基于4G/5G混合場景的SPN組網(wǎng)探析

杜清軍，文先剛

（中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

5G概念逐漸被大眾所熟悉，人們對其關(guān)注度不斷提高。現(xiàn)在隨著5G技術(shù)切實得到應(yīng)用，其相關(guān)產(chǎn)業(yè)也正加速開展，并逐步開始形成成熟的產(chǎn)業(yè)鏈。基站建設(shè)、數(shù)據(jù)輸送以及組網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟。作為全球推廣5G技術(shù)的引領(lǐng)者，我國開始逐步推出了5G終端設(shè)備，并開始在部分城市進行5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，同時出現(xiàn)了基于5G網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品。5G技術(shù)對于人們的日常生活和企業(yè)的運行不僅僅是一種概念上的改變，更是對原有網(wǎng)絡(luò)方式本質(zhì)上的變革。本文通過分析設(shè)計建設(shè)過程中基于4G/5G混合場景的SPN組網(wǎng)過程，對具體問題提出了解決方案。

1 SPN關(guān)鍵技術(shù)

作為一種全新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，5G相比4G帶寬進一步擴大，具有非常低的時延及海量通信等特性，但需要承載網(wǎng)才能夠?qū)崿F(xiàn)傳輸帶寬、傳輸時延、網(wǎng)絡(luò)安全以及網(wǎng)絡(luò)切片等各種需要，在此前提下SPN技術(shù)應(yīng)用而生。SPN技術(shù)的形成基于PTN技術(shù)但對其進行了改良。

5G具有眾多特殊要求，而PTN技術(shù)只能對其中極個別的幾個要求提供支持，不能從根本上滿足5G技術(shù)的運行。5G應(yīng)用的3大場景中分別針對不同的特性具有不同的需求。在帶寬方面，eMBB場景主要是以大帶寬為主要特性，并以可提供所需帶寬要求為主要特點。在mMTC場景下，覆蓋密度超大、運行成本低以及功率消耗低等特點成為其支撐物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主要性能，這是原有網(wǎng)絡(luò)無法真正滿足的場景。在uRLLC場景下，極低的時延特性是保證信息傳遞過程安全、可靠以及穩(wěn)定的重要保證。

3個場景和9個維度的應(yīng)用對原有網(wǎng)絡(luò)來說是技術(shù)上無法實現(xiàn)的，因此通過利用5G技術(shù)并結(jié)合SPN端到端手段進行組網(wǎng)，結(jié)合SR-TP技術(shù)來滿足應(yīng)用中的極高可靠性要求，利用Flex-E切片技術(shù)保障數(shù)字化多場景應(yīng)用及數(shù)據(jù)的安全傳輸，利用SDN技術(shù)提高組網(wǎng)的靈活性及運營效率。此外，可以利用傳輸速率非常高的光器件使網(wǎng)絡(luò)組建的成本最低化。

根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)情況來看，針對5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)過程，需要按照一定的先后順序建設(shè)5G三大應(yīng)用場景，具體的實現(xiàn)需要按照相應(yīng)的原則進行。短期建設(shè)原則主要以5G基站所需要的大寬帶建設(shè)為主，并且過程中增強SDN調(diào)度的靈活性，從而使得基站建設(shè)能夠滿足信息傳輸?shù)淖詣诱{(diào)度和監(jiān)測等需求。中長期建設(shè)原則主要是以網(wǎng)絡(luò)的超低時延建設(shè)為主，并且需要根據(jù)不同的應(yīng)用需求進行網(wǎng)絡(luò)功能的切片處理。

2 4G/5G混合場景需求

2.1 滿足SA/NSA標(biāo)準(zhǔn)要求

根據(jù)相關(guān)組織制定的NSA標(biāo)準(zhǔn)及SA標(biāo)準(zhǔn)，我國的移動公司主要采用了NSA Option3X和SA Option2標(biāo)準(zhǔn)[1]。在NSA標(biāo)準(zhǔn)方面，通過利用原有4G基站形成全新的5G信號錨點作為媒體面承載點，而對于SA標(biāo)準(zhǔn)，UE始終利用5G作為信息的承載者，并最終進行標(biāo)準(zhǔn)化運用到5GC過程中。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖1所示，NSA標(biāo)準(zhǔn)下的基本架構(gòu)需要UE終端設(shè)備始終利用SPN發(fā)送承載流量，相比而言，基于SA標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加清晰，結(jié)構(gòu)更加簡單，可以快速完成5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，從而避免與其他通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)干涉，造成彼此影響。在NSA標(biāo)準(zhǔn)下進行的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，UE終端需要與原有的網(wǎng)絡(luò)兼容，同時需要滿足5G終端網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度，并最終滿足EPT+需求[2]。此外進行網(wǎng)絡(luò)傳輸所需要的帶寬及接口信號等相關(guān)特性需要根據(jù)設(shè)備的要求進行確定，SPN落地設(shè)備需要同時滿足NSA和SA兩種標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

圖1 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖示例

2.2 滿足4G/5G混合場景需求

在4G/5G網(wǎng)絡(luò)共同存在的狀況下，需要保證網(wǎng)絡(luò)的互通。現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實現(xiàn)了全覆蓋，而5G網(wǎng)絡(luò)由于正處于建設(shè)的初期階段，因此覆蓋面不廣并且呈現(xiàn)出區(qū)域獨立性的特點，但隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的不斷深入，將會很快達到較大覆蓋[3]。

在進行5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的過程中，對于4G網(wǎng)絡(luò)和5G網(wǎng)絡(luò)同時存在的區(qū)域，用戶設(shè)備存在網(wǎng)絡(luò)切換的可能。為了保證用戶網(wǎng)絡(luò)的連貫暢通，可以通過如下方案進行設(shè)定。當(dāng)用戶所處網(wǎng)絡(luò)為5G網(wǎng)絡(luò)時，NSA網(wǎng)絡(luò)始終鎖定為EPC+，SA網(wǎng)絡(luò)始終鎖定為5GC，當(dāng)用戶設(shè)備處于4G網(wǎng)絡(luò)但是設(shè)備支持5G時，網(wǎng)絡(luò)將設(shè)備作為4G設(shè)備處理[4]。

用戶設(shè)備在4G/5G混合場景進行網(wǎng)絡(luò)切換的闡述如下。當(dāng)用戶5G設(shè)備運行之后，對于5G網(wǎng)絡(luò)始終鎖定在5GC，當(dāng)用戶5G設(shè)備處于4G網(wǎng)絡(luò)的時候，信令和媒體需利用PTN來調(diào)度，并且需要進行橫向5GC網(wǎng)絡(luò)連接。

3 SPN的建設(shè)策略

SPN技術(shù)是為實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的，已實現(xiàn)了5G技術(shù)的全面需要。該技術(shù)的出現(xiàn)并不是完全重新開發(fā)的新技術(shù)，而是在原有PTN技術(shù)下進行拓展，因此具有PTN技術(shù)的基本特征，滿足現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)的共同運行。SPN組網(wǎng)架構(gòu)示例如圖2所示。

圖2 SPN組網(wǎng)架構(gòu)示例圖

3.1 場景一

在進行5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)初期，由于用戶較少，因此建設(shè)的基站數(shù)量相對較少，同時開展的業(yè)務(wù)量同樣較少，只是在用戶較多的集中地區(qū)進行基站建設(shè)。在這個階段進行SPN的建設(shè)主要遵循如下策略。首先利用原有的PTN網(wǎng)絡(luò)制定數(shù)據(jù)傳輸方案，主要解決的技術(shù)問題在于用戶原有的PTN設(shè)備無法支持SPN技術(shù)，因此需要進行相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的升級改造，通過這種方式可以實現(xiàn)局部5G業(yè)務(wù)的開展。其次一些地方開展了新版的PTN設(shè)備開發(fā)，通過升級PTN技術(shù)，可以使設(shè)備滿足SPN技術(shù)需要。在這種設(shè)備中主要滿足兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)用，一種是通過新型設(shè)備替代原有設(shè)備，并通過原有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使用4G網(wǎng)絡(luò)，另一種是通過新升級的PTN設(shè)備，單獨進行傳輸平面的搭建。由于傳輸平面建設(shè)周期問題，導(dǎo)致在新升級的PTN技術(shù)網(wǎng)絡(luò)中僅存在小部分支持新網(wǎng)絡(luò)，而大部分只支持舊網(wǎng)絡(luò)[5]。最后采用和4G網(wǎng)絡(luò)相同的方案進行5G網(wǎng)絡(luò)部署，在中后期利用設(shè)備的升級向SPN技術(shù)逐步過渡。對于此類網(wǎng)絡(luò)，在后期需要將4G站點中的PTN網(wǎng)絡(luò)向SPN網(wǎng)絡(luò)遷移[6]。

3.2 場景二

在進行5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的初期，基站等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)已經(jīng)形成規(guī)模化，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中基站的部署也逐步規(guī)模化。在這種規(guī)劃場景下，需直接以SPN方式進行5G基站的建設(shè)，建設(shè)過程中主要遵循以下策略。

首先具體規(guī)劃邊緣云，通常可以將其部署在區(qū)縣中心機房，通過L3層SPN網(wǎng)絡(luò)進行核心機樓的建設(shè)[7]。在進行SPN平面建設(shè)過程中，可以與原有的PTN平面互通。其次，新規(guī)劃5G網(wǎng)絡(luò)熱點需要對其位置進行特別規(guī)劃，并利用配備SPN設(shè)備的機房來實現(xiàn)與基站之間的聯(lián)接。建設(shè)過程中需要根據(jù)建設(shè)情況進行區(qū)域內(nèi)的SPN網(wǎng)絡(luò)完善[8]。最后在已經(jīng)覆蓋5G網(wǎng)絡(luò)的地區(qū)進行網(wǎng)絡(luò)遷移工作，將原有的PTN技術(shù)網(wǎng)絡(luò)遷移到基于SPN技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)4G/5G混合場景下的SPN組網(wǎng)。這種方案主要是針對于5G建設(shè)的初期階段，LTE和5G NR可以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)需求[9]。由于在改造過程中需要將原有的LTE網(wǎng)絡(luò)升級成eLTE才能順利接入5GC模式，因此LTE改造過程中會涉及到大量升級，但是與核心網(wǎng)互操作方案相比較，LTE-NR核心網(wǎng)內(nèi)切換性能更好。

4 符合無線建設(shè)規(guī)則

根據(jù)現(xiàn)在5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用及需求情況，最終能夠滿足當(dāng)前用戶需要的站點數(shù)量將是4G網(wǎng)絡(luò)站點數(shù)量的1.1～1.3倍。根據(jù)現(xiàn)有5G基站的應(yīng)用需求，需要符合雙模接入功能，同時滿足5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)端口及4G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。在進行同站點建設(shè)的過程中，為了保證網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量，需要在5G設(shè)備接入SPN端口，4G設(shè)備接入PTN端口，從接入層進行分層管理。此外，SPN設(shè)備需要同時滿足4G及5G業(yè)務(wù)開展，統(tǒng)一進行SPN設(shè)備的調(diào)配[10]。

5 結(jié) 論

本文主要在4G/5G混合場景下分析SPN組網(wǎng)的關(guān)鍵問題，重點分析了在組網(wǎng)過程中的主要原則及關(guān)鍵措施。在進行SPN組網(wǎng)過程中需要根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計，使其符合現(xiàn)有4G及5G終端的使用需求。深度剖析4G/5G混合場景，闡述其中組網(wǎng)過程的具體情況，并結(jié)合具體問題的解決方案進行組網(wǎng)過程可行性分析。通過本文研究，希望對今后5G建設(shè)提供參考，促進我國5G網(wǎng)絡(luò)全面發(fā)展。