SPN技術(shù)及其在5G回傳網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

馬立偉，席亞莉

（1.中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司陜西分公司，陜西 西安 710065；2.蘭州財(cái)經(jīng)大學(xué)長青學(xué)院，甘肅 蘭州 730000）

1 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)變化對傳送網(wǎng)的挑戰(zhàn)

5G時(shí)代，隨著核心網(wǎng)云化、UPF下沉以及5G RAN架構(gòu)的重構(gòu)，終端到核心網(wǎng)的流向不再是4G時(shí)代的固定流向，而是會(huì)根據(jù)核心網(wǎng)各功能單元部署位置的不同靈活改變，這給傳送網(wǎng)在組網(wǎng)和業(yè)務(wù)調(diào)度方面帶來了巨大挑戰(zhàn)。

傳送網(wǎng)將根據(jù)不同場景應(yīng)用需求進(jìn)行技術(shù)的選擇和組網(wǎng)的調(diào)整與重構(gòu)，以滿足5G網(wǎng)絡(luò)承載需求。傳送網(wǎng)由4G時(shí)代的南北向“匯聚型”架構(gòu)向以DC為中心的東西向“云化”架構(gòu)演進(jìn)。4G到5G傳送網(wǎng)架構(gòu)變化如圖1所示。

圖1 4G到5G傳送網(wǎng)架構(gòu)變化示意圖

2 SPN概念及主要技術(shù)

切片分組網(wǎng)（Slicing Packet Network，SPN）是中國移動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的一項(xiàng)全新的傳輸網(wǎng)技術(shù)體制，采用多項(xiàng)創(chuàng)新型關(guān)鍵技術(shù)，既能保證業(yè)務(wù)高效承載，又能保證業(yè)務(wù)質(zhì)量和安全，同時(shí)后向兼容現(xiàn)有的PTN網(wǎng)絡(luò)，是滿足5G承載的優(yōu)選技術(shù)。

2.1 SPN技術(shù)架構(gòu)

SPN繼承了PTN傳輸方案的功能特性，并進(jìn)行了增強(qiáng)和創(chuàng)新。SPN總體技術(shù)架構(gòu)可分為切片分組層、切片通道層以及切片傳送層。

2.2 SPN主要技術(shù)

SPN通過引入一些創(chuàng)新的關(guān)鍵技術(shù)，解決了5G承載的幾大挑戰(zhàn)需求。

2.2.1 大帶寬

SPN基于以太網(wǎng)采用新型的光層技術(shù)，構(gòu)筑低成本且具有大帶寬組網(wǎng)能力。接入層采用高速的灰光接口技術(shù)，核心層和匯聚層引入彩光方案采用以太網(wǎng)+DWDM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)10T級(jí)別容量及數(shù)百公里的組網(wǎng)能力。

2.2.2 低時(shí)延

SPN引入了低時(shí)延轉(zhuǎn)發(fā)新技術(shù)（Time Sensitive Network，TSN），可確保5G時(shí)延敏感性業(yè)務(wù)的低時(shí)延轉(zhuǎn)發(fā)。同時(shí)，采用FLexE帶寬隔離技術(shù)，基于時(shí)隙在物理層進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理。設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延最低可達(dá)到百納秒級(jí)，大幅降低了設(shè)備處理時(shí)延。

2.2.3 靈活連接

SPN在切片分組層引入了SR技術(shù)，并在SR的基礎(chǔ)上創(chuàng)新擴(kuò)展提出了SR-TP（Segment Routing Transport Profile）技術(shù)。SPN能夠提供“面向連接”（由SR-TP實(shí)現(xiàn)）和“面向無連接”（由SR-BE實(shí)現(xiàn)）的管道，支持基站間以及基站與核心網(wǎng)之間接口的靈活連接[1-2]。同時(shí)，SR技術(shù)與SDN集中控制器無縫銜接，可協(xié)同滿足5G云化網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)連接的要求。

2.2.4 網(wǎng)絡(luò)切片

SPN通過引入FLexE接口技術(shù)和創(chuàng)新增強(qiáng)的SE交叉技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)靈活高效的網(wǎng)絡(luò)切片功能。

2.2.5 智能化管控

SPN技術(shù)基于SDN實(shí)現(xiàn)智能化管控。SDN是5G傳送網(wǎng)的基礎(chǔ)架構(gòu)，通過轉(zhuǎn)發(fā)面和控制面分離及南北向接口標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力開放、傳輸與無線協(xié)同以及集中化智能調(diào)度，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)場景按需適配，滿足業(yè)務(wù)差異化需求。

3 SPN在5G回傳網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究

5G傳送網(wǎng)在邏輯上重構(gòu)為前傳、中傳以及回傳3個(gè)部分。其中，AAU-DU之間定義為前傳，DU-CU之間定義為中傳，CU-CN之間定義為回傳。因中傳和回傳對傳送網(wǎng)在性能和功能方面的需求類似，因此本文將中傳和回傳統(tǒng)一融合為回傳網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究。

3.1 回傳網(wǎng)絡(luò)帶寬配置

假設(shè)1個(gè)核心環(huán)下掛6個(gè)匯聚環(huán)，1個(gè)匯聚環(huán)下掛4個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)，每個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)下掛3個(gè)接入環(huán)。經(jīng)測算，各種接入場景各網(wǎng)絡(luò)層級(jí)帶寬需求如表1所示。

表1 各種接入場景分層帶寬需求

4G基站單站均值20 Mb/s、峰值440 Mb/s，接入、匯聚、核心收斂比為4:3:2。5G基站（2.6 GHz、100 MHz帶寬、64TRX）單站均值3 Gb/s、峰值7 Gb/s，平均負(fù)載率20%，將接入、匯聚、核心收斂比8:2:1作為帶寬測算依據(jù)。

通過測算以上假定條件，為了滿足SPN回傳網(wǎng)絡(luò)4G、5G、集客及新業(yè)務(wù)綜合承載，接入層、匯聚層和核心層的網(wǎng)絡(luò)帶寬可參考如下策略進(jìn)行配置。接入層的網(wǎng)絡(luò)帶寬根據(jù)組網(wǎng)模型和環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)等實(shí)際情況，可配置為10GE、50GE或100GE。匯聚層的網(wǎng)絡(luò)帶寬可配置為100GE或N×100GE。5G建設(shè)初期流量較低，可先按100GE速率組網(wǎng)，后期根據(jù)流量增長進(jìn)行100GE疊加。核心層的網(wǎng)絡(luò)帶寬可配置N×100GE或N×200GE接口，而實(shí)際網(wǎng)絡(luò)帶寬與核心網(wǎng)U面、MEC部署位置、組網(wǎng)方式以及業(yè)務(wù)應(yīng)用的相關(guān)性關(guān)系密切。

3.2 回傳網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案

回傳網(wǎng)絡(luò)遵循“架構(gòu)穩(wěn)定、靈活擴(kuò)展、安全可靠、智能動(dòng)態(tài)”的原則。結(jié)合5G基站部署節(jié)奏及應(yīng)用需求，統(tǒng)籌考慮采用PTN升級(jí)SPN方案或新建SPN方案開展網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，既挖潛增效又面向未來。

3.2.1 PTN升級(jí)方案

對現(xiàn)有PTN可競爭性升級(jí)擴(kuò)容及現(xiàn)有匯聚層PTN能力富余較大的場景，可將PTN升級(jí)為SPN的方案。升級(jí)后的網(wǎng)絡(luò)具備SPN系統(tǒng)完整功能特性，能與新建SPN區(qū)域直接融合組網(wǎng)。

3.2.2 新建SPN方案

結(jié)合現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)、機(jī)房部署以及管線資源，新建一張端到端的SPN網(wǎng)絡(luò)承載5G業(yè)務(wù)。L3下沉到邊緣，IGP分域節(jié)點(diǎn)可設(shè)置在重要匯聚機(jī)房或普通匯聚機(jī)房。新平面采用具備FLexE、SR、SDN以及IPv6等SPN功能特性的設(shè)備組網(wǎng)，以滿足5G大規(guī)模連續(xù)覆蓋和集客等各類業(yè)務(wù)綜合承載需求。

核心層（重要匯聚機(jī)房到核心機(jī)樓之間）設(shè)備成對采用口字型組網(wǎng)，匯聚層（普通匯聚機(jī)房到重要匯聚機(jī)房）設(shè)備采用環(huán)型組網(wǎng)，接入層采用雙歸接入?yún)R聚節(jié)點(diǎn)的方式組網(wǎng)，組網(wǎng)方式可選純C-RAN組網(wǎng)、純D-RAN組網(wǎng)以及C-RAN與D-RAN混合組網(wǎng)。

3.3 單個(gè)城域網(wǎng)多廠家SPN設(shè)備組網(wǎng)方案研究

實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，在單個(gè)城域網(wǎng)內(nèi)可能存在使用多廠家SPN設(shè)備組網(wǎng)的情況。假設(shè)某個(gè)城域網(wǎng)采用兩個(gè)廠家SPN設(shè)備組網(wǎng)，下文將分析兩種場景下的組網(wǎng)方案。

3.3.1 模式一

采用A廠家為主、B廠家為輔的方式組網(wǎng)。該方案采用A廠家的SPN設(shè)備對接核心網(wǎng)，B廠家的設(shè)備在核心落地或重要匯聚節(jié)點(diǎn)以UNI接口與A廠家設(shè)備對接，所有基站的流量均通過A廠家的核心落地設(shè)備接入核心網(wǎng)。該模式的優(yōu)勢是建網(wǎng)成本低，劣勢是業(yè)務(wù)配置和故障定位復(fù)雜且困難，不宜維護(hù)。

3.3.2 模式二

采用A、B兩廠家端到端分區(qū)域方式組網(wǎng)。這種場景中，從基站接入到核心落地，A、B兩廠家均新建端到端SPN網(wǎng)絡(luò)。A、B兩廠家SPN設(shè)備從接入層到核心層組網(wǎng)完全分開，分別與核心網(wǎng)的不同光口對接。該方案的優(yōu)勢是業(yè)務(wù)端到端承載，業(yè)務(wù)配置和故障定位在同一網(wǎng)管上操作，宜維護(hù)；劣勢是面向跨區(qū)域集客業(yè)務(wù)及未來垂直行業(yè)低時(shí)延業(yè)務(wù)，會(huì)增加繞轉(zhuǎn)時(shí)延，影響業(yè)務(wù)承載效果。

單個(gè)城域網(wǎng)多廠家新建SPN組網(wǎng)方案如圖2所示。

單個(gè)城域網(wǎng)引入多廠家和同廠家組網(wǎng)方案優(yōu)劣勢分析如表2所示。

圖2 單個(gè)城域網(wǎng)多廠家新建SPN組網(wǎng)方案

表2 單個(gè)城域網(wǎng)引入多廠家和同廠家組網(wǎng)方案優(yōu)劣勢分析

綜合分析，單個(gè)城域網(wǎng)采用同一廠家SPN設(shè)備組網(wǎng)方案時(shí)，運(yùn)維效率更高，有利于未來5G及各種新業(yè)務(wù)的高質(zhì)量綜合承載。

3.4 SPN回傳網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)策略

根據(jù)5G無線核心網(wǎng)的建設(shè)節(jié)奏，5G傳送網(wǎng)可分區(qū)域、分階段制定針對性的建網(wǎng)策略。

3.4.1 城 區(qū)

綜合考慮5G業(yè)務(wù)和集客業(yè)務(wù)發(fā)展，結(jié)合2B和2C UPF的部署思路、5G基站建設(shè)節(jié)奏以及未來集客業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)切片等需求，遵循設(shè)備能力面向長遠(yuǎn)、系統(tǒng)帶寬立足當(dāng)前的策略開展網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。5G應(yīng)用初期，適度超前完成主城區(qū)SPN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。5G應(yīng)用成熟期，完成所有地級(jí)市城區(qū)及縣城SPN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。對于有切片需求的5G業(yè)務(wù)，應(yīng)結(jié)合核心網(wǎng)MEC部署方案，分層次提供傳送網(wǎng)切片網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

3.4.2 非城區(qū)

5G應(yīng)用初期，可暫緩SPN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。5G應(yīng)用成熟期，結(jié)合5G業(yè)務(wù)發(fā)展，可對有網(wǎng)絡(luò)切片應(yīng)用需求的區(qū)域開展SPN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，對僅滿足eMBB大帶寬業(yè)務(wù)區(qū)域挖潛現(xiàn)有的PTN網(wǎng)絡(luò)資源承載。

4 結(jié) 論

5G新業(yè)務(wù)應(yīng)用給傳送網(wǎng)帶來了巨大挑戰(zhàn)和機(jī)遇。傳送網(wǎng)既要關(guān)注業(yè)務(wù)演進(jìn)的需求變化，又要積極跟蹤業(yè)界動(dòng)態(tài)，并創(chuàng)新設(shè)計(jì)傳輸新技術(shù)，持續(xù)推動(dòng)新技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的應(yīng)用。通過分析5G承載需求和研究SPN技術(shù)在5G傳送網(wǎng)組網(wǎng)中的應(yīng)用，希望對今后的傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)有所借鑒。