5G時代SPN與PTN融合組網(wǎng)建設

林炎 石啟良

(中通服咨詢設計研究院有限公司，南京 210019)

0 引言

中國移動無線數(shù)字通信經(jīng)歷了2G、3G、4G、5G四代變遷，與之相對應的有線回傳技術也經(jīng)過了同步數(shù)字體系(Synchronous Digital Hierarchy，SDH)、多業(yè)務傳送平臺(Multi-Service Transport Platform，MSTP)、分組傳送網(wǎng)(Packet Transport Network，PTN)、切片分組網(wǎng)(Slicing Packet Network，SPN)4個發(fā)展階段。

從本質(zhì)上看，MSTP設備是增加了以太網(wǎng)、ATM等UNI接口的SDH；而SPN是對PTN設備接口速率、時延、靈活連接、切片、管理控制等方面功能的升級[1]，如表1所示。

表1 PTN與SPN主要功能指標對比

當前，MSTP/SDH網(wǎng)絡基本完成了其歷史使命，正逐步退網(wǎng)。如何有步驟地建設SPN網(wǎng)絡，做好SPN與PTN融合組網(wǎng)已經(jīng)成為5G時代城域傳送網(wǎng)核心課題。

1 5G基站承載方式分析

5G試點階段，移動集團公司提出的5G基站承載方式主要有PTN擴容、PTN升級和新建SPN[2]。其中，PTN擴容和PTN升級又可總結(jié)為利舊PTN的方式，即將5G業(yè)務直接部署在現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡，通過局部的板卡擴容或設備替換滿足與5G核心網(wǎng)對接以及5G基站接入需求，新增5G業(yè)務與原有4G/2G等業(yè)務共平面。

5G的業(yè)務場景主要包括增強移動寬帶(eMBB)、超高可靠超低時延通信(uRLLC)、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)(mMTC)3類?，F(xiàn)有PTN網(wǎng)絡可以勉強應對分別由3D-MIMO和NB-IoT演進而來的eMBB和mMTC業(yè)務場景，而URLLC業(yè)務場景對回傳網(wǎng)時延、抖動、丟包等有更高要求，還存在核心網(wǎng)用戶面下沉的需求，PTN網(wǎng)絡難以滿足。因此，近中期具有完整5G業(yè)務場景的區(qū)域，應根據(jù)5G基站規(guī)劃以及用戶面下沉計劃，選擇新建SPN承載5G基站及用戶面流量，同時兼顧4G/2G等重要的中小顆粒以太網(wǎng)業(yè)務。

2 城區(qū)SPN/PTN融合組網(wǎng)策略

城市和縣城的城區(qū)具有完整的5G業(yè)務場景，是5G建設的主攻方向。受SPN設備集采較PTN設備集采區(qū)域變化的影響，根據(jù)網(wǎng)絡層次的順序，先接入后骨干匯聚地進行SPN網(wǎng)絡建設[3]通常并不可行。應基于“新型綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)”[4]，從下至上進行規(guī)劃設計，從上到下新建SPN網(wǎng)絡。與此同時，逐步騰退PTN設備，精簡PTN網(wǎng)絡。

2.1 建設新型綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)

傳統(tǒng)綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)主要用于寬帶業(yè)務的承載[4]，新型綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)以真正的全業(yè)務接入為宗旨，從跟隨寬帶業(yè)務被動蔓延，變?yōu)榱酥鲃痈采w區(qū)域，滿足各類業(yè)務接入及傳送需求。

2.1.1 面

現(xiàn)有綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)和微網(wǎng)格的面積往往都較大，應做必要的裁剪和整合，優(yōu)化調(diào)整為綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)、業(yè)務匯聚區(qū)以及網(wǎng)格、微格逐級嵌套的4層結(jié)構(gòu)，面積分別控制到2～4 km2、0.5～1.5 km2、小于0.5 km2和0.1～0.15 km2左右，更有效地完成對業(yè)務的傳送及接入。

其中，業(yè)務匯聚區(qū)的設置尤為關鍵。不同于采用無源光網(wǎng)絡(Passive Optical Network，PON)技術的寬帶業(yè)務在整個綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)內(nèi)僅需要部署1臺機架式光線路終端(Optical Line Terminal，OLT)便可依托于光分配網(wǎng)(Optical Distribution Network，ODN)完成對末端光網(wǎng)絡單元(Optical Network Unit，ONU)業(yè)務的聚合?，F(xiàn)階段的基站C-RAN后，需要在局端堆疊集中相應物理基站數(shù)量的盒式室內(nèi)基帶處理單元(Building Base band Unite，BBU)才能完成對末端有源天線處理單元(Active Antenna Unit，AAU)/射頻拉遠單元(Remote Radio Unit，RRU)業(yè)務的聚合。

綜合考慮動力保障、網(wǎng)絡安全等因素，單個業(yè)務匯聚區(qū)管轄物理基站數(shù)應控制在15個以內(nèi)。部分熱點區(qū)域，單個網(wǎng)格便需要對應一個業(yè)務匯聚區(qū)。

2.1.2 節(jié)點機房

在傳統(tǒng)綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)，僅有匯聚和接入兩類機房。若將BBU大規(guī)模堆疊于匯聚機房，會造成局部區(qū)域基站業(yè)務過于集中，造成較大的通信安全風險；若小規(guī)模堆疊于接入機房，并不能達到C-RAN建站方式應對基站能耗、頻譜資源、建維成本等挑戰(zhàn)的初衷。

在新型綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)中，為了分別對應綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)和業(yè)務匯聚區(qū)，匯聚機房被細分為了普通匯聚機房與業(yè)務匯聚機房兩類。其中，業(yè)務匯聚機房是在接入機房之上，普通匯聚機房之下，為順應BBU集中放置的需求，兼顧寬帶等業(yè)務發(fā)展需要而設置的一類機房。

通過降級不達標的普通匯聚機房，升級部分條件較好的自有接入機房或購建租新機房等方式增補業(yè)務匯聚機房對于基站的C-RAN集中、接入層SPN部署極為重要。

2.1.3 分纖點

一級分纖點(First-class Point，F(xiàn)P)和二級分纖點(Distributed Point，DP)分別對應于網(wǎng)格和微格進行設置，允許有室外光交箱和或室內(nèi)ODF架兩種形態(tài)。

普通匯聚機房、業(yè)務匯聚機房、FP及DP均可向下兼作一級機房或分纖點——普通匯聚機房可兼作其所屬業(yè)務匯聚區(qū)的業(yè)務匯聚機房，業(yè)務匯聚機房可兼作其所屬網(wǎng)格的FP，F(xiàn)P可兼作所屬微格的DP，而DP可以以業(yè)務需求為導向，按需增補。

2.1.4 光纜

新型綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)光纜包括主干、配線及聯(lián)絡3類。

其中，主干光纜的定義為同一綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)內(nèi)，普通匯聚/業(yè)務匯聚機房以及FP之間的光纜。這樣一來，末端業(yè)務經(jīng)過DP、FP后可直接在業(yè)務匯聚機房落地。

而聯(lián)絡光纜是指不同綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)之間，普通匯聚/業(yè)務匯聚機房以及FP之間的光纜。在SPN網(wǎng)絡搭建過程中，業(yè)務匯聚/接入機房可以通過聯(lián)絡光纜，上聯(lián)至不同綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)普通匯聚機房。

2.2 全面新建SPN

PTN乃至更早的MSTP/SDH組網(wǎng)均采用的是核心—骨干—匯聚—接入4層架構(gòu)。對于SPN組網(wǎng)而言，在業(yè)務量較少城區(qū)可以取消接入層，直接采用核心—骨干—匯聚3層架構(gòu)，以獲得更小的時延[5]；而在一般城區(qū)，推薦采用核心—骨干—匯聚—接入—輔助接入的4.5層架構(gòu)。

在核心、重要匯聚、普通匯聚、業(yè)務匯聚機房分別部署NPE、SPE、P、UPE設備。其中，SPE和UPE設備一般為超大規(guī)模SPN設備，P和UPE設備分為大、中型SPN設備。

依托于核心光纜、骨干匯聚光纜、匯聚光纜、主干及聯(lián)絡光纜分別搭建SPN網(wǎng)絡核心層、骨干匯聚層、匯聚層、接入層。其中，骨干匯聚層繼續(xù)采用口字型組網(wǎng)，具備物理條件的匯聚層、接入層可以逐步由環(huán)型向半MESH，甚至全MESH型進行演進。

工業(yè)和信息化部在《“雙千兆”網(wǎng)絡協(xié)同發(fā)展行動計劃(2021—2023年)》中明確提出“推動5G承載網(wǎng)城域接入層按需部署50 Gbit/s系統(tǒng)，城域匯聚層和核心層按需部署100 Gbit/s或200 Gbit/s系統(tǒng)?！苯ㄗh核心層、骨干匯聚層、匯聚層和接入層應一步到位為200 Gbit/s和50 Gbit/s速率。不過，由于OTN系統(tǒng)支路側(cè)板件目前并不支持200 Gbit/s速率端口，在需要借助于OTN系統(tǒng)承載的SPN鏈路，如區(qū)縣(市)SPE與NPE對接，不得不采用100 Gbit/s速率端口。

起到DP作用的接入機房根據(jù)業(yè)務的保障要求，選擇“V”字型雙上行或單掛P、UPE設備，形成一個輔助的接入層，速率不應低于10 Gbit/s。

SPN網(wǎng)絡IGP分域點建議設置在SPE節(jié)點，即NPE與所有SPE組成一個IGP域，同一個骨干匯聚對下一個或多個匯聚環(huán)中的P、UPE設備被劃分為一個IGP域。

2.3 騰退PTN

由于4G/2G基站普遍采用的是D-RAN建設方式，PTN網(wǎng)絡采取的是一站一設備的跟隨建設策略，這直接導致了PTN網(wǎng)絡日益臃腫、結(jié)構(gòu)愈發(fā)紊亂。隨著SPN網(wǎng)絡新建，應以業(yè)務匯聚區(qū)為單位，有序地將非室分、非自有接入機房的4G/2G BBU集中堆疊于屬業(yè)務匯聚機房，由SPE設備統(tǒng)一承載。逐步騰退接入機房內(nèi)的PTN設備，尤其是端口占用1～3口接入層PTN設備，由少至多、由下至上地精簡PTN網(wǎng)絡。

3 非城區(qū)SPN/PTN融合組網(wǎng)策略

非城區(qū)非5G建設的主攻方向，且幅員遼闊，從上至下全面新建SPN網(wǎng)絡的必要性不足，投資和時間也并不允許?？梢钥紤]先搭建SPN匯聚層，并充分挖潛PTN網(wǎng)絡能力對5G基站進行承載，再按需建設SPN接入層。

3.1 優(yōu)先搭建SPN匯聚層

非城區(qū)SPN網(wǎng)絡的P設備選取十分重要，一方面，圍繞P設備，可以盡可能多收斂其周邊3～5公里的BBU，提升非城區(qū)5G、4G/2G基站C-RAN比例；另一方面，穩(wěn)定的P設備節(jié)點將為后續(xù)接入層的搭建奠定堅實的基礎。

建議優(yōu)選鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政中心、廠礦、工業(yè)園區(qū)、高校、移民搬遷點、旅游度假區(qū)等具有發(fā)展5G業(yè)務場景的“中心地帶”機房設置為P設備節(jié)點，并提前做好機房的改擴建，機房配套設施優(yōu)化整治等工作。

相鄰兩臺P設備節(jié)點之間路由較為豐富的，盡量考慮將P設備納為同一個匯聚環(huán)網(wǎng)。對于相距較遠的P設備節(jié)點以及節(jié)點較多的匯聚環(huán)網(wǎng)可以通過OTN系統(tǒng)進行中繼或拆環(huán)?？偟脑瓌t是要嚴格環(huán)網(wǎng)節(jié)點數(shù)量(≤ 6個)，并確保匯聚環(huán)網(wǎng)光功率達標，無弱光情況。

特別需要注意的是，非城區(qū)與城區(qū)的過度區(qū)域內(nèi)若無中心地帶，應選擇途中自有機房增設P設備，以對城區(qū)和非城區(qū)業(yè)務進行嚴格切分，避免發(fā)生跨IGP域問題。

3.2 充分挖潛PTN網(wǎng)絡能力

在中心地帶之間的外圍地帶當前主要以低頻5G建設為主，以實現(xiàn)5G信號的廣覆蓋。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)網(wǎng)中興、烽火、華為三家主流廠家PTN設備GE/10GE端口剩余率分別達到96%、92%和80%。由于BBU與傳輸設備對接端口已支持GE/10GE光模塊的自適應，在預期發(fā)展用戶數(shù)較少、流量有限的情況下，可先利舊PTN網(wǎng)絡以D-RAN方式進行5G基站的開通。

對于端口確實剩余不足的老舊PTN設備，可用城區(qū)以及非城區(qū)中心地帶及其周邊拆舊下來PTN設備進行替換，以延長PTN設備整體生命周期，充分盤活固定資產(chǎn)。

3.3 按需搭建SPN接入層

非城接入層SPN建設需求主要來自兩塊。一是5G業(yè)務直接驅(qū)動，如道路沿線(如高速、高鐵、航道)的信號覆蓋；二是低頻5G利舊PTN網(wǎng)絡開通后，原PTN環(huán)網(wǎng)流量超限。

SPN接入節(jié)點應優(yōu)先考慮位置屬性，盡可能選擇靠近行政村村委會附近的自有接入機房，在3～5公里范圍內(nèi)BBU做量力而行的C-RAN集中。

SPN接入層應盡可能避免跨匯聚環(huán)組環(huán)。出現(xiàn)跨環(huán)組網(wǎng)時，可考慮將兩個匯聚環(huán)劃為同一個IGP域處理。

4 其他應該注意的問題

4.1 SPN與PTN的互聯(lián)

NPE與4G、5G等核心網(wǎng)應直接對接。

同廠家SPN與PTN互聯(lián)采用NNI接口，異廠家SPN與PTN互聯(lián)采用UNI接口。主要發(fā)生地市核心機房，至少應設置4對互聯(lián)，如圖1所示。

圖1 SPN與PTN互聯(lián)示意圖

前兩對互聯(lián)為NPE與PTN L3設備之間?；ヂ?lián)后，通過PTN網(wǎng)絡承載的5G基站業(yè)務可以通過NPE連接至5G核心網(wǎng)。當然，若PTN L3設備已經(jīng)下沉至部分重要匯聚機房，也可在重要匯聚機房內(nèi)通過SPE與骨干匯聚PTN設備互聯(lián)。

后兩對互聯(lián)為NPE與PTN 2G落地設備之間?；ヂ?lián)后，通過SPN承載的2G基站業(yè)務(如FDD反開2G)可以通過PTN 2G落地設備再與BSC對接，以減少對BSC以太網(wǎng)口的占用。

4.2 SPN網(wǎng)絡切片

SPN/PTN融合組網(wǎng)的最終結(jié)果是實現(xiàn)統(tǒng)一承載的SPN網(wǎng)絡，要盡快盡多地將大、中顆粒以太網(wǎng)業(yè)務疏導至SPN網(wǎng)絡。在已建成的SPN網(wǎng)絡內(nèi)，不同業(yè)務對時延、帶寬等需求不盡相同，應在切片通道層，基于FlexE技術對網(wǎng)絡進行切片[7]。

建議先劃分5G eMBB業(yè)務場景及4G/2G+專線業(yè)務兩個切片，隨著業(yè)務發(fā)展，針對mMTC、uRLLC、5G中傳以及核心網(wǎng)下沉所產(chǎn)生的的流量，再適時新增或調(diào)整切片。

4.3 SPN/PTN建設分工界面

城域傳送網(wǎng)設備項目集統(tǒng)籌SPN網(wǎng)絡建設項目，負責NPE、SPE、P、UPE設備的新增、PTN設備的拆舊及SPN和PTN上層互聯(lián)。在基站傳輸配套項目集，進行輔助接入層UPE設備的新增和接入層PTN設備的利舊替換。

5 結(jié)束語

5G時代是移動無線回傳SPN/PTN融合組網(wǎng)的黃金時段，提前謀篇布局將直接影響5G建設的進度、成本和質(zhì)量和未來城域傳送網(wǎng)建設的效益和效率。

對于SPN/PTN融合組網(wǎng)的要點和策略亦可被借鑒用于其他運營商，如電信智能傳送網(wǎng)(Smart Transport Network，STN)與無線接入IP網(wǎng)(IP Radio Access Network，IPRAN)以及聯(lián)通IPRAN 2.0與IPRAN的融合組網(wǎng)之中。