OTN在5G承載網(wǎng)絡(luò)中面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

　　在2017第十七屆中國光網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)暨中國FTTH論壇(OptiNet 2017)上，美高森美(Microsemi)召開了以“OTN在5G無線云網(wǎng)絡(luò)(C-RAN)中的作用：挑戰(zhàn)、要求以及解決方案” 為主題的研討會(huì)，分享了產(chǎn)業(yè)在5G無線云網(wǎng)絡(luò)方面的最新進(jìn)展，以及OTN在其中的作用，來自中國移動(dòng)、中國電信、華為、中興、烽火的專家也在5G無線云網(wǎng)絡(luò)方面發(fā)表了獨(dú)到見解。

無線接入網(wǎng)(RAN)和移動(dòng)承載

　　大會(huì)開始前，Microsemi資深產(chǎn)品經(jīng)理郎濤先生就無線接入網(wǎng)及移動(dòng)承載網(wǎng)絡(luò)相關(guān)概念作了簡(jiǎn)要介紹。

　　無線接入網(wǎng)(RAN)是介于移動(dòng)終端設(shè)備和核心網(wǎng)之間的環(huán)節(jié)(包括基站的射頻接收部分(RRH)、基站處理(BBU)和2G/3G網(wǎng)絡(luò)中的基站集成器)。分布式接入網(wǎng)的基站處理是分布到每一個(gè)基站上的，因而屬于分布式架構(gòu)，分布式架構(gòu)中的終端設(shè)備和核心網(wǎng)之間需要承載網(wǎng)的支持，因而引入承載網(wǎng)的概念，即為了保證無線設(shè)備與核心網(wǎng)之間有完整的鏈接，需要引入承載網(wǎng)來支持其連接。2G/3G時(shí)代，RRH和BBU是合在一起的，因此，在RRH和BBU之間不需要承載網(wǎng)絡(luò)，而從BBU到核心網(wǎng)之間需要承載網(wǎng)絡(luò)，這里的承載網(wǎng)絡(luò)即為回傳網(wǎng)絡(luò)。

　　到4G/5G之后，出現(xiàn)集中式無線接入網(wǎng)(CRAN)，其中，BBU被集中到一個(gè)機(jī)房中(BBU池)，這時(shí)需要承載網(wǎng)絡(luò)將無線射頻與BBU池連接起來，即為前傳網(wǎng)絡(luò)。從BBU池到核心網(wǎng)之間為回傳網(wǎng)絡(luò)。

　　前傳網(wǎng)絡(luò)+回傳網(wǎng)絡(luò)=承載網(wǎng)絡(luò)。具體見圖1。

圖1 無線接入網(wǎng)的概念及組成

OTN可以滿足5G承載需求

　　5G作為未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新進(jìn)程，其對(duì)承載網(wǎng)有高帶寬、高性能、低延時(shí)和低成本的要求，而OTN(光傳送網(wǎng)絡(luò))作為未來5G的承載網(wǎng)絡(luò)有著諸多優(yōu)勢(shì)。例如，在大帶寬方面，OTN的帶寬很大，完全可以滿足5G的需求;可擴(kuò)展性也很好，即使未來有新的需求，OTN整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也是很穩(wěn)定的，可以很好地適用;在延時(shí)方面，OTN本身時(shí)延很低，而且可以在光層實(shí)現(xiàn)一跳直達(dá)，從而進(jìn)一步降低時(shí)延;另外，在高可靠性、網(wǎng)絡(luò)切片、QOS保證方面，OTN的物理隔離及完善的OAM可以很好的匹配;在時(shí)鐘同步方面，OTN對(duì)時(shí)鐘透?jìng)?，高精度時(shí)間傳達(dá)等（見圖2）。

圖2 OTN作為5G承載網(wǎng)絡(luò)的諸多優(yōu)勢(shì)

OTN面臨的挑戰(zhàn)

　　OTN雖然作為5G的承載網(wǎng)絡(luò)有諸多天然優(yōu)勢(shì)，但是也面臨著一些挑戰(zhàn)，其中，如何簡(jiǎn)化OTN是當(dāng)下面臨的主要挑戰(zhàn)之一。

　　中國移動(dòng)通信有限公司研究院李允博先生就OTN的簡(jiǎn)化方面提出了幾點(diǎn)想法，包括：

　　1)開銷的縮減、TCM的功能，干線層面需要OTN網(wǎng)絡(luò)做透?jìng)?，前傳不存在這樣的情況，因而可以通過簡(jiǎn)化此功能簡(jiǎn)化芯片及架構(gòu);

　　2)延時(shí)方面，從FPC應(yīng)用上考慮，F(xiàn)PC的編碼需要有自己的處理時(shí)間，簡(jiǎn)化編碼也可以降低時(shí)延;

　　3)高精度的時(shí)間同步，在前傳方面，采用單纖雙向的傳輸方式可以避免光纖傳輸不對(duì)稱造成的時(shí)延缺陷。

　　中國電信北京研究院光通信研究中心主任李俊杰表示，在城域網(wǎng)方面，5G只是重要業(yè)務(wù)之一，由于相關(guān)設(shè)備的數(shù)量龐大且工作環(huán)境惡略，不易維護(hù)，因而需要簡(jiǎn)化設(shè)備是很重要的。另外，OTN的產(chǎn)業(yè)鏈很小，而以太網(wǎng)業(yè)務(wù)很大，25G以太網(wǎng)是一個(gè)方向，因而相關(guān)規(guī)范都在向其靠攏，以太網(wǎng)的一些業(yè)務(wù)分到5G上是未來比較好的應(yīng)用方案。總之，OTN用于5G承載是很可能的，但是時(shí)延、低功耗等方面還需要進(jìn)一步提高。

　　華為首席專家閆志勇表示，在新的應(yīng)用沒有爆發(fā)的之前，成本仍然是接入層的前傳以及5G大帶寬的回傳需要考慮的一個(gè)重要因素。其中，在前傳網(wǎng)絡(luò)中，傳輸距離已經(jīng)基本固定，只有幾十公里，可以把很多干線冗余技術(shù)進(jìn)行大幅度簡(jiǎn)化，這是產(chǎn)業(yè)需要重點(diǎn)考慮的;在匯聚層上，簡(jiǎn)單就好，OTN可以實(shí)現(xiàn)一跳直達(dá)，在時(shí)延和運(yùn)維上都會(huì)是很好的選擇;在骨干層方面，未來更多引用光層，可以運(yùn)用光交叉外加集群來解決大帶寬下的低功耗的承載。

　　另外，低時(shí)延后續(xù)還是需要做一些相應(yīng)的優(yōu)化，提升內(nèi)部處理時(shí)鐘頻率、根據(jù)統(tǒng)計(jì)信息自動(dòng)調(diào)整緩存深度、幀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，F(xiàn)EC這一塊，根據(jù)傳輸距離不是很長的特點(diǎn)進(jìn)行算法優(yōu)化

兩種前傳方案

　　對(duì)于5G整體前傳方式，閆志勇先生提出兩種解決方案：首先是點(diǎn)到點(diǎn)單纖組網(wǎng)方案，該方案主干雖然采用環(huán)形拓?fù)洌敲總€(gè)站點(diǎn)仍然采用點(diǎn)到點(diǎn)的組網(wǎng)，不考慮光層環(huán)網(wǎng)的方案，因而可以將成本做的更低，一個(gè)站拉一根光纖，一根光纖有十幾芯，然后再做簡(jiǎn)單的合波，從而將成本降低;另外，在相對(duì)光纖比較稀缺的國家和地區(qū)(主要針對(duì)海外一些國家)，也可以采用比較簡(jiǎn)單的單纖環(huán)網(wǎng)方案，該方案主要實(shí)現(xiàn)的是共用各個(gè)站在一根光纖上實(shí)現(xiàn)共用的場(chǎng)景(見圖3)。

圖3 兩種前傳方案

回傳方案的應(yīng)用

　　綜合業(yè)務(wù)承載需要能夠提供分片網(wǎng)絡(luò)，OTN技術(shù)本身天然支持分片，以太網(wǎng)一直以來都是在用各種技術(shù)改進(jìn)來模仿OTN的優(yōu)勢(shì)。首先，光層是最低時(shí)延的，針對(duì)cloud間大帶寬、低時(shí)延連接，cloud BB間大帶寬連接通道，以及車聯(lián)網(wǎng)類需要超低時(shí)延，可保證固定時(shí)延業(yè)務(wù)，可以通過光層實(shí)現(xiàn)一跳直達(dá)的分片;金融、政企專線或是有信令類高可靠性隔離業(yè)務(wù)的可以提供OTN安全隔離的一層管道分片;有低成本訴求的普通企業(yè)或是針對(duì)MBB類業(yè)務(wù)物聯(lián)網(wǎng)小帶寬、突發(fā)流量大業(yè)務(wù)的企業(yè)，可以采用OTN的二層分片，共用一些管道(見圖4)。

圖4 回傳方案應(yīng)用

前傳方案選擇和OTN的成績(jī)單

　　烽火通信技術(shù)經(jīng)理郭志霞談到，OTN作為前傳設(shè)備的選擇能夠提供靈活的電層匯聚，而當(dāng)下的迫切任務(wù)是評(píng)估OTN應(yīng)用于前傳網(wǎng)絡(luò)的可能性，以及與其他技術(shù)的對(duì)比，會(huì)上給出了一張關(guān)于OTN應(yīng)用于前傳網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)，具體見表1。.

表1 OTN應(yīng)用于前傳網(wǎng)絡(luò)的成績(jī)單

Microsemi關(guān)于OTN應(yīng)用于5G承載中延時(shí)問題的研究

　　由表1可知，OTN用于前傳網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)問題仍待確定。而Microsemi資深經(jīng)理郎濤在研討會(huì)上重點(diǎn)分享了Microsemi關(guān)于OTN應(yīng)用于5G前傳網(wǎng)絡(luò)延時(shí)問題的最新研究成果。包括當(dāng)前的OTN的時(shí)延水平，理論上最小的時(shí)延是多少，找到實(shí)現(xiàn)最小時(shí)延的創(chuàng)新方法，即解決關(guān)于OTN時(shí)延是否可以滿足5G前傳的要求以及需要做的工作等問題。

　　據(jù)郎濤經(jīng)理透露，一個(gè)OTN設(shè)備承載25G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)復(fù)用及解復(fù)用，端到端的延時(shí)為4.9us，即單跳為2.45us，而解CPRI7則可達(dá)到6.6us，單跳為3.3us，而據(jù)中國移動(dòng)研究院網(wǎng)絡(luò)所副所長李晗介紹，5G單跳要求為小于5us，即現(xiàn)有的技術(shù)已經(jīng)基本可以滿足5G的要求（見圖5）。

圖5 OTN作為承載網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)先能達(dá)到的時(shí)延

　　另外，關(guān)于OTN理論最小時(shí)延，據(jù)Microsemi研究結(jié)果顯示，一個(gè)25G網(wǎng)絡(luò)復(fù)用到100G或超100G的鏈路上時(shí)，理論上可以做到300ns，而在解復(fù)用時(shí)則可以做到400ns，即理論上OTN可以做到0.35us的絕對(duì)最小時(shí)延。

　　Microsemi研究結(jié)果顯示，OTN的最小時(shí)延是完全可以實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)在主要要從以下三個(gè)方面做努力和突破：進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的角度來說要針對(duì)時(shí)延做簡(jiǎn)化和優(yōu)化，降低NGFI和eCPRId 頻率指標(biāo)，摒棄CPRI中2ppb的要求，盡量向以太網(wǎng)看齊;實(shí)現(xiàn)角度，在前傳相關(guān)的數(shù)據(jù)通道上，去除所有不必要的緩存;實(shí)現(xiàn)角度來講，要設(shè)定G.709參數(shù)時(shí)，遵循一個(gè)低時(shí)延特性的配置組合。

　　會(huì)議結(jié)束后，Microsemi的工程師做了OTN實(shí)現(xiàn)4G，5G共站址的前傳網(wǎng)絡(luò)演示（見圖6）。郎濤先生自信稱，這是業(yè)界第一次公開演示小于5us的端到端時(shí)延了。

圖6 Microsemi的OTN實(shí)現(xiàn)4G，5G共站址的前傳網(wǎng)絡(luò)演示