芻議SPN的5G傳輸網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

伍明毅

（廣西通信規(guī)劃設(shè)計(jì)咨詢有限公司，廣西 南寧 530007）

0 引 言

5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)與4G網(wǎng)絡(luò)相比，其承載能力更強(qiáng)，而且延遲也更低，可靠性也有所提升，非常適合應(yīng)對(duì)未來(lái)通信業(yè)務(wù)升級(jí)所帶來(lái)的挑戰(zhàn)。切片分組網(wǎng)（Slicing Packet Network，SPN）是中國(guó)移動(dòng)基于5G傳輸承載網(wǎng)絡(luò)需求的廣泛分析而提出的技術(shù)體系，它是新一代的融合傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，用以支撐下一代寬帶與流量業(yè)務(wù)，能夠有效提高寬帶上限與網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，效率非常高。SPN傳輸業(yè)務(wù)主要有無(wú)線業(yè)務(wù)、企業(yè)業(yè)務(wù)以及家庭業(yè)務(wù)等，其采用的是基于ITU-T分層網(wǎng)絡(luò)模型，能夠支持IP、CBR以及以太網(wǎng)的綜合數(shù)據(jù)傳輸。這個(gè)體系的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一共可分為三個(gè)層次，分別是切片分組層、切片通道層以及切片傳送層，對(duì)應(yīng)的英文縮寫(xiě)分別是SPL、SCL、STL，如圖1所示。

1 5G回傳承載模式的研究進(jìn)展

為了保證5G能夠穩(wěn)定發(fā)展及其良好的服務(wù)質(zhì)量，目前的運(yùn)營(yíng)商們接連提出了多個(gè)有關(guān)5G回傳承載的方案，而許多國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織也在制定5G承載的標(biāo)準(zhǔn)。在最近的ITU-T會(huì)議上，一份報(bào)告展示了5G承載網(wǎng)的部署場(chǎng)景以及模型，給相關(guān)技術(shù)人員提供了參考，并且這份報(bào)告還介紹了對(duì)承載網(wǎng)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)方面的需求，同時(shí)它還描述了5G實(shí)體單元和承載網(wǎng)之間的接口問(wèn)題，其中對(duì)于細(xì)節(jié)的描述為相關(guān)項(xiàng)目指明了發(fā)展的方向[1]。

2 5G傳輸網(wǎng)應(yīng)用SPN的優(yōu)勢(shì)

5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)采用SPN的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要可以概括為三點(diǎn)：（1）在大帶寬以及轉(zhuǎn)發(fā)需求的方面，采用SPN技術(shù)可以引入L3靈活調(diào)度以及DWDM光層，還能夠?qū)⑥D(zhuǎn)發(fā)的能力提升；（2）采用SPN技術(shù)，能夠有效降低網(wǎng)絡(luò)延遲，而且其支持軟、硬隔離切片，能夠滿足垂直行業(yè)在隔離方面的需求；（3）引入SDN架構(gòu)以后，可以集中進(jìn)行控制處理，將視角提升至全局角度，能夠更好地進(jìn)行業(yè)務(wù)調(diào)度工作。此外，由于SPN能夠兼容現(xiàn)有分組，所以能夠根據(jù)實(shí)際需求來(lái)新增功能并優(yōu)化總體性能。SPN掌握了多個(gè)方面的核心技術(shù)，所以其承載能力是能夠滿足5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的需求的。

3 5G發(fā)展的承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)探討

3.1 傳輸網(wǎng)結(jié)構(gòu)扁平化，應(yīng)用下移

在傳輸網(wǎng)絡(luò)扁平化發(fā)展以后，其業(yè)務(wù)調(diào)動(dòng)和轉(zhuǎn)發(fā)都要比以前更加靈活，而橫向增加的流量則有利于時(shí)延的降低。在5G建設(shè)的前期，可以把城鎮(zhèn)內(nèi)的重要匯聚設(shè)備當(dāng)作L2/L3橋接設(shè)備，再把SPL、SCL、STL這三層網(wǎng)絡(luò)下沉到地州核心生產(chǎn)樓的重要匯聚設(shè)備中，搭建先接入后匯聚再骨干在匯聚最后再接入的傳輸路徑。和目前主流的4G網(wǎng)絡(luò)相比，它能夠縮減接入的距離，同時(shí)降低跳數(shù)。L2/L3設(shè)備采用口字型組網(wǎng)來(lái)搭建上行路線，而為了應(yīng)付5G的大帶寬，每個(gè)端口都要逐漸滿足100G以上的大容量設(shè)備[2]。

圖1 SPN網(wǎng)絡(luò)分層模型

在5G建設(shè)的后期，三層網(wǎng)絡(luò)則要下沉到城鎮(zhèn)內(nèi)的重要匯聚設(shè)備，把而L2/L3的橋接設(shè)備也將轉(zhuǎn)變?yōu)槠胀ǖ膮R聚設(shè)備，傳輸路徑縮減為先接入再匯聚后接入，在減少跳點(diǎn)的同時(shí)還能夠縮減接入距離。而L2/L3設(shè)備的上行組網(wǎng)仍是采用口字型組網(wǎng)的方式，同時(shí)要把單端口能夠滿足的容量設(shè)備提升至400G的水平。匯聚層的組網(wǎng)方式是Mesh式組網(wǎng)，支持400G以及1T的帶寬。

3.2 SPN化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

SPN技術(shù)同時(shí)應(yīng)用轉(zhuǎn)發(fā)控制層、鏈路層以及物理層，而其新一代的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也能夠滿足5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)于低時(shí)延、大帶寬以及靈活等方面的需求。SPN傳輸平面技術(shù)的特點(diǎn)可以劃分為三點(diǎn)：（1）能夠?qū)崿F(xiàn)4G和5G業(yè)務(wù)的互通操作，面向PTN演進(jìn)升級(jí)，而且對(duì)目前的PTN網(wǎng)絡(luò)還有兼容性；（2）能夠調(diào)動(dòng)多層次資源，實(shí)現(xiàn)L0-L3傳輸層的融合，提高了轉(zhuǎn)發(fā)的靈活性；（3）能夠有效降低網(wǎng)絡(luò)延遲，而且其支持軟、硬隔離切片以及榮格TDM和分組交換功能，能夠滿足垂直行業(yè)在隔離方面的需求。

在SPN三層網(wǎng)絡(luò)中，SPL負(fù)責(zé)分組數(shù)據(jù)的路由處理工作，SCL負(fù)責(zé)以太網(wǎng)通道的組網(wǎng)處理工作，而STL則是負(fù)責(zé)切片物理層編解碼和DWDM光傳送處理的實(shí)現(xiàn)工作。5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)是下一代傳輸網(wǎng)的核心，需要承載各項(xiàng)業(yè)務(wù)，而SPN則是能夠優(yōu)化其性能，提高其工作效率的技術(shù)，非常適合應(yīng)用在5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中。

4 5G傳輸網(wǎng)應(yīng)用SPN的規(guī)劃設(shè)計(jì)思路

4.1 技術(shù)選擇

相較于目前的4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)在時(shí)延和帶寬等多方面都有著新的要求，但是目前的OTN系統(tǒng)以及PTN系統(tǒng)都不能滿足這些需求，所以需要考慮采用新技術(shù)來(lái)幫助5G實(shí)現(xiàn)其承載。而切片分組網(wǎng)，即SPN是中國(guó)移動(dòng)基于5G傳輸承載網(wǎng)絡(luò)需求的廣泛分析而提出的技術(shù)體系，它是新一代的融合傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，用以支撐下一代寬帶與流量業(yè)務(wù)，能夠有效提高寬帶上限與網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，非常的高效實(shí)用，能夠滿足未來(lái)5G時(shí)代的各種需求。圖2展示的是SPN技術(shù)的功能架構(gòu)。

圖2 SPN技術(shù)的功能架構(gòu)

SPN技術(shù)的核心是分組承載技術(shù)，是繼承自目前PYN/IPRAN設(shè)備并進(jìn)行升級(jí)操作而來(lái)的一個(gè)技術(shù)。它的特點(diǎn)主要有：業(yè)務(wù)調(diào)動(dòng)靈活，業(yè)務(wù)層采用SDNL+SR的業(yè)務(wù)組網(wǎng)方式，并且能夠利用L3設(shè)備來(lái)為基站流量提供一個(gè)低時(shí)延的通道。而通路層則提供低時(shí)延的應(yīng)用以及網(wǎng)絡(luò)切片。

現(xiàn)階段只剩下SCL層沒(méi)有完成技術(shù)規(guī)范工作，但是也已經(jīng)和多家廠商進(jìn)行了完美的對(duì)接工作，進(jìn)展很快，而下一個(gè)階段的目標(biāo)就是SPL層組網(wǎng)測(cè)試的完成。運(yùn)營(yíng)商會(huì)與設(shè)備廠商的產(chǎn)業(yè)鏈合作，將大力推動(dòng)SPN企標(biāo)、行標(biāo)以及國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)化工作的進(jìn)展。

4.2 技術(shù)方案

5G基站的部署方式是CUDU方式，目的是提高它們之間的協(xié)同能力，進(jìn)而強(qiáng)化5G網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性與可靠性，所以需要從三個(gè)階段來(lái)分析承載方案。第一階段前傳是在AAU-DU進(jìn)行的，在這個(gè)階段中網(wǎng)絡(luò)的連接方式是星形的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，而因?yàn)檫@種連接方式導(dǎo)致網(wǎng)點(diǎn)的數(shù)量較多而且比較分散，所以通常采用C-RAN的方式來(lái)進(jìn)行承載工作，同時(shí)采用光纜進(jìn)行承載工作。第二階段中傳是在DU-CU間進(jìn)行的，仍然是采用星形點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式來(lái)連接網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)不同業(yè)務(wù)的流量需求，承載的帶寬從GE到10GE都有。由于在5G部署工作的前中期采用的是CU-DU合一的形式來(lái)進(jìn)行，所以網(wǎng)絡(luò)的穿在需求并不會(huì)太多。最后一個(gè)階段回傳是在CU-核心網(wǎng)間進(jìn)行的，其采用環(huán)形結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行組網(wǎng)工作，大大提高了業(yè)務(wù)的安全性以及可靠性。而根據(jù)不同業(yè)務(wù)的不同需求，可以在組網(wǎng)時(shí)采用不同的速率來(lái)進(jìn)行。業(yè)務(wù)相較稀疏的地區(qū)，可以適當(dāng)把速率調(diào)小。

以下是5G基站和環(huán)網(wǎng)帶寬的計(jì)算方式：6個(gè)基站同時(shí)連接一個(gè)接入環(huán)，而接入環(huán)的容量需求則為4.8×1+2.3×5=16.3G。

每10個(gè)接入環(huán)連接一個(gè)匯聚環(huán)，而每5個(gè)匯聚環(huán)則要連接一個(gè)核心匯聚環(huán)。匯聚環(huán)的容量需求是接入環(huán)總?cè)萘康囊话?，而核心匯聚環(huán)的容量需求則為4個(gè)匯聚環(huán)。

4.3 網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)階段

由于目前的4G承載網(wǎng)絡(luò)規(guī)模已經(jīng)足夠大，而且仍然能夠滿足未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的承載需求，所以可以預(yù)見(jiàn)的是4G仍會(huì)保持一段時(shí)間的主流網(wǎng)絡(luò)地位，所以5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)需要分步進(jìn)行逐漸替代4G。（1）在建設(shè)的初級(jí)階段，5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用仍是eMBB大帶寬業(yè)務(wù)，并從此開(kāi)始進(jìn)入商業(yè)化的道路。這個(gè)階段，運(yùn)營(yíng)商們可以優(yōu)先支持人口基數(shù)大而且對(duì)網(wǎng)絡(luò)需求較高的地區(qū)的5G網(wǎng)絡(luò)，在這些地方安置5G基站，逐步開(kāi)始想其他地區(qū)擴(kuò)散。（2）在建設(shè)的中級(jí)階段，當(dāng)客戶的數(shù)量增加到一定的程度以后，將要對(duì)網(wǎng)絡(luò)終端進(jìn)行升級(jí)操作，此時(shí)eMBB業(yè)務(wù)也逐步成熟，可以嘗試大規(guī)模商用。同時(shí)，基站的數(shù)量也要增加，帶寬的上限也要提高。（3）在建設(shè)的最后階段，eMBB業(yè)務(wù)已經(jīng)走向成熟，而mMTC業(yè)務(wù)以及uRLLC業(yè)務(wù)也要嘗試僅商業(yè)化操作。這個(gè)階段的流量會(huì)處于一個(gè)穩(wěn)定的上升期，所以需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)終端進(jìn)行升級(jí)，并提高帶寬上限，以便滿足人們的需求。

5 結(jié) 論

5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，將會(huì)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸以及業(yè)務(wù)模式造成深刻的影響，各行業(yè)在迎來(lái)挑戰(zhàn)的同時(shí)也會(huì)進(jìn)入高速發(fā)展的時(shí)期。只有能夠滿足人們需求的才是好的，對(duì)比當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)，未來(lái)的5G網(wǎng)絡(luò)要在各方面都要有所進(jìn)步才能不負(fù)眾望，成為推動(dòng)新時(shí)代發(fā)展的助力。