OTN 技术在5G 传送网中的应用

王 锐

（中国移动通信集团设计院有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230000）

0 引 言

5G 网络的典型应用场景包括热点区域大规模密集连接、超大容量物联网传输、超低时延应用、高可靠低时延应用以及海量数据处理等，其对传送网络的时延、带宽以及可靠性都有更高的要求。传送网是5G 网络的基础，其发展趋势是从同步数字体系/多业务传送平台（Synchronous Digital Hierarchy/Multi-Service Transport Platform，SDH/MSTP）网络到OTN 网络，其中MSTP 网络属于分组传送网（Packet Transport Network，PTN），而光传送网（Optical Transport Network，OTN）网络则属于传送网（Telecommunication Network，TN）。OTN 技术能够满足5G 时代的传送网所需的大带宽、低时延以及灵活的组网架构等要求，其采用分组交换的方式，为用户提供了一个开放的、灵活的传送平台。

1 OTN 技术在5G 传送网中的优点

OTN 技术在5G 传送网中的优点如下。

（1）具有丰富的带宽资源。为满足不同应用场景的需要，运营商需要部署更多的5G 基站，因此需要更多的带宽资源。OTN 技术可以采用灵活的路由选择和分配等方式满足该需求。

（2）具有灵活的组网方式。5G 网络建设基站数比4G 网络多了1 倍，因此5G 基站的承载需要满足更高的带宽要求，对大带宽的需求将更加迫切。OTN可灵活实现不同类型业务调度和管理，对业务需求的响应更加迅速。

（3）拥有高可靠的保护机制。OTN 具有自动交换光网络（Automatic Switched Optical Network，ASON）功能，能够实现故障快速定位和倒换，可以通过软件或硬件自动检测并恢复电层和光层故障，同时支持智能定时同步功能，能够保证各节点间的时钟同步。

（4）具备高效的网络管理。OTN 采用集中式的管理平台，无须使用传统的SDH 和波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）等系统的网管设备，只需要安装简单的网管软件就可以管理整个传送网，因此在网络管理上更加灵活和高效。

2 OTN 应用可行性分析

OTN 虽然具有传统光网络无法比拟的优势，但是与5G 核心传送网的应用还存在一定的距离[1]。具体原因如下。

（1）目前，传统光网络仍然是5G 传送网的主力。在4G 时代，中国移动通信集团有限公司（以下简称中国移动）建成了规模庞大的OTN 骨干传输网，已经实现了从传统光网络向核心网节点的延伸，并在实际应用中积累了丰富的经验。虽然OTN 与5G 核心传送网在建设模式上有所不同，但是仍然可以根据5G核心传送网的需求合理选择OTN 技术。

（2）从网络现状来看，OTN 技术对5G 核心传送网存在较大应用价值。一方面，目前的网络结构对OTN 应用已有一定支持度，4G 时代就已经存在大量的城域传送节点和骨干汇聚节点等场景，5G 时代同样会存在大量相关需求。另一方面，在业务承载方面，现有传送网无法满足5G 时代对更大带宽、低时延以及广连接等业务的需求，因此需要OTN 技术的支持[2]。

5G 核心网络采用了大量新技术，同时提出新的传输需求，因此需要利用现有设备测试5G 核心传送网业务承载能力，从而提升5G 核心传送网的承载能力和水平[3]。

2.1 分组业务

5G 时代，分组业务将实现更低时延、更高带宽以及更低功耗。5G 核心网中需要承载的分组业务包括时延最小的1 ms 业务和时延最大的10 ms 业务。这2 种业务对传输带宽的要求都比较高，且均需要保证端到端的低时延。由于5G 核心网络中大部分业务均为分组型业务，传送网必须提供足够大的传输带宽来满足5G 核心网络中所有分组型业务的传输需求，否则就需要将分组型业务分割成多个专线。这就要求5G 核心网中的传输设备应具有更强的传输带宽能力，同时应支持多种调制格式和协议，如多协议标记交换（Multi-Protocol Label Switching，MPLS）、图片传输协议（Picture Transfer Protocol，PTP）以及互联网安全协议（Internet Protocol Security，IPSec）等。目前，5G 核心网络中使用的OTN 设备已经具备提供足够大带宽的能力，能够满足该要求[4]。

此外，5G 核心网络需要支持更低功耗和更长距离，因此有必要针对这些新型业务在传送网上提供相应的保护机制。目前，OTN 设备已具备这些保护功能，能够很好地满足该要求。

2.2 移动回传

根据中国移动的回传网络架构，4 级传输网络中存在大量的核心网节点和汇聚节点，可以满足5G 业务回传需求。随着网络技术的进一步发展，为充分利用现有资源、更好地满足5G 回传业务的需求，有必要建设大容量的承载环网，增强承载能力[5]。

由于5G 核心网采用多个厂家设备组成的设备网元共同承担业务承载工作，需要在核心网和汇聚网络之间预留足够的环网保护倒换通道。环网保护倒换如图1 所示。

图1 环网保护倒换

该方案使用一套OTN 设备为核心网节点、汇聚节点以及本地网节点提供大容量环网保护倒换通道。为满足5G 业务传输要求，引入OTN 技术充分利用现有资源进行传输，节省建设投资成本。由于OTN 是一种新型技术，需要开展更多的研究工作使其不断完善，更好地满足5G 时代光传送网对新型技术的需要。

2.3 其他业务

随着5G 的发展，传统传送网还将承载一些其他业务，如移动性管理、业务调度以及可靠性保障等，对传送网提出了更高的要求。OTN 技术在这些业务中同样具有广泛应用的价值，其具体优势如下。

（1）大颗粒业务支持能力强。随着网络颗粒度不断增大，未来可承载的业务类型也会越来越多[6]。5G 时代将会出现大量新型业务，如视频业务、车联网业务等，这些业务都需要传送网提供灵活的接口，从而满足不同类型用户对不同带宽和服务质量的需求。

（2）保护能力强。5G 时代将出现大量新技术，如软件定义网络（Software Defined Network，SDN）和网络切片等技术，这些技术将会给现有技术的保护能力带来挑战。在传送网中引入OTN 技术，可以有效增强传送网的保护能力。但是，考虑技术实现难度较大，实际应用中需要与现有系统进行整合和优化。

3 中国移动OTN 网络建设案例

以中国移动5G 核心网为例，该核心网采用OTN网络进行承载。该核心网中，OTN 网络采用2 套时分复用（Time Division Multiplexing，TDM）节点承载5G 业务，各节点间采用环回方式连接[7]。其中：一套TDM 节点用于承载5G 基站业务和汇聚业务；另一套TDM 节点用于承载5G 基站业务和基站内的路由业务。该网络中，光信号的最大传输距离为500 km。

当有一个光功率足够大（光信号波长超过1024 nm）、链路传输速率足够高（传输速率超过10 Gb/s）时，OTN 网络可以满足5G 核心网对传输距离和速率的要求，满足5G 核心网需要的端到端传输时延小于100 μs 的需求，且满足网络服务质量（Quality of Service，QoS）指标[8]。

3.1 高带宽

目前，主流的密集波分复用（Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM）系统采用的光信号波长为1024 nm、链路传输速率为10 Gb/s。该调制方式在速率为400 ～800 Gb/s 时将产生色散，在此速率下，光纤的最大传输距离仅为5 km，因此难以实现大带宽传输[9]。而OTN 系统采用WDM 的调制方式，可传输的波长范围为10 ～1024 nm，能够实现较远距离的大带宽传输。同时，采用WDM 调制方式可以大幅提高系统带宽利用率，大幅降低光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）设备的造价。

此外，随着光功率的增加和系统传输速率的提高，单信道速率可由最初的6 Gb/s 增长到12 Gb/s 以上。因此，在实际工程中可以考虑使用传输速率为10 Gb/s、25 Gb/s、40 Gb/s 的光模块，将波长传输范围拓展到1 024 nm 以上。

目前，移动核心网中已经有商用OTN 设备，其采用了40/100 Gb/s 速率模块，下行速率最高可达10 Gb/s（8 个通道），单通道速率最高可达100 Gb/s[10]。由于快速以太网技术支持目前商用的TDM 设备中传输速率为10 Gb/s、25 Gb/s 的最高标准波长，利用该技术传输40 Gb/s 光信号是最有可能实现的方案。

随着网络规模的扩大和网络业务需求的增加，采用100 Gb/s 光模块满足更大带宽的需求是未来的发展趋势，100 Gb/s 光信号有望成为5G 核心网中的主流传输信道。

3.2 低时延

OTN 技术能够满足5G 核心网所需要的端到端传输时延小于100 μs 的要求，具体体现如下：一是，OTN 网络中，所有TDM 信号都以SDH/WDM 信号形式传送，可以缩短由于传输不匹配造成的时延；二是，所有设备的接口都以电口方式传送，可以避免由于接口不匹配带来的时延；三是，OTN网络具有波长透明功能，可以将光层数据发送至不同波长以降低时延[11]。

3.3 广连接

目前，4G 核心网与5G 核心网均采用TDM 和分组技术的承载方式，均是基于1+1 传送技术开展业务（用一套OTN 设备实现一张城域网和多个核心网之间的业务转发），因此5G 核心网不再需要城域网承载分组业务，而只需要承载传统的1+1 传送技术。此外，由于5G 核心网的用户分布广、业务量大，规划建设过程中可能出现多个汇聚点之间光纤资源紧张的问题，若使用传统的PTN 技术，则会导致大量浪费；若使用OTN 技术，则可以根据基站的位置进行就近组网，从而实现广连接[12]。

从中国移动5G 核心网组网案例可以看出，OTN技术可以作为5G 核心网组网的优选方案。下一代移动通信网络将会采用一系列新技术，如虚拟化、SDN以及下一代控制器（The Next Generation Work-Station/Machine Control，NGC）等，开发新业务。

4 结 论

OTN 技术的发展趋向成熟，可以较好地满足5G核心网对传送网提出的大带宽、低时延以及广连接的要求。目前，OTN 技术在中国移动的5G 核心网络中得到广泛应用，包括核心网、城域网以及骨干网等多个层面，中国移动还在探索基于OTN 的全光网络。未来，随着5G 应用场景的不断增加，OTN 技术将会在更多的层面得到应用。