5G網(wǎng)絡(luò)中傳輸承載的關(guān)鍵技術(shù)及傳輸組網(wǎng)探討

5G網(wǎng)絡(luò)中傳輸承載的關(guān)鍵技術(shù)及傳輸組網(wǎng)探討作者：唐多瓊來源：《中國新通信》2018年第18期【摘要】5G網(wǎng)絡(luò)的靈活智能和高效開放，必將推動社會各行各業(yè)取得飛速發(fā)展，但5G網(wǎng)絡(luò)對傳輸承載網(wǎng)絡(luò)也提出了更高的要求，我們只有對承載傳送網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)以及功能進行大幅度的變革和創(chuàng)新，才能滿足5G網(wǎng)絡(luò)的高效運行需求，繼而也才能推動面向5G承載的傳輸網(wǎng)絡(luò)迎來新一輪的發(fā)展契機。【關(guān)鍵詞】5G網(wǎng)絡(luò)傳輸承載關(guān)鍵技術(shù)傳輸組網(wǎng)一、 弓I言5G已成為當前和未來一段時間內(nèi)通信領(lǐng)域關(guān)注的熱點技術(shù)之一，其在移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等多種場景具有巨大的應(yīng)用潛力，呈現(xiàn)出超大容量、超高性能、多元融合等特性，而且隨著人工智能等新興科技的引入，近年來在技術(shù)整體研發(fā)和標準建設(shè)等方面的發(fā)展進程表現(xiàn)出不斷加快的態(tài)勢。5G網(wǎng)絡(luò)的靈活智能和高效開放，必將推動社會各行各業(yè)取得飛速發(fā)展，但5G網(wǎng)絡(luò)對傳輸承載網(wǎng)絡(luò)也提出了更高的要求，我們只有對承載傳送網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)以及功能進行大幅度的變革和創(chuàng)新，才能滿足5G網(wǎng)絡(luò)的高效運行需求，繼而也才能推動面向5G承載的傳輸網(wǎng)絡(luò)迎來新一輪的發(fā)展契機。本文正是基于這一出發(fā)點，對面向5G的承載傳輸網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)進行了分析，并就傳輸組網(wǎng)方案進行了探討，希望對業(yè)內(nèi)同仁可以起到一定的參考和借鑒。二、 面向5G的承載傳送網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)2.1G.metro低成本城域接入技術(shù)面向5G的需求，融合超寬帶(G.metro)技術(shù)正逐漸走向成熟和應(yīng)用，該技術(shù)對包括室內(nèi)和室外在內(nèi)的各種復(fù)雜環(huán)境都可以提供良好的支持，而且其調(diào)光模塊可以實現(xiàn)波長可調(diào)，對商業(yè)級、工業(yè)級等各種工作環(huán)境都可以很好地滿足。該技術(shù)自身已經(jīng)相對成熟，而且已經(jīng)取得了一定的應(yīng)用成效，難點和挑戰(zhàn)在于如何控制技術(shù)的使用成本，滿足大規(guī)模5G接入層對技術(shù)成本可控的應(yīng)用需求。降低G.metro技術(shù)成本的主要可行途徑有簡化可調(diào)激光器的結(jié)構(gòu)、引入新材料和采用全新的共享波長鎖定機制等等。2.2超低時延全光組網(wǎng)技術(shù)就像4G相較于3G在低時延方面有了一個明顯提升一樣，5G業(yè)務(wù)對低時延的要求更加嚴苛，要求承載傳輸網(wǎng)必須滿足超低時延的要求。在這種情況下，全光傳送網(wǎng)就成為了一個重要的關(guān)鍵技術(shù)。在前傳，采用G.Metro技術(shù)組建全光接入網(wǎng)絡(luò)；在中傳段，采用超低時延全光傳送網(wǎng)絡(luò)，并利用波分復(fù)用(WDM)進行端口匯聚。在核心匯聚層，可以采用可重構(gòu)光分插復(fù)用器(ROADM)進行光層調(diào)度，通過削減掉中間不必要的光/電轉(zhuǎn)換來降低時延。此外，還可以引入SDN技術(shù)來對分組和光融合進行統(tǒng)一控制，實現(xiàn)對最優(yōu)轉(zhuǎn)發(fā)路徑的高效統(tǒng)一計算，將傳輸時延降到最低。2.3高精度同步傳送技術(shù)第3代合作伙伴計劃(3GPP)對5G基本業(yè)務(wù)已經(jīng)給出了時間精度指標，正式標準預(yù)計將在今年中旬發(fā)布。對于5G的超短幀需求，目前業(yè)界還沒有形成具體指標，預(yù)計可能在幾百納秒量級的水平。當前主要采用的技術(shù)方式包括以下三種：第一，最大限度地提升單設(shè)備的靜態(tài)誤差性能，將單個1588v2的邊界時鐘設(shè)備的靜態(tài)誤差提升到10?15ns的水準；第二，在5G承載傳輸中運用G.Metro技術(shù)，實現(xiàn)對鏈路經(jīng)過跳數(shù)的降低和時間傳輸精度的提升；第三，將小型化時間同步節(jié)點設(shè)備下沉至靠近5G基站位置，這樣也能大幅減少鏈路經(jīng)過節(jié)點的跳數(shù)，進而實現(xiàn)對時間同步精度地提升。2.4端到端智能管控5G相較于4G業(yè)務(wù)，將具有大規(guī)模連接、大流量和靈活調(diào)度的特征，而且考慮到中傳段與回傳段之間以及回傳段本身都存在IP+光的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同需求，所以對管理運維也提出了新的挑戰(zhàn)。在這種情況下，5G承載傳輸網(wǎng)必須引入SDN技術(shù)，對端到端進行智能管控。面向5G業(yè)務(wù)，SDN管控運維系統(tǒng)應(yīng)具備如下功能：第一，全局管控，智能調(diào)度。系統(tǒng)可以對路徑進行智能化計算，通過全局算路和調(diào)優(yōu)來增強整網(wǎng)的寬帶利用效率。第二，跨網(wǎng)協(xié)調(diào)，統(tǒng)一管控。基于SDN的管控運維系統(tǒng)應(yīng)能支持跨域協(xié)同，將原本不同網(wǎng)絡(luò)間的人工協(xié)作轉(zhuǎn)變成機器之間的自動交互，提升質(zhì)效。2.5FlexE與網(wǎng)絡(luò)切片對于網(wǎng)絡(luò)切片的應(yīng)用，無論是何種性質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)以及管控機制，本質(zhì)上都需要在分片網(wǎng)絡(luò)之間做到一定程度的隔離。FlexE在普通以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上定義了基于NX5G的多種子速率可配置、調(diào)整以及Client層的互連互通機制，是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片的主流技術(shù)方案之一，能夠提供低時延、實時業(yè)務(wù)的IP承載網(wǎng)絡(luò)。三、5G傳輸組網(wǎng)方案探討5G網(wǎng)絡(luò)中，室內(nèi)基帶處理單元(BBU)被劃分為中心單元(CU)和分布單元(DU)兩個功能實體，所以承載網(wǎng)相對地也將被劃分成為了前傳、中傳和回傳三段。本文重點對前傳和回傳的組網(wǎng)方案進行探討。3.1前傳組網(wǎng)方案當前，DU和遠端射頻單元(RRU)之間接口的標準化還未達成共識，只有待5G的相關(guān)協(xié)議標準達到一定成熟后才能最終確地，相對地5G前傳組網(wǎng)也可以有多種技術(shù)方案選擇，具體則包括以下幾種：1.光纖直驅(qū)方案。所謂光纖直驅(qū)就是采用光纖直連的方式，這種方案省略了傳輸設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)點到點的鏈型組網(wǎng)。顯而易見，該方案具有組網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單、實現(xiàn)方便、能夠快速部署和低時延的優(yōu)點，缺點就是會消耗大量的光纖資源，而且網(wǎng)絡(luò)保護機制方面還有待進一步完善和提升。2.無源WDM方案。無源WDM方案充分利用了波分復(fù)用特性，可以將多路波長復(fù)用到一根光纖進行傳輸，優(yōu)點是能夠節(jié)省光纖資源且時延較低，缺點是無線側(cè)出彩光接口增加了無線設(shè)備的成本，應(yīng)用范圍受到較大程度的限制。此外，無源WDM方案的故障管理能力較差，通常都不具備線路保護，而且合分波器的引入也會增加插入損耗，使得傳輸距離大大縮短。3.OTN方案。OTN兼具SDH和WDM技術(shù)的優(yōu)點，目前在干線、城域核心等層面取得了廣泛應(yīng)用。在基于OTN的5G前傳組網(wǎng)技術(shù)中，RRU和DU/CU提供白光接口，接入OTN設(shè)備客戶側(cè)，映射和復(fù)用成高速OTN信號并轉(zhuǎn)換成彩光接口，波分復(fù)用后在光纖中傳輸，可支持點到點、鏈型、環(huán)形等多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該方案的優(yōu)點是組網(wǎng)方式非常靈活，而且可以有效節(jié)省光纖資源，并且具有較完善的OAM和網(wǎng)絡(luò)包含功能；缺點是成本和設(shè)備復(fù)雜性較高，能否滿足5G承載傳輸網(wǎng)對超低時延的要求還有待進一步驗證。4.WDM-PON方案。WDM-PON(如圖1所示)是基于波分復(fù)用的無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，最初的研發(fā)初衷是為了用于固定接入網(wǎng)，但隨著4G/5G承載需求的發(fā)展，當前業(yè)界已經(jīng)開始考慮將該技術(shù)作為前傳組網(wǎng)的方案之一來進行應(yīng)用。該方案的優(yōu)點主要體現(xiàn)在高寬帶、低時延等方面，而且因為各波長相互獨立的緣故，所以傳輸?shù)目煽啃暂^高;缺點就是商用化和標準化程度方面還有所不足，而且缺少網(wǎng)絡(luò)保護。削I岫-仇料攜人弒以上所介紹的前傳組網(wǎng)方案各有優(yōu)缺點，在實際部署時，應(yīng)綜合考慮各種實際情況和業(yè)務(wù)需求，選擇最恰當?shù)那皞鹘M網(wǎng)技術(shù)。3.2回傳組網(wǎng)方案5G的回傳組網(wǎng)主要有基于靈活通道技術(shù)和靈活接口技術(shù)的ODUFlex+FlexO方案，以及靈活以太網(wǎng)（FlexE）方案。前者可以支持10G、40G、nX25G、100G和200G等任意通道化接口，能夠按不同的ODUk顆粒