5G时代双千兆关键技术发展趋势探讨.pdf

5G时代双千兆关键技术发展趋势探讨张德朝中国移动通信研究院2021年3月16日2Open-WDM助力5G前传三四下一代智能光接入网构想五小结5G时代双千兆业务趋势一SPN关键技术进展与展望二大 纲rQoRsMqOsQxPrOyQsQqQtQ8OdN7NtRrRmOnMfQmMoNiNoPyR6MrQsPuOtOqOuOpOnQ32018-2020年固网宽带带宽增长2015-2020年移动宽带带宽增长5G时代双千兆业务发展趋势及对网络的需求立足网络基础能力提升，不断提升网络大带宽满足流量爆发式增长需求，通过网络切片能力满足业务差异化SLA要求面向业务渗透能力拓展，深入开展网络SDN能力建设满足智能化需求，通过云网融合深度匹配业务发展大带宽差异化5G及To B业务：以切片为核心的“优专尊”5G行业专网，要求传输网具备差异化承载策略固网宽带：面向CloudVR、网上教育和视频会议对网络带宽和时延的要求向2B业务质量趋近智能化5G、家宽，专线业务快速迭代，业务管控需具备智能调度、可视可管等能力网络能力与业务需求匹配，网络性能需具备实时监视、适时扩容等能力云网融合以网为核心需求，网随云动，主动、快速、灵活适应云业务网络跨域跨专业的协同能力，实现云+网能力的统一编排开通Source:MIIT进入千兆时代，固网宽带和移动宽带增长均呈现加速趋势45G时代双千兆关键技术发展SPN接入层网络vOLT、智能网关FTTHSPN 网络平面OTN网络平面集客家宽OLTSPN 5G承载平面5G基站SPN接入层网络时间源骨干传送网城域传送网有线宽带接入网5G前传 Open-WDM5G回传-SPN5G前传-Open-WDM宽带-NG-OAN基于vOLT的虚拟化架构OLT-CP集中云化，新功能灵活加载带宽经验向体验经验转变增强业务感知与差异化承载能力，提升体验灵活连接MTN交叉及SR-TP业务调度统一协同超低时延和超高精度入/出时隙交换，避免拥塞一站一芯非等距MWDM和12波全PIN低成本系统开放解耦和SDN集中管控光模块、有源设备和管控系统异厂家互通50G PON带宽提升同时，具备低时延等丰富的新能力硬切片隔离统一的时隙交换和分组交换机制半有源架构和轻量级管控灵活部署和调顶技术实现OAM5Open-WDM助力5G前传三四下一代智能光接入网构想五小结5G时代双千兆业务趋势一SPN关键技术进展与展望二大 纲6SPN大事记201620172018Q12018Q420192020Q12020Q420215G需求分析SPN提出牵头5G国拨SPN设备研发实验室测试SPN现网测试ITU-T立项G.MTNSPN规模部署ITU系列标准立项SPN大规模商用小颗粒方案标准南向接口ITU-T 3项核心标准发布小颗粒等技术演进小型化接入SPN设备历经5年，SPN已从概念、方案到产品，并从11个地市1.8万端的5G试商用部署，已实现全国所有地市及以上城市20万端的大规模商用将立足现网应用，面向小颗粒、网络切片等需求继续推进技术演进7SPN取得国际标准化突破，具有里程碑意义SDHOTNMTN198919992019接口网络架构网络管理设备功能保护协议G.709G.872G.874G.798G.808.1/G.873.1G.8310G.8350G.8321G.8331G.8312G.Sup.mtn-migration网络演进G.mtn-sync同步2020年9月，MTN的首批三项核心标准获得通过（G.8312、G.8310、G.Sup69）中国团队提出的基础性技术创新方案基本均被采纳首次实现ITU-T标准对CCSA行业标准的引用7大SPN/MTN标准在ITU-T立项，成为继SDH、OTN之后的新一代传送网技术体系，在传输领域首次实现整体原创性技术进入国际标准8SPN关键技术演进1小颗粒切片技术演进中国移动提出面向垂直行业的BAF网络服务模式，SPN的灵活带宽硬隔离能力具有硬切片优势推动SPN支持最小为10M的小颗粒度硬切片能力，已纳入集采，更好的满足高价值业务需求MTN SectionMTN Section分组隧道（分组隧道（SRSR-TPTP）动态动态 L3 VPNL3 VPNMTN PathMTN PathDWDM+DWDM+简化简化ROADMROADMSPL(Slicing Packet Layer)SCL(Slicing Channel Layer)STL(Slicing Transport Layer)切片分组层切片通道层切片传送层MACMAC静态静态 L2/L3 VPNL2/L3 VPN分组隧道分组隧道 MPLSMPLS-TPTP超高精超高精度时间度时间及频率及频率同步技同步技术术管控一管控一体体SDNSDN切片控切片控制平面制平面802.3 802.3 以太网物理层（含以太网物理层（含10GE10GE）图例：图例：继承继承SPNSPN功能功能SPNSPN新增功能新增功能Fine Grained Slicing EthernetFine Grained Slicing Ethernet（FGFG-SESE）小颗粒业小颗粒业务务完全兼容SPN架构对原生MTN技术进行小颗粒时隙扩展,采用分层结构，支持现网平滑升级10M颗粒度定义10M颗粒度，每5G大颗粒支持480个10M时隙，10GE接口支持960个10M时隙支持10GE接口切片支持10GE以太网接口小颗粒切片，提供小型化SPN设备的切片能力9SPN关键技术演进2推进切片应用，提供差异化切片优势切片端到端解决方案传输专业切片方案牵头三本CCSA行标立项，完善切片端到端体系 5G网络切片 基于SPN承载的端到端切片对接技术要求 基于 SPN的TN-NSSMF技术要求 5G NSMF与基于SPN的TN-NSSMF接口技术要求传输专业具备切片部署能力 架构：超级控制器SC实现跨域管控，域控制器DC实现单域管控 北向：基于统一北向resconf接口，实现切片业务自动化部署 南向：基于netconf+PCEP+telemetry+BGP-LS制定统一南向接口，实现对跨厂家设备统一管控SPN转发层四种切片类型独享硬切片共享硬切片独立VPN软切片共享VPN软切片网络切片在5G网络部署应用，涉及无线接入、传输网、核心网多个专业领域，需要三个专业进行跨专业协同SPN基于MTN层网络，通过TDM交叉实现硬切片；基于VPN+Qos机制，通过分组交换实现软切片SPN核心网传输子切片管理系统核心网子切片管理系统无线子切片管理系统端到端切片管理系统无线网传输切片核心网切片无线切片NSSAIVLANNSSAIVLAN超级控制器管控一体域控制器管控一体域控制器北向restconf南向netconf+PCPE+BGP-LS+telementry10SPN关键技术演进3推进SPN小型化及解耦组网灵活组网是小型化SPN的基本要求，部分接入场景也存在灵活部署需求将推进SPN解耦组网技术成熟和应用，需构建统一的管控平台和标准化南向接口高等级集团客户专线提出低时延、硬隔离等高质量要求，对SPN小型化提出需求小型化SPN设备与城域SPN组网，提供端到端的小颗粒硬切片、随路性能监测、快速开通灵活承载等能力标准接口私有接口SPN超级控制器汇聚核心层SPN核心网接入层SPN5G CAAU/RRUAAU/RRU私有南向接口私有南向接口SPN超级控制层S-Controller域控制层D-Controller管控面转发面标准化南向接口标准化南向接口SPN统一管控平台AAU/RRUSPN标准化管控平台标准接口场景场景1场景场景2转发面互通 NNI对接小型化SPN交换容量降低，以太网接口为主，速率以GE和10GE为主更适合客户业务接入设备形态剪裁标准南向和统一管控小颗粒切片随路OAM监测开放灵活的组网，降低网络成本可实现端到端业务快速开通、高效业务调整、提高资源利用率丰富的层次化QoS机制，可提供软硬切片。针对低速率专线，提供端到端以太网小颗粒硬切片（最小10M）提供成熟完备的层次化故障定位和随路Inband OAM性能监控能力11SPN关键技术演进45G云网融合基于SPN的固移承载融合传输多专业协同传输与IP、云的协同企业园区UPF和云专线均通过SPN接入时，能够提供固移接入云的更全面的协同云接入基于不同云网业务需求，可基于不同传输技术，提供传输与云统一的协同通过对网络资源和云资源统一定义、封装和编排，构建IP+传输基础网络与云的云网融合随着核心网络架构演进，边缘云、MEC等已下沉到城域范围，需要SPN、IP网络及云联动实现云网端到端能力服务化骨干（云间网络）城域/省网（上云网络）数据中心（云内网络）CMNet一平面（云专网）网PE网PE云PE云PE云vGWVPCvRouter基站SPNIP承载网控制器二级业务编排中心一级业务编排中心SPN控制器云管平台NFVOVDC控制器MECMECSPN能够基于控制器按照需求实时规划连接和敏捷开通云网业务开通基于云连接需求变化，SPN能进行切片业务及资源的带宽在线无损调整云网业务调整SPN对云网业务进行实现监测和反馈，将性能与云平台进行交互，触发按需调整云连接性能监测12Open-WDM助力5G前传三四下一代智能光接入网构想五小结5G时代双千兆业务趋势一SPN关键技术进展与展望二大 纲1半有源Open-WDM/MWDM技术创新，助力5G前传C-RAN组网AAU侧无源，部署灵活低成本实现管控能力半有源架构MWDM扩展CWDM，容量提升1倍有效节约光纤资源半有源MWDM技术架构主要包括AAU彩光模块、AAU侧无源波分复用器、DU侧有源WDM设备，构成统一管控的前传网络。DU+CUAAU*3合分波器AAU侧合/分波器主要单元：AAU侧彩光模块DU侧有源设备标准南向接口（Netconf）+轻量级OAM5G前传管控系统中国移动提出半有源Open-WDM/MWDM方案，破解前传光纤资源紧张和哑资源管理难题，兼具可管可控和低成本优势1半有源Open-WDM技术体系系统性创新满足前传需求1271nm1291nm1311nm1331nm1351nm1371nm1267.51274.51287.51294.51307.5 1314.51327.5 1334.51347.5 1354.51367.5 1374.5CWDMMWDM7nm13nm7nm13nm7nm13nm7nm13nm7nm13nm7nm仅调整光栅设计参数，共用CWDM高良率DML工艺，成本相近“色散代价(TDP)+滤波器插损”均衡的TFF滤波器级联设计方案，优化2dB链路余量，25G 12波全部采用DML+PIN满足低成本和10km链路预算需求05101520色散代价合分波器插损其他05101520适中的TFF滤波器带宽，兼顾通带宽度和成本不等间距波长、较宽波长间距消除四波混频影响CH1-6CH7-8CH9-12CH1-6CH7-8CH9-12基于CWDM 6波成熟产业链，容量提升1倍原有方案设计原则：各波道“合分波器插损”均匀优化方案设计原则：各波道“合分波器插损+TDP”均匀光模块：无改变，保持15dB功率预算合分波器：仅优化TFF排列设计，不改变生产工艺12波：8波(DML+PIN)+4波APD或EML12波：12波DML+PIN可变定帧OAM帧格式并采用调顶技术，实现轻量级管控不等间距波长、等间距通带的MWDM系统，重用CWDM低成本25G DML光芯片产业链，支持12波长WDM系统、波道数提升1倍，满足一站一芯需求，开创O波段WDM新体系1开展全方位测试验证，推动技术成熟可商用完成3省、8家设备、3家控制器的现网试点测试，主要参测设备功能性能完善，支持异厂家光模块、设备及控制器互通，已具备规模商用能力和成熟开放性控制器半有源设备光模块烽火迅特诺基亚烽火迅特诺基亚烽火长飞中兴德科立光迅中兴德科立光迅直真华为长飞华为长飞网络能力测试结果 企标要求功率预算：15dB；Tx：2dBm；Rx：-13dBm 实测值功率预算17dB；Tx2dBm；Rx-15dBm10km链路预算工温性能稳定高可靠性 企标要求：OAM代价0.5dB 实测值：OAM代价0.1dB轻量级管控转发面互通管控面互通开放解耦集中管控10家半有源MWDM测试12家转发面互通测试13家设备3家管控系统互通测试完成3大类实验室测试，全面验证MWDM性能、OAM机制、管控接口等关键技术，为技术选型、标准制定和商用奠定基础1构建国际国内标准体系，国际标准化取得突破性进展Q6WG9ITU-TO-RAN AT&T、Orange、DT等36家国内外单位参与。完成基于WDM的前传网络、需求等半有源MWDM系列标准发布。在7月中间会首次提出前传12波O波段WDM立项，作为会议唯一提交O波段WDM文稿的运营商联合提交7篇文稿推动Q6达成初步共识，写入meeting report 在9月全会主导完成G.owdm标准立项，在立项文件中明确了G.owdm项目研究的波长范围为1260nm1380nmWG1WG4CCSA在O-RAN牵头成立X-haul transport工作组（WG9）并担任工作组主席，完成半有源MWDM系列标准立项及发布，成员单位扩展到36家，影响力迅速提升构建架构、管控、光器件等半有源Open-WDM行标体系，有望成为国际标准的核心输入架构 半有源MWDMWG1WG4管控光模块合分波器光分支器标准下载链接：https:/ MWDM光芯片国产化自主可控。4家已规模量产4家小批量量产MWDM光模块MWDM光芯片2家出样品8家已规模量产半有源MWDM在湖北、福建等3省规模应用，并在广东、甘肃等11省相继开通试商用网络前传室外型WDM光模块必须满足工业级温度要求，保证5G业务可靠性MWDM光模块具备调顶功能，其核心器件、工艺与CWDM光模块相当，规模量产成本相近由2019年3家到目前38家厂商参与产品研发，打造涵盖芯片、模块、设备、管控系统的全产业链18Open-WDM助力5G前传三四下一代智能光接入网构想五小结5G时代双千兆业务趋势一SPN关键技术进展与展望二大 纲19智能企业网关10G GPON50G PON千兆智能网关WiFi6智能网关智能家庭网关PON线路切片2切片1光传送OLT传感器数据底座网元级质量感知QoS软切片通道化硬切片IP承载控制分析管理有线宽带管控平台有线宽带管控平台Telemetry软探针vOLTvBras全千兆接入网端到端基于vOLT演进虚拟化网络架构面向体验的智能化能力提升基于10G PON向50G PON演进千兆智能网关及智能组网网关WiFi向WiFi6双频升级PON支持多边缘组网采用C/U分离的vOLT、vBRAS网络架构自主研发端云CAMI高效解决PON互通解耦分层算力协同构建针对业务质量的识别、检测和分析能力业务体验可视、质差可度量、网络灵活可调整实现体验闭环下一代智能光接入网架构特征CAMI随着宽带普及和提速深入，宽带价值正从连接宽带为主的人口红利向场景化宽带的体验红利转移，围绕云网服务和体验经营推进下一代智能光接入网架构演进20全千兆技术认知1-研究院BRASCROLT10G GPON控制分析管理有线宽带管控平台内容网10Gbps1000Mb/s千兆智能网关组网终端全千兆接入网 网络侧先行，OLT具备10G PON万兆接入平台能力 XGS-Combo归一化10G PON形态全千兆终端 终端侧按需、分场景推进千兆升级 单热点覆盖需求：千兆智能网关多热点覆盖需求：智能网关+组网终端全千兆WiFi 全面引入WiFi6提供千兆带宽、低时延能力 80Mhz频宽必选，160Mhz频宽可选1322STB13全千兆接入网技术发展及策略技术发展及策略进一步推进WiFi6技术和设备性能提升现阶段在多STA接入场景下WiFi6技术在实现层面带来时延提升还不明显，OFDMA调度算法优化等是未来提升方向WiFi6协议中引入了OFDMA等特性，该特性用于解决低时延的实现机制尚不完善基于OFDMA的空口切片，实现指定业务独享切片降低空口竞争冲突，降低时延WMM，实现高优先级业务优先转发，降低时延ATF，保障高速终端长时间的数据流传输公平空口调度优化不让“车等路”，基于10G PON+WiFi6千兆智能网关向用户提供更大带宽、更低时延的千兆宽带能力，支撑千兆业务发展和体验经营能力构建2基于vOLT演进的虚拟化结构应用层网络层网元层网元管理层（EM）管理控制分析网元抽象层（vOLT-CP）自动化业务API管控析闭环接入网控制器云化网络设备功能接口抽象、能力感知、设备适配支持平滑演进、迭代升级人工智能AI训练，模型和算法持续迭代ONU管控SLA感知流量控制资源共享AI平台智慧中台运维后台跨域调度大数据AI训练接入域内“管控析”自闭环故障主动识别，智能根因定位、业务快速调优ONTOLT分布式WiFi软切片网络设备差异化保障与SLA感知切片、应用识别与分流、数据采集与计算指标采集业务质量测量业务加速应用识别与标记通道化多边缘组网L3功能下一代光接入网应具备应用识别、差异化保障、SLA感知、主动运营等面向体验的网络能力，逐步构建”管、控、析”闭环的自动化智能光接入网22功率预算挑战大Clock RecoveryDown-samplingEqualizationFiltering50Gb/s NRZ Receiver DSPMLSEFEC decodingError counting信号损伤 理论接收灵敏度下降7dB 兼容现网32dB功率预算的ODN50G PON关键技术高带宽器件及封装技术 上行接收APD/PIN+SOA技术提升灵敏度有望实现50G更高功率预算 高速信号的色散损伤激增 高速器件突破前，信号收到带宽限制 足带宽APD缺失 高速突发信号收发器件实现难度大推进50G PON技术和产业成熟，呼吁协同攻关50G PON物理层关键技术：增强收发端性能、提高信号补偿能力和纠错容限、以及高带宽和高速突发器件成熟商用OLT侧OLTDSPAPD/PIN+SOABM-TIAEML Drv.50G EML/EML+SOA50GOLTMACONU侧BM Drv.DML/EML25G/50GAPDCM TIAONUDSPONUMAC 明确FEC编解码方案、判决方案，明确FEC处理位置（光模块内/PON MAC内）过渡方案：25G/40G APD配合DSP补偿技术技术挑战当前进展 下行方向：选用EML+SOA方案，提升发送光功率后续展望 DSP补偿技术引入PON系统 足带宽50G APD有待成熟商用 高速BM-TIA有待技术突破23Open-WDM助力5G前传三四下一代智能光接入网构想五小结5G时代双千兆业务趋势一SPN关键技术进展与展望二大 纲24小结和下一步工作小结随着5G规模应用和SPN的全面部署，SPN将进一步向小颗粒、切片端到端协同、小型化SPN、解耦开放组网和云网融合等几方面进行技术演进以更好地满足5G ToB和高等级专线业务发展；与产业协同进一步推进半有源Open-WDM技术、标准和产业发展，以低成本地满足新形势下5G前传规模应用需求；随着宽带普及和提速深入，全千兆时代的宽带价值正从连接宽带为主的人口红利向场景化宽带的体验红利转移，围绕云网服务和千兆体验推进下一代智能光接入网演进谢谢！