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,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、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)和移動承載
大會開始前,Microsemi資深產(chǎn)品經(jīng)理郎濤先生就無線接入網(wǎng)及移動承載網(wǎng)絡(luò)相關(guān)概念作了簡要介紹。
無線接入網(wǎng)(RAN)是介于移動終端設(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被集中到一個機(jī)房中(BBU池),這時需要承載網(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,其對承載網(wǎng)有高帶寬、高性能、低延時和低成本的要求,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。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整個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也是很穩(wěn)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(shí)現(xiàn)一跳直達(dá),從而進(jìn)一步降低時延;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;在時鐘同步方面,OTN對時鐘透傳,高精度時間傳達(dá)等(見圖2)。
圖2 OTN作為5G承載網(wǎng)絡(luò)的諸多優(yōu)勢
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,但是也面臨著一些挑戰(zhàn),其中,如何簡化OTN是當(dāng)下面臨的主要挑戰(zhàn)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(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)做透傳,前傳不存在這樣的情況,因而可以通過簡化此功能簡化芯片及架構(gòu);
2)延時方面,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,采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??傊?,OTN用于5G承載是很可能的,但是時延、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)行大幅度簡化,這是產(chǎn)業(yè)需要重點(diǎn)考慮的;在匯聚層上,簡單就好,OTN可以實(shí)現(xiàn)一跳直達(dá),在時延和運(yùn)維上都會是很好的選擇;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)部處理時鐘頻率、根據(jù)統(tǒng)計信息自動調(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€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,一個站拉一根光纖,一根光纖有十幾芯,然后再做簡單的合波,從而將成本降低;另外,在相對光纖比較稀缺的國家和地區(qū)(主要針對海外一些國家),也可以采用比較簡單的單纖環(huán)網(wǎng)方案,該方案主要實(shí)現(xiàn)的是共用各個站在一根光纖上實(shí)現(xiàn)共用的場景(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。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(lián)網(wǎng)類需要超低時延,可保證固定時延業(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)的對比,會上給出了一張關(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)的成績單
Microsemi關(guān)于OTN應(yīng)用于5G承載中延時問題的研究
由表1可知,OTN用于前傳網(wǎng)絡(luò)的延時問題仍待確定。而Microsemi資深經(jīng)理郎濤在研討會上重點(diǎn)分享了Microsemi關(guān)于OTN應(yīng)用于5G前傳網(wǎng)絡(luò)延時問題的最新研究成果。包括當(dāng)前的OTN的時延水平,理論上最小的時延是多少,找到實(shí)現(xiàn)最小時延的創(chuàng)新方法,即解決關(guān)于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(jù)郎濤經(jīng)理透露,一個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)到的時延
另外,關(guān)于OTN理論最小時延,據(jù)Microsemi研究結(jié)果顯示,一個25G網(wǎng)絡(luò)復(fù)用到100G或超100G的鏈路上時,理論上可以做到300ns,而在解復(fù)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(jié)果顯示,OTN的最小時延是完全可以實(shí)現(xiàn)的,現(xiàn)在主要要從以下三個方面做努力和突破:進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的角度來說要針對時延做簡化和優(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,遵循一個低時延特性的配置組合。
會議結(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
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