光传送网技术优化及架构演进研究

王慧杰

摘 要： 随着5G网络的部署、高品质政企专线等业务的开展，现有传送网的技术性能及网络架构都将面临新的挑战。以业务需求为出发点，详细阐述5G业务、政企专线业务对承载网性能指标的要求，分析现有传送网在承载方面存在的不足以及具体的改进方式，提出不仅需要在技术上优化还要在网络结构上调整，最后预测未来传送网的演进趋势。

关键词： 光传送网 技术 架构 演进

中图分类号： TP393文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2023）11-0040-03

1 光传送网发展概述

光纤通信的发展一共经历了三个阶段。首先，传输媒介光纤由多模转向单模的探索阶段；其次，充分开发单模光纤传输潜能、光纤代替电缆变成传输主要媒介的发展阶段；第三，以密集波分技术普遍应用为标志，光纤由点对点的通信走向全网络及全连接通信的成熟阶段[1]。本文的光传送网即是第三阶段的产物，其具有超大容量、便于管理、高灵活性和高透明性等一系列的优势。21世纪以来，光传送网除了承载传统通信业務以外，越来越多为日益增长的IP数据业务提供快速、灵活、高效率的传送通道，同时努力减少自身的成本，保障运营商的多业务运营，向着高速率、大容量、融合多业务、智能管控的方向演进。

2 光传送网技术与架构现状

2.1 主要技术现状

运营商主要的传送技术大致分为两类，一类是中低速技术，包括PDH、SDH、MSTP、ASON、PTN、IPRAN；另—类是髙速技术，包括波分技术、OTN技术。在本地网中，PDH基本已经淘汰，MSTP、SDH正面临被分组传送技术PTN、IPRAN淘汰，ASON尚有一席之地，波分技术、OTN后起勃发；在长途网中，SDH、ASON、波分技术、OTN均有一定占比[2]。

业务的传送大致有3条路径：中低速业务承载于中低速技术上经物理光缆进行近距离传送；高速业务承载于高速技术上经物理光缆进行传送；中低速业务承载于中低速技术上，再承载于髙速技术上，经物理光缆进行远距离传送。

2.2 网络架构现状

从网络功能上划分，电信网由物理承载网、传送网、业务网、支撑网四个部分共同组成。传送网服务于业务网，让业务节点之间的信息得以传递。从网络结构上划分，整个传送网自上而下分别为一级干线、二级干线、本地传送网三个层次。一级干线也称省际干线，二级干线也称省内干线[3]。本地传送网自上而下又可分为核心调度层、汇聚传输层、边缘接入层三个网络层次，各层次网络对本地网业务的传送各司其职，具体功能如下。

（1）核心调度层。核心调度层位于本地传送网的顶层，是核心机房之间的传输系统。负责本地网范围内核心节点之间的信息传送，核心节点内一般设置核心路由器、交换机、前置机、基站控制器等硬件设备。（2）汇聚传输层。汇聚传输层介于核心调度层与边缘层接入层之间，对边缘接入层上传的业务进行汇聚整合，并向核心节点进行传送。（3）边缘接入层。一般的业务接入点至汇聚节点的传输层面称为边缘层，用户接入点至边缘层节点的传输系统属于接入网，通常逻辑上按一个层次考虑，定义为边缘接入层，主要负责各类业务的接入。

3 光传送网技术演进

随着社会的发展，业务网对于传送网不断提出更高的要求，传送网只有从业务需求出发，不断实现技术演进、网络优化才能更好地服务于业务网，最大程度地提升用户体验。光传送网一直不断追求大容量、高速率、业务融合、安全性、可靠性以及智能管控等，唯有这样不断完善，才能跟得上业务发展的脚步，更好地服务于业务，成为优质的承载平台，而未来传送网将继续向更大容量、更高速率、更短时延、更高安全性智能控制水平方向不断前进。

3.1 驱动因素

光传送网是位于5G RAN和核心网之间的基础型网络，5G业务承载是传送网当前最主要的任务之一，5G始终把“人的体验”放在首位，随着移动终端、无线通信网络、互联网业务应用等领域的进一步拓展和创新，为了保障用户良好的服务体验，光传送网应满足以下方面的要求。

3.1.1 通道容量需求

光传送网用于业务网各节点的业务传送，业务数据包会封装在一个通道当中进行传递，通道容量的大小是传送网的重要性能指标。传统的话音业务时代，传送网络汇聚层有622 M、2.5 G、10 G环网，接入层普遍为155 M、622 M、2.5 G环网，随着数据业务的发展，近些年通道容量在迅速提升。到了5G时代，相比4G基站，5G基站的带宽需求量明显上升，虽然汇聚链路上有些收敛策略，但仍然会出现带宽需求的猛增，通过单站业务量、基站数量、环网数量、汇聚节点数量等多个因素综合估算出来的、用于承载5G业务的通道带宽规模分别如下。

（1）边缘接入层：承载5G基站的传送网接入环应具备的通道带宽为50～100 GE。（2）汇聚传输层：承载5G基站的汇聚链路的原始通道带宽为200～400 GE，如考虑收敛比，汇聚链路带宽的需求仍将超过100 GE。上述为5G独立站的带宽估算情况，如果考虑新增5G基站与原有4G基站共站址的场景，传送网对接入环带宽的需求比当前带宽平均约提升3倍。

3.1.2 可靠性和时延的要求

uRLLC即超高可靠和超低时延通信，当前传统传送网设备中有几十微秒的时延，而依据国际上通用的规定，低时延业务要求需满足低于1 ms的时延，5G传送网如何满足超低时延将会面临着很大的挑战。

3.1.3 海量频繁连接及网络灵活性的要求

当前时代是一个云网络的时代，加之5G技术运用衍生了更为丰富多样的应用，必然加速各种各样的新业务新行业不断涌现。新的行业、业务、用户便会对网络提供各种各样的新的需求，也会有不同的侧重点。例如：智能家居、环境监测、智慧农业会要求网络支持大量小报文转发，以及随时随地的设备连接；视频直播、实时点播、智慧医疗会要求网络具备极高的速率带宽；无人驾驶、智能电力、智能工业等会要求网络提供极小的时延，面对这些需求，网络资源需要更为灵活的分割，需要切片级的调度和管理。各行各业新业务出现，也对网络的灵活性提出了更高的要求，灵活性体现在调整流动路径的灵活性、实现网络重组的灵活性。

3.1.4 对业务的管控要求

随着业务流突发流量比例的增加，以及大规模设备连接的增加，传送网中传统的监控功能力不从心、网管设定刚性管理策略及人工监管无法满足新业务的管控需求。为了满足网络端到端规划设计、客户业务处理及传递、网络管理控制系统智能化、客户业务完全保障等功能等需求，传送网需要更智能、高效的集中管控。

3.2 演进方式

5G业务的发展刺激传送手段的进一步优化，必须对原有技术与设备升级，及时进行新技术引入，技术升级革新与现有传送网深度融合。

3.2.1 接入、汇聚层面的链路提速

现有传送网络中的低速率系统及设备必将被时代淘汰，PDH早已不见踪影，SDH已经在全面退网的边缘，仅仅保留在个别的传送场景，低速率的分组传送链路必须进行线路侧的速率升级，原本广泛应用在干线、核心调度层的波分设备要全面下沉，不仅用于解决互联的光纤资源问题，更重要的是解决链路速率问题，密集波分、粗波分、无源波分都要择其适合的场景广泛恰当地应用，至此，实现传送网链路全面提速，充分适应5G网络的传送要求。

3.2.2 软件定义网络（SDN）引入

SDN的应用可实现让网络调度更为敏捷，网络运营的成本更为低廉。软件定义网络（SDN）标准架构有三层架构，自上而下依次为应用层、控制层和基础设施层，通过与传统传送网融合，可以适应大容量、突发性业务，提高业务传送的灵活性及传送效率。在SDN运行过程中，网管无须对接网络中的每个交换节点，而是可以从控制台调整流量，不管服务器与设备之间连接方式如何，交换机都可以在集中式SDN控制器的引导下，实时提供网络管理服务。

3.2.3 网络切片承载技术

通过网络切片技术，可在同一个共享的网络上提供多个逻辑网络，特定的业务可以加载在特定的逻辑网络中，并为用户提供特定的拓扑、服务等级、安全等级、可靠等级等方面的差别性服务，这样一来，既可以降网络建设的成本，又可以提高服务的灵活性，降低了运营商的运营成本，也提升了不同行业用户的差异化客户体验，实现5G商用价值与行业价值的完美融合，打造一条新的经济生态链。所以说，切片技术的引入，网络依据流量状态精准适配切片资源，会带来通信行业工作模式的转换。

运营商通过运用网络切片这种机制，可以实现分配网络资源动态化、提高客户价值机制最大化。网络切片机制引入后，整个网络资源可依据工作需要灵活划分。光传送网可以把每个5G网络切片作为独立的光波长/ODU通道进行承载，提供严格的业务隔离和服务质量保障，光传送网适配网络切片后，通过动态的端到端切片，通信产业模式得以转换，客户服务可以根据流量的需要，随意增减对网络资源的利用，从而满足目标用户的特定需求。

网络切片有两种承载方案：一层网络切片承载方案属于物理隔离，通过独立的波长或者通道做到真正的隔离；二层网络切片承载方案属于逻辑隔离，传输通道被不同的业务切片共享，通过MPLS-TP标签或以太网VLANID划分在二层端口隔离带宽资源，即逻辑隔离。OTN网络切片承载方案还可以与SDN智能控制技术相互结合实现更高速率更高效率的切片情景。

4 光传送网架构演进

4.1 驱动因素

政企客户对专线品质要求很高，要在招标中凸显技术优势，就要率先拿出优越于竞争对手的性能指标，例如：超低的传输时延、超短开通时间、超高安全保障。目前，对政企专线业务链路流向统计结果显示，绝大部分业务在本地网内落地终结，需要在不同本地网之间进行转接只有小部分业务，需要在省与省之间进行调度转接的业务少之又少。往往需要跨省调度转接的业务反而是对响应时间、传输时延要求极高的客户，通常是一些高价值行业的专线[4]。但在目前架构下，跨省业务开通需要调度省际、省内、本地三级网络，单纯从网络调度上而言需要更长的时间，而且落地再跳接的人工电路搭接方式也会增加了业务的传输时延。

4.2 演进方式

从客户需求出发，为了减少时延，一方面应该从精简网络结构、缩短传送路径入手；另一方面要減少电路搭接中间环节上的人工因素，以自动倒换、自动选路代替人工跳纤、人工配置电路。

4.2.1 将省内干线传送网与本地传送网融合为一级

传送网是个多层级的结构，政企专线开通时，专线的电路时延、开通速度与网络的结构有较大关系。如果电路起止点均在本地，那么在本地网层面直接开通，最多经过三级网络（本地接入、本地汇聚、本地核心），开通速度和时延最小；如果电路起止点在同省不同的城市，那么除了经过本地网开通、还要经过省内干线进行本地网之间调度，开通速度和时延较小；如果电路起止点在不同的省的不同城市，那么除了经过本地网开通、还需要省际、省内的双重调度，开通速度和时延较大。如果调度的过程中，有传统波分节点人工跳纤参与，会进一步影响开通速度和时延[5]。为了提高政企专线的性能指标，应当精简网络架构，减少调度层转接，这里建议将省内干线传送网与本地传送网融合为一级，这样有效减少一层调度，提高开通速度，降低时延。

4.2.2 调度频繁的节点设置ROADM

政企专线的性能指标除了网络结构外，还会受到中间节点人工跳纤的影响。人工跳纤的参与提高了调度的时间成本和人工成本。如果能在调度频繁的节点上引入ROADM，实现光通道的自动分差复用，便可解决上述问题。波长选择开关（WSS）是ROADM的最关键的器件，它通过将任一波长分配到任一的路径，来实现光层波长级灵活调度。目前20维度的WSS已经被大量商用，32维度的WSS也已经问世，支持全光交叉产品OXC也已研发出来，可以做更高维度的波长调度。在传统波分节点上，如波长调度频繁，引入技术成熟的ROADM是合理的选择。

ROADM的部署可以从骨干到区域有序部署。跨省业务要依赖骨干层进行调度，骨干层虽站距长，但节点少，所以骨干层所有的节点率先全面部署ROADM，且节点选址与业务网节点重合放置，为保证安全备份，骨干层可以按双平面结构进行搭建。省内业务由骨干节点上的ROADM调度，跨省业务通过在骨干节点间实现光层直接调度，避免人工跳纤，提高精准性、降低人工成本，缩短了响应时间，提升了客户体验。

5 结语

光传送网作为底层承载，通常需要超前部署，为上层应用架设宽阔的信息高速公路，这也就意味着光网络的技术会持续向高速和智能化发展，除了本文研究的内容外，未来传送网架构及技术的演进发展还将伴随着切片管控技术和人工智能技术的进步而逐渐深入。

参考文献

[1]顾荣生，尹祖新，王丽琼.传输网络架构演进思路探讨[J].邮电设计技术，2021（6）：18-23.

[2]蔡承德.5G承载方案及关键技术研究[D].杭州：浙江工业大学，2021.

[3]曹畅，唐雄燕，王光全.光传送网：前沿技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2014.

[4]张海懿，乔月强，黄为民.光传送网技术和标准发展探讨[J].邮电设计技术，2022（5）：52-57.

[5]曾毅.5G承载网的挑战和关键技术探讨[J].邮电设计技术，2018（11）：52-56.