SPN承載網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及組網(wǎng)策略研究

朱明亮 顧秀秀

摘? 要：承載網(wǎng)作為一種傳遞各類(lèi)通信業(yè)務(wù)的綜合性網(wǎng)絡(luò)，其技術(shù)方案及組網(wǎng)架構(gòu)的選擇將直接影響通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)速度及業(yè)務(wù)承載質(zhì)量。文章在分析5G時(shí)代網(wǎng)絡(luò)承載特征及具體細(xì)節(jié)要求的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了SPN承載方案的層次架構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)，最終給出了5G背景下SPN承載網(wǎng)的組網(wǎng)架構(gòu)、設(shè)備接口模型及網(wǎng)絡(luò)后續(xù)演進(jìn)策略，為電信運(yùn)營(yíng)商的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供了參考和建議。

關(guān)鍵詞：SPN;承載網(wǎng);技術(shù);組網(wǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN914? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信制式，不僅是我國(guó)信息技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的突破口和著力點(diǎn)，也是當(dāng)下及未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)各大運(yùn)營(yíng)商競(jìng)爭(zhēng)的主戰(zhàn)場(chǎng)。依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP的定義，5G業(yè)務(wù)根據(jù)其各自特點(diǎn)的不同可以劃分為eMBB（Enhance Mobile Broadband，增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶）、uRLLC（Ultra Reliable & Low Latency Communication，高可靠低時(shí)延通信）和mMTC（Massive Machine Type Communication，海量機(jī)器類(lèi)通信）三大典型應(yīng)用場(chǎng)景[1]，每種應(yīng)用場(chǎng)景都對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能提出了不同的要求。因此選擇和明確一種適合各類(lèi)業(yè)務(wù)場(chǎng)景的承載網(wǎng)技術(shù)將對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的快速建設(shè)和有效運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。本文基于對(duì)本校通信工程專(zhuān)業(yè)選修課程“下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”的研究，對(duì)5G背景下SPN承載網(wǎng)的組網(wǎng)架構(gòu)、設(shè)備接口模型及網(wǎng)絡(luò)后續(xù)演進(jìn)策略進(jìn)行了分析。

1? 5G網(wǎng)絡(luò)承載特征及要求

5G業(yè)務(wù)需要配套的網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸和承載，面對(duì)5G在業(yè)務(wù)規(guī)模、業(yè)務(wù)屬性及業(yè)務(wù)特點(diǎn)方面的變化，5G時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)承載需具備以下6個(gè)特征才能有效應(yīng)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展帶來(lái)的各類(lèi)挑戰(zhàn)。

（1）大帶寬：5G時(shí)代單站能力將提升10～100倍，同時(shí)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(wǎng)）基站密度將提升10～20倍。因此面向5G的承載網(wǎng)設(shè)備用戶(hù)側(cè)帶寬需達(dá)到10 GE或25 GE，網(wǎng)絡(luò)側(cè)需達(dá)到50 GE以上;

（2）靈活連接：5G時(shí)代面臨4G和5G混合組網(wǎng)帶來(lái)的雙連接，網(wǎng)絡(luò)流量模型較為復(fù)雜，核心網(wǎng)和基站云化帶來(lái)的泛在靈活連接要求進(jìn)一步提高，核心網(wǎng)下沉、MEC（Mobile Edge Computing，移動(dòng)邊緣計(jì)算）下沉、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)下沉均等需要借助靈活連接來(lái)實(shí)現(xiàn)，此外城域網(wǎng)L3功能也需下沉到匯聚層以應(yīng)對(duì)流量靈活調(diào)度;

（3）網(wǎng)絡(luò)分片：針對(duì)連續(xù)廣覆蓋、熱點(diǎn)高容量、低時(shí)延高可靠、低功耗大連接等各專(zhuān)業(yè)場(chǎng)景，承載網(wǎng)需在時(shí)延保證、路徑選擇、帶寬保證等方面進(jìn)行嚴(yán)格區(qū)分和精細(xì)控制，支持軟硬管道隔離的網(wǎng)絡(luò)分片管理，滿足一網(wǎng)多用，同時(shí)支持用戶(hù)面、控制面、管理面的切片管理，便于集中分配資源;

（4）低時(shí)延：不同業(yè)務(wù)存在差異化的時(shí)延要求，uRLLC業(yè)務(wù)對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)時(shí)延等提出苛刻要求。在光纖（10 km）引入時(shí)延50 μs的前提下，要滿足uRLLC場(chǎng)景需求，每臺(tái)設(shè)備的時(shí)延要控制到10 μs量級(jí)，現(xiàn)有承載技術(shù)需優(yōu)化提升;

（5）時(shí)間同步：相較于4G時(shí)代±1.5 μs的時(shí)間同步要求，5G傳輸同步精度進(jìn)一步提升，達(dá)到±200 ns，設(shè)備時(shí)間精度要達(dá)到±5 ns;

（6）運(yùn)維管控：傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用分層管理、分段建設(shè)，資源使用率低，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容周期長(zhǎng)、成本高，業(yè)務(wù)端到端體驗(yàn)差。5G承載網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景多樣，連接方向和數(shù)量大規(guī)模增加，因此需做好業(yè)務(wù)的按需連接和調(diào)度，依流量進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

2? SPN關(guān)鍵技術(shù)

面對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)承載的變化和要求，SPN（Slicing Packet Network，切片分組網(wǎng)）作為一種全新的傳輸網(wǎng)技術(shù)體制，通過(guò)在物理層、鏈路層和轉(zhuǎn)發(fā)控制層的一系列技術(shù)創(chuàng)新，保證了其在帶寬、連接、分片、時(shí)延、同步以及智能調(diào)度等方面的性能要求，滿足了5G網(wǎng)絡(luò)的承載需要[2]。

2.1? SPN層次架構(gòu)

SPN在繼承PTN（Packet Transport Network，分組傳送網(wǎng)）功能特性的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一定的增強(qiáng)和創(chuàng)新[3]，其層次架構(gòu)采用ITU-T分層網(wǎng)絡(luò)模型，主要包含5個(gè)部分，支持對(duì)IP、以太網(wǎng)等各類(lèi)電信業(yè)務(wù)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?xún)r(jià)比25 GE、50 GE、100 GE、200 GE、400 GE等大帶寬以太網(wǎng)接口，支持彩光DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing，密集型光波復(fù)用），可實(shí)現(xiàn)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(yè)務(wù)切片提供端到端通道化組網(wǎng)，支持低時(shí)延轉(zhuǎn)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)切片硬隔離等功能，可實(shí)現(xiàn)端到端的切片通道層性能檢測(cè)和故障恢復(fù)能力;

（3）切片分組層SPL（Slicing Packet Layer）：對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行識(shí)別、分流和QoS（Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量）保障處理，支持靈活連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)IP、以太、CBR等業(yè)務(wù)的尋址轉(zhuǎn)發(fā)和承載管道封裝，滿足L2/L3VPN（Virtual Private Network，虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)）等多種業(yè)務(wù)的分組交換和轉(zhuǎn)發(fā)能力;

（4）時(shí)鐘同步模塊：為網(wǎng)絡(luò)提供高精度時(shí)間同步能力，降低單節(jié)點(diǎn)的時(shí)間或者頻率誤差;

（5）統(tǒng)一管控模塊：通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的組網(wǎng)模型和網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)SPN承載網(wǎng)的統(tǒng)一管理和調(diào)度功能。

3.2? SPN技術(shù)特點(diǎn)

SPN在全面保持PTN既有優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，采用面向SDN的架構(gòu)設(shè)計(jì)，支持大帶寬、靈活連接、網(wǎng)絡(luò)分片、低時(shí)延、高精度時(shí)間同步等新功能，滿足5G網(wǎng)絡(luò)未來(lái)發(fā)展要求。

（1）高效大帶寬承載：基于高效以太網(wǎng)，采用FlexE（Flexible Ethernet，靈活以太網(wǎng)）+DWDM等新光層技術(shù)，不但可以提供單纖大帶寬承載能力，同時(shí)還可以靈活增加使用帶寬，實(shí)現(xiàn)帶寬的擴(kuò)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(shù)，為網(wǎng)絡(luò)提供快速交互能力，內(nèi)部轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)無(wú)需感知業(yè)務(wù)狀態(tài)，只維護(hù)拓?fù)湫畔?，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性強(qiáng)。同時(shí)引入雙向隧道功能和端到端保護(hù)功能，SR-TP提供面向連接的業(yè)務(wù)承載，SR-BE提供面向無(wú)連接的業(yè)務(wù)承載，支持各類(lèi)隧道的靈活連接;

（3）多樣性網(wǎng)絡(luò)分片：采用FlexE及物理層交叉技術(shù)實(shí)現(xiàn)分片管理，通過(guò)時(shí)隙交叉實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)硬隔離，擴(kuò)展支持信道層OAM（Operation Administration and Maintenance，操作維護(hù)管理）和信道層保護(hù)倒換，網(wǎng)絡(luò)可靠性高，同時(shí)支持VPN+QoS的業(yè)務(wù)軟隔離，確保網(wǎng)絡(luò)靈活高效分片;

（4）多手段降低時(shí)延：通過(guò)L3、MEC下沉來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，同時(shí)采用802.1 TSN（Time Sensitive Network，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)）+低時(shí)延技術(shù)和信道化隔離等措施，有效控制網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，其中802.1 TSN中定義了低時(shí)延、時(shí)間同步和流服務(wù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，其低時(shí)延解決方案有利于5G報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)中時(shí)延的降低;

（5）超高精度時(shí)間同步：從超高精度時(shí)間基準(zhǔn)源和超高精度時(shí)間傳送技術(shù)兩個(gè)方面入手，提升SPN網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步，采用增強(qiáng)的時(shí)間戳提取技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超高精度時(shí)間同步;

（6）SDN統(tǒng)一管控：基于標(biāo)準(zhǔn)的南向、北向接口，統(tǒng)一管理多域，集中化智能調(diào)度，可實(shí)現(xiàn)隧道自動(dòng)計(jì)算、L3路由集中計(jì)算和擴(kuò)散，確保承載網(wǎng)與核心網(wǎng)之間端到端的業(yè)務(wù)編排和協(xié)同。

3? SPN組網(wǎng)策略

作為基于分組化傳輸方案的演進(jìn)，采用SPN進(jìn)行組網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有4G PTN網(wǎng)絡(luò)的共同運(yùn)營(yíng)，其本身具備的各類(lèi)技術(shù)特點(diǎn)也有助于5G承載網(wǎng)的先期投入及后續(xù)的演進(jìn)升級(jí)。

3.1? SPN組網(wǎng)架構(gòu)

新建的SPN組網(wǎng)架構(gòu)可采用核心層+匯聚層+接入層的方式，通過(guò)部署SR、FlexE、DWDM等技術(shù)，滿足5G承載的關(guān)鍵需求，并通過(guò)SDN實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管控，具體組網(wǎng)架構(gòu)模型如圖2所示。

其中核心層網(wǎng)絡(luò)側(cè)可采用200 GE/400 GE組網(wǎng)，匯聚層網(wǎng)絡(luò)側(cè)可采用50 GE/100 GE/200 GE組網(wǎng)，接入層網(wǎng)絡(luò)側(cè)可采用50 GE/100 GE組網(wǎng)，以滿足5G業(yè)務(wù)的超大帶寬需求。具體設(shè)備要求參考表1。

3.2? SPN演進(jìn)策略

面向5G的SPN承載平面在建網(wǎng)初期可與現(xiàn)網(wǎng)已有的PTN、OTN（Optical Transport Network，光傳送網(wǎng)）等網(wǎng)絡(luò)共存，未來(lái)應(yīng)逐步綜合承載基站業(yè)務(wù)、專(zhuān)線業(yè)務(wù)和家寬業(yè)務(wù)等各類(lèi)電信業(yè)務(wù)，整體向一張網(wǎng)綜合承載演進(jìn)：

（1）SPN建網(wǎng)初期：通過(guò)SPN平面承載5G基站業(yè)務(wù)，PTN+OTN承載原有4G、家寬、集團(tuán)專(zhuān)線等其他業(yè)務(wù)，形成新老網(wǎng)絡(luò)共存的過(guò)渡期。此階段應(yīng)控制原有PTN+OTN網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容節(jié)奏，已有電信業(yè)務(wù)逐步向SPN平面遷移;

（2）SPN成熟商用期：無(wú)線基站業(yè)務(wù)、專(zhuān)線業(yè)務(wù)、家寬業(yè)務(wù)等全部在新平面網(wǎng)絡(luò)上承載，實(shí)現(xiàn)軟硬件解耦，全面支持網(wǎng)絡(luò)分片，骨干網(wǎng)向扁平化、大帶寬方向發(fā)展，城域網(wǎng)向一張網(wǎng)綜合承載演進(jìn)，形成一張網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

4? 結(jié)? 論

5G作為通信技術(shù)的最新延伸，將在全社會(huì)信息化轉(zhuǎn)型升級(jí)的進(jìn)程中發(fā)揮著不可替代的重要作用。面對(duì)國(guó)內(nèi)外5G建設(shè)的時(shí)代浪潮，選擇SPN作為承載網(wǎng)的技術(shù)方案進(jìn)行5G承載網(wǎng)組網(wǎng)，可有效滿足各類(lèi)型5G業(yè)務(wù)場(chǎng)景的承載需求，并可在未來(lái)平滑演進(jìn)升級(jí)至一張網(wǎng)綜合承載各類(lèi)通信業(yè)務(wù)，有效助力電信運(yùn)營(yíng)商5G時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)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(wǎng)絡(luò)傳輸組網(wǎng)及5G承載網(wǎng)研究。