SPN與PTN網(wǎng)絡(luò)融合思路與實施方案探討

1 引言

在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的大背景下，如何降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、維護成本是各大運營商建網(wǎng)考慮的重要問題。從傳輸角度來看，傳送網(wǎng)的主要問題是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、維護費用高，同時大量的設(shè)備導(dǎo)致機房可用空間、電源可用資源日趨緊張，是網(wǎng)絡(luò)運營成本居高不下的其中一個主要原因。

隨著2020年SPN大規(guī)模部署，傳送網(wǎng)同時存在SDH、PTN、OTN、SPN多個網(wǎng)絡(luò)。目前各網(wǎng)絡(luò)定位分工不同，其中SPN主要定位5G、4G業(yè)務(wù)回傳，PTN、SDH為4G、2G業(yè)務(wù)回傳，同時承擔著小顆粒專線的承載任務(wù)，OTN網(wǎng)絡(luò)主要解決SPN、PTN、IP城域網(wǎng)或大顆粒專線等業(yè)務(wù)大容量、長距離的承載需求。SPN是為滿足5G建設(shè)多場景業(yè)務(wù)應(yīng)用發(fā)展而來的新技術(shù)，融合了PTN、SDH及DWDM技術(shù)，完全兼容現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡(luò)，同時支持IP和TDM等各種業(yè)務(wù)的承載需求，SPN網(wǎng)絡(luò)功能與PTN、SDH網(wǎng)絡(luò)存在重疊，隨著SPN網(wǎng)絡(luò)覆蓋及設(shè)備功能逐步成熟完善， 未來4G業(yè)務(wù)也將逐步割接至SPN網(wǎng)絡(luò)承載，可以預(yù)見SPN逐步融合替代PTN、SDH是未來網(wǎng)絡(luò)演進的必然選擇。

本文主要從承載網(wǎng)需求及演進等方面，分析SPN及PTN網(wǎng)絡(luò)融合方案的可行性和必要性，提出SPN與PTN網(wǎng)絡(luò)的融合發(fā)展思路和方案。SDH網(wǎng)絡(luò)已多年未有新增設(shè)備建設(shè)項目，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模已呈現(xiàn)逐步縮減的趨勢，未來具備條件將逐步下電退網(wǎng)，因此SDH網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展本文不作探討。

2 承載需求及分析

2.1 無線網(wǎng)建設(shè)模式演進分析

4G無線基站受限于各種原因，以DRAN建設(shè)模式為主，但在5G階段由于設(shè)備云化需要，5G建設(shè)以CRAN建設(shè)模式為主。相對4G來說，5G整體所需的機房數(shù)量大幅減少（但業(yè)務(wù)匯聚機房需求更多），5G設(shè)備機框與4G基站可共框使用，隨著5G基站建設(shè)的推進，結(jié)合降本增效的驅(qū)動，未來4G基站回撤集中機房會成為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的一個趨勢，逐步形成4G、5G均以CRAN為主的無線建設(shè)模式，因此可以預(yù)見未來無線設(shè)備集中機房會逐步減少，隨著基站業(yè)務(wù)的變化PTN網(wǎng)絡(luò)也有優(yōu)化調(diào)整需求。

2.2 無線網(wǎng)絡(luò)對傳送網(wǎng)承載需求分析

根據(jù)最新公布的數(shù)據(jù)，截止2020年6月，三大運營商5G用戶規(guī)模已超過1億，用戶規(guī)模增長迅速，但也應(yīng)該看到，經(jīng)過多年的發(fā)展，移動用戶規(guī)模增長已趨平穩(wěn)，目前新增的5G用戶大部分是原4G用戶套餐改為5G套餐用戶，實際凈新增用戶數(shù)量非常有限。隨著5G基站更大規(guī)模的建設(shè)投產(chǎn)，5G用戶將由4G網(wǎng)絡(luò)逐步遷移至5G網(wǎng)絡(luò)，在用戶習(xí)慣、套餐政策不發(fā)生大的改變前提下，4G網(wǎng)絡(luò)流量應(yīng)不可避免會呈現(xiàn)下降趨勢。因此隨著4G用戶的遷移和5G新應(yīng)用帶寬的增長，SPN網(wǎng)絡(luò)流量可能快速增長，PTN網(wǎng)絡(luò)流量則會呈逐步降低趨勢。

2.3 集客專線對傳送網(wǎng)承載需求分析

集客專線業(yè)務(wù)由于各運營商競爭等原因，具體專線需求一般難以準確預(yù)測，實際需求分布不規(guī)則，但與商業(yè)、人口分布成正相關(guān)性。目前集客大顆粒專線主要由OTN承載，小顆粒主要由PTN、SDH網(wǎng)絡(luò)承載。專線承載網(wǎng)絡(luò)的選取與無線基站不同，客戶會根據(jù)其業(yè)務(wù)特點和使用習(xí)慣等提出用什么網(wǎng)絡(luò)承載（比如銀行會指定用SDH承載等）。因此SDH、PTN短期內(nèi)不會完全下電退網(wǎng)，仍將繼續(xù)承擔專線承載作用，但隨著客戶對新技術(shù)承載網(wǎng)的認可，未來SDH和PTN網(wǎng)絡(luò)逐步縮小是必然趨勢，且會逐步往網(wǎng)絡(luò)的邊緣層轉(zhuǎn)移，核心、匯聚層將被OTN或者SPN替代。

3 傳輸網(wǎng)PTN及SPN網(wǎng)絡(luò)融合可行性分析

3.1 設(shè)備兼容性分析

SPN與PTN都是基于以太網(wǎng)架構(gòu)，PTN是基于MPLS-TP技術(shù)的二層分組網(wǎng)絡(luò)，SPN是在PTN的基礎(chǔ)上引入了FlexE接口技術(shù)、SPN Channel、SR等新技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)功能上SPN支持三層網(wǎng)絡(luò)功能，并全面兼容PTN網(wǎng)絡(luò)。SPN通過FlexE接口技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片功能，不同切片間可實現(xiàn)物理硬隔離，滿足5G各種應(yīng)用場景對帶寬、時延的要求。SPN支持SDN功能，實現(xiàn)控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面分離，隨著設(shè)備成熟的不斷提高，遠期線路側(cè)端口支持DWDM，可在不增加纖芯的基礎(chǔ)上大幅擴展鏈路容量，實現(xiàn)SPN網(wǎng)絡(luò)鏈路容量提升，因此SPN網(wǎng)絡(luò)具備融合PTN網(wǎng)絡(luò)的條件，且可滿足網(wǎng)絡(luò)融合對業(yè)務(wù)帶寬的發(fā)展需要。

3.2 網(wǎng)絡(luò)承載能力分析

從業(yè)務(wù)流向角度看，4G網(wǎng)絡(luò)流量主要是大帶寬應(yīng)用，業(yè)務(wù)流向為南北向流量，業(yè)務(wù)流向比較固定。5G網(wǎng)絡(luò)三大應(yīng)用場景（包括eMBB、uRLLC、mMTC）中，eMBB、mMTC應(yīng)用場景業(yè)務(wù)為南北向流量，業(yè)務(wù)流與4G業(yè)務(wù)類似；uRLLC為低時延應(yīng)用場景，未來的業(yè)務(wù)流量將根據(jù)MEC等核心網(wǎng)功能下沉情況，業(yè)務(wù)流向呈東西向或MESH狀。

5G建設(shè)是否會導(dǎo)致業(yè)務(wù)流量爆發(fā)式增長對傳送網(wǎng)帶來沖擊，一直是傳送網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)重點關(guān)注的問題。由于5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投產(chǎn)時間短，網(wǎng)絡(luò)基本處于非常輕載水平，預(yù)測SPN網(wǎng)絡(luò)未來流量的增長我們可以結(jié)合4G網(wǎng)絡(luò)流量增長趨勢進行分析。以某運營商為例，目前PTN現(xiàn)網(wǎng)接入層最大環(huán)路容量為10GE，接入層環(huán)路利用率低于30%的環(huán)路占比95%，總體處于非常輕載的水平，單站流量均值流量不到3 Mbit/s，與規(guī)劃設(shè)計提出的均值20 Mbit/s差距較大。匯聚層環(huán)路中，10GE環(huán)路占比93%，環(huán)路利用率30%以上環(huán)路只有4個，環(huán)路利用率小于等于10%的環(huán)路占比80%，匯聚層環(huán)路也同樣處于輕載水平?？梢钥闯瞿壳暗腜TN實際流量并不大。

目前規(guī)劃建設(shè)普通匯聚層環(huán)路以200GE環(huán)路為主，SPN匯聚環(huán)路數(shù)量與PTN匯聚環(huán)數(shù)量相比差異不大，SPN接入層CRAN機房環(huán)路以50GE環(huán)路為主，局部采用100GE環(huán)路，普通DRAN基站采用10GE環(huán)路，雖然接入環(huán)路數(shù)則較PTN有一定程度的縮減，但接入環(huán)路容量較PTN接入環(huán)路容量呈多倍數(shù)增長。故從網(wǎng)絡(luò)承載容量方面來看，SPN網(wǎng)絡(luò)較PTN網(wǎng)有很大提升?？梢灶A(yù)見，5G建設(shè)初期在沒有出現(xiàn)超級應(yīng)用或應(yīng)用場景未發(fā)生非常大的變化前，SPN系統(tǒng)流量不會有爆發(fā)性增長，系統(tǒng)仍會處于輕載狀態(tài)，而且目前SPN設(shè)備廠商正在推進SPN端口DWDM功能化，預(yù)計近期即可投入商用，可大幅擴展鏈路容量。基于以上分析，SPN在網(wǎng)絡(luò)承載能力方面具備完全融合PTN業(yè)務(wù)的能力，可應(yīng)對未來流量快速增長需要。

3.3 設(shè)備覆蓋與重疊度分析

以某運營商網(wǎng)絡(luò)為例，現(xiàn)有PTN設(shè)備達到10 000+端，設(shè)備網(wǎng)絡(luò)基本延伸到普通基站。SPN目標建設(shè)規(guī)模3 500端左右，目前所有新建SPN的機房基本都有PTN設(shè)備，設(shè)備重疊率非常高。

（1）匯聚層

從下表中可以看到，匯聚機房安裝多臺設(shè)備的機房數(shù)量還是比較多的，現(xiàn)網(wǎng)安裝PTN設(shè)備的匯聚機房157個，安裝2臺設(shè)備以上的機房120個，占比達76%。

某運營商匯聚層設(shè)備重疊分析如表1所示。

表1 某運營商匯集層設(shè)備重疊分析

（2）接入層

接入層兩套以上設(shè)備的機房達到2484個，占比39%，與SPN新建設(shè)備重疊率100%，如表2所示。

由以上分析可以看出，隨著SPN網(wǎng)絡(luò)的逐步完善，通過網(wǎng)絡(luò)融合降低PNT網(wǎng)絡(luò)規(guī)?？梢杂行p少傳輸設(shè)備對機房空間和動力的消耗，對減少網(wǎng)絡(luò)運營成本，提升機房可用空間都有積極意義。

表2 普通基站PTN/SPN設(shè)備統(tǒng)計表

4 網(wǎng)絡(luò)融合思路

基于以上分析，SPN與PTN網(wǎng)絡(luò)融合是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢，符合業(yè)務(wù)發(fā)展需要和降本增效目標，也已基本具備兩網(wǎng)融合實施條件。

在網(wǎng)絡(luò)融合方案中，由于PTN網(wǎng)絡(luò)承載著大量4G回傳與集客業(yè)務(wù)，保證業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)安全是首要任務(wù)，因此網(wǎng)絡(luò)融合應(yīng)分階段、分步驟逐步推進，切忌一刀切。

建議總體融合思路如下。

（1）核心層：目前SPN核心只完成了5G核心網(wǎng)局址SPN設(shè)備的搭建，其他如4G核心網(wǎng)、IDC等核心局址尚未有SPN核心設(shè)備，其他業(yè)務(wù)無法實現(xiàn)直接調(diào)度。因此需首先完善SPN網(wǎng)絡(luò)核心調(diào)度層建設(shè)，實現(xiàn)SPN直接調(diào)度，為兩網(wǎng)融合奠定基礎(chǔ)。PTN核心層可不考慮擴容調(diào)整，新增需求優(yōu)先考慮SPN解決。中遠期隨著PTN網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)逐步調(diào)整至SPN承載后，PTN核心層逐步整合，并減少局間調(diào)度環(huán)路規(guī)模，設(shè)備逐步下電退網(wǎng)。

（2）匯聚層：匯聚層PTN與SPN重疊度高，設(shè)備功能兼容，因此可以根據(jù)需要，分階段逐步將接入層環(huán)路割接到SPN匯聚層設(shè)備后，PTN匯聚設(shè)備逐步下電退網(wǎng)。對提升普通匯聚機房空間和降本增效有顯著效益。

（3）接入層：

① 將與SPN同機房PTN承載的業(yè)務(wù)逐步割接到SPN設(shè)備，實現(xiàn)單點替換優(yōu)化；

② 推進無線4G網(wǎng)絡(luò)CRAN集中優(yōu)化，縮減PTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，實現(xiàn)更大規(guī)模的PTN網(wǎng)絡(luò)下電退網(wǎng)。但無線集中部署受各方面因素制約，近、中期接入層PTN、SPN網(wǎng)絡(luò)仍然并存；

③ 對業(yè)務(wù)無法割接，難以退網(wǎng)的PTN接入層環(huán)路，考慮將整個環(huán)路割接到SPN匯聚設(shè)備。

5 網(wǎng)絡(luò)融合方案

結(jié)合以上融合思路，提出具體實施方案，具體如下：

5.1 完善SPN核心調(diào)度層建設(shè)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)直接調(diào)度，為兩網(wǎng)融合奠定基礎(chǔ)

目前SPN在核心機樓主要通過100GE鏈路與PTN網(wǎng)絡(luò)L3設(shè)備互聯(lián)，實現(xiàn)SPN與PTN網(wǎng)業(yè)務(wù)互通，所有跨網(wǎng)業(yè)務(wù)通過互聯(lián)電路接入后，由原承載網(wǎng)絡(luò)進行調(diào)度，方案實現(xiàn)簡單，對現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)影響少，但網(wǎng)絡(luò)不斷疊加，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度、運維成本無改善。

建議結(jié)合業(yè)務(wù)網(wǎng)核心網(wǎng)元的位置，通過新增SPN落地網(wǎng)元實現(xiàn)業(yè)務(wù)直達，逐步減少PTN調(diào)度業(yè)務(wù)規(guī)模，提升業(yè)務(wù)端到端配置能力，也為后期逐步優(yōu)化PTN核心骨干層打下基礎(chǔ)，核心網(wǎng)SPN網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化后的架構(gòu)如圖1所示。

圖1 SPN核心調(diào)度層網(wǎng)絡(luò)方案示意圖

5.2 匯聚層設(shè)備融合方案

從目前運營商建網(wǎng)情況看，匯聚層SPN與PTN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量相當，且大部分為同機房設(shè)備，因此接入環(huán)路可以結(jié)合匯聚層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整。匯聚層與接入層融合可以參考以下方案。

（1）當SPN與PTN匯聚層結(jié)構(gòu)相同，可直接將PTN接入環(huán)路整個環(huán)路割接到SPN匯聚設(shè)備，如圖2所示。

（2）對于匯聚區(qū)內(nèi)機房數(shù)量多的匯聚區(qū)，結(jié)構(gòu)不完全相同的匯聚層，可通過在匯聚機房之間跳纖，整個環(huán)路割接到SPN設(shè)備，如圖3所示。

圖2 同機房網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化融合方案示意圖

圖3 機房不完全相同的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化融合方案示意圖

該方案網(wǎng)絡(luò)調(diào)整簡單，易于實現(xiàn)，但需要說明的是，但由于割接后PTN網(wǎng)元的IP地址、域、LSR-ID等需要重新設(shè)置，L2VPN業(yè)務(wù)也需要重新配置，會帶來較大的業(yè)務(wù)割接工作量。此外，需要注意的是，接入環(huán)路割接后的結(jié)構(gòu)要符合匯聚區(qū)劃分等相關(guān)要求。

5.3 接入層網(wǎng)絡(luò)融合方案

在具備直接割接條件的機房，優(yōu)先考慮逐步將PTN上承載的業(yè)務(wù)逐步割接到SPN網(wǎng)絡(luò)上承載，業(yè)務(wù)割接后PTN可考慮下電退網(wǎng)。在PTN下電退網(wǎng)后，需核實原PTN環(huán)路光中繼距離是否滿足組網(wǎng)需要，確保PTN網(wǎng)絡(luò)運行正常。隨著無線4G網(wǎng)絡(luò)回撤方案的推進，分業(yè)務(wù)切片應(yīng)用將是主流，如圖4所示。

圖4 接入層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化融合方案示意圖

5.4 SPN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建回傳切片網(wǎng)絡(luò)方案

SPN與PTN網(wǎng)融合后，承載業(yè)務(wù)包括3G、4G、5G、集客等業(yè)務(wù)，不同的業(yè)務(wù)對時延、帶寬等要求不盡相同，需要構(gòu)建相應(yīng)的虛擬網(wǎng)絡(luò)切片滿足不同的業(yè)務(wù)需求。

建議4G、5G劃分為一個切片，2G和其他專線劃分一個切片，uRLLC業(yè)務(wù)獨立一個切片，未來隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，按需新增或調(diào)整切片。

通過以上方案的實施，可有效減少PTN設(shè)備規(guī)模，尤其是核心、匯聚層設(shè)備的規(guī)模降低對降本增效有顯著效益，并可以降低機房使用率，為后續(xù)業(yè)務(wù)發(fā)展騰出空間。

6 結(jié)束語

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，尤其是以CRAN為基礎(chǔ)的建設(shè)模式，設(shè)備集中度更高，對機房空間、電源消耗提出了更高需求。同時5G核心網(wǎng)MEC、UPF、CU等云化需要，未來5G核心網(wǎng)部分功能設(shè)備也將逐步下沉至普通匯聚機房甚至業(yè)務(wù)匯聚機房，對機房空間和動力需求十分迫切，現(xiàn)有機房空間和動力系統(tǒng)難以支撐未來設(shè)備安裝需求，而重新建設(shè)機房將帶來更大的建網(wǎng)成本。

為提高網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展，進一步降低網(wǎng)絡(luò)的運營成本，本文通過對傳送網(wǎng)功能定位、網(wǎng)絡(luò)演進、業(yè)務(wù)需求等方面進行分析，對SPN與PTN網(wǎng)絡(luò)融合發(fā)展可行性與必要性方面展開探討，提出SPN與PTN網(wǎng)絡(luò)融合思路與方案，為后續(xù)工程建設(shè)提供參考。

需要說明的是，本文探討的是基于同一廠家設(shè)備的融合方案，對于異廠家設(shè)備，考慮到網(wǎng)管和業(yè)務(wù)端到端配置等問題，建議暫維持PTN與SPN兩網(wǎng)獨立運行，后續(xù)隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展逐步用SPN設(shè)備替代PTN設(shè)備，現(xiàn)有業(yè)務(wù)割接到SPN后再考慮PTN設(shè)備的下電退網(wǎng)。