5G时代,城域光传送网发展趋势探讨

作者:中国电信股份有限公司智能网络与终端研究院 荆瑞泉 责任编辑:田小梦 2019.07.11 18:47 来源:通信世界全媒体

随着5G牌照的发放,5G网络的规模建设即将开始。5G网络拟提供业务的主要特征包括大带宽、低时延和海量连接等,从而对承载网在带宽、容量、时延和组网灵活性等方面提出了新的需求。作为基础网络的城域光传送网,在考虑5G承载的同时,还需要考虑政企专线、云/数据中心承载、家庭宽带/高清视频等综合业务的承载。基于综合业务的承载需求,本文将从面向5G的城域光传送网综合承载架构,以及对城域OTN/WDM组网方案进行探讨。

面向5G的城域光传送网综合承载架构

面向5G的城域光传送网综合承载架构如图1所示,包括转发层和控制管理层。

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图1 面向5G的城域光传送网综合承载架构

城域核心节点间(M3、M4)的业务流量大,多种带宽颗粒的业务调度频繁,因此需要灵活的光层和电层调度能力。核心层可采用大容量相干100G/200G/400G WDM和大容量OTN/ROADM组网方案,实现高速传输和光/电灵活调度。

作为城域传送网的边缘节点,接入汇聚点(M2)对于运营商具有战略性地位。基于综合业务承载需求和带宽估算,建议将WDM/OTN设备下沉到该节点以实现综合业务承载,设备交换容量要求在500G~1Tbit/s之间。考虑到网络规模大、带宽需求和距离等因素,建议接入/汇聚层采用低成本WDM和面向城域应用优化的M-OTN技术进行组网。

由于不同业务(如5G、专线等)的接入位置和功能需求的差异性,城域传送网接入层设备一般按照不同的业务类型按需部署,因此接入层需求兼容多种接入方案。通过采用专用定制化的设备类型(如接入型OTN设备和5G前传OTN设备等),可以简化设备功能、降低建网成本。

在控制管理层,构建城域传送网统一管控系统可实现跨厂商、跨域的端到端管理和控制,并通过开放的北向接口实现传送网能力的开放。

城域OTN/WDM组网方案和开放式传送网架构

在城域核心/汇聚层,OTN/WDM网络需要实现对多种业务的综合承载。根据业务带宽和对保护恢复性能需求的不同,可以采用不同的承载方案:对于子波长级业务可采用OTN承载;对于无保护需求的波长级业务可通过WDM承载;对于有保护需求的波长级业务可通过OTN或OADM/ROADM承载。

在设备形态方面,现阶段主要采用OTN交叉设备与WDM集成的方式,OTN设备通过彩光线路接口与WDM系统实现互联。该方式虽然便于实现光层和电层的统一管理和维护,但是存在单厂商锁定的问题,另外需要采用白光接口与客户设备进行对接,导致建网成本高。

针对上述问题,目前业界开始研究开放式传送网架构,如图2所示。开放式传送网的目的是解决现有单厂商解决方案的厂商锁定问题,提高组网灵活性和新业务的提供速度,降低网络成本。典型项目包括AT&T牵头的OpenROADM和ONF成立的ODTN项目等。开放式传送网架构的主要特征包括以下多个方面。

·光电解耦:即终端设备(如Transponder)和开放式线路系统(OLS,包括ROADM、光放大器、合分波器等)的解耦。终端设备可以是同厂商,也可以是异厂商。OLS初期建议由单厂商提供,以便降低组网的复杂性。

·软硬分离:即管控系统和硬件设备分离,两者之间通过开放的标准接口实现互通。

·Transponder模块化:模块化的Transponder可以减小体积、降低功耗,并可以按需插到OTN、路由器等设备中,减少光电转换的次数,降低成本。

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图2 开放式传送网架构

由于骨干长距WDM系统存在性能要求高、光接口标准化程度低的问题,同时运营商在骨干网规模部署的ROADM网络存在光层路由计算复杂、需要进行波长变换等问题,因此实现开放式传送网架构难度很大。而城域传送网具有距离短、组网拓扑简单的特点,可率先考虑引入开放式传送网组网方式。如城域传送网中的市-县和县-乡WDM/OTN网络主要是环网结构,传输距离在80~450km之间。

目前业界主要关注的是用于城域数据中心互联(DCI)的开放式WDM系统。城域DCI普遍采用点到点WDM组网,距离在80~400km之间,业务需求主要是100GE/400GE,因此非常适合采用点到点的开放式WDM系统。用于DCI的开放式WDM系统架构如图3所示。DCI WDM的设备形态与刀片式服务器相同,适合于安装在数据中心机架上。DCI WDM的Transponder与OLS解耦可分为以下3种模式。

模式一:一个波道两端的Transponder由同一个厂商提供,因此可采用私有彩光接口。目前主流传输设备厂商均可提供该类型的终端设备。

模式二:一个波道两端的Transponder由不同厂商提供,因此需要对彩光接口进行标准化,包括调制方式、FEC、帧结构等的标准化。目前比较成熟的是基于ITU-T G.709.2标准的100G OTN接口光模块。

模式三:Transponder模块化,直接插在数据中心出口交换机或路由器上。该模式面临的主要问题是如何对光模块和OLS进行统一管理,以及如何提高光模块的集成度,以便满足交换机和路由器高密度板卡的需求。

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图3 用于DCI的开放式WDM系统架构

在管控方面,要求Transponder和OLS提供开放的管控接口,接受基于SDN的管控系统的统一管控。目前主流的管控接口皆采用Netconf+YANG的开发模式,如OpenConfig和OpenROADM均定义了各自的YANG模型。后续需要考虑对管控接口进行标准化,以便满足运营商大规模建网的需求。

面向城域应用优化的M-OTN技术

M-OTN是对现有OTN技术的优化和扩展,目标是提供低成本、低时延、低功耗的以5G为主的综合业务承载方案,主要是面向城域应用,满足OTN向城域网络边缘延伸的需要。M-OTN的扩展主要是指在现有OTN接口的基础上,新增25G和50G OTN接口,以弥补10G和100G OTN接口之间速率跨度过大的问题。优化则体现在对现有OTN接口的开销和OAM功能的使用进行简化,从而简化设备管理需求,降低网络维护复杂度。

经过一年多的研究讨论,定义25G/50G OTN接口的ITU-T G.709.25-50标准取得了很大的进展。目前形成的主要结论包括以下几个方面。

一是,初期主要面向灰光接口应用,包括5G回传和专线业务承载等。

二是,不需要支持绑定功能,因此采用基于OTUk的帧格式。

三是,25G/50G OTN接口只作为段层使用,以便满足单级复用的组网方式。

四是,定义两种接口速率,满足不同的应用场景。

·高速率接口:速率分别为现有OTU4接口速率的1/4和1/2,支持全业务承载,需要使用双速率25G/50G以太网光模块,成本较高。

·低速率接口:与25GE/50GE接口速率保持一致,支持除25GBASE-R和50GBASE-R透传之外其它所有业务,支持25GE/50GE业务的MAC层满速率传送。使用单速率以太网光模块,成本较低。目前计划2020年2月完成G.709.25-50标准的发布。

城域光传送网作为综合业务承载网络,应积极推动WDM/OTN设备下沉到接入汇聚节点并形成相对稳定的网络架构,接入层设备根据不同的业务需求按需部署。为了满足低成本建网的需求,笔者建议积极推动低成本WDM和M-OTN的标准化和产业发展,引导设备开发和应用部署。同时积极探索开放式传送网架构在城域传送网中的应用,包括应用场景分析、接口规范制定、原型系统开发验证等。


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