基于OTN演进的5G综合承载解决方案及关键技术

  ICCSZ讯 作为新一代移动通信标准，5G当仁不让成为业界的热点。5G网络提供eMBB(增强移动宽带)、uRLLC(超高可靠低时延通信)和mMTC(海量物联网)三大类业务，对承载网在带宽、容量、时延和组网灵活性方面提出了新的需求。目前关于5G承载的主要解决方案有SPN over OTN、IPRAN over OTN、分组增强OTN。本文重点介绍5G承载网关键需求、5G分组增强OTN承载方案及其关键技术和标准进展。

  5G承载网关键需求

  参考3GPP的标准进展，5G RAN的功能被重构为CU、DU和AAU三个功能实体，承载网分为前传(Fronthaul)、中传(Midhaul)和回传(Backhaul)三部分;5G对承载网的带宽、超低时延、时间同步、灵活连接提出了更高的需求。

  超低时延

  5G前传、中传网的时延要求非常高，表1是对前传、中传、回传网络允许的最大时延值初步评估结果。

  由于时延的限制，uRLLC业务需要CU/MEC下沉组网、CU与DU合设;eMBB业务即使采用CU和DU分离的方式，距离也不能太远。

  超大带宽及灵活连接需求

  5G前传网AAU与DU间典型带宽(64T/R天线、100MHz频谱带宽)是25GE，比4G时代前传CPRI3~CPRI7带宽提升数倍。Sub 6GHz低频段5G单S111基站均值带宽3~5GHz，带宽相比4G 宏站增加10倍以上。5G的大带宽需求对承载网带来较大挑战，5G基站的站间协同、核心网云化部署的负载均衡和多归属备份需求，使得流量更加复杂和动态，要求承载网具备足够的带宽扩展能力，提供灵活的业务连接。

  超高精度时间同步

  5G的超短帧、载波聚合和COMP多点协同技术引入，要求时间同步精度进一步提升，中国移动的相关标准提案提出要求从4G的±1.5μs提升到±130ns，分配到承载网的时间同步精度要求约±100ns，折算到单个节点设备时间同步精度预计会小于±5ns。

  网络切片

  核心网和RAN采用基于SDN/NFV的云化切片架构，按照应用场景进行切片，不同的功能切片对带宽、时延、网络功能和可靠性的要求不同。5G承载网是5G端到端业务路径的一部分，必须满足eMBB、uRLLC及mMTC多场景需求以及垂直行业及租赁业务的需求，这要求承载网络支持5G切片网络的业务隔离和独立运维需求，为不同类型的业务分配不同类型的承载网切片，每个承载网切片像一个独立的物理网络一样。

  基于OTN演进的5G综合承载解决方案

  OTN技术结合了光域传输和电域处理的优势，不仅可以提供端到端的刚性透明管道连接、灵活分组转发软性管道和强大的组网能力，而且可以提供长距离、大容量传输的能力，完善的OAM机制保证了业务传送质量并使网络便于维护管理。分组增强OTN可以满足5G承载提出的大带宽、低时延、高精度时钟、高可靠等需求，在此基础上补足中回传的SR-MPLS灵活路由转发功能，是实现5G高效承载的性价比俱佳的技术演进路线。图1是基于OTN演进的5G综合承载解决方案示意图，该解决方案匹配OTN下沉的大趋势，实现5G 、固定宽带、云和政企专线等业务的统一承载。在综合业务接入的汇聚机房，可以集中部署无线集中设备(DU或者CU+DU)，汇聚机房的分组OTN设备可以将前传流量汇聚到节点无线设备，同时支持路由转发功能可以将中传回传业务上传到上层承载设备。对于接入层C-RAN小集中站点，CU&DU上行带宽的n×10GE，可以采用10G或者25G波长直达到汇聚机房;对于业务稀疏的DRAN站点业务，接入层采用逐点中继10G/25G 分组环形组网。

  关键技术

  M-OTN技术

  Mobile-Optimized OTN(M-OTN)是当前研究热点，日前，中国电信及中兴通讯共同努力，在ITU-T成功推动M-OTN技术标准化进程。M-OTN采用单级ODUflex over FlexO映射复用结构，通过简化TCM等OAM开销，优化FEC算法，采用FlexO-FR/SR帧结构，匹配25G、50G、100G低成本的光模块。中兴通讯创造性地提出基于Cell的FlexO解决方案，该方案业务映射效率高，省去了时隙颗粒度优化以及混合时隙颗粒度带来的计算复杂度。

  超高精度时间同步技术

  5G超高精度时间同步的实现涉及时间源精度提升和OTN设备传送方式的提升，目前时间源精度提升路径为单频向双频演进，进而向共模共视差分演进;OTN设备传送方式又从带内、带外两个方向提升精度。带外方式是通过OTN的光监控道波长来传送PTP，特别是单纤双向方式可以自然消除非对称性时延差，是个优先考虑的方案;为提高对时精度，涉及采用超高精度PHY，需要支持相位检测和对齐时钟器件提高打时间戳的精度。

  带内方案涉及FlexO的管理开销AM中的OSMC字节，需要支持FlexO的成帧器提高打时间戳的精度，并严格控制光模块因上下电、插拔的延时变化范围。

  灵活切片技术

  分组增强OTN网络需要支持承载转发面、控制面和管理面的切片，转发面支持基于L0、L1层(λ, ODUk, VC)硬管道进行切片，也需要支持基于L2、L3层(VLAN, LSP, PW, L2/L3 VPN)的软管道切片，每个切片有自己的独立逻辑拓扑，不同切片有自己的控制和管理面平面，通过与无线和核心网切片网络的协同，提供端到端5G的切片解决方案，满足5G垂直行业应用的多场景、多租户的应用需求。

  基于OTN演进的5G综合承载标准进展

  基于OTN技术进行5G承载的研究一直是标准组织中的一个工作热点。最早在2016年9月的ITU-T SG15 全会上，就有厂商提出在Q11小组内启动使用OTN承载无线信号的研究，号召大家提出提案讨论这个话题。在随后的Q11中间会议，中兴通讯等多家国内外厂商提出了关于OTN承载5G信号的需求以及考虑。在接下来的ITU-T SG15全会上，越来越多的厂商参与到5G传送的研究中，在OTN方向上，多个成员单位提出了启动一个基于OTN承载5G业务的标准项目的需求。

  2017年10月的ITU-T SG15 Q11&Q12联合会议上，中国电信联合中兴通讯等成员提出了基于OTN技术解决5G承载问题的M-OTN技术。经过一段时间的讨论，在2018年2月的ITU-T SG15全会上， M-OTN标准取得实质进展，实现了两个M-OTN相关项目的成功立项：“G.sup.5gotn: Application of OTN to 5G Transport (OTN在5G传送中的应用)”和“G.ctn5g: Characteristics of transport networks to support IMT-2020/5G(支持IMT-2020/5G的传送网特性)”。

  中兴通讯凭借对5G通信网络的深刻理解和深厚技术积累，支持5G承载的分组增强OTN产品的研发已取得了较大进展;在2月中旬中国电信北京研究院组织的5G OTN前传承载测试中，参测的M721设备单板支持客户侧同时接入3或6路25G eCPRI 5G前传信号和多路CPRI的4G前传信号或GE、10GE等其他业务信号，线路侧支持100Gbps或200Gbps带宽;设备内部采用最新的M-OTN技术方案，对业务映射结构路径及FEC进行优化;在时延和时延抖动等关键性能指标上，M721设备表现出端到端1μs的传输时延以及纳秒级的时延抖动的优异性能。

  目前中兴通讯在全方位推进5G OTN综合承载解决方案的分组OTN产品的SR-MPLS功能研发、测试及试点工作。作为5G时代的引领者，中兴通讯将持续在5G承载的技术、方案和设备研制上创新，为运营商提供有竞争力的高性价比解决方案。

  作者: 中兴通讯 罗来荣