5G承载网中OTN的规划及应用

5G承载网中OTN的规划及应用 5G承载网中OTN的规划及应用PlanningandApplicationofOTNin5GBearerNetwork摘要随着第五代通信技术的不断发展，5G技术的应用场景也越来越广泛，如物联网，无人驾驶，智慧城市，智慧家庭,工业控制等。5G技术具有超低时延，超高速率，超大连接等特点，这些对承载网提出了更高的要求。5G承载网面临着网络架构，灵活高效承载，数据分流，多接入融合等技术的挑战。为了进一步提高承载网的相关性能指标，需要开发更为灵活高效的业务，来适应新时代对5G承载网的要求，满足大带宽和高突发性的需求。实践表明,基于光传送网技术构建的承载网是应对5G网络发展，成熟的有效的措施。光传送网技术可以满足承载网中大部分的需求，是5G承载技术的最佳选择。研究承载网OTN技术能够进一步理解5G基本组网结构，为5G无线网络规划与实施提供技术支持。论文首先综述了国内外5G技术的发展趋势，全面的分析了5G的网络的基本架构。根据承载网的发展和特点，总结了5G承载网的需求，对承载网中的关键技术进行了分析，详细的介绍了OTN的功能和优点以及下一代关键技术。探讨了基于OTN技术的5G承载组网的规划方案。关键词：5G技术物联网承载网OTN

AbstractWiththecontinuousdevelopmentofthefifthgenerationcommunicationtechnology,theapplicationscenariosof5Gtechnologyaremoreandmoreextensive,suchastheInternetofthings,unmanneddriving,smartcity,smarthome,industrialcontrolandsoon.5Gtechnologyhasthecharacteristicsofultra-lowdelay,ultra-highspeedandsuper-largeconnection,whichputforwardhigherrequirementsonthebearingnetwork.5Gbearernetworkisfacedwiththechallengesofnetworkarchitecture,flexibleandefficientbearing,datastreaming,multi-accessfusionandothertechnologies.Inordertofurtherimprovetheperformanceindicatorsofthebearingnetworkandadapttotherequirementsof5Gbearingnetworkinthenewera,itisnecessarytodevelopmoreflexibleandefficientservicestomeettheneedsoflargebandwidthandhighsuddenness.Practiceshowsthatthecarriernetworkbasedonopticaltransmissionnetworktechnologyisaneffectiveandimportantmeasuretodealwiththedevelopmentandmaturityof5Gnetwork.OTNcanmeetmostoftheserequirementsandisthebestchoicefor5Gbearingtechnology.ResearchonthebearingnetworkOTNtechnologycanfurtherunderstandthebasicnetworkstructureof5Gandprovidetechnicalsupportfortheplanningandimplementationof5Gwirelessnetwork.Thispaperfirstlysummarizesthedevelopmenttrendof5Gtechnologyathomeandabroad,andcomprehensivelyanalyzesthebasicarchitectureof5Gnetwork.Accordingtothedevelopmentandcharacteristicsofthecarriernetwork,therequirementsof5Gcarriernetworkaresummarized,thekeytechnologiesinthecarriernetworkareanalyzed,andthefunctionsandadvantagesofOTNandthenextgenerationofkeytechnologiesareintroducedindetail.Theplanningschemeof5GcarriernetworkbasedonOTNtechnologyisdiscussed.Keywords:ThefifthgenerationcommunicationtechnologyInternetofthingsBearernetworkOpticaltransportnetwork目录摘要 IAbstract II目录 III绪论 115G网络架构 31.15G网络架构设计需求 31.25G网络架构解析 325G承载网需求 72.1低时延需求 82.2高可靠性需求 82.3高精度时间同步需求 92.4网络切片需求 93OTN技术概述 103.1OTN的基本概念和特点 103.1.1OTN的发展历程和产生背景 113.1.2OTN的概述 123.1.3OTN的优点 123.2OTN的体系结构 133.2.1OTN的帧结构 133.2.2OTN的电层开销 143.2.3OTN的光层开销 154基于OTN的5G承载网规划方案 164.15G前传承载规划方案 174.1.15G前传承载组网场景 174.1.2有源OTNG规划方案 184.1.35G前传承载规划方案分析 194.25G回传承载规划方案 204.2.1分组增强型OTN规划方案 214.2.25G回传承载规划方案分析 224.35G全程端到端OTN规划方案 23结论 24致谢 26参考文献 27绪论IMT-2020预计全世界移动终端的数量在2020年将达到惊人的170亿。为了能更好地应对未来移动终端连接的增长需求，日益增大的吞吐容量需求，以及多种多样新型业务不断涌现的局面，通信网络也要向超大连接、超高速率、超低时延、更加智能化演进，5G承载网面临着巨大的挑战。1977年在美国芝加哥，世界上第一条光纤通信系统正式投入商用，光纤通信网络已经发展了近半个世纪，从最开始的短距离传输到现在的长距离传输，数据传输速率从低速变成了高速，管理模式也由人工管理变成了智能管理。OTN是由SDH和WDM发展而来的新一代光传输技术。SDH技术采用标准化的层次结构，具有较高的可靠性，网络的自愈能力比较强，比较的灵活和安全，拥有较为丰富的开销和管理维护，但不足的地方是指针调整机理复杂且带宽相对较小，无法满足现代骨干网和城域网大容量承载业务需求。WDM技术的优点主要有超长的传输距离，超大的带宽，扩容便捷性大大提高。波分复用技术给传送网带来了质的飞跃，但随着大规模业务的需求和新型业务的涌现，WDM技术显现了一些缺点，比如业务调度不是很灵活，DWDM技术仅支持点到点网络拓扑结构，网络的管理和维护都不灵活。光传送网目前作为承载网的主流技术，继承了SDH技术和WDM技术的优点，被广泛应用于省际网、骨干网、城域网。1998年ITU-T正式提出了OTN的概念和技术，在21世纪以前，光传送网的标准化工作采用了和SDH相似的思路。经过近20年的发展，OTN的标准体系也趋于完善，但随着5 G时代的到来，未来各种各样新兴业务对OTN的要求越来越高，OTN技术也将出现新的变化。当前，商用OTN设备为了覆盖多种承载业务和颗粒度，增加了一些不必要的封装步骤，使得传输时延大幅度上升，超低时延的OTN技术应运而生。超低时延OTN技术的设备节点时延是传统OTN设备的十分之一，采用简化映射封装路线，简化ODU映射复用路径和根据不同应用场景，优化封装时隙等方法来改良传统OTN设备。随着市场上100Gbit/sWDM技术的设备产品推出，超100Gbit/s技术已成为当代高速通信传输网的研究焦点。超100GOTN技术具有大容量和长距离传输的特点，能够在现有的OTN网络中平滑升级。2017年中国移动首先提出了200GOTN模型，并在《全面构建新型传输网络规划》文件中表明要全面部署200GOTN商业设备。MS-OTN（分组增强型OTN）技术，继承了原有OTN带宽高效，节省光纤，易于管理的特点，也融合了SDH/MSTP网络配置灵活，管理可靠，保护完善的特点。2014年中国电信针对分组增强型OTN技术进行了专题研究，并在2018年发布了分组增强型OTN部署建设原则。在国际上，分组增强型OTN也早有了大规模的建设和部署。据相关统计，全世界近80%的海外电信运营商考虑使用分组增强型OTN建网技术来优化自身传输网络的架构，典型电信运营商包括荷兰皇家电信、贝尔电信集团、西班牙电信、德国电信等。在2018年的国际电信第十五研究组会议上，以中国电信为首的M-OTN标准取得突破性进展，实现了相关的两个标准的建立。M-OTN是用于承载网优化的新一代OTN技术，提供了低时延、低功率、低成本的承载方案。具有更灵活的时隙结构，另外能够实现单级复用，拥有更简化的开销。在国际上，中国电信主导的M-OTN技术标准得到了法国电信、德国电信、西班牙电信等运营商和研究机构的一致认可。5G承载网络是5G接入网络和5G核心网络之间架起的网络桥梁，5G承载网络不仅需要为这些网络连接提供管理控制，网络保护和其他功能，而且在延迟，带宽和可靠性方面也提供了一定的保证。这是一场由海量移动数据引发的互联网革命，是一场由技术创新推动人类社会发展的革命，所以，5G需要各行业广泛的合作，共同地激发技术创新。15G网络架构1.15G网络架构设计需求5G网络架构设计需求主要包括网络运营的需求和关键性能的需求。ITU-R确定了5G的三种主要应用场景。其中，eMBB场景可以分为热点大容量场景和连续广覆盖场景。在增强型移动带宽场景下，通信网络需要提供一百兆比特每秒到一吉比特每秒的传输速率并支持在500km/h高速移动过程中业务的连续性。在现有的4G网络架构中基站之间无法通过通信去实现干扰协同，移动性管理和高效的无线资源调度等功能。在uRLLC场景中，4G网络体系结构的控制平面的逻辑功能分布在多个网元上，无法进行集中地管理和控制。端到端之间的通信传输延迟相对较长，并且本地业务可能会出现路由迂回的情况。在mMTC场景中，现有网络使用单一连接管理机制，在承载IoT业务时会消耗大量报头开销，效率低下，还可能导致信令拥塞的现象。电信运营商在进行通信网络的规划时，首先需要考虑网络的建设是否可行、网络的运营是否便利，这些也对5G网络架构提出了一些要求。首先需要可以灵活部署和规划的网元，而且结合了4G控制和承载的eNodeB网元不能满足5G的应用场景。其次是对容量和覆盖范围的需求。现有网络体系结构的控制和转发的不完全分离导致网络灵活性不足，处理延迟高以及整体网络优化困难。第三，完善业务控制要求。尽管4G网络中的PCRF网元允许运营商通过Qos机制向用户提供差异化​​服务，但难以挖掘和分析用户的业务特征，并且难以实现灵活的路由控制。5G网络架构设计需要遵循开放、灵活、智能的原则，实现网络的虚拟化、功能的模块化以及部署的分布化。开放是指网络能力可以向第三方开放，网元可以突破软硬件之间的紧耦合。灵活是指能够支持多种接入技术，可以根据业务不同组建网络。智能是指能够自主的实现资源的调整，组网的自动优化。1.25G网络架构解析在5G网络架构设计中，要参照现有的4GLTE网络架构，采用先继承后创新的思路，为了逐渐适应5G网络的需求，引入了NFV和SDN等技术重构网络功能。LTE网络架构可以分为三个部分。第一个部分是为了满足网络兼容性而引入的LTE。第二个部分是接入网。接入网空中接口的发展是通信网络的重要组成部分。第三个部分是核心网络。本论文首先重构了这一部分。首先，为了解决4G网络中控制和转发不完全分离的问题，5G网络需要对具有转发功能和控制功能的网关解耦。我们在逻辑上将LTE网络架构中的P-GW和S-GW视为SAE-GW，之后再引入SDN技术进行解耦，使用新定义的UPF网元承载用户面功能，SMF新网元统一管理控制面功能。原LTE控制面网元MME，HSS和PCRF分别由新的网元AMF，UDM和PCF代替，5G网络重构第一步转发与控制分离，如图1-1所示。图1-15G网络重构第一步：转发与控制分离第二步，为了实现业务中网络的自动部署功能，组网过程中故障的隔离、网络自愈、弹性伸缩，以及进一步满足共享网络资源等需求。5G网络中引入了NFV技术实现网络的功能虚拟化。所以，5G网络为了适应新的需求定义了新网元NF。由于新网元NF是提供面向用户差异性的服务，5G网络将它放置于 PCF网元下，为了NF能够需求PCF的策略控制参数，5G网络为其定义了新接口。5G网络重构第二步硬软件解耦，如图1-2所示。图1-25G网络重构第二步：硬软件解耦第三步是核心网的网络重构，5G网络就近为用户提供数据缓存和业务计算等服务，因此，有必要将业务平台下沉至网络的边缘，并且提高UDM网元的功能，用来承担业务平台下沉后的数据管理的工作。5G网络引入了AUSF网元来提供数据访问的鉴权和授权服务。由于5G面向的是多种多样业务场景，5G还需要引入NSSF网元来应对网络切片选择的问题，这也会让整个网络更加灵活，更有弹性。5G网络重构第三步引入网络切片和移动边缘计算，如图1-3所示。图1-35G网络重构第三步：引入网络切片和移动边缘计算 第四步是将网元布置在接入网侧。在5G时代，电信运营商必须要面对着不同标准的网络长期共存的局面。如何降低运维成本，高效地维护各种制式网络，是目前要解决的难题之一。因此，5G网络架构需要考虑多网络融合的问题。对此，5G网络需要对接入网侧进行优化，更改4G无线网络的单一eNodeB接入方式。5G网络接入侧不再采用单一的无线接入的方式，而是参用固移融合，这就需要定义新的网元R(AN)，5G网络重构第四步多RAT融合，如图1-4所示。图1-45G网络重构第四步：多RAT融合第五步，5G网络为各个网元之间的逻辑连接定义了接口，经过五个步骤的网络重构，可以得到完整的5G网络架构图。5G网络架构清晰的呈现了接入面、控制面、转发面的特点。5G网络架构包含具有接入和移动管理功能的AMF网元，具有会话管理功能的SMF网元，SGW\PGW用户面功能的UPF网元，具有策略和控制功能的PCF网元，进行统一数据管理的UDM网元，具有认证服务器功能的AUSF网元，管理网络切片选择功能的NSSF网元以及应用功能AF网元。5G网络重构第五步重新定义接口，如图1-5所示。图1-55G网络重构第五步：重新定义接口25G承载网需求IMT-2020为5G定义三大应用场景,但在实际应用中各个行业对5G的关键性能指标的要求存在差异性，因此5G网络还需要支持带宽、时延、可靠性、计费、定位等需求的定制组合。世界上绝大多数电信运营商计划在2020年实现5G的商用，而5G商用，承载先行。2.1低时延需求5G关键特征之一就是超低时延，国际上很多标准化组织对5G时延的性能指标进行了研究和规定。3GPP组织在TR38.913中规定uRLLC业务的控制面时延小于10ms，用户面时延小于0.5ms；eMBB业务控制面时延小于10ms，用户面时延小于4ms，如表2-1所示。表2-15G网络承载时延关键技术指标根据当前eCPRI接口的时延分配，前传距离为10至20km，光纤传输时延按5微秒/km计算，不考虑节点处理时延，前传时延约为100微秒。目前，承载网节点的处理时延是20~50微秒，这就需要前传网络进行组网时，应尽可能减少传输过程中节点的处理时延。因为无法在光纤传输中优化时延，所以承载网节点的处理时延下降到一定范围内，就没有必要进一步优化。将来为了实现5G超高可靠性与低时延通信业务的部署和应用，承载网络与无线网之间如何进行分配时延协同也越来越重要。2.2高可靠性需求4G网络对视频通话、语音通话、Web浏览等一系列传统业务的可靠性要求并不是很高，但是在一些重要的应用场景和领域中，对网络的可靠性要求十分苛刻。目前，5G技术在人工智能、大数据、无人驾驶、智慧医疗等领域有大规模的应用，这些领域对网络的可靠性有着很高的要求，如果不能保证这些领域网络的可靠性，将造成巨大的经济损失或者出现网络安全问题，这就对5G网络的可靠性提出了新的要求。无人驾驶、工业控制等行业对网络的时延和可靠性要求严苛，需要保证几乎100%的可靠性和毫秒级端到端时延，这就需要承载网拥有极低的节点处理时延和传送时延，超强的故障恢复能力和严格的时间同步能力。2.3高精度时间同步需求5G承载关键需求之一就是高精度时间同步，5G网络高精度时间同步需求主要有三大方面：基本业务高精度时间同步需求，协同业务高精度时间同步需求和新业务高精度时间同步需求。时分双工制式无线网络的共性需求就是基本业务高精度时间同步，目的是为了防止上下行时隙干扰。由于子载波间隔灵活可拓展的特点，5G系统通过在GP（保护周期）中配置多个符号的方式，保证了与4G时分复用制式维持了相同的高精度时间同步需求。5G高精度时间同步需求主要体现在协同业务高精度时间同步需求。多点协同、载波融合、MIMO等在5G网络中广泛使用的协同技术对时间同步都有比较高的要求。3GPP定义了不同场景下的时间同步需求精度级别，包括65ns/130ns/260ns/3μs等级别精度。当5G网络在承载工业互联网、车联网、大规模物联网等新兴业务时，可能需要网络提供TDOA（到达时间差）的基站定位服务，这就需要更高精度的时间同步需求。2.4网络切片需求5G网络拥有三大应用场景，并且对网络的要求在不同的应用场景中的差异也很大。例如，对性能指标（如峰值传输速率，传输延迟和服务质量）的要求是不同的。为了支持不同的应用场景，5G网络将具有支持网络切片的能力。在5G网络中，每个网络切片都具有自我控制能力和独立的网络资源。5G承载网络上的网络切片需求反映在一个统一的物理网络中，该物理网络可以将网络资源和相关的业务功能组织在一起，从而形成一个完整，自治，可以独立运维的虚拟网络。转发面上的网络切片技术和SDN/NFV管理控制功能是构建虚拟网络的关键技术。转发面的网络切片主要负责分配网络资源。SDN/NFV的功能主要是虚拟化网络资源。中传/回传承载网需要提供面向5G网络切片的承载网组网解决方案，以应对不同的网络切片在灵活组网和传输时延等方面的不同的需求。此外，5G承载网根据不同层次的5G网络切片的要求，需要提供可以支持软隔离和硬隔离的5G网络切片方案。3OTN技术概述3.1OTN的基本概念和特点近十年来，我国信息产业发展迅速，客户需求增长迅速。传统的传输技术SDH、WDM等技术存在承载业务量过小、业务调度不灵活的特点，已无法适应当前5G网络的需求。面向5G时代，电信运营商需要解决如何承载高带宽业务、如何接入多样化的业务的问题。OTN具有大颗粒调度能力、多波长传输的特点以及拥有强大的开销和维护管理网络的能力。OTN技术结合了SDH的管理能力强大、组网灵活、保护完善等特点和DWDM承载容量大的优势已逐渐成为当前承载网的主流技术。3.1.1OTN的发展历程和产生背景英籍华人高琨在1966年提出了光纤传输的理论。1970年由于半导体激光器技术和石英光纤的不断发展，光纤损耗下降到20dB/km。1972年，国际电信联盟提出了第一批PDH（准数字同步系列）的建议书。1976年，光纤传输的损耗已下降至0.47dB/km，光纤传输中传输介质损耗的问题基本解决。20世纪80年代，PDH产品开始大规模使用，PDH技术开始快速发展。在PDH产品使用过程中也暴露出了一些问题，PDH没有统一的光接口和电接口标准，导致设备横向兼容困难，在光路上光接口无法实现互通，网络管理和网络互通变得十分困难，高速信号中低速业务的分离和插入处理过程过于繁琐和低效。在传送业务时，PDH就像一列散装列车，货物杂乱地堆放在整个车厢里。如果要在某个车站取下具体的货物，需要先卸下所有的货物，然后找到所需要的的货物，再将剩余货物和在车站需要新装车的货物搬上列车，然后再运走。在20世纪末期，光纤通信的基本传输技术是SDH技术。SDH是严格同步的，降低了传输过程中的误码率，从而使网络更加可靠也便于调整和复用；定义了规范的接口标准，从而将PDH技术中没有接口标准的问题解决了，具有很好的兼容性；拥有多种网络拓扑结构，因此组网十分灵活；开放性的标准化光接口能够在光缆段上横向兼容，所以联网成本比较低。SDH虽然大大的提高了可靠性，但其有效性却在降低而且指针调整机理过于复杂，OAM的自动程度比较高，这代表着软件在系统中的占比较大，导致系统容易受到病毒的攻击，软件的大量使用会对系统的安全性会造成很大的影响。21世纪初，随着短信、实时视频、彩信等业务的不断发展,基于SDH的MSTP（多业务传送平台）技术也应运而生。MSTP技术运用了SDH技术的优势，特别是在保护恢复能力方面和确保传输时延性能等方面，MSTP技术可适应多业务应用，支持图片、视频、语言等数据传输，简化电路配置，提高了业务供应速度和网络可扩展性，降低了运维成本，但是MSTP技术的带宽调整能力不尽人意，在承载各类数据业务时，带宽使用率比较低，在传输以太网业务过程中，QAM能力不强。在21世纪，网络直播、电话会议、人工智能、大数据等业务无处不在，这些新的业务对网络的传输时延、带宽的吞吐量以及网络的可靠性都提出了更高的要求。与WDM相比较，OTN（光传送网）可以提供更低的传输时延，更大的传输带宽，更稳定、可靠的传输。3.1.2OTN的概述OTN（光传送网）是在1998年由国际电信联盟定义的一种光传送技术，OTN技术是基于SDH和WDM技术发展而来的新一代光传送技术。它拥有电层和光层十分完整的结构，在光层负责波长级调度以及大颗粒业务调度，小颗粒业务交叉主要由电层负责。OTN能够同时满足大颗粒和小颗粒业务的承载需求。面向5G承载网大承载业务需求，大承载业务需求，同步数字体系技术受到了很大的限制，WDM技术更关注于业务在光层上的处理并且组网方式过于单一，组网的灵活性不高。3.1.3OTN的优点OTN技术兼容了WDM与OTN技术的优点，OTN的优点主要有如下几个方面：（1）交叉连接的可升级性OTN的体系结构在交叉速率上没有限制，交叉速率可以随着线路速率的增大而增大，也能通过反向复用来适应线路速率的限制。各个部分能够进行单独的设计，能够实现独立发展，拥有较高的可扩展性，便于管理并且成本比较低。（2）透明传输能力OTN定义了可以适配任何客户业务的OPUk容器，可以不修改任何开销信息和净荷，这些业务包括SAN、Video、SDH等。OTN接口标准具有多样性，能够支持多种业务接入，如以太网、IPRAN而且引入了帧字节，这样可以实现业务的透明传输。（3）强大的带外前向纠错能力OTN架构中的帧结构有一个带外的FEC区域，经过前向纠错可以得到5dB左右的增益，这样就能对光信噪比的要求下降，从而将系统的传输距离增加。（4）强大的网络管理能力OTN定义了用于运行、管理和维护的开销，让OTN可以利用这些开销对光传输网络进行检测和管理，能够实现在多层级网络之间互联互通和维护管理。（5）支持多种客户信号的封装和传输OTN使用了数字封装技术来承载各种各样的业务信号，就同步信号而言，OTN能够直接适配到光净荷单元里而不用进行其他更改，对于其他的业务信号而言，OTN基本上都会使用通用成帧规程进行封装，之后才适配到光净荷单元里。3.2OTN的体系结构3.2.1OTN的帧结构OTN开销分成电层和光层两种，电层开销在OTN成帧时加入；光层开销由OSC信道传送。OTN电层对客户信号的处理分为OPU、ODU和OTU三个子层，各子层的OH和FEC字节就是电层开销。OTU的帧结构与三个子层有明确的对应关系。其中OPU子层对应着OPU开销和客户信号。ODU子层又增加了ODU开销，OTU子层增加了帧对齐、OTU开销和FEC部分。OTN帧结构如图3-1所示。图3-1OTN帧结构3.2.2OTN的电层开销从OTN的帧结构中我们可以看出，除了FEC开销以外，其他开销都在前面16列，大小为4行X16列字节。电层开销分为四个部分，分别是帧对齐开销、OTU层开销、ODU层开销和OPU层开销。OTN的电层开销如图4-2所示。常见开销字节作用如下：（1）帧对齐开销（FAS）FAS(FrameAlignmentSignal)：长度为6个字节，用于帧对齐和定位。它就像一个国王，带领整个帧进行传输。（2）段监控（SM）SM（SectionMonitoring）：用于OTU级别的误码检测，在OTU信号组装和分解处被终结。SM开销就像一个警察，使命是监测违法分子。（3）通道监控（PM）PM（PathMonitoring）：用于ODU级别误码检测，作用SM类似。SM和PM的作用虽然类似，但是他们的生命周期不同，SM生命周期要短于PM。图3-2OTN的电层开销3.2.3OTN的光层开销与电层开销不同，OTN的光层开销（OOS）为非随路开销，通过OSC传输（光监控信道）。光层开销包括OTS、OMS和OCH开销，以及厂商自定义的通用管理信息开销。 OTN的光层开销如图3-3所示。图3-3OTN的光层开销不同层次的光层开销产生不同层次的光层告警，也有不同的生命周期，比如OTS开销生命周期对应着OTS光传送段的长度；类似的OMS和OCH的开销分别对应着OMS光复用段和OCH光信道。光层生命周期如图3-4所示。图3-4OTN的光层开销生命周期4基于OTN的5G承载网规划方案5G将CU和DU进行分离设置，5G承载网可以分为前传，中传以及回传。RRU-DU被定义为前传，前传网络的网络拓扑结构为星型的，并且单点故障对整个网络影响十分的小。DU-CU被定义为中传，中传网络对节点设备的可靠性有着较高的要求。CU-核心网被定义为回传，回传网络流量大，带宽大，对可靠性要求也是非常的高。OTN拥有有低时延，大带宽，高可靠性和开放协同等特点。光传送网非常适合5G承载网中的前传业务和中传、回传业务。OTN也能支持其他业务的发展，完全满足未来网络对承载的需求。4.15G前传承载规划方案随着全世界5G网络的大规模部署，5G承载网络技术建设已成为重中之重，作为5G承载回传网络的重要部分，前传网络能否选择合适的规划方案，将会影响到电信运营商的建设效率和投资。4.1.15G前传承载组网场景5G前传承载组网的典型场景有两种，分别是小集中和大集中。DU在5G小集中场景里一般位置部署得都比较低，并且和4G网络中的宏站BBU的位置大致相同，连接到DU的AUU的个数通常情况下会少于30个（少于10个宏站）。DU在 5G大集中场景里位于综合接入设备机房，部署的位置比较的高，和DU相互连接的5GAUU的数量通常通常情况下会多于30个（多于10个宏站）。根据网络的拓扑结构、光纤的资源和网络的需求，大集中的场景还可以分为两种方式，分别是环网大集中方式和P2P大集中方式。5G前传三种场景如图4-1所示。小集中的特点是AUU的数量不多于导入端可以使用的光纤数量，DU所在站点机房与机房附近的AUU通过导入光纤进行连接。小集中场景如图4-1（a）所示。P2P大集中场景的特征是连接到骨干层的光纤的网络拓扑结构是树形的，这意味着P2P场景中，非常合适使用点到点的WDM组网方案。为了方便对DU池进行管理和维护，DU池是位于接入机房里。前传网络P2P大集中场景，如图4-1（b）所示。在环网大集中场景中连接到骨干层的光纤，其网络拓扑结构为环形，并且非常适合使用WDM环形组网方案，这样也可以比较好的节省光纤资源。环形大集中场景如图4-1（c）所示。图4-15G前传承载的三种方案4.1.2有源OTN方案有源波分OTN解决方案采用了城域接入型OTN设备，分别在DU机房和AUU站点中进行部署，通过波分复用技术，使多个前传信号共享光纤资源，为了实现管理和保护，使用OTN开销来确保质量。该方案中无线设备和接入型OTN设备之间的接口使用了标准的灰光接口。在OTN设备中，完成了诸如彩光拉远、端口汇聚、OTN承载之类的功能。有源OTN方案和无源波分方案相比拥有更加灵活的组网方式，例如环型组网和点对点组网。有源点对点组网方式与无源波分方案相比，光纤资源的消耗是一样的，但可以支持单纤单向和单纤双向等多种传输方式。有源点对点方案如图4-2所示。图4-2有源OTN方案点到点架构有源OTN方案除了可以节省光纤之外，还能够提高网络资源的利用率和网络的可靠性以及提供环网保护的功能。有源OTN方案环形网络架构，如图4-3所示。图4-3有源OTN环形网络架构由于有源波分方案的OTN的特性，该方案还能提供以下的功能。（1）维护界面清晰，拥有完善而且高效的OAM管理，能够保障设备管理、性能监控等一系列功能，增强了前传网络的安全性和可管理性。（2）有源设备具有汇聚功能，能够提供AUU大量汇聚组网的需求。（3）能够支持固定网络移动融合承载，并且具备专线和固定宽带等业务的综合接入等能力。（4）设备形态比较灵活，AUU设备在适配DU集中部署后安装方式包括室外型和室内型。（5）提供自动倒换和保护机制，实现的有电层保护和光层保护两种方式。在电层中有ODUk子网连接保护等，在光层中有OLP（光线路保护）等。通过使用不同管道之间的主用和备用光纤路由实时备份前传链路，增强了网络的容灾和容错能力。4.1.35G前传承载规划方案分析5G前传承载组网方式适用于点到多点的星形网络。5G前传网络规划方案主要有光纤直连解决方案，无源WDM规划方案，有源OTN规划方案和有源WDM-PON规划方案。光纤直连方案是指DU与RRU之间采用光纤直接连接，点对点组网，DU和RRU分别采用传输速率为25Gbit/s的白光模块，传输的有效距离可以达到10千米。为了降低光纤资源的损耗，可以采用RRU级联的方式，虽然此规划方案部署成本相对较低，但是由于于传输距离和末端光纤资源十分有限，因此不适合大范围的网络部署。无源WDM规划方案使用了无源合波器和解复用器再加上彩光直连，无线基站使用传送网部署的合波、分波设备以及采光口。此规划方案使用了WDM技术可以减少光纤资源的损耗，从而解决光纤资源的问题。DU与RRU的波长在物理层是点对点连接，需要提前进行波长规划，无法进行长距离传输，只适合小范围使用。 有源OTN承载方案可以减少DU与RRU之间的波长规划。在DU和RRU之间部署 OTN,可以使用树形、环形、Mesh等拓扑结构进行组网，有源OTN方案具有易于管理维护、可靠性和安全性比较高、组网灵活等特点。因为5G网络中拥有多频点组网方案而且基站的密度比较大，所以光纤直连规划方案中需要消耗大量的光纤，但在现实中难以满足庞大的光纤需求，需要其他的设备承载规划方案进行补充。根据5G网络中前传承载的场景，前传承载方案如表4-1所示。表4-1前传场景与对应的承载方案4.25G回传承载规划方案城域OTN网络架构分别由接入层，汇聚层和骨干层组成，5G网络中传和回传的承载需求和城域OTN的网络架构是相互匹配的。5G中传和前传承载网与城域OTN网络架构中的接入层对应，5G回传承载网与城域网中的骨干层和汇聚层相对应。近年来，OTN从刚开始引入了多协议标签交换流量监控技术和以太网等分组交换技术，已经演进到MS-OTN（分组增强型OTN），MS-OTN可以很好地满足5GIP化承载需求。MS-OTN可以在基于OTN的回传承载规划方案中可以通过DSP（数字信号处理）、FPGA（可编程门阵列）等技术，充分利用分组增强型OTN高效的帧处理能力完成压缩，解压缩，快速成帧和映射功能，从而满足了DU在传输连接过程中对空中接口MAC/PHY的时延要求。对于CU而言，MS-OTN在DU和CU之间构建超低时延和超大带宽的连接，从而能够实现PDCP处理的高效，实时和可靠。MS-OTN集成的WDM可以支持长距离传输，并且按照所需提高传输链路上的带宽容量。城域OTN网络架构如图4-4所示。图4-4城域网OTN网络架构4.2.1分组增强型OTN规划方案由于在灵活组网方面回传承载网有非常高的需求，有必要在MS-OTN已经支持MPLS-TP技术的前提下，进一步提高网络的路由转发功能。目前，需要考虑支持的基本路由转发功能有分段路由 SR，边界网关协议BGP，域内路由协议，OSPF开放式最短路由优先OSPF，IP层上的数据包处理和转发、IP

QoS以及OAM协议，例如IP流性能测量和Ping。根据业务的需求，在OTN节点之间可以配置IP/MPLS-TP

over

ODUk通道，以实现单跳直接访问，从而确保5G业务的大带宽和低延迟需求。5G承载回传的OTN规划方案目的是在回传的过程中使用分组增强型OTN设备来增强路由转发能力以实现网络承载。端到端的分组增强型OTN可以充分的发挥MS-OTN的维护管理能力和组网能力。在5G回传承载网络中，主要考虑采用的是OTN和IPRAN两种承载方案，对于业务流量不算太大的网络，可以先使用更成熟的IPRAN承载方案，然后可以根据业务流量的发展情况，在业务流量比较大，并且集中的地区可以采用OTN承载方案，在某些情况下，PON技术也可以作为后续的补充。端到端分组增强型OTN规划方案，如图4-5所示。图4-5端到端分组增强型OTN规划方案4.2.25G回传承载方案分析5G回传承载方案比较分析如表4-2所示。表4-2回传方案比较分析4.35G全程端到端OTN方案5G全程端到端OTN组网方案在前传部分，5G基站首先通过裸纤连接到 DU，以满足未来移动用户对大带宽，低时延和高可靠信息传输的要求；基站流量预测：5G基站平均带宽将超过1Gbit/s，带宽峰值将超过10Gbit/s。全程端到端OTN组网方案在中传部分，DU汇聚基站后接入物理网光交配线端子，物理网光交汇聚DU上行光缆后，DU通过物理网光交成环，物理网光交再通过主干光缆或波分设备上传至局端CU。接入层流量预测：按每接入环6个站，一个站达到峰值带宽计算，接入环带宽将达到40G，考虑到5G基站的密集程度，100G组网可能性更大。在回传部分，CU通过100G～100T级别波分或中继光缆回传至5G核心网。汇聚层流量预测：CU通过100G～100T级别波分或中继光缆回传至5G核心网。汇聚层波分环考虑到将汇聚多个接入环，则有可能达到T级别组网。5G全程端到端OTN组网方案，如图4-6所示。图4-65G全程端到端OTN组网承载方案结论本文介首先研究了5G的网络架构，对5G网络的演变进行了分析。5G网络是一个可以根据业务的需求，来进行灵活部署的开放性融合网络。通过控制云来实现网络的移动性管理、会话管理、信息管理、策略管理。作为无线网络与核心网络之间的桥梁，承载网其重要性不言而喻。国际电信联盟定义了5G的三大应用场景，承载网也面临着巨大的挑战。在5G时代，承载网络面临着几项需求，包括大带宽需求，灵活的组网需求，低延迟需求、灵活的组网需求、高可靠性需求，网络切片需求，智能化需求以及高精度时间同步需求。OTN技术作为新一代光传输网络技术，充分融合了SDH技术和WDM技术的优势，是5G承载网络的主流技术。SDH最大的优点是它具有丰富的网络保护和管理功能，SDH开始主要是为语音业务设计的，后来随着IP业务的增多，产业界把SDH升级为MSTP，开始支持多种业务的传送。SDH已经完成了历史使命，SDH以电层处理为主，不符合未来全光网络的发展趋势；SDH从本质上讲依然是时分复用的网络，对IP业务的支持“力不从心”；另外SDH继续提速越来越难，无法满足业务流量的高速增长WDM网络的最大优点是极大的提升了单芯传输速率，但是缺点也很显著，缺乏QoS保障、OAM和灵活调度能力。为了解决WDM网络的缺点，产业界提出了OTN技术标准。OTN是基于DWDM网络，再融合复用、路由、管理、监控、保护等功能形成的传送标准。在5G前传承载方案中，光纤直连方案对于光纤资源受限的地区来说，网络部署起来还是有很大的挑战，需要提前准备光缆、管道、机房等资源，并且只能小范围部署。无源WDM方案虽然可以解决光纤资源的问题，但也只能短距离传输，还需要提前规划无线基站的彩光口。有源WDM-PON方案能够提供丰富的带宽，传输时延比较小，非常满足5G承载前传网络的需求，但是设备价格高昂，通信界缺乏成熟的WDM-PON商用技术，大规模部署需要降低成本。有源OTN方案具有安全、可靠、组网灵活等特点，而且对光纤资源占用比较的少，但是在组网过程中存在着对部署地点要求高、投资高、维护要求高等一系列问题。在组网方案的选择过程中，应该综合考虑光纤资源，机房资源以及业务需要达到的效果，选择最合适的组网方案。在环网大集中组网场景中，有源OTN解决方案具有非常大的优势，不仅可以节约光纤资源而且还提供了环网保护等功能。总体而言，上述方案各有优缺点，某些技术还不成熟，电信运营商应该根据各种传送技术不断成熟的前提下，结合当前的网络状况，密切跟踪上述技术的发展，行业成熟度和投资效益等情况，选择合适的5G网络建设方案。在5G回传承载规划方案