朱明亮 顧秀秀

摘? 要：承載網(wǎng)作為一種傳遞各類通信業(yè)務的綜合性網(wǎng)絡，其技術(shù)方案及組網(wǎng)架構(gòu)的選擇將直接影響通信網(wǎng)絡的建設速度及業(yè)務承載質(zhì)量。文章在分析5G時代網(wǎng)絡承載特征及具體細節(jié)要求的基礎上，重點分析了SPN承載方案的層次架構(gòu)和技術(shù)特點，最終給出了5G背景下SPN承載網(wǎng)的組網(wǎng)架構(gòu)、設備接口模型及網(wǎng)絡后續(xù)演進策略，為電信運營商的5G網(wǎng)絡建設提供了參考和建議。

關(guān)鍵詞：SPN;承載網(wǎng);技術(shù);組網(wǎng)

中圖分類號：TN914? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）06-0074-03

Abstract：As a comprehensive network for all kinds of communication services，the choice of technical scheme and network structure for carrying network will directly affect the construction speed and service carrying quality of communication network. Based on the analysis of network hosting characteristics and detailed requirements in 5G era，this paper focuses on the hierarchical structure and technical characteristics of SPN carrying network，and finally gives the SPN networking architecture，device interface model and subsequent evolution strategies under the background of 5G network，which provides reference suggestions for the construction of 5G network for telecommunication operators.

Keywords：SPN;carrying network;technology;networking strategy

0? 引? 言

5G作為最新一代的移動網(wǎng)絡通信制式，不僅是我國信息技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的突破口和著力點，也是當下及未來一段時間內(nèi)各大運營商競爭的主戰(zhàn)場。依據(jù)國際標準化組織3GPP的定義，5G業(yè)務根據(jù)其各自特點的不同可以劃分為eMBB（Enhance Mobile Broadband，增強型移動寬帶）、uRLLC（Ultra Reliable & Low Latency Communication，高可靠低時延通信）和mMTC（Massive Machine Type Communication，海量機器類通信）三大典型應用場景[1]，每種應用場景都對網(wǎng)絡性能提出了不同的要求。因此選擇和明確一種適合各類業(yè)務場景的承載網(wǎng)技術(shù)將對5G網(wǎng)絡的快速建設和有效運行起到至關(guān)重要的作用。本文基于對本校通信工程專業(yè)選修課程“下一代網(wǎng)絡技術(shù)”的研究，對5G背景下SPN承載網(wǎng)的組網(wǎng)架構(gòu)、設備接口模型及網(wǎng)絡后續(xù)演進策略進行了分析。

1? 5G網(wǎng)絡承載特征及要求

5G業(yè)務需要配套的網(wǎng)絡來傳輸和承載，面對5G在業(yè)務規(guī)模、業(yè)務屬性及業(yè)務特點方面的變化，5G時代的網(wǎng)絡承載需具備以下6個特征才能有效應對5G網(wǎng)絡發(fā)展帶來的各類挑戰(zhàn)。

（1）大帶寬：5G時代單站能力將提升10～100倍，同時基站密度增大，廣覆蓋低頻站密度是4G基站的1.0～

1.5倍密度，UDN（Ultra Dense Networks，超密集組網(wǎng)）基站密度將提升10～20倍。因此面向5G的承載網(wǎng)設備用戶側(cè)帶寬需達到10 GE或25 GE，網(wǎng)絡側(cè)需達到50 GE以上;

（2）靈活連接：5G時代面臨4G和5G混合組網(wǎng)帶來的雙連接，網(wǎng)絡流量模型較為復雜，核心網(wǎng)和基站云化帶來的泛在靈活連接要求進一步提高，核心網(wǎng)下沉、MEC（Mobile Edge Computing，移動邊緣計算）下沉、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)下沉均等需要借助靈活連接來實現(xiàn)，此外城域網(wǎng)L3功能也需下沉到匯聚層以應對流量靈活調(diào)度;

（3）網(wǎng)絡分片：針對連續(xù)廣覆蓋、熱點高容量、低時延高可靠、低功耗大連接等各專業(yè)場景，承載網(wǎng)需在時延保證、路徑選擇、帶寬保證等方面進行嚴格區(qū)分和精細控制，支持軟硬管道隔離的網(wǎng)絡分片管理，滿足一網(wǎng)多用，同時支持用戶面、控制面、管理面的切片管理，便于集中分配資源;

（4）低時延：不同業(yè)務存在差異化的時延要求，uRLLC業(yè)務對承載網(wǎng)絡時延等提出苛刻要求。在光纖（10 km）引入時延50 μs的前提下，要滿足uRLLC場景需求，每臺設備的時延要控制到10 μs量級，現(xiàn)有承載技術(shù)需優(yōu)化提升;

（5）時間同步：相較于4G時代±1.5 μs的時間同步要求，5G傳輸同步精度進一步提升，達到±200 ns，設備時間精度要達到±5 ns;

（6）運維管控：傳統(tǒng)網(wǎng)絡采用分層管理、分段建設，資源使用率低，網(wǎng)絡擴容周期長、成本高，業(yè)務端到端體驗差。5G承載網(wǎng)的應用場景多樣，連接方向和數(shù)量大規(guī)模增加，因此需做好業(yè)務的按需連接和調(diào)度，依流量進行動態(tài)調(diào)整。

2? SPN關(guān)鍵技術(shù)

面對5G網(wǎng)絡承載的變化和要求，SPN（Slicing Packet Network，切片分組網(wǎng)）作為一種全新的傳輸網(wǎng)技術(shù)體制，通過在物理層、鏈路層和轉(zhuǎn)發(fā)控制層的一系列技術(shù)創(chuàng)新，保證了其在帶寬、連接、分片、時延、同步以及智能調(diào)度等方面的性能要求，滿足了5G網(wǎng)絡的承載需要[2]。

2.1? SPN層次架構(gòu)

SPN在繼承PTN（Packet Transport Network，分組傳送網(wǎng)）功能特性的基礎上進行了一定的增強和創(chuàng)新[3]，其層次架構(gòu)采用ITU-T分層網(wǎng)絡模型，主要包含5個部分，支持對IP、以太網(wǎng)等各類電信業(yè)務的綜合承載，具體劃分如圖1所示。

（1）切片傳送層STL（Slicing Transport Layer）：采用高性價比25 GE、50 GE、100 GE、200 GE、400 GE等大帶寬以太網(wǎng)接口，支持彩光DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing，密集型光波復用），可實現(xiàn)切片物理層的編解碼和高效的大帶寬傳送能力;

（2）切片通道層SCL（Slicing Channel Layer）：為業(yè)務切片提供端到端通道化組網(wǎng)，支持低時延轉(zhuǎn)發(fā)、網(wǎng)絡切片硬隔離等功能，可實現(xiàn)端到端的切片通道層性能檢測和故障恢復能力;

（3）切片分組層SPL（Slicing Packet Layer）：對業(yè)務進行識別、分流和QoS（Quality of Service，服務質(zhì)量）保障處理，支持靈活連接，實現(xiàn)對IP、以太、CBR等業(yè)務的尋址轉(zhuǎn)發(fā)和承載管道封裝，滿足L2/L3VPN（Virtual Private Network，虛擬專用網(wǎng)絡）等多種業(yè)務的分組交換和轉(zhuǎn)發(fā)能力;

（4）時鐘同步模塊：為網(wǎng)絡提供高精度時間同步能力，降低單節(jié)點的時間或者頻率誤差;

（5）統(tǒng)一管控模塊：通過標準化的組網(wǎng)模型和網(wǎng)絡接口，實現(xiàn)SPN承載網(wǎng)的統(tǒng)一管理和調(diào)度功能。

3.2? SPN技術(shù)特點

SPN在全面保持PTN既有優(yōu)勢的基礎上，采用面向SDN的架構(gòu)設計，支持大帶寬、靈活連接、網(wǎng)絡分片、低時延、高精度時間同步等新功能，滿足5G網(wǎng)絡未來發(fā)展要求。

（1）高效大帶寬承載：基于高效以太網(wǎng)，采用FlexE（Flexible Ethernet，靈活以太網(wǎng)）+DWDM等新光層技術(shù)，不但可以提供單纖大帶寬承載能力，同時還可以靈活增加使用帶寬，實現(xiàn)帶寬的擴展和分割，滿足了低成本、大帶寬的承載要求;

（2）路由化靈活連接：基于SR（Segment Routing，分段路由）技術(shù)，為網(wǎng)絡提供快速交互能力，內(nèi)部轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點無需感知業(yè)務狀態(tài)，只維護拓撲信息，網(wǎng)絡擴展性強。同時引入雙向隧道功能和端到端保護功能，SR-TP提供面向連接的業(yè)務承載，SR-BE提供面向無連接的業(yè)務承載，支持各類隧道的靈活連接;

（3）多樣性網(wǎng)絡分片：采用FlexE及物理層交叉技術(shù)實現(xiàn)分片管理，通過時隙交叉實現(xiàn)業(yè)務硬隔離，擴展支持信道層OAM（Operation Administration and Maintenance，操作維護管理）和信道層保護倒換，網(wǎng)絡可靠性高，同時支持VPN+QoS的業(yè)務軟隔離，確保網(wǎng)絡靈活高效分片;

（4）多手段降低時延：通過L3、MEC下沉來優(yōu)化網(wǎng)絡架構(gòu)，同時采用802.1 TSN（Time Sensitive Network，時間敏感網(wǎng)絡）+低時延技術(shù)和信道化隔離等措施，有效控制網(wǎng)絡時延，其中802.1 TSN中定義了低時延、時間同步和流服務的相關(guān)標準規(guī)范，其低時延解決方案有利于5G報文轉(zhuǎn)發(fā)中時延的降低;

（5）超高精度時間同步：從超高精度時間基準源和超高精度時間傳送技術(shù)兩個方面入手，提升SPN網(wǎng)絡的時間同步，采用增強的時間戳提取技術(shù)，實現(xiàn)超高精度時間同步;

（6）SDN統(tǒng)一管控：基于標準的南向、北向接口，統(tǒng)一管理多域，集中化智能調(diào)度，可實現(xiàn)隧道自動計算、L3路由集中計算和擴散，確保承載網(wǎng)與核心網(wǎng)之間端到端的業(yè)務編排和協(xié)同。

3? SPN組網(wǎng)策略

作為基于分組化傳輸方案的演進，采用SPN進行組網(wǎng)可實現(xiàn)與現(xiàn)有4G PTN網(wǎng)絡的共同運營，其本身具備的各類技術(shù)特點也有助于5G承載網(wǎng)的先期投入及后續(xù)的演進升級。

3.1? SPN組網(wǎng)架構(gòu)

新建的SPN組網(wǎng)架構(gòu)可采用核心層+匯聚層+接入層的方式，通過部署SR、FlexE、DWDM等技術(shù)，滿足5G承載的關(guān)鍵需求，并通過SDN實現(xiàn)統(tǒng)一管控，具體組網(wǎng)架構(gòu)模型如圖2所示。

其中核心層網(wǎng)絡側(cè)可采用200 GE/400 GE組網(wǎng)，匯聚層網(wǎng)絡側(cè)可采用50 GE/100 GE/200 GE組網(wǎng)，接入層網(wǎng)絡側(cè)可采用50 GE/100 GE組網(wǎng)，以滿足5G業(yè)務的超大帶寬需求。具體設備要求參考表1。

3.2? SPN演進策略

面向5G的SPN承載平面在建網(wǎng)初期可與現(xiàn)網(wǎng)已有的PTN、OTN（Optical Transport Network，光傳送網(wǎng)）等網(wǎng)絡共存，未來應逐步綜合承載基站業(yè)務、專線業(yè)務和家寬業(yè)務等各類電信業(yè)務，整體向一張網(wǎng)綜合承載演進：

（1）SPN建網(wǎng)初期：通過SPN平面承載5G基站業(yè)務，PTN+OTN承載原有4G、家寬、集團專線等其他業(yè)務，形成新老網(wǎng)絡共存的過渡期。此階段應控制原有PTN+OTN網(wǎng)絡擴容節(jié)奏，已有電信業(yè)務逐步向SPN平面遷移;

（2）SPN成熟商用期：無線基站業(yè)務、專線業(yè)務、家寬業(yè)務等全部在新平面網(wǎng)絡上承載，實現(xiàn)軟硬件解耦，全面支持網(wǎng)絡分片，骨干網(wǎng)向扁平化、大帶寬方向發(fā)展，城域網(wǎng)向一張網(wǎng)綜合承載演進，形成一張網(wǎng)絡架構(gòu)。

4? 結(jié)? 論

5G作為通信技術(shù)的最新延伸，將在全社會信息化轉(zhuǎn)型升級的進程中發(fā)揮著不可替代的重要作用。面對國內(nèi)外5G建設的時代浪潮，選擇SPN作為承載網(wǎng)的技術(shù)方案進行5G承載網(wǎng)組網(wǎng)，可有效滿足各類型5G業(yè)務場景的承載需求，并可在未來平滑演進升級至一張網(wǎng)綜合承載各類通信業(yè)務，有效助力電信運營商5G時代的網(wǎng)絡發(fā)展。

參考文獻：

[1] 胡慶旦.基于C-RAN架構(gòu)的光傳送網(wǎng)建設思路探討 [J].電信技術(shù)，2019（S1）：144-147.

[2] 張奇，嚴鈞，許闈幃，等.4G/5G混合場景下SPN組網(wǎng)關(guān)鍵問題探討 [J].電信工程技術(shù)與標準化，2019，32（6）：10-13.

[3] 程偉強，王敏學，袁程磊.切片分組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究 [J].信息通信技術(shù)與政策，2018（9）：22-25.

作者簡介：朱明亮（1989.10-），男，漢族，江蘇宿遷人，助教，碩士，研究方向：通信網(wǎng)絡傳輸組網(wǎng)及5G承載網(wǎng)研究。