SPN接入層搭建相關(guān)問題研究

林 炎，吳 辰（中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇南京 210019）

0 引言

2020 年5 月，中國移動與中國廣電簽署了《5G 網(wǎng)絡(luò)共建共享合作框架協(xié)議》。2021年9月，雙方又簽訂了《5G 網(wǎng)絡(luò)共建共享補充協(xié)議》［1］，這標(biāo)志著中國移動5G建設(shè)進(jìn)入了新階段。在新階段，中國移動將在城區(qū)持續(xù)加密2.6 GHz 基站，并通過部署700 MHz 基站，開啟VoNR 功能；在非城區(qū)，按照700 MHz 打底、2.6 GHz增強的模式全面建設(shè)5G無線網(wǎng)。

分組傳送網(wǎng)（Packet Transport Network，PTN）系統(tǒng)不能完全滿足5G 基站的大帶寬、低時延、高精度時間同步、靈活組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)切片等需求［2］，切片分組網(wǎng)（Slicing Packet Network，SPN）系統(tǒng)由于投資的原因，不能在短時間內(nèi)完成自上而下全覆蓋。為了滿足5G 無線網(wǎng)建設(shè)的基本要求，面對著城域新老平臺系統(tǒng)并存的現(xiàn)狀，需要對SPN系統(tǒng)搭建，尤其是對SPN接入層搭建相關(guān)問題進(jìn)行深入研究。

1 SPN接入層規(guī)劃建設(shè)策略分析

5G 時代的SPN 建設(shè)與4G/3G 時代的PTN 建設(shè)、3G/2G 時代的SDH 建設(shè)既有相同之處，又有顯著的不同。相同是，網(wǎng)絡(luò)初始都僅面向基站接入，最終都需要面向綜合承載；都需要分層分割，以保證網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)明晰；都需要盡可能成環(huán)，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)倒換保護(hù)；都需要控制環(huán)上節(jié)點數(shù)，以保證網(wǎng)絡(luò)容量充足，等等。

早期無線網(wǎng)普遍采用D-RAN 建設(shè)模式，接入網(wǎng)元通常先在基站配套傳輸項目新增，再通過城域網(wǎng)項目優(yōu)化調(diào)整［3］，幾乎是一站一傳輸設(shè)備。在5G 時代，C-RAN 建設(shè)模式成為絕對主流，DU/BBU 等信源共柜或共框成為新常態(tài)［4］，相應(yīng)的城域網(wǎng)接入層在網(wǎng)絡(luò)中的定位需整體上移，如圖1所示。

圖1 城域網(wǎng)接入層在網(wǎng)絡(luò)中的定位變化

SPN 接入層雖然處于SPN 系統(tǒng)最底層，但規(guī)模最大、覆蓋最廣。簡單地參考現(xiàn)有的PTN/SDH 接入層來搭建SPN 接入層，既不能滿足5G 基站接入的需求，也不能解決PTN/SDH 系統(tǒng)長期存在的結(jié)構(gòu)性問題。由此看來，搭建SPN 接入層的目標(biāo)是控制網(wǎng)元數(shù)量、提高質(zhì)量，做到規(guī)劃引領(lǐng)、統(tǒng)分結(jié)合。

a）規(guī)劃引領(lǐng)。編制SPN 接入層規(guī)劃藍(lán)圖（以下簡稱“藍(lán)圖”），該藍(lán)圖包括拓?fù)鋱D、網(wǎng)元信息表、機房信息表等內(nèi)容。編制藍(lán)圖的目的是加強傳輸專業(yè)和無線專業(yè)的協(xié)同，加強傳輸設(shè)備和傳輸線路間的協(xié)同，充分順應(yīng)C-RAN 信源集中部署的發(fā)展趨勢，控制SPN網(wǎng)元數(shù)量，精簡SPN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

b）統(tǒng)分結(jié)合。在城域網(wǎng)項目中以整環(huán)為單位建設(shè)SPN 接入層，在基站配套傳輸項目中以設(shè)備擴(kuò)容為主。目標(biāo)機房暫不具備條件時，可先部署于過渡機房，進(jìn)行信源拉遠(yuǎn)式集中；待目標(biāo)機房具備條件后，再搬遷接入網(wǎng)元，進(jìn)行信源堆疊式集中改造。

總而言之，要嚴(yán)格按照藍(lán)圖進(jìn)行SPN 接入層搭建，并定期根據(jù)業(yè)務(wù)需求的變化、基礎(chǔ)資源等情況進(jìn)行復(fù)盤和更新。

2 搭建城區(qū)SPN接入層要點分析

城區(qū)SPN 接入層應(yīng)依托于新型綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)，按照劃面、設(shè)點、組網(wǎng)的步驟進(jìn)行規(guī)劃［5］，如圖2所示。

圖2 城區(qū)SPN接入層的搭建

2.1 劃面

在綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)內(nèi)部，以道路、橋梁、河流、湖泊、公園、綠化帶等妨礙光纜線路穿行的大型障礙為界，進(jìn)一步劃分業(yè)務(wù)匯聚區(qū)。通常建議其覆蓋面積控制在0.5～1.5 km2，熱點城區(qū)不超過1 km2。

2.2 設(shè)點

為了應(yīng)對分布式系統(tǒng)信源集中、核心網(wǎng)下沉、固移融合等需要，匯聚機房被細(xì)分為普通匯聚機房和業(yè)務(wù)匯聚機房2 類［6］。一個綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)對應(yīng)唯一的普通匯聚機房，一個業(yè)務(wù)匯聚區(qū)對應(yīng)唯一的業(yè)務(wù)匯聚機房。普通匯聚機房可以兼做其所在業(yè)務(wù)匯聚區(qū)的業(yè)務(wù)匯聚機房。

如果匯聚機房室外塔桅上有大量帶電設(shè)備，建議采用獨立供電方式。對于室內(nèi)機房配套的新建或改造，需要充分考慮包括C-RAN在內(nèi)的各類分布式系統(tǒng)的信源集中、核心網(wǎng)設(shè)備的安裝及其空調(diào)、電池增加等需求。

2.3 組網(wǎng)

城區(qū)接入網(wǎng)元應(yīng)主要部署于業(yè)務(wù)匯聚機房，通過綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)內(nèi)的主干光纜、綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)間的聯(lián)絡(luò)光纜完成組網(wǎng)。接入環(huán)雙掛在同一個匯聚環(huán)上2個不同的匯聚網(wǎng)元下。

由于城區(qū)SPN接入層以面向大C-RAN 集中為主，建議選用10個以上業(yè)務(wù)槽位、交叉能力較強的盒式設(shè)備或小型機架式設(shè)備作為接入網(wǎng)元。單個接入環(huán)接入網(wǎng)元數(shù)建議控制在6 個之內(nèi)，環(huán)網(wǎng)帶寬為50GE，以便提前儲備集客業(yè)務(wù)接入和傳送能力。

3 搭建非城區(qū)SPN接入層要點分析

非城區(qū)的面積通常遠(yuǎn)大于城區(qū)。因此，應(yīng)該首先著眼于鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政中心、礦山港口、工業(yè)園區(qū)、學(xué)院高校、發(fā)達(dá)行政村、移民搬遷點、旅游度假區(qū)等區(qū)域，劃出“中心地帶”［7］。類似于城區(qū)的綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)搭建，可以在非城區(qū)中心地帶設(shè)置普通匯聚機房、部署SPN匯聚網(wǎng)元。

無線基站信號頻段越低，波長越長，覆蓋范圍越大。700 MHz 覆蓋半徑可以達(dá)到3.4 km［8］，900 MHz 覆蓋半徑僅是700 MHz 的一半左右。容易推導(dǎo)出非城區(qū)SPN 接入網(wǎng)元需求量≤700 MHz 基站規(guī)劃數(shù)≤900 MHz 基站數(shù)。因此，可以基于FDD 900 MHz 無線網(wǎng)規(guī)劃700 MHz 目標(biāo)網(wǎng)，進(jìn)而參考700 MHz 目標(biāo)網(wǎng)規(guī)劃SPN接入網(wǎng)元。

針對非城區(qū)中心地帶業(yè)務(wù)，建議盡可能地將業(yè)務(wù)由普通匯聚機房統(tǒng)一接入和匯聚網(wǎng)元統(tǒng)一承載，從而控制接入網(wǎng)元數(shù)量，避免大量位于中心地帶的接入網(wǎng)元被拉出中心地帶，為組環(huán)而組環(huán)的情況出現(xiàn)。接入環(huán)網(wǎng)安全隱患數(shù)量通常與接入環(huán)網(wǎng)物理路由長度成正比，為組環(huán)而組環(huán)并不能提升系統(tǒng)的可靠性。

對于中心地帶間的“外圍地帶”業(yè)務(wù)，可以通過設(shè)置“小業(yè)務(wù)匯聚機房”，先做相對集中，再通過部署接入網(wǎng)元進(jìn)行集中承載。首選自有產(chǎn)權(quán)機房作為小業(yè)務(wù)匯聚機房，其次是鐵塔機房或其他運營商機房；進(jìn)出光纜路由應(yīng)保證不少于2條。小業(yè)務(wù)匯聚機房本質(zhì)仍是接入機房，配套條件相對較差，非城區(qū)物理基站間距相對較大，為保證運維的便利性，無需追求高CRAN集中度，收斂物理基站數(shù)以3～5個為宜。總之，小業(yè)務(wù)匯聚機房數(shù)量與非城區(qū)700 MHz基站規(guī)模大體相當(dāng)較為合理。

非城區(qū)接入環(huán)可以通過接入光纜雙掛在同一個匯聚環(huán)上的2個不同匯聚網(wǎng)元上。在業(yè)務(wù)相對稀疏的外圍地帶，還可以引入類似城區(qū)綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)中的主干光纜、配線光纜的概念，推動接入光纜與匯聚光纜的統(tǒng)籌規(guī)劃，分層使用。

如圖3所示，外圍主干光纜連接相鄰的中心地帶，其纖芯被分為直達(dá)和共享2類。匯聚網(wǎng)元可以通過直達(dá)纖芯對接，接入環(huán)則可以通過外圍主干光纜的共享纖芯或配線光纜來組環(huán)。

圖3 業(yè)務(wù)相對稀疏的非城區(qū)SPN接入層的搭建

由于非城區(qū)SPN 接入層主要面向小C-RAN，建議選用不少于6 個業(yè)務(wù)槽位的盒式設(shè)備作為接入網(wǎng)元。單個接入環(huán)的接入網(wǎng)元數(shù)建議控制在8 個以內(nèi)，環(huán)網(wǎng)帶寬以10GE 為主。若接入環(huán)覆蓋區(qū)域有通過IP 傳輸設(shè)備回傳OLT的需求，建議直接按50GE進(jìn)行規(guī)劃。

4 PTN與SPN融合組網(wǎng)總體思路

近年來，中國移動提出了“五網(wǎng)改三網(wǎng)”城域網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)，旨在將現(xiàn)有的SDH、PTN、SPN、PON 和OTN 等5 張網(wǎng)逐漸精簡為SPN、PON 和OTN 等3 張網(wǎng)。其中，PTN 與SPN 融合組網(wǎng)是一項重要工作［9］，目前有網(wǎng)絡(luò)融合和業(yè)務(wù)融合2套解決方案。

a）網(wǎng)絡(luò)融合是指將PTN 接入環(huán)完全割接到SPN匯聚環(huán)下，并將PTN 系統(tǒng)直接并入SPN 系統(tǒng)中。將所有PTN接入網(wǎng)元納入SPN網(wǎng)管，PTN核心網(wǎng)元、匯聚網(wǎng)元全量退網(wǎng)。實施這套方案的前提條件是在4G 后期已經(jīng)面向C-RAN完成了對PTN系統(tǒng)架構(gòu)的改造，并且PTN 與SPN 必須來自同一廠家。該方案最大的弊端是，雖然SPN系統(tǒng)可以兼容PTN，但大多數(shù)PTN不能平滑升級到SPN，導(dǎo)致在未來相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，SPN系統(tǒng)的優(yōu)良特性都無法得到充分展現(xiàn)。

b）業(yè)務(wù)融合指取消PTN 和SPN 接入層的業(yè)務(wù)承載限制，將業(yè)務(wù)就近接入PTN或SPN，在PTN不能滿足業(yè)務(wù)需求的地點或區(qū)域，啟動SPN 建設(shè)。隨著SPN 的建成，以單點或整環(huán)為單位，逐步將業(yè)務(wù)由PTN 遷轉(zhuǎn)至SPN，分批完成PTN的退網(wǎng)。

相對而言，業(yè)務(wù)融合是更普遍適用的解決方案。在應(yīng)用過程中，筆者也總結(jié)了4個關(guān)鍵點。

a）在業(yè)務(wù)融合之前，SPN 系統(tǒng)應(yīng)構(gòu)造起多個FlexE切片［10］，以滿足不同業(yè)務(wù)的承載需求。

b）在單個SPN 接入網(wǎng)元入網(wǎng)后，應(yīng)優(yōu)先將與之對應(yīng)的PTN 接入鏈業(yè)務(wù)遷轉(zhuǎn)，對下掛接入鏈設(shè)備進(jìn)行退網(wǎng)處理。在對接入環(huán)設(shè)備進(jìn)行退網(wǎng)時，需要謹(jǐn)慎處理。每退網(wǎng)一臺PTN 設(shè)備，都需提前計算其相關(guān)中繼段距離是否仍滿足組網(wǎng)需要［11］，是否需要替換長距光模塊。

c）在SPN 接入環(huán)搭建完成后，應(yīng)將與之對應(yīng)的PTN接入環(huán)業(yè)務(wù)遷轉(zhuǎn)、設(shè)備退網(wǎng)；在SPN匯聚環(huán)搭建完成后，應(yīng)將與之對應(yīng)的PTN 匯聚環(huán)業(yè)務(wù)遷轉(zhuǎn)、設(shè)備退網(wǎng)。

d）退網(wǎng)PTN 可以用于存量PTN 的替換、擴(kuò)容，為SPN接入層的有序搭建爭取時間。

由于PTN 和SPN 系統(tǒng)獨立運行，PTN 與SPN 網(wǎng)元歸屬于不同網(wǎng)管。一般情況下，為了讓業(yè)務(wù)順暢互聯(lián)互通需要額外增加一些鏈路進(jìn)行對接。在PTN和SPN同廠家的區(qū)域，可以用SPN 替換PTN，并繼續(xù)提供PTN的功能。以一個物理實體、2 個獨立邏輯網(wǎng)元的形式分別納入SPN 和PTN 網(wǎng)管，從而省去一部分對接鏈路。

5 在SPN搭建過程中遇到的問題及解決方案

SPN 2.0 引入了Mbit/s 級別更小顆粒技術(shù)、小型化SPN設(shè)備，進(jìn)一步增強了面向用戶的智能運維能力［12］。但任何事物都有其兩面性，正是由于SPN 具備動態(tài)算路、集中控制等機制，SPN 組網(wǎng)限制較PTN 更為嚴(yán)格［13］。現(xiàn)實中，常遇到2個問題。

問題1：在匯聚環(huán)和匯聚環(huán)交界區(qū)域，接入環(huán)跨匯聚環(huán)雖雙歸，但無法形成邏輯環(huán)網(wǎng)。

常規(guī)應(yīng)對措施：將產(chǎn)生交接區(qū)域的匯聚環(huán)劃為一個IGP 域。極端情況下，甚至可以將整個區(qū)/縣（市）劃為一個IGP域。

問題2：在城區(qū)與非城區(qū)交界區(qū)域，接入環(huán)一端掛普通匯聚網(wǎng)元，另一端掛重要匯聚網(wǎng)元，使業(yè)務(wù)流向變得復(fù)雜。

常規(guī)應(yīng)對措施：在重要匯聚機房增設(shè)普通匯聚網(wǎng)元對業(yè)務(wù)進(jìn)行切割，或修改網(wǎng)元節(jié)點鏈路缺省cost值。

傳統(tǒng)城域網(wǎng)核心-匯聚-接入的3層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要針對南北向流量為主的業(yè)務(wù)形態(tài)。PON 系統(tǒng)對其進(jìn)行了精簡，采用了BRAS-OLT 的2層構(gòu)架，大幅提高了業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)效率。

在算網(wǎng)時代，東西向流量將成為主流，對城域網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)效率要求越來越高。相較于SPN，OTN 具有組網(wǎng)限制少、轉(zhuǎn)發(fā)時延低、保障水平高等優(yōu)勢。

在SPN 搭建中，主要遇到的問題是受地理條件的限制，SPN 接入環(huán)與SPN 匯聚環(huán)無法完全匹配。從根本上解決問題的對策是將OXC/ROADM 下沉簡化［14］至普通匯聚機房，搭建真正透明傳輸、綜合承載的“OTN中繼層”，以此來替代SPN 匯聚層。通過OTN 中繼層，將SPN 接入環(huán)雙歸至SPN 重要匯聚網(wǎng)元，建設(shè)類PON架構(gòu)的極簡SPN系統(tǒng)，如圖4所示。

圖4 SPN接入環(huán)直掛SPN重要匯聚網(wǎng)元

借助于OTN 大帶寬、透明傳輸、WSON 等諸多優(yōu)秀特性，SPN 系統(tǒng)可以以更高的速率、更低的時延、更高的質(zhì)量運行，從而達(dá)到1+1 遠(yuǎn)大于2 的效果，如圖5所示。

圖5 SPN系統(tǒng)目標(biāo)架構(gòu)

匯聚網(wǎng)元可逐步演變?yōu)橐粋€大型的接入網(wǎng)元，順勢并入SPN接入層。隨著更多接入環(huán)雙歸至重要匯聚網(wǎng)元，重要匯聚層可以結(jié)合葉脊網(wǎng)絡(luò)理論［15］進(jìn)行水平擴(kuò)容。

6 結(jié)束語

SPN 接入層的構(gòu)建對5G 和城域網(wǎng)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響。中國移動應(yīng)充分利用好這次機會，化繁為簡，以始為終，持續(xù)推進(jìn)“五網(wǎng)改三網(wǎng)”進(jìn)程，實現(xiàn)PTN與SPN 融合組網(wǎng)，推進(jìn)OTN 中繼層建設(shè)。對于大顆粒業(yè)務(wù)，可以直接就近接入OTN 中繼層或其下屬的OTN-CPE，而對于小顆粒業(yè)務(wù)，可先集中于業(yè)務(wù)匯聚或接入機房，由SPN 接入網(wǎng)元、OLT 收斂后，再接入OTN 中繼層。以此為新的起點，打造一個更加扁平高效、安全可靠的新型城域網(wǎng)。