SPN承載網關鍵技術及組網策略研究

朱明亮 顧秀秀

摘? 要：承載網作為一種傳遞各類通信業務的綜合性網絡，其技術方案及組網架構的選擇將直接影響通信網絡的建設速度及業務承載質量。文章在分析5G時代網絡承載特征及具體細節要求的基礎上，重點分析了SPN承載方案的層次架構和技術特點，最終給出了5G背景下SPN承載網的組網架構、設備接口模型及網絡后續演進策略，為電信運營商的5G網絡建設提供了參考和建議。

關鍵詞：SPN;承載網;技術;組網

中圖分類號：TN914? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）06-0074-03

Abstract：As a comprehensive network for all kinds of communication services，the choice of technical scheme and network structure for carrying network will directly affect the construction speed and service carrying quality of communication network. Based on the analysis of network hosting characteristics and detailed requirements in 5G era，this paper focuses on the hierarchical structure and technical characteristics of SPN carrying network，and finally gives the SPN networking architecture，device interface model and subsequent evolution strategies under the background of 5G network，which provides reference suggestions for the construction of 5G network for telecommunication operators.

Keywords：SPN;carrying network;technology;networking strategy

0? 引? 言

5G作為最新一代的移動網絡通信制式，不僅是我國信息技術領域內的突破口和著力點，也是當下及未來一段時間內各大運營商競爭的主戰場。依據國際標準化組織3GPP的定義，5G業務根據其各自特點的不同可以劃分為eMBB（Enhance Mobile Broadband，增強型移動寬帶）、uRLLC（Ultra Reliable & Low Latency Communication，高可靠低時延通信）和mMTC（Massive Machine Type Communication，海量機器類通信）三大典型應用場景[1]，每種應用場景都對網絡性能提出了不同的要求。因此選擇和明確一種適合各類業務場景的承載網技術將對5G網絡的快速建設和有效運行起到至關重要的作用。本文基于對本校通信工程專業選修課程“下一代網絡技術”的研究，對5G背景下SPN承載網的組網架構、設備接口模型及網絡后續演進策略進行了分析。

1? 5G網絡承載特征及要求

5G業務需要配套的網絡來傳輸和承載，面對5G在業務規模、業務屬性及業務特點方面的變化，5G時代的網絡承載需具備以下6個特征才能有效應對5G網絡發展帶來的各類挑戰。

（1）大帶寬：5G時代單站能力將提升10～100倍，同時基站密度增大，廣覆蓋低頻站密度是4G基站的1.0～

1.5倍密度，UDN（Ultra Dense Networks，超密集組網）基站密度將提升10～20倍。因此面向5G的承載網設備用戶側帶寬需達到10 GE或25 GE，網絡側需達到50 GE以上;

（2）靈活連接：5G時代面臨4G和5G混合組網帶來的雙連接，網絡流量模型較為復雜，核心網和基站云化帶來的泛在靈活連接要求進一步提高，核心網下沉、MEC（Mobile Edge Computing，移動邊緣計算）下沉、物聯網網關下沉均等需要借助靈活連接來實現，此外城域網L3功能也需下沉到匯聚層以應對流量靈活調度;

（3）網絡分片：針對連續廣覆蓋、熱點高容量、低時延高可靠、低功耗大連接等各專業場景，承載網需在時延保證、路徑選擇、帶寬保證等方面進行嚴格區分和精細控制，支持軟硬管道隔離的網絡分片管理，滿足一網多用，同時支持用戶面、控制面、管理面的切片管理，便于集中分配資源;

（4）低時延：不同業務存在差異化的時延要求，uRLLC業務對承載網絡時延等提出苛刻要求。在光纖（10 km）引入時延50 μs的前提下，要滿足uRLLC場景需求，每臺設備的時延要控制到10 μs量級，現有承載技術需優化提升;

（5）時間同步：相較于4G時代±1.5 μs的時間同步要求，5G傳輸同步精度進一步提升，達到±200 ns，設備時間精度要達到±5 ns;

（6）運維管控：傳統網絡采用分層管理、分段建設，資源使用率低，網絡擴容周期長、成本高，業務端到端體驗差。5G承載網的應用場景多樣，連接方向和數量大規模增加，因此需做好業務的按需連接和調度，依流量進行動態調整。

2? SPN關鍵技術

面對5G網絡承載的變化和要求，SPN（Slicing Packet Network，切片分組網）作為一種全新的傳輸網技術體制，通過在物理層、鏈路層和轉發控制層的一系列技術創新，保證了其在帶寬、連接、分片、時延、同步以及智能調度等方面的性能要求，滿足了5G網絡的承載需要[2]。

2.1? SPN層次架構

SPN在繼承PTN（Packet Transport Network，分組傳送網）功能特性的基礎上進行了一定的增強和創新[3]，其層次架構采用ITU-T分層網絡模型，主要包含5個部分，支持對IP、以太網等各類電信業務的綜合承載，具體劃分如圖1所示。

（1）切片傳送層STL（Slicing Transport Layer）：采用高性價比25 GE、50 GE、100 GE、200 GE、400 GE等大帶寬以太網接口，支持彩光DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing，密集型光波復用），可實現切片物理層的編解碼和高效的大帶寬傳送能力;

（2）切片通道層SCL（Slicing Channel Layer）：為業務切片提供端到端通道化組網，支持低時延轉發、網絡切片硬隔離等功能，可實現端到端的切片通道層性能檢測和故障恢復能力;

（3）切片分組層SPL（Slicing Packet Layer）：對業務進行識別、分流和QoS（Quality of Service，服務質量）保障處理，支持靈活連接，實現對IP、以太、CBR等業務的尋址轉發和承載管道封裝，滿足L2/L3VPN（Virtual Private Network，虛擬專用網絡）等多種業務的分組交換和轉發能力;

（4）時鐘同步模塊：為網絡提供高精度時間同步能力，降低單節點的時間或者頻率誤差;

（5）統一管控模塊：通過標準化的組網模型和網絡接口，實現SPN承載網的統一管理和調度功能。

3.2? SPN技術特點

SPN在全面保持PTN既有優勢的基礎上，采用面向SDN的架構設計，支持大帶寬、靈活連接、網絡分片、低時延、高精度時間同步等新功能，滿足5G網絡未來發展要求。

（1）高效大帶寬承載：基于高效以太網，采用FlexE（Flexible Ethernet，靈活以太網）+DWDM等新光層技術，不但可以提供單纖大帶寬承載能力，同時還可以靈活增加使用帶寬，實現帶寬的擴展和分割，滿足了低成本、大帶寬的承載要求;

（2）路由化靈活連接：基于SR（Segment Routing，分段路由）技術，為網絡提供快速交互能力，內部轉發節點無需感知業務狀態，只維護拓撲信息，網絡擴展性強。同時引入雙向隧道功能和端到端保護功能，SR-TP提供面向連接的業務承載，SR-BE提供面向無連接的業務承載，支持各類隧道的靈活連接;

（3）多樣性網絡分片：采用FlexE及物理層交叉技術實現分片管理，通過時隙交叉實現業務硬隔離，擴展支持信道層OAM（Operation Administration and Maintenance，操作維護管理）和信道層保護倒換，網絡可靠性高，同時支持VPN+QoS的業務軟隔離，確保網絡靈活高效分片;

（4）多手段降低時延：通過L3、MEC下沉來優化網絡架構，同時采用802.1 TSN（Time Sensitive Network，時間敏感網絡）+低時延技術和信道化隔離等措施，有效控制網絡時延，其中802.1 TSN中定義了低時延、時間同步和流服務的相關標準規范，其低時延解決方案有利于5G報文轉發中時延的降低;

（5）超高精度時間同步：從超高精度時間基準源和超高精度時間傳送技術兩個方面入手，提升SPN網絡的時間同步，采用增強的時間戳提取技術，實現超高精度時間同步;

（6）SDN統一管控：基于標準的南向、北向接口，統一管理多域，集中化智能調度，可實現隧道自動計算、L3路由集中計算和擴散，確保承載網與核心網之間端到端的業務編排和協同。

3? SPN組網策略

作為基于分組化傳輸方案的演進，采用SPN進行組網可實現與現有4G PTN網絡的共同運營，其本身具備的各類技術特點也有助于5G承載網的先期投入及后續的演進升級。

3.1? SPN組網架構

新建的SPN組網架構可采用核心層+匯聚層+接入層的方式，通過部署SR、FlexE、DWDM等技術，滿足5G承載的關鍵需求，并通過SDN實現統一管控，具體組網架構模型如圖2所示。

其中核心層網絡側可采用200 GE/400 GE組網，匯聚層網絡側可采用50 GE/100 GE/200 GE組網，接入層網絡側可采用50 GE/100 GE組網，以滿足5G業務的超大帶寬需求。具體設備要求參考表1。

3.2? SPN演進策略

面向5G的SPN承載平面在建網初期可與現網已有的PTN、OTN（Optical Transport Network，光傳送網）等網絡共存，未來應逐步綜合承載基站業務、專線業務和家寬業務等各類電信業務，整體向一張網綜合承載演進：

（1）SPN建網初期：通過SPN平面承載5G基站業務，PTN+OTN承載原有4G、家寬、集團專線等其他業務，形成新老網絡共存的過渡期。此階段應控制原有PTN+OTN網絡擴容節奏，已有電信業務逐步向SPN平面遷移;

（2）SPN成熟商用期：無線基站業務、專線業務、家寬業務等全部在新平面網絡上承載，實現軟硬件解耦，全面支持網絡分片，骨干網向扁平化、大帶寬方向發展，城域網向一張網綜合承載演進，形成一張網絡架構。

4? 結? 論

5G作為通信技術的最新延伸，將在全社會信息化轉型升級的進程中發揮著不可替代的重要作用。面對國內外5G建設的時代浪潮，選擇SPN作為承載網的技術方案進行5G承載網組網，可有效滿足各類型5G業務場景的承載需求，并可在未來平滑演進升級至一張網綜合承載各類通信業務，有效助力電信運營商5G時代的網絡發展。

參考文獻：

[1] 胡慶旦.基于C-RAN架構的光傳送網建設思路探討 [J].電信技術，2019（S1）：144-147.

[2] 張奇，嚴鈞，許闈幃，等.4G/5G混合場景下SPN組網關鍵問題探討 [J].電信工程技術與標準化，2019，32（6）：10-13.

[3] 程偉強，王敏學，袁程磊.切片分組網關鍵技術研究 [J].信息通信技術與政策，2018（9）：22-25.

作者簡介：朱明亮（1989.10-），男，漢族，江蘇宿遷人，助教，碩士，研究方向：通信網絡傳輸組網及5G承載網研究。