向 峰

（武警廣西總隊作戰(zhàn)勤務(wù)指揮中心，廣西 南寧 530031）

0 引 言

根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2021年全國網(wǎng)民人數(shù)為9.89億，視頻用戶為8.09億，人均每周上網(wǎng)時間為30.8 h，利用網(wǎng)絡(luò)進行購物累計7.49億人次。隨著4G技術(shù)的廣泛應(yīng)用，各國都在加速傳送網(wǎng)的建設(shè)，原來的傳送網(wǎng)以同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）光傳輸為主，雖然形成了比較完善的傳送網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但是SDH的剛性帶寬需求降低了網(wǎng)絡(luò)資源的使用效率，對于承載類業(yè)務(wù)的帶寬提速及后期維護工作十分不方便，已無法更好地滿足傳送網(wǎng)的業(yè)務(wù)發(fā)展需求[1]。傳送網(wǎng)就是傳送某種東西的網(wǎng)絡(luò)，而這種東西就是信息。傳送網(wǎng)發(fā)展至今已經(jīng)具有了許多優(yōu)點，如告別以前傳送信息的不確定性，組建網(wǎng)絡(luò)方面十分靈活。承載傳統(tǒng)時分復(fù)用模式（Testing Date Management，TDM）語音業(yè)務(wù)，但是配備傳統(tǒng)技術(shù)的傳送網(wǎng)不能辦理寬帶業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在一定程度上限制了帶寬的種類，降低了帶寬的利用率，而且對外提供的標準接口種類也較少，不能夠滿足多種多樣的寬帶業(yè)務(wù)需求。為了能更好地承載IP類的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network，OTN）和分組傳送網(wǎng)（Packet Transport Network，PTN）在此背景下誕生。OTN是一種把波分復(fù)用當作基礎(chǔ)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)在光層得到相關(guān)處理的傳送網(wǎng)，因其穩(wěn)定可靠已經(jīng)成為下一代骨干傳送網(wǎng)的熱門選擇。

1 第四代移動通信技術(shù)

長久以來，傳送網(wǎng)絡(luò)被拿來當作基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，到現(xiàn)在也已經(jīng)成為可以承載多種業(yè)務(wù)的傳送網(wǎng)絡(luò)。隨著技術(shù)的發(fā)展，更高層面上的承載網(wǎng)是通過原來的傳送網(wǎng)加上承載網(wǎng)之后融合而成的?，F(xiàn)在，傳送網(wǎng)和IP承載網(wǎng)都具備了提高業(yè)務(wù)實用性的基礎(chǔ)功能，甚至可以局部重疊，而且隨著技術(shù)的發(fā)展，這種情況肯定會越來越明顯[2]。

1.1 技術(shù)特點

基于正交頻分復(fù)用技術(shù)（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM），具備較好的抗干擾性和較高的信息傳輸速率?；谲浖o線電技術(shù)，編解碼和射頻通信模塊可根據(jù)需要通過定制軟件來靈活設(shè)置，因此可支持多頻段、多模式信號傳輸，大幅度提高頻譜利用效率?；谥悄芴炀€技術(shù)，能精準控制無線電波束，將主瓣對準用戶天線，旁瓣對準干擾信號傳來方向，有效抑制或消除干擾信號，同時大幅提高天線能量利用效率?；诙噙M多出（MultiInput Multiple Output，MIMO）技術(shù)，可將信道鏈路分解為大量并行的子信道，以大幅度提高系統(tǒng)的通信容量。

1.2 應(yīng)用情況

截止目前，全球一共有300多家運營商在百余個國家部署了第四代移動通信網(wǎng)絡(luò)，大型4G網(wǎng)絡(luò)（用戶數(shù)量）主要集中在中國、美國、日本、韓國和歐洲。國際上的4G通信標準分為分時長期演進（Time Division-Long Term Evolution，TD-LTE）和頻分雙工長期演進（Frequency Division Duplex-Long Term Evolution，F(xiàn)DD-LTE）兩種，全球大部分運營商采用的網(wǎng)絡(luò)頻譜模式為頻分雙工（Frequency Division Duplex，F(xiàn)DD），但時分雙工（Time Division Duplex，TDD）模式也逐漸被認可[3]。當前，全球大部分國家均對長期演進技術(shù)（Long Term Evolution，LTE）網(wǎng)絡(luò)進行頻譜重整，特別是1 800 MHz和900 MHz頻段。運營商可以在此基礎(chǔ)上充分使用現(xiàn)有頻段而無需考慮具體的技術(shù)，總體上看，1 800 MHz是全球最為普遍使用的頻段，其在商用FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)中的使用率為43%。

2 組網(wǎng)技術(shù)原理

2.1 OTN技術(shù)原理

OTN技術(shù)的來源并沒有想象中那么復(fù)雜，其實就是傳統(tǒng)的SDH/同步光纖網(wǎng)絡(luò)（Synchronous Optical Network，SONET）技術(shù)。其思路主要是通過對映射、復(fù)用、交叉連接、嵌入式開銷、FEC等相關(guān)具體技術(shù)進行分析，采用這些技術(shù)中的優(yōu)點，傳統(tǒng)SDH/SONET技術(shù)具有極強的運營管理能力，后來人們將其應(yīng)用到波分復(fù)用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）系統(tǒng)中，并且把WDM技術(shù)的優(yōu)點容量大和SDH/SONET技術(shù)的優(yōu)點靈活、安全、可靠一并吸收形成OTN技術(shù)。OTN技術(shù)的優(yōu)點有很多，具體分為以下5個方面：

（1）具有透明傳送的能力；

（2）可以支持封裝傳送多種客戶信號；

（3）具備交叉連接的可升級性；

（4）強大安全可靠的帶外前向糾錯（Forward Error Correction，F(xiàn)EC）功能；

（5）串聯(lián)監(jiān)控功能。

和其他技術(shù)一樣，OTN技術(shù)也存在短板，為了避免在OTN技術(shù)里重蹈覆轍、削弱OTN技術(shù)的可靠性，OTN技術(shù)也要對網(wǎng)絡(luò)進行分層。OTN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 OTN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

和其他相關(guān)技術(shù)相同，OTN也對自身功能單元進行了分類。

（1）光通道凈荷單元（Optical Channel Payload Unit，OPU）：用來適配業(yè)務(wù)信號，使其適合在光通道上傳輸。

（2）光通道數(shù)據(jù)單元（Optical Channel Data Unit，ODU）：以O(shè)PU為凈負荷，增加相應(yīng)開銷，提供端到端光通道的性能監(jiān)測。

（3）光通道傳輸單元（Optical Channel Transport Unit，OTU）：以O(shè)DU為凈負荷，增加相應(yīng)開銷，提供FEC功能和對OTU段的性能監(jiān)測。

OTN常見單板有光轉(zhuǎn)發(fā)單板、電交叉類單板、合波/分波單板和光放大單板。電交叉類單板可以分為客戶側(cè)的單板、線路側(cè)的單板和電交叉單板。光放大單板又可以分為光前置放大板、光功率放大板和光線路放大板。正是因為光轉(zhuǎn)發(fā)單板的內(nèi)部擁有激光器，能夠穩(wěn)定的發(fā)出光，這種光滿足波分系統(tǒng)標準的波長，所以光轉(zhuǎn)發(fā)單板能提供線路側(cè)光模塊[4]。并且光轉(zhuǎn)發(fā)單板能把來自客戶側(cè)的信息封裝到與信息類別相匹配的OTN幀里面，然后傳送到線路側(cè)輸出。

2.2 承載網(wǎng)原理

傳送網(wǎng)發(fā)展到今天，概念上和承載網(wǎng)幾乎已經(jīng)沒有差別，在某種意義上傳送網(wǎng)就是承載網(wǎng)。承載網(wǎng)由傳統(tǒng)的傳送網(wǎng)加上IP承載網(wǎng)，一起統(tǒng)稱為“大承載網(wǎng)”，也就是現(xiàn)在說的承載網(wǎng)。其中IP承載網(wǎng)包括路由器、交換機、PTN等設(shè)備，用于進行IP分組的快速路由與交換；而光傳輸網(wǎng)包括SDH、密集型光波復(fù)用（Dense Wavelenght Division Multiplexing，DWDM）、OTN等，用于遠距離、大容量的數(shù)據(jù)傳送?，F(xiàn)在，SDH/多業(yè)務(wù)傳送平臺（Multi-Service Transport Platform，MSTP）、PTN、無線接入網(wǎng)IP化（IP Radio Access Network，IPRAN）和WDM/OTN等傳輸技術(shù)的優(yōu)勢已經(jīng)被人們探知清楚，所以承載網(wǎng)吸收結(jié)合這些技術(shù)，在邏輯上分為了4層，即接入層、匯聚層、核心層和骨干層。

從邏輯上來講，承載網(wǎng)4層里面距離人們最近的是接入層，如果以從上往下的邏輯，它連接的是基站和其他接入設(shè)備。接入層的速率都比較低，大概范圍通常在155 Mb/s～1 Gb/s。在接入層上面的是匯聚層，所以匯聚層的速率普遍比接入層要高，通常在622 Mb/s～10 Gb/s。而核心層的速率通常在1～10 Gb/s。骨干層位于核心層的上面，只能處理跨省級的電話信號傳輸，范圍位于市內(nèi)的電話信號是不需要進入骨干層傳輸處理的，骨干層的速率范圍為10 Gb/s～T b/s。承載網(wǎng)的層次如圖2所示。

圖2 承載網(wǎng)的層次

2.3 PTN技術(shù)

以前老舊的交換機在進行承載相關(guān)業(yè)務(wù)時往往會產(chǎn)生許許多多的問題，其安全可靠性能受到了相當大的質(zhì)疑，有時候還不能快速地完成業(yè)務(wù)承載。在接入業(yè)務(wù)和同步時間時也顯得有心無力，還不能夠?qū)收宵c進行維護修正，這時PTN技術(shù)應(yīng)運而生。PTN技術(shù)的核心就是分組架構(gòu)，吸收了Ethernet技術(shù)和MPLS技術(shù)的優(yōu)點，已經(jīng)成為了下一代分組承載的主要技術(shù)[5]。PTN技術(shù)增加了網(wǎng)絡(luò)管理特色功能，能對網(wǎng)絡(luò)進行控制，演變?yōu)橐环N面向連接的分組傳送技術(shù)。

通過PTN組建的網(wǎng)絡(luò)人們對其進行了分層，一共3層，對PTN的功能平面也進行了分層，同樣一共3層。綜合看來，PTN技術(shù)在某種意義上就是對先前技術(shù)的優(yōu)點進行整合與吸納，但是再完美的技術(shù)也會存在缺陷，要用發(fā)展的眼光看待這些技術(shù)。

2.4 PTN+OTN混合組網(wǎng)技術(shù)

在當前的PTN網(wǎng)絡(luò)中，國內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)運營商經(jīng)常采用大量的SDH網(wǎng)絡(luò)和一部分PTN網(wǎng)絡(luò)，主要包含鏈狀系統(tǒng)和環(huán)形系統(tǒng)等，PTN網(wǎng)絡(luò)和OTN網(wǎng)絡(luò)目前的組合方式主要有相互獨立和承載互通兩種。相互獨立形式是PTN網(wǎng)絡(luò)和OTN網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)類型不同，相互獨立運行，PTN網(wǎng)絡(luò)承載GE以下小顆粒業(yè)務(wù)，OTN承載GE以上大顆粒業(yè)務(wù)；承載互通形式是指在PTN系統(tǒng)的運行速率低于OTN系統(tǒng)時，OTN網(wǎng)絡(luò)也能夠承載PTN網(wǎng)絡(luò)，因此較大幅度地提高了鏈路資源的利用率，并充分發(fā)揮OTN網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度和保護功能，使PTN系統(tǒng)的生存性得到提高。如果OTN網(wǎng)絡(luò)也具有智能控制平面，則應(yīng)將兩方的智能控制平面進行互通，并在模型再運用跨層次的保護回復(fù)功能協(xié)調(diào)機制[6]。

3 網(wǎng)絡(luò)拓撲規(guī)劃

3.1 星型拓撲

星型拓撲的優(yōu)點有：（1）安裝比較方便；（2）控制也比較簡單；（3）好操作。缺點是中心節(jié)點的壓力大，發(fā)生故障時全網(wǎng)都會癱瘓。為了處理這個問題，有些網(wǎng)絡(luò)采用雙星型拓撲，網(wǎng)絡(luò)中配置兩個中心節(jié)點。

3.2 環(huán)形拓撲

環(huán)形拓撲的優(yōu)點有：（1）當信號在環(huán)形拓撲上傳輸時是單方向的，時延相對來講比較一致；（2）環(huán)形拓撲規(guī)劃節(jié)約光纜的成本；（3）環(huán)形拓撲穩(wěn)定安全可靠；（4）環(huán)形拓撲上的各個節(jié)點負載相同。

環(huán)形拓撲的缺點是在運行業(yè)務(wù)時增加環(huán)上的節(jié)點會產(chǎn)生延時或者中斷現(xiàn)象，進而影響信息的傳輸。

4 容量規(guī)劃

各地區(qū)國家的傳送網(wǎng)都可以分為接入層、匯聚層和核心層，再加上省骨干網(wǎng)，每個層次的重要設(shè)備容量參數(shù)也大為不同。每一個層次涉及到相應(yīng)的計算方法也大不相同，重點在于對每一個層次設(shè)備數(shù)量、設(shè)備類型以及每一層次特點優(yōu)勢的把握。國內(nèi)外的城市，其涉及到的參數(shù)無一例外相對較多，所以需要有統(tǒng)一標準的算法。國內(nèi)某城市的承載網(wǎng)參數(shù)規(guī)劃如表1所示。

表1 國內(nèi)某城市的承載網(wǎng)參數(shù)規(guī)劃

5 硬件設(shè)備選型規(guī)劃

依據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實際需求來規(guī)劃每個機房的具體設(shè)備性能和類型，因為拓撲規(guī)劃里已經(jīng)選擇好了設(shè)備類型，在設(shè)備配置時，選擇性能方面相匹配的設(shè)備型號就相對簡單。依據(jù)容量計算得出的結(jié)果從兩個方面去選型，第一方面是設(shè)備本身吞吐量，第二方面是接口帶寬[7]。

傳輸速率在1 Gb/s以上的接口都是高速線卡。接入層的相關(guān)設(shè)備和匯聚層的相關(guān)設(shè)備，接口帶寬能否滿足鏈路帶寬的要求是需要關(guān)注的。核心層的相關(guān)設(shè)備和骨干網(wǎng)的相關(guān)設(shè)備，設(shè)備的整體吞吐量能否承載數(shù)量較多的基站也是需要關(guān)注的，比如通過計算得到核心層設(shè)備的吞吐量為500 Gb/s，就要選擇使用大型的PTN或者大型的路由器。傳送網(wǎng)絡(luò)所有設(shè)備型號及性能如表2所示。

表2 傳送網(wǎng)絡(luò)所有設(shè)備型號及性能

OTN設(shè)備的選擇應(yīng)該考慮兩個方面因素的影響。第一個因素是接口容量大小，這里的接口主要是指客戶側(cè)的；第二個因素是本機房連接其他機房的數(shù)量。例如，如果連接核心層的路由器與骨干網(wǎng)的路由器是用100GE標準的接口，則OTN設(shè)備需要選擇對應(yīng)100GE的設(shè)備。大中型城市的承載中心機房與其他幾個機房是用OTN連接的，所以就要配置3對以上OMU或ODU單板的OTN設(shè)備[8,9]。OTN所有設(shè)備型號及性能如表3所示。

表3 OTN所有設(shè)備型號及性能

6 結(jié) 論

4G傳送網(wǎng)需要不斷優(yōu)化升級，進行技術(shù)方面的革新，不斷利用相關(guān)新型技術(shù)來提高4G傳送網(wǎng)傳輸質(zhì)量，使5G傳輸網(wǎng)絡(luò)能夠更快普及和發(fā)展是時代的需要?？紤]到5G通信系統(tǒng)未來的業(yè)務(wù)需要以及對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的前瞻設(shè)計，光傳送網(wǎng)需要在智能化、巨連接、大容量等方面做出進一步改進，設(shè)計理念和技術(shù)實現(xiàn)上面臨較大挑戰(zhàn)。對此，不僅需要持續(xù)關(guān)注業(yè)務(wù)和需求發(fā)生的變化，切片網(wǎng)絡(luò)帶來的流量流向變化，也同樣應(yīng)該關(guān)注傳送網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳送網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃思路和運營工作方法的變化。目前，5G標準技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，5G會以前所未有的速度發(fā)展，而5G的飛快發(fā)展對新一代移動通信技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用將產(chǎn)生巨大影響，同時對傳送網(wǎng)提出新的要求。對4G傳送網(wǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀和業(yè)務(wù)需求的分析，可為5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和應(yīng)用提供借鑒，在兼顧現(xiàn)有傳送網(wǎng)的同時，聯(lián)合各方力量推動5G傳送網(wǎng)的技術(shù)和產(chǎn)品向著更新、更安全、更經(jīng)濟的方向前進。