5G时代的光接入网演进
发布时间：2019-07-22 12:29:40 热度：4810
作者: 中兴通讯光接入规划总工 陈爱民
5G时代光接入网面临的挑战和机遇
作为整个社会数字化转型的最重要的信息通信基础设施，5G将实现万物互联，把人、机器、环境等更加紧密高效地联系起来并融为一体，便捷、极速、智能、可靠的无处不在的通信连接，将引发全社会生产模式、商业模式、生活方式的创新和演进。
相比4G，5G可以提供更强的业务，细分成三个电信业务场景，一是峰值速率可达10Gbps的增强型移动宽带（eMBB），二是连接数可达每平方公里100万的大连接物联网（mMTC），三是车联网等端到端时延1ms的低时延、高可靠通信（URLLC）。
我们看到5G的带宽提升、时延降低和对物联网的更强支持，对传统的光接入网也产生了巨大的挑战：首先，针对传统互联网业务，移动用户带宽提升至1~10Gbps，延迟降低至1~10ms，基本等同于固网光接入性能，传统光接入的带宽和时延优势在5G面前丧失，同时移动的便利性会加剧更多流量转移到5G无线网络；其次，针对物联网业务，相比光接入网采用物联网网关的方式，5G物联网覆盖范围广、业务发放便利、接口标准化，更易运维和降低成本。
另一方面，5G的发展给光接入网带来新机遇。首先，5G采用AAU和DU分离架构，而且由于高频导入使得5G AAU数量巨大，是4G时代的2倍以上，所以5G前传网络变得十分重要，光纤资源成为部署关键；当前已经建成的高密度覆盖的ODN网络，可以低成本按需便捷接入5G AAU，给WDM-PON等技术提供了广泛的应用前景。其次，5G采用高频信号，穿墙能力弱，而且在无线网络边缘也存在带宽下降和接入质量不稳定的问题，相比之下，光接入固网用户的带宽和服务质量与距离无关，是一个巨大的优势。
运营商可以考虑综合5G无线接入和光接入的优势，形成补充，依靠现网已经建成的庞大ODN光纤资源和稳定的大带宽接入，为用户提供稳定可靠的5G+FTTH双千兆接入。
光接入网演进趋势和技术热点
为了实现5G+FTTH双千兆接入，光接入网需要统一考虑有线和无线融合的演进，具体体现在规划建设、网络架构、技术路径等方面。
从规划建设角度看，在规划光纤网络覆盖和机房建设上，需要考虑当期业务覆盖和未来业务扩展。建立综合业务接入区是一个有效的方法，即根据固网家宽、无线基站、政企业务等各类业务接入需求，结合行政区域和自然区的划分、路网结构和客户分布，划分成各个独立的综合业务接入区，每个综合业务接入区包括一个密集覆盖的ODN网络和一个综合接入机房，综合接入机房统一部署固网OLT、无线BBU/DU、有线传输等设备，实现固移共站。
从网络架构看，综合接入机房是用户接入的POP门户，是实现业务识别和分流到云的重要节点。大容量的综合接入机房减小了机房数量，符合运营商网络简化的要求。通过建立综合接入机房，统一业务模型、机房规格、技术路线和组网方案，未来演进到SDN网络，并导入AI智能运维，将极大简化整个光接入网的建设运维，降低运营商成本。
技术路线上，为了满足用户4K/8K/VR/AR等新业务的极致体验要求，有线升级到10G PON技术，无线增加了5G接入，实现每用户1Gbps以上带宽。通过NFVI基础设施下沉接入机房和MEC技术，满足实时低时延业务需求，开展VR、车联网、远程控制等新业务。
围绕更加有效利用ODN光纤资源这个目标，基于点到多点架构的PON技术呈现出多个热点方向，包括面向5G前传的WDM-PON技术和更大带宽的50G PON技术。
WDM-PON是一个点到多点的技术架构（见图1），采用独立波长为每个用户提供刚性管道，速率最大到25Gbps，满足5G前传的需求。同时，WDM-PON与现有的ODN网络相匹配，节省主干光纤资源，适合密集城区的5G覆盖，是5G前传技术的重要选择之一。当前WDM-PON还存在成本高、工温条件可靠性不高等问题，需要通过产业链推动解决。
下一代PON采用50G PON技术，ITU-T已经在2018年立项。50G PON采用单波长技术，兼容XG（S） PON和GPON，通过低延迟DBA技术，大幅提升上行延迟性能，既能满足家宽业务带宽提升需求，也能用于政企和5G小基站回传等新领域，极大扩展了PON的应用范围，是运营商充分利用已有ODN网络的最佳技术演进路径。
5G时代光接入网建设的思考
5G时代光接入网建设的核心是把综合接入机房建设成为一个智能化的固移融合机房，满足极速、易维、灵活、智能、可靠的技术要求。参见图2，在保留原有电源系统（含备电）、空调散热系统、监控系统和走线通道的情况下，接入机房内部网络划分为四大功能模块。
－连接功能：指接入机房的内部网络，参考数据中心的Spine-Leaf架构，建立大带宽、可扩展、可靠的内部通信系统，满足无线DU/有线OLT/上联传输/接入机房NFVI基础设施之间复杂的业务通信和QoS保证；
－接入网络：指无线DU和有线OLT，分别承担无线和有线的接入处理；
－NFVI基础设施(计算存储功能)：作为边缘数据中心EDC的一个远端模块，其上运行的业务NFV受5G核心网统一编排管理，保证低延迟实时业务快速处理，提高用户体验；
－传输功能：提供网络侧接口，统一承载有线和无线流量；传输设备可以是OTN、IPRAN或SPN。
现实情况下，接入机房数量众多，其硬件条件和环境也存在较大差异，设备一次全部改造的资金投入大、工作量大，在具体实施时，应充分考虑以下三个原则分步实施和逐步演进。
－开放性原则：接入机房网络中的接入功能、连接功能、NFVI基础设施（计算存储功能）和传输功能之间应支持对外开放接口；NFVI基础设备被接入机房中所有功能和用户共享。
－可扩展性原则：接入机房的具体情况差异较大，例如机房面积、供电、散热等硬件条件；接入机房中接入功能、连接功能、NFVI基础设施（计算存储功能）和传输功能应根据实际业务需要进行裁剪，并支持按功能和容量平滑扩展。
－灵活性原则：接入机房网络改造应支持基于现有接入机房架构平滑验证，在保障现有业务正常运行的前提下，按照机房条件灵活选择相关功能部署。
5G时代的光接入网依然有巨大价值。基于无处不在的ODN光纤资源，通过综合业务接入区建设，可实现有线无线接入业务和机房面积的匹配，实现机房和MEC等资源共享，并结合PON技术的不断演进以及SDN&NFV技术的导入，实现综合接入机房的智能化改造，简化业务部署和运维。
中兴通讯基于接入业务的深刻理解，推出了综合接入机房AO重构方案，同时在WDM-PON和50G PON技术上不断创新突破，是PON技术领域的第一梯队。中兴通讯将坚持极速、极简、极致的建网理念，保持与运营商深度合作，全面推进5G+FTTH双千兆的建设目标。
5G时代光接入网面临的挑战和机遇
作为整个社会数字化转型的最重要的信息通信基础设施，5G将实现万物互联，把人、机器、环境等更加紧密高效地联系起来并融为一体，便捷、极速、智能、可靠的无处不在的通信连接，将引发全社会生产模式、商业模式、生活方式的创新和演进。
相比4G，5G可以提供更强的业务，细分成三个电信业务场景，一是峰值速率可达10Gbps的增强型移动宽带（eMBB），二是连接数可达每平方公里100万的大连接物联网（mMTC），三是车联网等端到端时延1ms的低时延、高可靠通信（URLLC）。
我们看到5G的带宽提升、时延降低和对物联网的更强支持，对传统的光接入网也产生了巨大的挑战：首先，针对传统互联网业务，移动用户带宽提升至1~10Gbps，延迟降低至1~10ms，基本等同于固网光接入性能，传统光接入的带宽和时延优势在5G面前丧失，同时移动的便利性会加剧更多流量转移到5G无线网络；其次，针对物联网业务，相比光接入网采用物联网网关的方式，5G物联网覆盖范围广、业务发放便利、接口标准化，更易运维和降低成本。
另一方面，5G的发展给光接入网带来新机遇。首先，5G采用AAU和DU分离架构，而且由于高频导入使得5G AAU数量巨大，是4G时代的2倍以上，所以5G前传网络变得十分重要，光纤资源成为部署关键；当前已经建成的高密度覆盖的ODN网络，可以低成本按需便捷接入5G AAU，给WDM-PON等技术提供了广泛的应用前景。其次，5G采用高频信号，穿墙能力弱，而且在无线网络边缘也存在带宽下降和接入质量不稳定的问题，相比之下，光接入固网用户的带宽和服务质量与距离无关，是一个巨大的优势。
运营商可以考虑综合5G无线接入和光接入的优势，形成补充，依靠现网已经建成的庞大ODN光纤资源和稳定的大带宽接入，为用户提供稳定可靠的5G+FTTH双千兆接入。
光接入网演进趋势和技术热点
为了实现5G+FTTH双千兆接入，光接入网需要统一考虑有线和无线融合的演进，具体体现在规划建设、网络架构、技术路径等方面。
从规划建设角度看，在规划光纤网络覆盖和机房建设上，需要考虑当期业务覆盖和未来业务扩展。建立综合业务接入区是一个有效的方法，即根据固网家宽、无线基站、政企业务等各类业务接入需求，结合行政区域和自然区的划分、路网结构和客户分布，划分成各个独立的综合业务接入区，每个综合业务接入区包括一个密集覆盖的ODN网络和一个综合接入机房，综合接入机房统一部署固网OLT、无线BBU/DU、有线传输等设备，实现固移共站。
从网络架构看，综合接入机房是用户接入的POP门户，是实现业务识别和分流到云的重要节点。大容量的综合接入机房减小了机房数量，符合运营商网络简化的要求。通过建立综合接入机房，统一业务模型、机房规格、技术路线和组网方案，未来演进到SDN网络，并导入AI智能运维，将极大简化整个光接入网的建设运维，降低运营商成本。
技术路线上，为了满足用户4K/8K/VR/AR等新业务的极致体验要求，有线升级到10G PON技术，无线增加了5G接入，实现每用户1Gbps以上带宽。通过NFVI基础设施下沉接入机房和MEC技术，满足实时低时延业务需求，开展VR、车联网、远程控制等新业务。
围绕更加有效利用ODN光纤资源这个目标，基于点到多点架构的PON技术呈现出多个热点方向，包括面向5G前传的WDM-PON技术和更大带宽的50G PON技术。
WDM-PON是一个点到多点的技术架构（见图1），采用独立波长为每个用户提供刚性管道，速率最大到25Gbps，满足5G前传的需求。同时，WDM-PON与现有的ODN网络相匹配，节省主干光纤资源，适合密集城区的5G覆盖，是5G前传技术的重要选择之一。当前WDM-PON还存在成本高、工温条件可靠性不高等问题，需要通过产业链推动解决。
下一代PON采用50G PON技术，ITU-T已经在2018年立项。50G PON采用单波长技术，兼容XG（S） PON和GPON，通过低延迟DBA技术，大幅提升上行延迟性能，既能满足家宽业务带宽提升需求，也能用于政企和5G小基站回传等新领域，极大扩展了PON的应用范围，是运营商充分利用已有ODN网络的最佳技术演进路径。
5G时代光接入网建设的思考
5G时代光接入网建设的核心是把综合接入机房建设成为一个智能化的固移融合机房，满足极速、易维、灵活、智能、可靠的技术要求。参见图2，在保留原有电源系统（含备电）、空调散热系统、监控系统和走线通道的情况下，接入机房内部网络划分为四大功能模块。
－连接功能：指接入机房的内部网络，参考数据中心的Spine-Leaf架构，建立大带宽、可扩展、可靠的内部通信系统，满足无线DU/有线OLT/上联传输/接入机房NFVI基础设施之间复杂的业务通信和QoS保证；
－接入网络：指无线DU和有线OLT，分别承担无线和有线的接入处理；
－NFVI基础设施(计算存储功能)：作为边缘数据中心EDC的一个远端模块，其上运行的业务NFV受5G核心网统一编排管理，保证低延迟实时业务快速处理，提高用户体验；
－传输功能：提供网络侧接口，统一承载有线和无线流量；传输设备可以是OTN、IPRAN或SPN。
现实情况下，接入机房数量众多，其硬件条件和环境也存在较大差异，设备一次全部改造的资金投入大、工作量大，在具体实施时，应充分考虑以下三个原则分步实施和逐步演进。
－开放性原则：接入机房网络中的接入功能、连接功能、NFVI基础设施（计算存储功能）和传输功能之间应支持对外开放接口；NFVI基础设备被接入机房中所有功能和用户共享。
－可扩展性原则：接入机房的具体情况差异较大，例如机房面积、供电、散热等硬件条件；接入机房中接入功能、连接功能、NFVI基础设施（计算存储功能）和传输功能应根据实际业务需要进行裁剪，并支持按功能和容量平滑扩展。
－灵活性原则：接入机房网络改造应支持基于现有接入机房架构平滑验证，在保障现有业务正常运行的前提下，按照机房条件灵活选择相关功能部署。
5G时代的光接入网依然有巨大价值。基于无处不在的ODN光纤资源，通过综合业务接入区建设，可实现有线无线接入业务和机房面积的匹配，实现机房和MEC等资源共享，并结合PON技术的不断演进以及SDN&NFV技术的导入，实现综合接入机房的智能化改造，简化业务部署和运维。
中兴通讯基于接入业务的深刻理解，推出了综合接入机房AO重构方案，同时在WDM-PON和50G PON技术上不断创新突破，是PON技术领域的第一梯队。中兴通讯将坚持极速、极简、极致的建网理念，保持与运营商深度合作，全面推进5G+FTTH双千兆的建设目标。
