5G物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下的SPN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)策略探討

王 磊

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

5G商用在國(guó)內(nèi)蓬勃發(fā)展，極大地促進(jìn)了不同行業(yè)的升級(jí)和產(chǎn)業(yè)變革[1-3]。其中以智能穿戴、智慧工廠為代表的新型mMTC應(yīng)用場(chǎng)景得到了快速發(fā)展，并全面影響和推動(dòng)社會(huì)發(fā)展[4-7]。隨著5G建設(shè)的發(fā)展，現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡(luò)已無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)下旺盛的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求。一些5G場(chǎng)景，如網(wǎng)絡(luò)切片、吞吐量等需求也超出了早期的5G建設(shè)規(guī)劃，這將限制物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的進(jìn)一步發(fā)展[8]。為了更好地順應(yīng)mMTC應(yīng)用場(chǎng)景的發(fā)展，SPN網(wǎng)絡(luò)雖被應(yīng)用，但受運(yùn)營(yíng)商投資回報(bào)需求和現(xiàn)有SPN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模的約束，PTN網(wǎng)絡(luò)和SPN網(wǎng)絡(luò)將長(zhǎng)期共同存在。如何保持運(yùn)營(yíng)商的競(jìng)爭(zhēng)力，提高和完善現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)性能是本文研究的重點(diǎn)。本文圍繞業(yè)務(wù)需求、SPN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等展開(kāi)研究，探索適合今后SPN網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的建設(shè)規(guī)劃。

1 應(yīng)用場(chǎng)景

SPN網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)行5G網(wǎng)絡(luò)的主要承載網(wǎng)，為用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。mMTC應(yīng)用場(chǎng)景主要以節(jié)點(diǎn)多、分布范圍廣及低數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主。如何結(jié)合SPN網(wǎng)絡(luò)滿(mǎn)足面向大帶寬、低延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)切片、靈活連接等需求是當(dāng)前面臨的難題。在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，可動(dòng)態(tài)調(diào)整上述內(nèi)容，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能[8]。

1.1 大帶寬

結(jié)合不同城區(qū)用戶(hù)業(yè)務(wù)需求，合理布置低成本的單路網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和高性能多路網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量。考慮到物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)場(chǎng)景特點(diǎn)，在用戶(hù)業(yè)務(wù)密集區(qū)域采用光纖組網(wǎng)方式提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。同時(shí)可以采用靈活組網(wǎng)方式動(dòng)態(tài)調(diào)整，結(jié)合FEC 和PAM4等技術(shù)提高速率，降低傳輸成本。為滿(mǎn)足低速率、小業(yè)務(wù)需求的地區(qū)需要，可采用FlexE技術(shù)實(shí)現(xiàn)子速率帶寬分配，充分利用帶寬資源靈活、動(dòng)態(tài)地滿(mǎn)足不同業(yè)務(wù)需求。大帶寬配置方案如圖1所示。

圖1 大帶寬配置方案

1.2 低時(shí)延

隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，物與物間通信、物與基站間通信、物與移動(dòng)終端間通信已成為主要的通信業(yè)務(wù)，對(duì)于低時(shí)延提出了極高的要求。基于IP/MPLS的傳統(tǒng)分組網(wǎng)絡(luò)采用逐跳轉(zhuǎn)發(fā)策略將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延過(guò)長(zhǎng)。為滿(mǎn)足新型要求的實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，將低時(shí)延作為重要指標(biāo)。FlexE技術(shù)可有效降低網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延，提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換速率。同時(shí)也需要優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)調(diào)度策略，在保證數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的前提下降低網(wǎng)絡(luò)傳輸成本，進(jìn)而降低傳輸時(shí)延。FlexE架構(gòu)如圖2所示。

圖2 FlexE架構(gòu)

1.3 網(wǎng)絡(luò)切片

結(jié)合PTN網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)很難應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。且HQoS不能滿(mǎn)足當(dāng)前業(yè)務(wù)軟隔離的需求，需做進(jìn)一步改進(jìn)。受限于知識(shí)產(chǎn)權(quán)和工程實(shí)踐等因素，DUK+OCH不支持以太網(wǎng)統(tǒng)計(jì)復(fù)用，將限制其在今后網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。

對(duì)于高層網(wǎng)絡(luò)可以采用FlexE切片方式來(lái)增強(qiáng)以太網(wǎng)功能。SPN網(wǎng)絡(luò)引入網(wǎng)絡(luò)切片，將組網(wǎng)從L2擴(kuò)展到L1，以滿(mǎn)足差異化業(yè)務(wù)需求。對(duì)于高質(zhì)量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)采用端到端透明承載；對(duì)于分組業(yè)務(wù)采用合適的分組調(diào)度實(shí)現(xiàn)帶寬利用；引入碼塊交叉實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的低時(shí)延快速轉(zhuǎn)發(fā)。以上方案可有效提高物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。切片以太網(wǎng)應(yīng)用如圖3所示。

圖3 切片以太網(wǎng)應(yīng)用

1.4 靈活連接

考慮到物聯(lián)網(wǎng)在多種場(chǎng)景下的不同業(yè)務(wù)需求，加之基站間數(shù)據(jù)流量急劇增加，均加重了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的難度[9-10]。為了滿(mǎn)足不同層次、不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景的需求，網(wǎng)絡(luò)高層采用扁平化設(shè)計(jì)，以提升承載網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸能力，降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延；在接入網(wǎng)處部署Full Mesh，可在有效滿(mǎn)足連接數(shù)量需求的同時(shí)保障網(wǎng)絡(luò)邊緣處的業(yè)務(wù)需求。這些措施可以極大地滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)對(duì)于組網(wǎng)靈活性的要求。同時(shí)還需注意的是，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下需要靈活調(diào)整網(wǎng)絡(luò)連接，以降低組網(wǎng)成本。

2 SPN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

SPN網(wǎng)絡(luò)是5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的核心，是今后5G網(wǎng)絡(luò)的演化方向。考慮到當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商在前期投入的成本，現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡(luò)很難在短時(shí)間內(nèi)被SPN網(wǎng)絡(luò)取代。可以預(yù)見(jiàn)的是，PTN網(wǎng)絡(luò)與SPN網(wǎng)絡(luò)共存的情況將長(zhǎng)期存在。因此，合理運(yùn)用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)配置資源，將物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)推向更高水平將是一項(xiàng)非常重要的研究?jī)?nèi)容[4]。

2.1 現(xiàn)網(wǎng)演進(jìn)

在政府的大力扶持下，運(yùn)營(yíng)商已在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。在大中型城市的核心區(qū)域，SPN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模現(xiàn)已超過(guò)先前PTN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模。但在一些城市郊區(qū)和農(nóng)村地區(qū)，資金投入短缺和設(shè)備升級(jí)困難等問(wèn)題嚴(yán)重制約了SPN網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。隨著時(shí)代的發(fā)展，SPN網(wǎng)絡(luò)必然完全取代PTN網(wǎng)絡(luò)，成為5G承載的核心網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)特點(diǎn)，如何合理配置4G/5G業(yè)務(wù)部署將是一個(gè)開(kāi)放問(wèn)題。從運(yùn)營(yíng)商角度出發(fā)，以滿(mǎn)足更多用戶(hù)需求為目標(biāo)，將設(shè)置動(dòng)態(tài)自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。因此，物聯(lián)網(wǎng)高層網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也要結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)策略做進(jìn)一步調(diào)整和改進(jìn)。現(xiàn)網(wǎng)演化模型如圖4所示。

圖4 現(xiàn)網(wǎng)演化模型

2.2 建設(shè)規(guī)劃

考慮5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)，其業(yè)務(wù)場(chǎng)景由現(xiàn)有單一的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)擴(kuò)展至更多的新興業(yè)務(wù)，使得今后的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求變得更加多元且差異明顯，尤其是新技術(shù)的加入可能使其變得更加復(fù)雜。例如5G無(wú)線接入網(wǎng)的扁平化設(shè)計(jì)要求5G核心網(wǎng)趨于分布式部署架構(gòu)，導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)高層網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能改變。5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)應(yīng)考慮今后新業(yè)務(wù)產(chǎn)生和潛在的風(fēng)險(xiǎn)。因此物聯(lián)網(wǎng)在不同建設(shè)期間應(yīng)結(jié)合實(shí)際SPN網(wǎng)絡(luò)需要，分階段、分場(chǎng)景進(jìn)行相應(yīng)建設(shè)現(xiàn)網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃如圖5所示。

圖5 現(xiàn)網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃

3 結(jié) 語(yǔ)

隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系將向多層次、立體化方向發(fā)展。立足現(xiàn)有5G網(wǎng)絡(luò)，本文從SPN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)入手，從應(yīng)用場(chǎng)景、建設(shè)建議等方面展開(kāi)分析，闡述現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)現(xiàn)狀和相應(yīng)的改進(jìn)方法，為今后相關(guān)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供借鑒。