5G物聯(lián)網場景下的SPN網絡建設策略探討

王 磊

（中國移動通信集團廣東有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

5G商用在國內蓬勃發(fā)展，極大地促進了不同行業(yè)的升級和產業(yè)變革[1-3]。其中以智能穿戴、智慧工廠為代表的新型mMTC應用場景得到了快速發(fā)展，并全面影響和推動社會發(fā)展[4-7]。隨著5G建設的發(fā)展，現(xiàn)有PTN網絡已無法滿足當下旺盛的物聯(lián)網業(yè)務需求。一些5G場景，如網絡切片、吞吐量等需求也超出了早期的5G建設規(guī)劃，這將限制物聯(lián)網業(yè)務的進一步發(fā)展[8]。為了更好地順應mMTC應用場景的發(fā)展，SPN網絡雖被應用，但受運營商投資回報需求和現(xiàn)有SPN網絡建設規(guī)模的約束，PTN網絡和SPN網絡將長期共同存在。如何保持運營商的競爭力，提高和完善現(xiàn)有網絡性能是本文研究的重點。本文圍繞業(yè)務需求、SPN網絡建設等展開研究，探索適合今后SPN網絡發(fā)展的建設規(guī)劃。

1 應用場景

SPN網絡是現(xiàn)行5G網絡的主要承載網，為用戶提供優(yōu)質廉價的數(shù)據業(yè)務。mMTC應用場景主要以節(jié)點多、分布范圍廣及低數(shù)據業(yè)務為主。如何結合SPN網絡滿足面向大帶寬、低延時、網絡切片、靈活連接等需求是當前面臨的難題。在現(xiàn)有基礎上，可動態(tài)調整上述內容，優(yōu)化網絡性能[8]。

1.1 大帶寬

結合不同城區(qū)用戶業(yè)務需求，合理布置低成本的單路網絡設計和高性能多路網絡設計，通過以太網實現(xiàn)最優(yōu)的業(yè)務服務質量?？紤]到物聯(lián)網業(yè)務場景特點，在用戶業(yè)務密集區(qū)域采用光纖組網方式提供高質量數(shù)據業(yè)務。同時可以采用靈活組網方式動態(tài)調整，結合FEC 和PAM4等技術提高速率，降低傳輸成本。為滿足低速率、小業(yè)務需求的地區(qū)需要，可采用FlexE技術實現(xiàn)子速率帶寬分配，充分利用帶寬資源靈活、動態(tài)地滿足不同業(yè)務需求。大帶寬配置方案如圖1所示。

圖1 大帶寬配置方案

1.2 低時延

隨著物聯(lián)網的興起，物與物間通信、物與基站間通信、物與移動終端間通信已成為主要的通信業(yè)務，對于低時延提出了極高的要求?；贗P/MPLS的傳統(tǒng)分組網絡采用逐跳轉發(fā)策略將導致網絡節(jié)點間的轉發(fā)時延過長。為滿足新型要求的實時大數(shù)據業(yè)務，將低時延作為重要指標。FlexE技術可有效降低網絡的轉發(fā)時延，提高網絡數(shù)據交換速率。同時也需要優(yōu)化網絡調度策略，在保證數(shù)據業(yè)務需求的前提下降低網絡傳輸成本，進而降低傳輸時延。FlexE架構如圖2所示。

圖2 FlexE架構

1.3 網絡切片

結合PTN網絡特點，傳統(tǒng)物聯(lián)網通信網絡架構很難應對突發(fā)情況。且HQoS不能滿足當前業(yè)務軟隔離的需求，需做進一步改進。受限于知識產權和工程實踐等因素，DUK+OCH不支持以太網統(tǒng)計復用，將限制其在今后網絡中的應用。

對于高層網絡可以采用FlexE切片方式來增強以太網功能。SPN網絡引入網絡切片，將組網從L2擴展到L1，以滿足差異化業(yè)務需求。對于高質量數(shù)據業(yè)務采用端到端透明承載；對于分組業(yè)務采用合適的分組調度實現(xiàn)帶寬利用；引入碼塊交叉實現(xiàn)網絡內的低時延快速轉發(fā)。以上方案可有效提高物聯(lián)網系統(tǒng)的網絡傳輸性能。切片以太網應用如圖3所示。

圖3 切片以太網應用

1.4 靈活連接

考慮到物聯(lián)網在多種場景下的不同業(yè)務需求，加之基站間數(shù)據流量急劇增加，均加重了網絡設計的難度[9-10]。為了滿足不同層次、不同業(yè)務場景的需求，網絡高層采用扁平化設計，以提升承載網的數(shù)據傳輸能力，降低網絡時延；在接入網處部署Full Mesh，可在有效滿足連接數(shù)量需求的同時保障網絡邊緣處的業(yè)務需求。這些措施可以極大地滿足物聯(lián)網對于組網靈活性的要求。同時還需注意的是，在不同的應用場景下需要靈活調整網絡連接，以降低組網成本。

2 SPN網絡建設

SPN網絡是5G網絡建設的核心，是今后5G網絡的演化方向?？紤]到當前運營商在前期投入的成本，現(xiàn)有PTN網絡很難在短時間內被SPN網絡取代?？梢灶A見的是，PTN網絡與SPN網絡共存的情況將長期存在。因此，合理運用現(xiàn)有網絡配置資源，將物聯(lián)網網絡建設推向更高水平將是一項非常重要的研究內容[4]。

2.1 現(xiàn)網演進

在政府的大力扶持下，運營商已在5G網絡建設方面取得了長足的發(fā)展。在大中型城市的核心區(qū)域，SPN網絡建設規(guī)模現(xiàn)已超過先前PTN網絡建設規(guī)模。但在一些城市郊區(qū)和農村地區(qū)，資金投入短缺和設備升級困難等問題嚴重制約了SPN網絡的發(fā)展。隨著時代的發(fā)展，SPN網絡必然完全取代PTN網絡，成為5G承載的核心網絡。結合現(xiàn)網特點，如何合理配置4G/5G業(yè)務部署將是一個開放問題。從運營商角度出發(fā)，以滿足更多用戶需求為目標，將設置動態(tài)自適應網絡。因此，物聯(lián)網高層網絡建設也要結合現(xiàn)網網絡演進策略做進一步調整和改進?，F(xiàn)網演化模型如圖4所示。

圖4 現(xiàn)網演化模型

2.2 建設規(guī)劃

考慮5G網絡的發(fā)展趨勢，其業(yè)務場景由現(xiàn)有單一的數(shù)據業(yè)務擴展至更多的新興業(yè)務，使得今后的物聯(lián)網業(yè)務需求變得更加多元且差異明顯，尤其是新技術的加入可能使其變得更加復雜。例如5G無線接入網的扁平化設計要求5G核心網趨于分布式部署架構，導致物聯(lián)網高層網絡的網絡結構和功能改變。5G網絡建設應考慮今后新業(yè)務產生和潛在的風險。因此物聯(lián)網在不同建設期間應結合實際SPN網絡需要，分階段、分場景進行相應建設現(xiàn)網建設規(guī)劃如圖5所示。

圖5 現(xiàn)網建設規(guī)劃

3 結 語

隨著5G網絡建設規(guī)模逐步擴大，物聯(lián)網網絡體系將向多層次、立體化方向發(fā)展。立足現(xiàn)有5G網絡，本文從SPN網絡建設入手，從應用場景、建設建議等方面展開分析，闡述現(xiàn)有物聯(lián)網網絡建設現(xiàn)狀和相應的改進方法，為今后相關網絡建設提供借鑒。