基于OTN演進(jìn)的5G綜合承載解決方案及關(guān)鍵技術(shù)

  ICCSZ訊 作為新一代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，5G當(dāng)仁不讓成為業(yè)界的熱點(diǎn)。5G網(wǎng)絡(luò)提供eMBB(增強(qiáng)移動(dòng)寬帶)、uRLLC(超高可靠低時(shí)延通信)和mMTC(海量物聯(lián)網(wǎng))三大類業(yè)務(wù)，對承載網(wǎng)在帶寬、容量、時(shí)延和組網(wǎng)靈活性方面提出了新的需求。目前關(guān)于5G承載的主要解決方案有SPN over OTN、IPRAN over OTN、分組增強(qiáng)OTN。本文重點(diǎn)介紹5G承載網(wǎng)關(guān)鍵需求、5G分組增強(qiáng)OTN承載方案及其關(guān)鍵技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展。

  5G承載網(wǎng)關(guān)鍵需求

  參考3GPP的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展，5G RAN的功能被重構(gòu)為CU、DU和AAU三個(gè)功能實(shí)體，承載網(wǎng)分為前傳(Fronthaul)、中傳(Midhaul)和回傳(Backhaul)三部分;5G對承載網(wǎng)的帶寬、超低時(shí)延、時(shí)間同步、靈活連接提出了更高的需求。

  超低時(shí)延

  5G前傳、中傳網(wǎng)的時(shí)延要求非常高，表1是對前傳、中傳、回傳網(wǎng)絡(luò)允許的最大時(shí)延值初步評(píng)估結(jié)果。

  由于時(shí)延的限制，uRLLC業(yè)務(wù)需要CU/MEC下沉組網(wǎng)、CU與DU合設(shè);eMBB業(yè)務(wù)即使采用CU和DU分離的方式，距離也不能太遠(yuǎn)。

  超大帶寬及靈活連接需求

  5G前傳網(wǎng)AAU與DU間典型帶寬(64T/R天線、100MHz頻譜帶寬)是25GE，比4G時(shí)代前傳CPRI3~CPRI7帶寬提升數(shù)倍。Sub 6GHz低頻段5G單S111基站均值帶寬3~5GHz，帶寬相比4G 宏站增加10倍以上。5G的大帶寬需求對承載網(wǎng)帶來較大挑戰(zhàn)，5G基站的站間協(xié)同、核心網(wǎng)云化部署的負(fù)載均衡和多歸屬備份需求，使得流量更加復(fù)雜和動(dòng)態(tài)，要求承載網(wǎng)具備足夠的帶寬擴(kuò)展能力，提供靈活的業(yè)務(wù)連接。

  超高精度時(shí)間同步

  5G的超短幀、載波聚合和COMP多點(diǎn)協(xié)同技術(shù)引入，要求時(shí)間同步精度進(jìn)一步提升，中國移動(dòng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提案提出要求從4G的±1.5μs提升到±130ns，分配到承載網(wǎng)的時(shí)間同步精度要求約±100ns，折算到單個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備時(shí)間同步精度預(yù)計(jì)會(huì)小于±5ns。

  網(wǎng)絡(luò)切片

  核心網(wǎng)和RAN采用基于SDN/NFV的云化切片架構(gòu)，按照應(yīng)用場景進(jìn)行切片，不同的功能切片對帶寬、時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)功能和可靠性的要求不同。5G承載網(wǎng)是5G端到端業(yè)務(wù)路徑的一部分，必須滿足eMBB、uRLLC及mMTC多場景需求以及垂直行業(yè)及租賃業(yè)務(wù)的需求，這要求承載網(wǎng)絡(luò)支持5G切片網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)隔離和獨(dú)立運(yùn)維需求，為不同類型的業(yè)務(wù)分配不同類型的承載網(wǎng)切片，每個(gè)承載網(wǎng)切片像一個(gè)獨(dú)立的物理網(wǎng)絡(luò)一樣。

  基于OTN演進(jìn)的5G綜合承載解決方案

  OTN技術(shù)結(jié)合了光域傳輸和電域處理的優(yōu)勢，不僅可以提供端到端的剛性透明管道連接、靈活分組轉(zhuǎn)發(fā)軟性管道和強(qiáng)大的組網(wǎng)能力，而且可以提供長距離、大容量傳輸?shù)哪芰?，完善的OAM機(jī)制保證了業(yè)務(wù)傳送質(zhì)量并使網(wǎng)絡(luò)便于維護(hù)管理。分組增強(qiáng)OTN可以滿足5G承載提出的大帶寬、低時(shí)延、高精度時(shí)鐘、高可靠等需求，在此基礎(chǔ)上補(bǔ)足中回傳的SR-MPLS靈活路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，是實(shí)現(xiàn)5G高效承載的性價(jià)比俱佳的技術(shù)演進(jìn)路線。圖1是基于OTN演進(jìn)的5G綜合承載解決方案示意圖，該解決方案匹配OTN下沉的大趨勢，實(shí)現(xiàn)5G 、固定寬帶、云和政企專線等業(yè)務(wù)的統(tǒng)一承載。在綜合業(yè)務(wù)接入的匯聚機(jī)房，可以集中部署無線集中設(shè)備(DU或者CU+DU)，匯聚機(jī)房的分組OTN設(shè)備可以將前傳流量匯聚到節(jié)點(diǎn)無線設(shè)備，同時(shí)支持路由轉(zhuǎn)發(fā)功能可以將中傳回傳業(yè)務(wù)上傳到上層承載設(shè)備。對于接入層C-RAN小集中站點(diǎn)，CU&DU上行帶寬的n×10GE，可以采用10G或者25G波長直達(dá)到匯聚機(jī)房;對于業(yè)務(wù)稀疏的DRAN站點(diǎn)業(yè)務(wù)，接入層采用逐點(diǎn)中繼10G/25G 分組環(huán)形組網(wǎng)。

  關(guān)鍵技術(shù)

  M-OTN技術(shù)

  Mobile-Optimized OTN(M-OTN)是當(dāng)前研究熱點(diǎn)，日前，中國電信及中興通訊共同努力，在ITU-T成功推動(dòng)M-OTN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。M-OTN采用單級(jí)ODUflex over FlexO映射復(fù)用結(jié)構(gòu)，通過簡化TCM等OAM開銷，優(yōu)化FEC算法，采用FlexO-FR/SR幀結(jié)構(gòu)，匹配25G、50G、100G低成本的光模塊。中興通訊創(chuàng)造性地提出基于Cell的FlexO解決方案，該方案業(yè)務(wù)映射效率高，省去了時(shí)隙顆粒度優(yōu)化以及混合時(shí)隙顆粒度帶來的計(jì)算復(fù)雜度。

  超高精度時(shí)間同步技術(shù)

  5G超高精度時(shí)間同步的實(shí)現(xiàn)涉及時(shí)間源精度提升和OTN設(shè)備傳送方式的提升，目前時(shí)間源精度提升路徑為單頻向雙頻演進(jìn)，進(jìn)而向共模共視差分演進(jìn);OTN設(shè)備傳送方式又從帶內(nèi)、帶外兩個(gè)方向提升精度。帶外方式是通過OTN的光監(jiān)控道波長來傳送PTP，特別是單纖雙向方式可以自然消除非對稱性時(shí)延差，是個(gè)優(yōu)先考慮的方案;為提高對時(shí)精度，涉及采用超高精度PHY，需要支持相位檢測和對齊時(shí)鐘器件提高打時(shí)間戳的精度。

  帶內(nèi)方案涉及FlexO的管理開銷AM中的OSMC字節(jié)，需要支持FlexO的成幀器提高打時(shí)間戳的精度，并嚴(yán)格控制光模塊因上下電、插拔的延時(shí)變化范圍。

  靈活切片技術(shù)

  分組增強(qiáng)OTN網(wǎng)絡(luò)需要支持承載轉(zhuǎn)發(fā)面、控制面和管理面的切片，轉(zhuǎn)發(fā)面支持基于L0、L1層(λ, ODUk, VC)硬管道進(jìn)行切片，也需要支持基于L2、L3層(VLAN, LSP, PW, L2/L3 VPN)的軟管道切片，每個(gè)切片有自己的獨(dú)立邏輯拓?fù)?，不同切片有自己的控制和管理面平面，通過與無線和核心網(wǎng)切片網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同，提供端到端5G的切片解決方案，滿足5G垂直行業(yè)應(yīng)用的多場景、多租戶的應(yīng)用需求。

  基于OTN演進(jìn)的5G綜合承載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

  基于OTN技術(shù)進(jìn)行5G承載的研究一直是標(biāo)準(zhǔn)組織中的一個(gè)工作熱點(diǎn)。最早在2016年9月的ITU-T SG15 全會(huì)上，就有廠商提出在Q11小組內(nèi)啟動(dòng)使用OTN承載無線信號(hào)的研究，號(hào)召大家提出提案討論這個(gè)話題。在隨后的Q11中間會(huì)議，中興通訊等多家國內(nèi)外廠商提出了關(guān)于OTN承載5G信號(hào)的需求以及考慮。在接下來的ITU-T SG15全會(huì)上，越來越多的廠商參與到5G傳送的研究中，在OTN方向上，多個(gè)成員單位提出了啟動(dòng)一個(gè)基于OTN承載5G業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目的需求。

  2017年10月的ITU-T SG15 Q11&Q12聯(lián)合會(huì)議上，中國電信聯(lián)合中興通訊等成員提出了基于OTN技術(shù)解決5G承載問題的M-OTN技術(shù)。經(jīng)過一段時(shí)間的討論，在2018年2月的ITU-T SG15全會(huì)上， M-OTN標(biāo)準(zhǔn)取得實(shí)質(zhì)進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)M-OTN相關(guān)項(xiàng)目的成功立項(xiàng)：“G.sup.5gotn: Application of OTN to 5G Transport (OTN在5G傳送中的應(yīng)用)”和“G.ctn5g: Characteristics of transport networks to support IMT-2020/5G(支持IMT-2020/5G的傳送網(wǎng)特性)”。

  中興通訊憑借對5G通信網(wǎng)絡(luò)的深刻理解和深厚技術(shù)積累，支持5G承載的分組增強(qiáng)OTN產(chǎn)品的研發(fā)已取得了較大進(jìn)展;在2月中旬中國電信北京研究院組織的5G OTN前傳承載測試中，參測的M721設(shè)備單板支持客戶側(cè)同時(shí)接入3或6路25G eCPRI 5G前傳信號(hào)和多路CPRI的4G前傳信號(hào)或GE、10GE等其他業(yè)務(wù)信號(hào)，線路側(cè)支持100Gbps或200Gbps帶寬;設(shè)備內(nèi)部采用最新的M-OTN技術(shù)方案，對業(yè)務(wù)映射結(jié)構(gòu)路徑及FEC進(jìn)行優(yōu)化;在時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)等關(guān)鍵性能指標(biāo)上，M721設(shè)備表現(xiàn)出端到端1μs的傳輸時(shí)延以及納秒級(jí)的時(shí)延抖動(dòng)的優(yōu)異性能。

  目前中興通訊在全方位推進(jìn)5G OTN綜合承載解決方案的分組OTN產(chǎn)品的SR-MPLS功能研發(fā)、測試及試點(diǎn)工作。作為5G時(shí)代的引領(lǐng)者，中興通訊將持續(xù)在5G承載的技術(shù)、方案和設(shè)備研制上創(chuàng)新，為運(yùn)營商提供有競爭力的高性價(jià)比解決方案。

  作者: 中興通訊 羅來榮