OTN技术在5G传送网中的应用.pdf

Telecom Power Technology 160 Sep.10,2023,Vol.40 No.17 2023 年 9 月 10 日第 40 卷第 17 期通信网络技术DOI：10.19399/ki.tpt.2023.17.052OTN 技术在 5G 传送网中的应用潘秋燕（深圳市电信工程有限公司，广东 深圳 518000）摘要：5G 作为新一代移动通信技术，具有数据传输速率高、时延低以及超大连接等优势，已引起人们的广泛关注。随着 5G 网络的快速部署和用户数量的不断增加，传送网络面临前所未有的挑战。详细介绍光传送网（Optical Transport Network，OTN）技术的基本原理和特点，分析 OTN 技术在 5G 传送网中的应用场景，并重点讨论其在带宽扩展、灵活性以及可靠性等方面的优势，为 5G 传送网的设计与优化提供重要的参考和指导。关键词：光传送网（OTN）技术；5G 传送网；应用场景Application of OTN Technology in 5G Transport NetworkPAN Qiuyan(Shenzhen Telecom Engineering Co.,Ltd.,Shenzhen 518000,China)Abstract:As a new generation of mobile communication technology,5G has attracted wide attention because of its advantages of high data transmission rate,low delay and super-large connection.With the rapid deployment of 5G network and the increasing number of users,the transport network is facing unprecedented challenges.This paper introduces the basic principle and characteristics of Optical Transport Network(OTN)technology in detail,analyzes the application scenarios of OTN technology in 5G transport network,and focuses on its advantages in bandwidth expansion,flexibility and reliability,so as to provide important reference and guidance for the design and optimization of 5G transport network.Keywords:Optical Transport Network(OTN)technology;5G transmission network;application scenarios0 引 言传送网作为 5G 网络的基础设施，承担着将大量用户数据从基站传输到核心网络的重要任务。传统传送网常使用的技术是同步光纤网络（Synchronous Optical Network，SONET）和同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）。然而，随着 5G 通信数据量的增长和新应用场景的出现，传统的传送网技术已无法满足数据的高质量传输。在此背景下，光传送网（Optical Transport Network，OTN）技术应运而生。OTN 技术采用光传输层次结构对传输信号进行数字化处理，可提升信号的灵活性、可靠性以及扩展性1。通过深入分析 OTN 技术在 5G 传送网中的应用，为5G 传送网的设计和优化提供重要参考和指导。1 OTN 技术概述光传送网是一种基于光纤传输技术的高容量、高速率的通信网络。OTN 采用波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技术，将多个光信号通过不同的波长进行复用，实现大容量的数据传输。OTN 的基本原理是将数据包装成 OTN 帧，每个 OTN帧有一个固定的时隙，每个时隙又分为多个容器，用于承载不同的数据类型。OTN 技术具有完善的技术规范和标准协议，协议定义了 OTN 网络各层详细的特性和功能。2 OTN 在 5G 网络的关键技术应用2.1 网络切片技术的支持网络切片技术是 5G 网络的关键技术之一，能满足不同业务场景和服务质量（Quality of Service，QoS）的要求。网络切片技术通过对网络资源的切割和分配，为不同的 5G 应用提供定制化的传输网络。不同网络切片对应的需求和 QoS 要求如表 1 所示2。通过网络切片技术的支持，根据不同切片的需求，为应用场景提供定制化的网络服务。2.2 柔性波长路由技术的应用柔性波长路由技术可有效满足 5G 网络的高带宽和低时延需求。网络运营商可根据不同的传输需求和网络拓扑结构，在光网络中灵活配置光信号的传输路径和波长资源。这种灵活性配置使网络能根据实时需求动态调整，提高网络的资源利用率和传输效率。OTN 中应用柔性波长路由技术的优势包括 3 个方面：一是灵活的带宽管理，根据 5G 网络的实时带宽需求，在光网络中动态分配、管理波长资源，使网络能满足不同业务的带宽需求，避免资源的浪费和拥塞；二是低时延传输，支持直接的光域交换，降低传输时延；三是弹性网络设计，允许运营商根据网络收稿日期：2023-07-23作者简介：潘秋燕（1987），女，广东梅州人，本科，通信技术工程师，主要研究方向为数据通信工程。2023 年 9 月 10 日第 40 卷第 17 期 161 Telecom Power TechnologySep.10,2023,Vol.40 No.17 潘秋燕：OTN 技术在 5G 传送网中的应用拓扑和需求的变化灵活设计和重构网络结构，以适应5G 网络不断变化的要求。2.3 段内交叉连接技术的优化段内交叉连接技术在 5G 网络中起着重要的作用，提供高度灵活的路由和连接能力，以满足不同业务的需求。段内交叉连接技术的优化方案分析如表 2所示。从表 2 可以看出，针对 5G 传送网中的段内交叉连接优化，可以综合采用不同的技术方案。结合网络切片技术，可实现对不同业务的灵活切片和资源调度。2.4 光功率均衡技术的优化在光传送过程中，由于光纤损耗和光信号的传播衰减，光功率会逐渐降低。当光信号传输到目的地时，光功率的不均衡会导致接收端性能下降，从而影响传输质量和传输速率。为优化光功率均衡技术，研究人员提出一系列解决方案。通过精确计算光纤的损耗和衰减情况，预测光功率的衰减情况，并在传输过程中通过光功率均衡器实时调整功率。均衡器可以根据预先设定的光功率均衡算法自动调整不同路径上的光功率，以确保光信号的均衡传输。利用光放大器技术也是一种常用的光功率均衡优化方法。通过在关键位置安装光放大器，实现光功率的均衡分配，确保信号在传输过程中的稳定性和可靠性。此外，可应用光功率监测和反馈控制技术。通过在传输链路中设置光功率监测器，实时监测光功率的变化情况，并将监测的数据反馈给光功率均衡控制系统3。控制系统根据监测的光功率数据，自动调整光功率均衡器或光放大器的参数，实现光功率的动态均衡。2.5 时延保障技术的应用在 OTN 技术的应用中，通过一系列的技术手段和算法保障时延，提高数据的传输效率和传输速度。利用柔性波长路由和光传送网中的多波长技术，在光纤网络中实现高速数据传输和多路复用，降低数据在传送过程中的传播时延。同时，OTN 技术支持灵活的网络切片技术，可以将网络资源划分为不同的切片，提供定制化的时延保障。段内交叉连接技术可以实现数据在传送过程中的快速转发和路由选择，减少时延的累积。光功率均衡技术能优化光信号的传输质量，减少信号衰减和失真，进一步降低时延。采用先进的时钟同步和时延控制算法，确保网络中各节点间的时钟同步和时延控制精度。通过准确的时钟同步，能有效避免时钟漂移引起的时延问题，保证数据传输的准确性。3 OTN 技术在 5G 传送网中的应用优势3.1 支持高传输速率和大带宽容量随着 5G 通信的快速发展，网络数据流量呈现大幅增长的趋势，传统的传送网技术已无法满足高带宽传输需求。OTN 技术凭借高速传输和灵活的带宽管理能力，为 5G 传送网的带宽扩展提供有力支持。OTN 技术利用先进的光传输层次结构实现高速数据传输，采用光纤作为传输介质，支持更高的传输速率和更大的带宽容量。相较于传统的 SONET 和 SDH 技术，OTN 技术可提供更高的传输速率，满足 5G 传送网中大规模数据传输的需求。传统的传送网技术在带宽管理方面存在较大的限制，带宽资源的调整和配置往往需要通过人工实现。OTN 技术通过其灵活的交叉连接和波长转换功能，可以实现带宽资源的动态分配和管理，更好地适应不断变化的网络流量和业务需求。3.2 灵活的带宽分配和配置OTN 技术采用数字化传输和光传输层次结构，使传送网可以根据实际需求进行灵活的带宽分配和配置。通过动态波长分配和子波长交叉连接，OTN 可表 2 段内交叉连接技术优化方案分析技术方案优势挑战固定交叉连接简单易实现，低延迟灵活性有限，不适应大规模的业务需求波长级交叉连接提供高容量、灵活的路由能力管理复杂，部署和调整成本较高端口级交叉连接灵活性强，适应多种业务需求端口资源利用率较低，占用空间较大时隙级交叉连接资源利用率高，适应密集业务场景管理复杂，对时隙分配算法的要求较高网络切片实现动态切片分配，满足不同业务的灵活需求需要高效的切片管理和调度算法表 1 网络切片技术要求网络切片类型网络需求QoS 要求增强型移动宽带高吞吐量、低延迟低延迟、高带宽物联网切片大规模连接、低功耗大连接密度、低功耗车联网切片高可靠性、低延迟高可靠性、低延迟 2023 年 9 月 10 日第 40 卷第 17 期Sep.10,2023,Vol.40 No.17Telecom Power Technology 162 以根据实时流量需求进行带宽调整，实现高效的资源利用，优化网络性能4。OTN 技术支持多种业务类型的数据传输，包括语音、视频以及云服务等。不同业务数据的传输具有不同的带宽需求和 QoS 要求，OTN 技术可以根据业务需求进行动态配置和管理，确保各类业务均能得到服务保障。OTN 技术还具备强大的网络管理和监控能力，可以实时监测和管理传送网中的链路状态、信号质量以及性能参数。通过集中管理和智能调度，OTN 技术可以对传送网进行实时优化和故障恢复，保证网络的稳定性和可靠性。另外，OTN 技术支持灵活的网络拓扑结构，包括点对点、点对多点以及多点对多点等多种连接方式，可以根据不同的应用场景和服务需求进行构建，提供定制化的传输服务。3.3 提高传输的可靠性OTN 技术采用强大的容错机制，能有效应对信号传输中的各种故障和干扰，其内置的前向纠错（Forward Error Correction，FEC）技术可以纠正和恢复传输中的错误数据，提高传输的可靠性。该技术支持链路保护和恢复功能。当主链路出现故障时，可以迅速切换到备用链路，保证数据的连续传输。OTN 技术具备强大的时钟同步和精确性能监测能力，有助于保持传输信号的稳定性和可靠性。由于5G应用对精确的时延和同步要求非常高，OTN技术通过使用时分复用（Time-division Multiplexing，TDM）和同步以太网（Synchronous Ethernet，SynchE）技术，实现高精度的时钟同步，确保数据在不同节点之间的同步性，提高传输的可靠性。此外，它还具备快速故障检测和恢复能力。传统 SONET/SDH 网络在故障检测和恢复时间较长，而OTN技术通过采用多级告警机制和快速保护切换功能，能快速检测到链路故障，可在毫秒级别内完成链路切换，减少数据传输中断时间，提高系统的可靠性和稳定性。3.4 提供高安全的数据保护OTN 技术通过使用加密和认证机制，对传送网中的数据进行保护。由于大量的敏感数据通过 5G 传送网传输，包括个人信息、财务数据等，利用 OTN技术的加密和认证功能可以有效防止数据的非法访问和篡改，确保数据的机密性和完整性5。5G 传送网通常会面临各种网络攻击，如黑客入侵、拒绝服务攻击等。OTN 技术通过实施严格的安全策略和防护机制，包括访问控制、流量过滤以及入侵检测等，可以有效降低数据受网络攻击的概率，确保 5G 传送网的安全运行。此外，OTN 技术可实现不同业务之间的网络隔离，减少不同业务之间的干扰和冲突。由于不同业务具有不同的服务要求和安全级别，网络隔离可以提供更好的业务性能和安全性。OTN技术通过虚拟化和分割网络资源，确保各业务之间的互相隔离，有效避免业务间的干扰和跨越攻击。4 结 论文章主要研究 OTN 技术在 5G 传送网中的应用，并对 5G 传送网需求和挑战进行分析，确定 OTN 技术在提供高效、可靠的信号传输方面的作用。基于OTN技术的关键技术和算法应用，分析其在网络切片、柔性波长路由、段内交叉连接、光功率均衡以及时延保障等方面的优化效果。相关技术人员应进一步研究OTN 技术与其他关键技术的融合，探索更多创新型解决方案，以满足 5G 传送网的个性化需求。参考文献：1 李 娅.OTN 技术在 5G 传送网中的应用 J.电视技术，2022，46（8）：120-123.2 刘仕俊，陈家义.OTN 在 5G 传输网中的应用分析 J.无线互联科技，2021，18（23）：3-4.3 梁铭臻.OTN 在 5G 传输网中的应用 J.信息通信，2020（5）：203-204.4 王 铮.OTN 技术在 5G 承载网中的应用 J.长江信息通信，2022，35（6）：201-203.5 方 宇，李若朋，孙 颖，等.5G 切片技术在5G toB 业务中的应用研究 J.数字通信世界，2021（10）：55-57.