5G前傳，光纖傳輸距離小于20km)，基于低成本光器件和DSP算法的超頻非相干技術(shù)成為重要趨勢。

此類技術(shù)通過頻譜復(fù)用、 多電平疊加、帶寬補(bǔ)償?shù)菵SP算法，利用較低波特率光電器件實(shí)現(xiàn)多倍（2倍、 4倍或更高）傳輸帶寬的增長，例如：DMT(Discrete Multi-Tone，離散多頻音調(diào)制)技術(shù)、PAM4(Pulse Amplitude Modulation，四電平脈沖幅度調(diào)制)技術(shù)。

4.1.2 中長距低成本相干技術(shù)

對于更長的傳輸距離和更高的傳輸速率，例如中/回傳網(wǎng)絡(luò)50/60公里甚至上百公里的核心網(wǎng)DCI 互聯(lián)、200G/400G以上帶寬，相干技術(shù)是必須的，關(guān)鍵在于如何實(shí)現(xiàn)低成本相干。

基于硅光技術(shù)的低成本相干可插拔彩光模塊，是目前的一個技術(shù)發(fā)展方向，包括如下特點(diǎn):：

（1）低成本：采用硅光技術(shù)，利用成熟高效的CMOS平臺，實(shí)現(xiàn)光器件大規(guī)模集成，減少流程和工序，提升產(chǎn)能，使原先分立相干器件的總體成本下降。

（2）相干通信：采用相干通信可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，頻譜效率高，支持多種速率可調(diào)節(jié)，如單波100G、200G、400G。

（3）可插拔模塊：硅光模塊采用單一材料實(shí)現(xiàn)光器件的多功能單元(除光源)，消除不同材料界面晶格缺陷帶來功率損耗；硅光由于折射率高，其器件本身比傳統(tǒng)器件小，加之光子集成，硅光模塊尺寸可以比傳統(tǒng)分離器件小一個數(shù)量級；常見的封裝方式有CFP (Centum Form-factor Pluggable，封裝可插拔)、CFP2、CFP4、QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable，四通道小型化封裝可插拔)等。

（4）DCO和ACO模塊：DCO將光器件和DSP芯片一塊封裝在模塊里，以數(shù)字信號輸出，具有傳輸性能好，抗干擾能力強(qiáng)、集成度高、整體功耗低、易于統(tǒng)一管理維護(hù)的特點(diǎn)，其難點(diǎn)是較高的功耗限制了封裝的大小。ACO模塊的DSP芯片放置在模塊外面，以模擬信號輸出，光模塊功耗更低，可以實(shí)現(xiàn)更小的封裝，但是模擬信號互聯(lián)會帶來性能劣化。

4.2 低時延傳輸與交換技術(shù)

超低時延的5G業(yè)務(wù)對承載網(wǎng)提出苛刻的要求。毋庸置疑，基于ROADM的光層一跳直達(dá)是實(shí)現(xiàn)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(yōu)化OTN映射、封裝效率來降低時延。

4.2.1 ROADM全光組網(wǎng)調(diào)度技術(shù)

通過光層ROADM設(shè)備實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的光層直通，免去了中間不必要的光-電-光轉(zhuǎn)換，可以大幅降低時延。

在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，基于WSS(Wavelength Selective Switching，波長選擇開關(guān))技術(shù)的ROADM已經(jīng)成為業(yè)界，如下圖所示，這是一個典型CDC-ROADM (Colorless，Directionless & Contentionless ROADM，波長無關(guān)、方向無關(guān)、無阻塞RODAM)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式，基于1xN WSS以及MCS(Multi-cast Switching，多路廣播開關(guān))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。

隨著ROADM技術(shù)的持續(xù)演進(jìn)，下一代ROADM將朝著更高維度、簡化運(yùn)維的方向發(fā)展，基于MCS技術(shù)的WSS由于分光比太大，需要采用光放大器陣列進(jìn)行補(bǔ)償，其未來演進(jìn)受到限制，尤其是難以向更高維度發(fā)展。MxN WSS技術(shù)是一個重要的發(fā)展方向。

4.2.2 超低時延OTN傳送技術(shù)

目前商用OTN設(shè)備單點(diǎn)時延一般在10us~20us之間，主要原因是為了覆蓋多樣化的業(yè)務(wù)場景(比如承載多種業(yè)務(wù)、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(jìn)行優(yōu)化，超低時延的OTN設(shè)備單節(jié)點(diǎn)時延可以達(dá)到1us量級。具體可以通過以下3個思路對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化：（1）針對特定場景，優(yōu)化封裝時隙；（2）簡化映射封裝路線；（3）簡化ODU映射復(fù)用路徑。

4.3 高智能的端到端靈活調(diào)度技術(shù)

5G時代，能夠靈活調(diào)配網(wǎng)絡(luò)資源應(yīng)對突發(fā)流量是5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵特征要求。對于網(wǎng)絡(luò)的靈活帶寬特性，依據(jù)承載硬件系統(tǒng)的邏輯管道容量與傳輸業(yè)務(wù)大小的匹配度，分為兩種情況：

（1）邏輯管道大于傳輸業(yè)務(wù)顆粒度，則單個邏輯管道承載多顆粒度業(yè)務(wù)，通過ODUflex技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬靈活配置和調(diào)整，以提高傳輸效率。

（2）邏輯管道小于傳輸業(yè)務(wù)顆粒度，則需要考慮多端口綁定及帶寬分配，如FlexO技術(shù)。

此外，對于網(wǎng)絡(luò)端到端的管理和控制，進(jìn)行高效的網(wǎng)絡(luò)部署和靈活的資源動態(tài)分配，完成業(yè)務(wù)快速發(fā)放，則需要利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)等新型集中式智能管控技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

4.3.1 ODUflex靈活帶寬調(diào)整技術(shù)

傳統(tǒng)ODUk按照一定標(biāo)準(zhǔn)容量大小進(jìn)行封裝，受到容量標(biāo)準(zhǔn)的限制，容易出現(xiàn)某些較小顆粒的業(yè)務(wù)不得不用更大的標(biāo)準(zhǔn)管道容量進(jìn)行封裝,造成網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)。

ODUflex，即靈活速率的ODU，能夠靈活調(diào)整通道帶寬，調(diào)整范圍為1.25G~100G，其特點(diǎn)有：

（1）高效承載。提供靈活可變的速率適應(yīng)機(jī)制，用戶可根據(jù)業(yè)務(wù)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(qiáng)。適配視頻、存儲、數(shù)據(jù)等各種業(yè)務(wù)類型，并兼容未來IP業(yè)務(wù)的傳送需求。

下圖中映射路徑為：FC4G->ODUflex->ODU2；其中，ODUflex映射到ODU2中4個時隙，剩余時隙可用來承載其他業(yè)務(wù)，帶寬利用率可達(dá)100%。

針對5G承載，ODUflex是應(yīng)對5G網(wǎng)絡(luò)切片的有效承載手段，通過不同的ODUflex實(shí)現(xiàn)不同5G切片網(wǎng)絡(luò)在承載網(wǎng)上的隔離。

4.3.2 FlexO靈活互聯(lián)接口技術(shù)

光層FlexGrid技術(shù)的進(jìn)步，客戶業(yè)務(wù)靈活性適配的發(fā)展，催生了OTN層進(jìn)一 步靈活適應(yīng)光層和業(yè)務(wù)適配層的發(fā)展，業(yè)界提出了FlexO技術(shù)。靈活的線路接口受限于實(shí)際的光模塊速率，同時域間短距接口應(yīng)用需要低成本方案，F(xiàn)lexO應(yīng)運(yùn)而生。

FlexO接口可以重用支持OTU4的以太網(wǎng)灰光模塊，實(shí)現(xiàn)N*100G短距互聯(lián)接口，使得不同設(shè)備商能夠通過該接口互聯(lián)互通。FlexO提供一種靈活OTN的短距互聯(lián)接口，稱作FlexO Group，用于承載OTUCn，通過綁定N*100G FlexO接口實(shí)現(xiàn)，其中每路100G FlexO接口速率等同于OTU4的標(biāo)準(zhǔn)速率。

FlexO主要用于如下兩種應(yīng)用場景。

場景一是用于路由器和傳送設(shè)備之間，如上圖所示，路由器將數(shù)據(jù)流量封裝到ODUk/ODUflex，然后復(fù)用到ODUCn/OTUCn完成復(fù)用段及鏈路監(jiān)控，最終通過N*100G FlexO接口承載OTUCn信號完成路由器和傳送設(shè)備之間互聯(lián)互通。

場景二是作為域間接口用于不同管理域之間的互聯(lián)互通，如上圖所示，該域間接口的OTN信號為OTUCn，通過N*100G FlexO接口承載OTUCn信號實(shí)現(xiàn) 。

4.3.3 傳送SDN快速業(yè)務(wù)隨選發(fā)放技術(shù)

2012年，業(yè)界首次提出了傳送SDN(TSDN：Transport Software Defined Networks)解決方案，這是SDN技術(shù)在傳送網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和擴(kuò)展。

其中最主要和最有價值的用例是BoD (Bandwith on Demand，即帶寬隨需發(fā)放)：客戶通過終端/Portal預(yù)訂帶寬服務(wù)，TSDN控制器掌控全網(wǎng)設(shè)備信息，并且在后臺對資源進(jìn)行自動統(tǒng)一調(diào)配，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的快速發(fā)放。該項(xiàng)服務(wù)能夠更好地滿足云數(shù)據(jù)中心互聯(lián)和企業(yè)云專線提出的動態(tài)按需大帶寬的訴求，提升網(wǎng)絡(luò)資源利用率和客戶帶寬體驗(yàn)。除此之外，TSDN還可以配合OTN時延測量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)時延信息可視化，并進(jìn)行最短時延路徑的尋找、規(guī)劃、管理、保護(hù)等操作。

未來的5G網(wǎng)絡(luò)則對TSDN解決方案提出更具挑戰(zhàn)的訴求。傳送網(wǎng)絡(luò)不僅要自身具備高效的動態(tài)按需切分網(wǎng)絡(luò)的能力，以滿足不同業(yè)務(wù)的帶寬、可靠性和低時延承載要求，還需要與上層的IP及無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)同起來，實(shí)現(xiàn)跨域跨層的帶寬和資源協(xié)同，保證端到端的業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量要求。其中除了協(xié)同切片算法外，傳送網(wǎng)絡(luò)的北向切片API將是支撐端到端切片協(xié)同的關(guān)鍵紐帶。OIF/ONF也正在制定 VTNS(Virtual Transport Network Service)業(yè)務(wù)規(guī)范和相關(guān)北向API模型，以應(yīng)對未來新業(yè)務(wù)的挑戰(zhàn)。