基于面向5G城域光傳送網(wǎng)綜合承載架構(gòu)以及城域OTN/WDM組網(wǎng)方案介紹

隨著5G牌照的發(fā)放，5G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模建設(shè)即將開始。5G網(wǎng)絡(luò)擬提供業(yè)務(wù)的主要特征包括大帶寬、低時(shí)延和海量連接等，從而對(duì)承載網(wǎng)在帶寬、容量、時(shí)延和組網(wǎng)靈活性等方面提出了新的需求。作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的城域光傳送網(wǎng)，在考慮5G承載的同時(shí)，還需要考慮政企專線、云/數(shù)據(jù)中心承載、家庭寬帶/高清視頻等綜合業(yè)務(wù)的承載。基于綜合業(yè)務(wù)的承載需求，本文將從面向5G的城域光傳送網(wǎng)綜合承載架構(gòu)，以及對(duì)城域OTN/WDM組網(wǎng)方案進(jìn)行探討。

面向5G的城域光傳送網(wǎng)綜合承載架構(gòu)如圖1所示，包括轉(zhuǎn)發(fā)層和控制管理層。

圖1 面向5G的城域光傳送網(wǎng)綜合承載架構(gòu)

城域核心節(jié)點(diǎn)間（M3、M4）的業(yè)務(wù)流量大，多種帶寬顆粒的業(yè)務(wù)調(diào)度頻繁，因此需要靈活的光層和電層調(diào)度能力。核心層可采用大容量相干100G/200G/400G WDM和大容量OTN/ROADM組網(wǎng)方案，實(shí)現(xiàn)高速傳輸和光/電靈活調(diào)度。

作為城域傳送網(wǎng)的邊緣節(jié)點(diǎn)，接入?yún)R聚點(diǎn)（M2）對(duì)于運(yùn)營商具有戰(zhàn)略性地位?；诰C合業(yè)務(wù)承載需求和帶寬估算，建議將WDM/OTN設(shè)備下沉到該節(jié)點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)承載，設(shè)備交換容量要求在500G~1Tbit/s之間?？紤]到網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、帶寬需求和距離等因素，建議接入/匯聚層采用低成本W(wǎng)DM和面向城域應(yīng)用優(yōu)化的M-OTN技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)。

由于不同業(yè)務(wù)（如5G、專線等）的接入位置和功能需求的差異性，城域傳送網(wǎng)接入層設(shè)備一般按照不同的業(yè)務(wù)類型按需部署，因此接入層需求兼容多種接入方案。通過采用專用定制化的設(shè)備類型(如接入型OTN設(shè)備和5G前傳OTN設(shè)備等),可以簡化設(shè)備功能、降低建網(wǎng)成本。

在控制管理層，構(gòu)建城域傳送網(wǎng)統(tǒng)一管控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)跨廠商、跨域的端到端管理和控制，并通過開放的北向接口實(shí)現(xiàn)傳送網(wǎng)能力的開放。

在城域核心/匯聚層，OTN/WDM網(wǎng)絡(luò)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)多種業(yè)務(wù)的綜合承載。根據(jù)業(yè)務(wù)帶寬和對(duì)保護(hù)恢復(fù)性能需求的不同，可以采用不同的承載方案：對(duì)于子波長級(jí)業(yè)務(wù)可采用OTN承載;對(duì)于無保護(hù)需求的波長級(jí)業(yè)務(wù)可通過WDM承載;對(duì)于有保護(hù)需求的波長級(jí)業(yè)務(wù)可通過OTN或OADM/ROADM承載。

在設(shè)備形態(tài)方面，現(xiàn)階段主要采用OTN交叉設(shè)備與WDM集成的方式，OTN設(shè)備通過彩光線路接口與WDM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。該方式雖然便于實(shí)現(xiàn)光層和電層的統(tǒng)一管理和維護(hù)，但是存在單廠商鎖定的問題，另外需要采用白光接口與客戶設(shè)備進(jìn)行對(duì)接，導(dǎo)致建網(wǎng)成本高。

針對(duì)上述問題，目前業(yè)界開始研究開放式傳送網(wǎng)架構(gòu)，如圖2所示。開放式傳送網(wǎng)的目的是解決現(xiàn)有單廠商解決方案的廠商鎖定問題，提高組網(wǎng)靈活性和新業(yè)務(wù)的提供速度，降低網(wǎng)絡(luò)成本。典型項(xiàng)目包括AT&T牽頭的OpenROADM和ONF成立的ODTN項(xiàng)目等。開放式傳送網(wǎng)架構(gòu)的主要特征包括以下多個(gè)方面。

·光電解耦：即終端設(shè)備（如Transponder）和開放式線路系統(tǒng)（OLS，包括ROADM、光放大器、合分波器等）的解耦。終端設(shè)備可以是同廠商，也可以是異廠商。OLS初期建議由單廠商提供，以便降低組網(wǎng)的復(fù)雜性。

·軟硬分離：即管控系統(tǒng)和硬件設(shè)備分離，兩者之間通過開放的標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)互通。

·Transponder模塊化：模塊化的Transponder可以減小體積、降低功耗，并可以按需插到OTN、路由器等設(shè)備中，減少光電轉(zhuǎn)換的次數(shù)，降低成本。

圖2 開放式傳送網(wǎng)架構(gòu)

由于骨干長距WDM系統(tǒng)存在性能要求高、光接口標(biāo)準(zhǔn)化程度低的問題，同時(shí)運(yùn)營商在骨干網(wǎng)規(guī)模部署的ROADM網(wǎng)絡(luò)存在光層路由計(jì)算復(fù)雜、需要進(jìn)行波長變換等問題，因此實(shí)現(xiàn)開放式傳送網(wǎng)架構(gòu)難度很大。而城域傳送網(wǎng)具有距離短、組網(wǎng)拓?fù)浜唵蔚奶攸c(diǎn)，可率先考慮引入開放式傳送網(wǎng)組網(wǎng)方式。如城域傳送網(wǎng)中的市-縣和縣-鄉(xiāng)WDM/OTN網(wǎng)絡(luò)主要是環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，傳輸距離在80~450km之間。

目前業(yè)界主要關(guān)注的是用于城域數(shù)據(jù)中心互聯(lián)（DCI）的開放式WDM系統(tǒng)。城域DCI普遍采用點(diǎn)到點(diǎn)WDM組網(wǎng)，距離在80~400km之間，業(yè)務(wù)需求主要是100GE/400GE，因此非常適合采用點(diǎn)到點(diǎn)的開放式WDM系統(tǒng)。用于DCI的開放式WDM系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。DCI WDM的設(shè)備形態(tài)與刀片式服務(wù)器相同，適合于安裝在數(shù)據(jù)中心機(jī)架上。DCI WDM的Transponder與OLS解耦可分為以下3種模式。

模式一：一個(gè)波道兩端的Transponder由同一個(gè)廠商提供，因此可采用私有彩光接口。目前主流傳輸設(shè)備廠商均可提供該類型的終端設(shè)備。

模式二：一個(gè)波道兩端的Transponder由不同廠商提供，因此需要對(duì)彩光接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，包括調(diào)制方式、FEC、幀結(jié)構(gòu)等的標(biāo)準(zhǔn)化。目前比較成熟的是基于ITU-T G.709.2標(biāo)準(zhǔn)的100G OTN接口光模塊。

模式三：Transponder模塊化，直接插在數(shù)據(jù)中心出口交換機(jī)或路由器上。該模式面臨的主要問題是如何對(duì)光模塊和OLS進(jìn)行統(tǒng)一管理，以及如何提高光模塊的集成度，以便滿足交換機(jī)和路由器高密度板卡的需求。

圖3 用于DCI的開放式WDM系統(tǒng)架構(gòu)

在管控方面，要求Transponder和OLS提供開放的管控接口，接受基于SDN的管控系統(tǒng)的統(tǒng)一管控。目前主流的管控接口皆采用Netconf+YANG的開發(fā)模式，如OpenConfig和OpenROADM均定義了各自的YANG模型。后續(xù)需要考慮對(duì)管控接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以便滿足運(yùn)營商大規(guī)模建網(wǎng)的需求。

M-OTN是對(duì)現(xiàn)有OTN技術(shù)的優(yōu)化和擴(kuò)展，目標(biāo)是提供低成本、低時(shí)延、低功耗的以5G為主的綜合業(yè)務(wù)承載方案，主要是面向城域應(yīng)用，滿足OTN向城域網(wǎng)絡(luò)邊緣延伸的需要。M-OTN的擴(kuò)展主要是指在現(xiàn)有OTN接口的基礎(chǔ)上，新增25G和50G OTN接口，以彌補(bǔ)10G和100G OTN接口之間速率跨度過大的問題。優(yōu)化則體現(xiàn)在對(duì)現(xiàn)有OTN接口的開銷和OAM功能的使用進(jìn)行簡化，從而簡化設(shè)備管理需求，降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)復(fù)雜度。

經(jīng)過一年多的研究討論，定義25G/50G OTN接口的ITU-T G.709.25-50標(biāo)準(zhǔn)取得了很大的進(jìn)展。目前形成的主要結(jié)論包括以下幾個(gè)方面。

一是，初期主要面向灰光接口應(yīng)用，包括5G回傳和專線業(yè)務(wù)承載等。

二是，不需要支持綁定功能，因此采用基于OTUk的幀格式。

三是，25G/50G OTN接口只作為段層使用，以便滿足單級(jí)復(fù)用的組網(wǎng)方式。

四是，定義兩種接口速率，滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

·高速率接口：速率分別為現(xiàn)有OTU4接口速率的1/4和1/2，支持全業(yè)務(wù)承載，需要使用雙速率25G/50G以太網(wǎng)光模塊，成本較高。

·低速率接口：與25GE/50GE接口速率保持一致，支持除25GBASE-R和50GBASE-R透?jìng)髦馄渌袠I(yè)務(wù)，支持25GE/50GE業(yè)務(wù)的MAC層滿速率傳送。使用單速率以太網(wǎng)光模塊，成本較低。目前計(jì)劃2020年2月完成G.709.25-50標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布。

城域光傳送網(wǎng)作為綜合業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)積極推動(dòng)WDM/OTN設(shè)備下沉到接入?yún)R聚節(jié)點(diǎn)并形成相對(duì)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，接入層設(shè)備根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求按需部署。為了滿足低成本建網(wǎng)的需求，筆者建議積極推動(dòng)低成本W(wǎng)DM和M-OTN的標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，引導(dǎo)設(shè)備開發(fā)和應(yīng)用部署。同時(shí)積極探索開放式傳送網(wǎng)架構(gòu)在城域傳送網(wǎng)中的應(yīng)用，包括應(yīng)用場(chǎng)景分析、接口規(guī)范制定、原型系統(tǒng)開發(fā)驗(yàn)證等。