OTN在5G承載網絡中面臨的機遇和挑戰

　　在2017第十七屆中國光網絡研討會暨中國FTTH論壇(OptiNet 2017)上，美高森美(Microsemi)召開了以「OTN在5G無線雲網絡(C-RAN)中的作用：挑戰、要求以及解決方案」 為主題的研討會，分享了產業在5G無線雲網絡方面的最新進展，以及OTN在其中的作用，來自中國移動、中國電信、華為、中興、烽火的專家也在5G無線雲網絡方面發表了獨到見解。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201706/360642.htm

無線接入網(RAN)和移動承載

　　大會開始前，Microsemi資深產品經理郎濤先生就無線接入網及移動承載網絡相關概念作了簡要介紹。

　　無線接入網(RAN)是介於移動終端設備和核心網之間的環節(包括基站的射頻接收部分(RRH)、基站處理(BBU)和2G/3G網絡中的基站集成器)。分布式接入網的基站處理是分布到每一個基站上的，因而屬於分布式架構，分布式架構中的終端設備和核心網之間需要承載網的支持，因而引入承載網的概念，即為了保證無線設備與核心網之間有完整的連結，需要引入承載網來支持其連接。2G/3G時代，RRH和BBU是合在一起的，因此，在RRH和BBU之間不需要承載網絡，而從BBU到核心網之間需要承載網絡，這裡的承載網絡即為回傳網絡。

　　到4G/5G之後，出現集中式無線接入網(CRAN)，其中，BBU被集中到一個機房中(BBU池)，這時需要承載網絡將無線射頻與BBU池連接起來，即為前傳網絡。從BBU池到核心網之間為回傳網絡。

　　前傳網絡+回傳網絡=承載網絡。具體見圖1。

圖1 無線接入網的概念及組成

OTN可以滿足5G承載需求

　　5G作為未來網絡發展的新進程，其對承載網有高帶寬、高性能、低延時和低成本的要求，而OTN(光傳送網絡)作為未來5G的承載網絡有著諸多優勢。例如，在大帶寬方面，OTN的帶寬很大，完全可以滿足5G的需求;可擴展性也很好，即使未來有新的需求，OTN整個網絡架構也是很穩定的，可以很好地適用;在延時方面，OTN本身時延很低，而且可以在光層實現一跳直達，從而進一步降低時延;另外，在高可靠性、網絡切片、QOS保證方面，OTN的物理隔離及完善的OAM可以很好的匹配;在時鐘同步方面，OTN對時鐘透傳，高精度時間傳達等（見圖2）。

圖2 OTN作為5G承載網絡的諸多優勢

OTN面臨的挑戰

　　OTN雖然作為5G的承載網絡有諸多天然優勢，但是也面臨著一些挑戰，其中，如何簡化OTN是當下面臨的主要挑戰之一。

　　中國移動通信有限公司研究院李允博先生就OTN的簡化方面提出了幾點想法，包括：

　　1)開銷的縮減、TCM的功能，幹線層面需要OTN網絡做透傳，前傳不存在這樣的情況，因而可以通過簡化此功能簡化晶片及架構;

　　2)延時方面，從FPC應用上考慮，FPC的編碼需要有自己的處理時間，簡化編碼也可以降低時延;

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

　　中國電信北京研究院光通信研究中心主任李俊傑表示，在城域網方面，5G只是重要業務之一，由於相關設備的數量龐大且工作環境惡略，不易維護，因而需要簡化設備是很重要的。另外，OTN的產業鏈很小，而乙太網業務很大，25G乙太網是一個方向，因而相關規範都在向其靠攏，乙太網的一些業務分到5G上是未來比較好的應用方案。總之，OTN用於5G承載是很可能的，但是時延、低功耗等方面還需要進一步提高。

　　華為首席專家閆志勇表示，在新的應用沒有爆發的之前，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重要因素。其中，在前傳網絡中，傳輸距離已經基本固定，只有幾十公裡，可以把很多幹線冗餘技術進行大幅度簡化，這是產業需要重點考慮的;在匯聚層上，簡單就好，OTN可以實現一跳直達，在時延和運維上都會是很好的選擇;在骨幹層方面，未來更多引用光層，可以運用光交叉外加集群來解決大帶寬下的低功耗的承載。

　　另外，低時延後續還是需要做一些相應的優化，提升內部處理時鐘頻率、根據統計信息自動調整緩存深度、幀結構的優化，FEC這一塊，根據傳輸距離不是很長的特點進行算法優化

兩種前傳方案

　　對於5G整體前傳方式，閆志勇先生提出兩種解決方案：首先是點到點單纖組網方案，該方案主幹雖然採用環形拓撲，但是每個站點仍然採用點到點的組網，不考慮光層環網的方案，因而可以將成本做的更低，一個站拉一根光纖，一根光纖有十幾芯，然後再做簡單的合波，從而將成本降低;另外，在相對光纖比較稀缺的國家和地區(主要針對海外一些國家)，也可以採用比較簡單的單纖環網方案，該方案主要實現的是共用各個站在一根光纖上實現共用的場景(見圖3)。

圖3 兩種前傳方案

回傳方案的應用

　　綜合業務承載需要能夠提供分片網絡，OTN技術本身天然支持分片，乙太網一直以來都是在用各種技術改進來模仿OTN的優勢。首先，光層是最低時延的，針對cloud間大帶寬、低時延連接，cloud BB間大帶寬連接通道，以及車聯網類需要超低時延，可保證固定時延業務，可以通過光層實現一跳直達的分片;金融、政企專線或是有信令類高可靠性隔離業務的可以提供OTN安全隔離的一層管道分片;有低成本訴求的普通企業或是針對MBB類業務物聯網小帶寬、突發流量大業務的企業，可以採用OTN的二層分片，共用一些管道(見圖4)。

圖4 回傳方案應用

前傳方案選擇和OTN的成績單

　　烽火通信技術經理郭志霞談到，OTN作為前傳設備的選擇能夠提供靈活的電層匯聚，而當下的迫切任務是評估OTN應用於前傳網絡的可能性，以及與其他技術的對比，會上給出了一張關於OTN應用於前傳網絡的表現，具體見表1。.

表1 OTN應用於前傳網絡的成績單

Microsemi關於OTN應用於5G承載中延時問題的研究

　　由表1可知，OTN用於前傳網絡的延時問題仍待確定。而Microsemi資深經理郎濤在研討會上重點分享了Microsemi關於OTN應用於5G前傳網絡延時問題的最新研究成果。包括當前的OTN的時延水平，理論上最小的時延是多少，找到實現最小時延的創新方法，即解決關於OTN時延是否可以滿足5G前傳的要求以及需要做的工作等問題。

　　據郎濤經理透露，一個OTN設備承載25G網絡實現復用及解復用，端到端的延時為4.9us，即單跳為2.45us，而解CPRI7則可達到6.6us，單跳為3.3us，而據中國移動研究院網絡所副所長李晗介紹，5G單跳要求為小於5us，即現有的技術已經基本可以滿足5G的要求（見圖5）。

圖5 OTN作為承載網絡的當先能達到的時延

　　另外，關於OTN理論最小時延，據Microsemi研究結果顯示，一個25G網絡復用到100G或超100G的鏈路上時，理論上可以做到300ns，而在解復用時則可以做到400ns，即理論上OTN可以做到0.35us的絕對最小時延。

　　Microsemi研究結果顯示，OTN的最小時延是完全可以實現的，現在主要要從以下三個方面做努力和突破：進行標準的角度來說要針對時延做簡化和優化，降低NGFI和eCPRId 頻率指標，摒棄CPRI中2ppb的要求，儘量向乙太網看齊;實現角度，在前傳相關的數據通道上，去除所有不必要的緩存;實現角度來講，要設定G.709參數時，遵循一個低時延特性的配置組合。

　　會議結束後，Microsemi的工程師做了OTN實現4G，5G共站址的前傳網絡演示（見圖6）。郎濤先生自信稱，這是業界第一次公開演示小於5us的端到端時延了。

圖6 Microsemi的OTN實現4G，5G共站址的前傳網絡演示