刍议SPN的5G传输网网络规划

2020-06-22伍明毅

通信电源技术 2020年7期

伍明毅

（广西通信规划设计咨询有限公司，广西南宁 530007）

0 引言

5G通信传输网络与4G网络相比，其承载能力更强，而且延迟也更低，可靠性也有所提升，非常适合应对未来通信业务升级所带来的挑战。切片分组网（Slicing Packet Network，SPN）是中国移动基于5G传输承载网络需求的广泛分析而提出的技术体系，它是新一代的融合传输网络架构，用以支撑下一代宽带与流量业务，能够有效提高宽带上限与网络传输速度，效率非常高。SPN传输业务主要有无线业务、企业业务以及家庭业务等，其采用的是基于ITU-T分层网络模型，能够支持IP、CBR以及以太网的综合数据传输。这个体系的网络架构一共可分为三个层次，分别是切片分组层、切片通道层以及切片传送层，对应的英文缩写分别是SPL、SCL、STL，如图1所示。

1 5G回传承载模式的研究进展

为了保证5G能够稳定发展及其良好的服务质量，目前的运营商们接连提出了多个有关5G回传承载的方案，而许多国际标准化组织也在制定5G承载的标准。在最近的ITU-T会议上，一份报告展示了5G承载网的部署场景以及模型，给相关技术人员提供了参考，并且这份报告还介绍了对承载网对于网络方面的需求，同时它还描述了5G实体单元和承载网之间的接口问题，其中对于细节的描述为相关项目指明了发展的方向[1]。

2 5G传输网应用SPN的优势

5G通信传输网络采用SPN的技术优势主要可以概括为三点：（1）在大带宽以及转发需求的方面，采用SPN技术可以引入L3灵活调度以及DWDM光层，还能够将转发的能力提升；（2）采用SPN技术，能够有效降低网络延迟，而且其支持软、硬隔离切片，能够满足垂直行业在隔离方面的需求；（3）引入SDN架构以后，可以集中进行控制处理，将视角提升至全局角度，能够更好地进行业务调度工作。此外，由于SPN能够兼容现有分组，所以能够根据实际需求来新增功能并优化总体性能。SPN掌握了多个方面的核心技术，所以其承载能力是能够满足5G通信传输网络的需求的。

3 5G发展的承载网网络演进探讨

3.1 传输网结构扁平化，应用下移

在传输网络扁平化发展以后，其业务调动和转发都要比以前更加灵活，而横向增加的流量则有利于时延的降低。在5G建设的前期，可以把城镇内的重要汇聚设备当作L2/L3桥接设备，再把SPL、SCL、STL这三层网络下沉到地州核心生产楼的重要汇聚设备中，搭建先接入后汇聚再骨干在汇聚最后再接入的传输路径。和目前主流的4G网络相比，它能够缩减接入的距离，同时降低跳数。L2/L3设备采用口字型组网来搭建上行路线，而为了应付5G的大带宽，每个端口都要逐渐满足100G以上的大容量设备[2]。

图1 SPN网络分层模型

在5G建设的后期，三层网络则要下沉到城镇内的重要汇聚设备，把而L2/L3的桥接设备也将转变为普通的汇聚设备，传输路径缩减为先接入再汇聚后接入，在减少跳点的同时还能够缩减接入距离。而L2/L3设备的上行组网仍是采用口字型组网的方式，同时要把单端口能够满足的容量设备提升至400G的水平。汇聚层的组网方式是Mesh式组网，支持400G以及1T的带宽。

3.2 SPN化的网络结构

SPN技术同时应用转发控制层、链路层以及物理层，而其新一代的网络架构也能够满足5G网络对于低时延、大带宽以及灵活等方面的需求。SPN传输平面技术的特点可以划分为三点：（1）能够实现4G和5G业务的互通操作，面向PTN演进升级，而且对目前的PTN网络还有兼容性；（2）能够调动多层次资源，实现L0-L3传输层的融合，提高了转发的灵活性；（3）能够有效降低网络延迟，而且其支持软、硬隔离切片以及荣格TDM和分组交换功能，能够满足垂直行业在隔离方面的需求。

在SPN三层网络中，SPL负责分组数据的路由处理工作，SCL负责以太网通道的组网处理工作，而STL则是负责切片物理层编解码和DWDM光传送处理的实现工作。5G通信传输网络是下一代传输网的核心，需要承载各项业务，而SPN则是能够优化其性能，提高其工作效率的技术，非常适合应用在5G网络的建设中。

4 5G传输网应用SPN的规划设计思路

4.1 技术选择

相较于目前的4G网络，5G网络在时延和带宽等多方面都有着新的要求，但是目前的OTN系统以及PTN系统都不能满足这些需求，所以需要考虑采用新技术来帮助5G实现其承载。而切片分组网，即SPN是中国移动基于5G传输承载网络需求的广泛分析而提出的技术体系，它是新一代的融合传输网络架构，用以支撑下一代宽带与流量业务，能够有效提高宽带上限与网络传输速度，非常的高效实用，能够满足未来5G时代的各种需求。图2展示的是SPN技术的功能架构。

图2 SPN技术的功能架构

SPN技术的核心是分组承载技术，是继承自目前PYN/IPRAN设备并进行升级操作而来的一个技术。它的特点主要有：业务调动灵活，业务层采用SDNL+SR的业务组网方式，并且能够利用L3设备来为基站流量提供一个低时延的通道。而通路层则提供低时延的应用以及网络切片。

现阶段只剩下SCL层没有完成技术规范工作，但是也已经和多家厂商进行了完美的对接工作，进展很快，而下一个阶段的目标就是SPL层组网测试的完成。运营商会与设备厂商的产业链合作，将大力推动SPN企标、行标以及国际化标准化工作的进展。

4.2 技术方案

5G基站的部署方式是CUDU方式，目的是提高它们之间的协同能力，进而强化5G网络的稳定性与可靠性，所以需要从三个阶段来分析承载方案。第一阶段前传是在AAU-DU进行的，在这个阶段中网络的连接方式是星形的点对点连接，而因为这种连接方式导致网点的数量较多而且比较分散，所以通常采用C-RAN的方式来进行承载工作，同时采用光缆进行承载工作。第二阶段中传是在DU-CU间进行的，仍然是采用星形点对点的方式来连接网络，根据不同业务的流量需求，承载的带宽从GE到10GE都有。由于在5G部署工作的前中期采用的是CU-DU合一的形式来进行，所以网络的穿在需求并不会太多。最后一个阶段回传是在CU-核心网间进行的，其采用环形结构来进行组网工作，大大提高了业务的安全性以及可靠性。而根据不同业务的不同需求，可以在组网时采用不同的速率来进行。业务相较稀疏的地区，可以适当把速率调小。

以下是5G基站和环网带宽的计算方式：6个基站同时连接一个接入环，而接入环的容量需求则为4.8×1+2.3×5=16.3G。

每10个接入环连接一个汇聚环，而每5个汇聚环则要连接一个核心汇聚环。汇聚环的容量需求是接入环总容量的一半，而核心汇聚环的容量需求则为4个汇聚环。

4.3 网络演进阶段

由于目前的4G承载网络规模已经足够大，而且仍然能够满足未来一段时间内的承载需求，所以可以预见的是4G仍会保持一段时间的主流网络地位，所以5G网络的建设需要分步进行逐渐替代4G。（1）在建设的初级阶段，5G通信传输网络的主要应用仍是eMBB大带宽业务，并从此开始进入商业化的道路。这个阶段，运营商们可以优先支持人口基数大而且对网络需求较高的地区的5G网络，在这些地方安置5G基站，逐步开始想其他地区扩散。（2）在建设的中级阶段，当客户的数量增加到一定的程度以后，将要对网络终端进行升级操作，此时eMBB业务也逐步成熟，可以尝试大规模商用。同时，基站的数量也要增加，带宽的上限也要提高。（3）在建设的最后阶段，eMBB业务已经走向成熟，而mMTC业务以及uRLLC业务也要尝试仅商业化操作。这个阶段的流量会处于一个稳定的上升期，所以需要对网络终端进行升级，并提高带宽上限，以便满足人们的需求。