基于分组切片的5G承载网技术分析与组网探讨

摘要：切片分组网（Slicing Packet Network，SPN）在骨干和城域范围内，重新规范了系统架构、业务模型、接口、保护、同步、管理控制等内容，是面向5G网络的新一代技术体制。本文介绍了SPN网络的功能架构，分析了SPN的关键技术，探讨了SPN网络的组网架构，致力于构建新一代面向5G网络的新型承载网。

关键词：分层模型  大带宽  FlexE  SE  SR  组网架构

1 引言

随着通信技术的不断发展与应用，我国也步入了第五代移动通信（5G）发展的“快车道”。中国制造2025规划纲要明确了9项战略任务和重点，5G作为新一代信息产业技术就是其中之一。增强移动宽带（eMBB）、超高可靠低时延通信（uRLLC）、海量机器通信（mMTC）是5G的三大应用场景，其中eMBB是当前最主要的应用场景，而uRLLC和mMTC的应用产业链尚不成熟，全面推广尚需时日。基于上述三大应用场景对5G传输承载网络需求的分析，切片分组网络（SPN）应运而生。使用SPN技术的承载网能够满足5G网络对于层次化网络切片、大带宽、智能协同、超低时延、灵活转发、高精度时钟同步等多方面的需求。

2 SPN网络功能架构

2.1 SPN网络技术特征

SPN网络应具有以下基本技术特征：

1）基于以太分组、SPN Channel的分层交换;

2）集中管理和控制的SDN架构;

3）为多种业务提供差异化（如带宽、时延、抖动等）的业务承载服务的网络切片;

4）分组层面向连接和面向无连接业务统一承载;

5）电信级故障检测和性能管理;

6）具备网络级的分层保护能力;

7）支持同步以太网功能，实现稳定可靠的频率同步;支持1588V2功能，实现高精度的时间同步;

8）具备低时延转发能力;

9）兼容PTN网络，支持与存量PTN网络设备对接、混合组网。

2.2 SPN网络分层模型

SPN网络的分层模型包括切片分组层（SPL）、切片通道层（SCL）、切片传送层（STL），以及频率、时钟同步功能模块和管理、控制平面。

切片分组层用于分组业务处理，包括括客户业务信号以及对客户业务的封装处理（L2VPN或L3VPN）、MPLS-TP（面向连接的分组交换）或SR-TP（面向传送的分段路由）隧道处理，以及分组业务与以太网二层MAC映射处理;切片通道层基于Slicing Ethernet（以太网分片）技术，提供硬管道交叉连接能力;切片传送层用于提供FlexE接口以及802.3以太物理层编解码和传输媒介处理，其中传输媒介基于以太网IEEE 802.3标准，光层支持DWDM技术。

3 SPN关键技术

3.1 大带宽技术

根据对5G业务流量预测分析，5G低频站（100MHz，64T64R）在5G建设初期单站均值为300Mbps，单站峰值为1.5Gbps，中期单站均值可达2.03Gbps，单站峰值可达4.65Gbps。根据上述数据，预测5G初期接入环带宽需求为4.2Gbps，中期接入环带宽需求为22.92Gbps。由此可见，5G在建设初期接入环带宽达到10G可能能满足需求，而随着网络的不断建设，中期及远期则可能需要25G甚至是50G、100G才能满足需求。接入环的需求尚且如此，那汇聚环、核心环更是需要N*100G或者N*200G甚至N*400G的大带宽需求。因此，核心汇聚层可考虑采用100G/200G相干DWDM技术的彩光方案，接入层可考虑采用4级脉冲幅度调制（PAM4）的灰光方案。

3.2 FlexE技术

FlexE（Flexible Ethernet）就是灵活以太网，它做到了在标准以太网上增加时隙调度功能，从而满足接口速率的灵活可变、多业务通道化隔离的QoS。它支持三种通用的能力：第一是捆绑，就是能满足更高速率的接入，且捆绑可以达到100%的带宽利用率，比如要实现400G速率可以通过4路100G PHY来实现;第二是支持子速率划分，这个功能与捆绑功能正相反，用于满足低于整数路的100GE PHY时的数据接入，比如150G可在2个100GE PHY承载;三是具备通道化的能力，简单理解就是把任意速率的MAC流共享在一路或者多路100GE PHY。概况来说，FlexE技术能够帮助5G网络实现按需扩容、分片承载、隔离业务信道。

3.3 SE技术

切片以太网（Slicing Ethernet，SE）技术是5G网络充分利用与SDN/NFV虚拟化架构的融合，根据未来业务具体场景和需求提出的“网络切片”的概念，实现了端到端的逻辑网络划分。SE 技术在转发层面建立硬管道切片，與传统服务质量管理的软通道结合，使得传送网与核心网联动结合、相得益彰。

3.4 SR隧道技术

分段路由（SR）技术是一种源路由技术，可以帮助运营商创建和管理百万级别的连接，针对5G承载是一种高效的大连接需求的解决方案。SR提供了无连接的SR-BE（基于尽力转发的段路由）和面向连接的SR-TE（基于流量工程的段路由）两种类型隧道。SR-BE提供任意拓扑业务连接并简化隧道规划和部署，适合东西向业务承载;SR-TE提供基于连接的端到端监控运维能力，适合于南北向业务承载。

4 SPN网络组网架构探讨

4.1 核心层组网架构探讨

传输网络架构最经典的模式就是核心、汇聚和接入的三层架构，在5G承载网的SPN组网场景下，我们仍可以沿用这样的三层组网架构。其中在核心层，根据设备功能可划分成落地设备、骨干汇聚设备的两层架构，也可以划分成落地设备、调度设备、骨干汇聚设备的三层架构，两者的区别在于是否需要增加调度设备。

从两方面来考虑比较，增加调度设备的必要性更大。一是考虑到未来5G CN的云化部署以及大区集中的需求，对接传送网的节点应该主要包含省中心的核心网节点。结合目前与EPC对接的需求、未来5GC部署存在的变化以及局房的装机条件，需要部署调度层设备满足灵活调整变化的需求;二是若调度节点功能与骨干汇聚点合设，则可能需要多套设备分担承载调度压力。为降低跨局调度的资源开销以及提高网络的灵活性，需要有一个调度设备实现业务的集中汇聚和灵活调度，这样可减轻网络跨区调度对资源的过度消耗。

4.2 总体网络架构探讨

5G承载网端到端的组网架构可分为核心层、汇聚层、接入层。

核心层按照之前论述可采用落地+调度+骨干汇聚三层架构，在速率选择上可采用200GE或者400GE;汇聚层仍然沿用环形组网，下挂在2个骨干汇聚节点下，确保双归属形成保护，在速率选择上可采用200GE;接入层采用环形组网，下挂在汇聚环的2个普通汇聚点下，速率选择50GE，前传综合采用裸光纤、波分、单纤双向模块承载。

根据预测，5G网络初期的主要需求主要是三大场景中的eMBB业务，该业务要求的同步精度与4G业务相同，为1.5μs，因此在5G网络建设的初期仍可以采用GPS方式提供同步。未来考虑到5G高精度定位等物联网应用场景会提出高精度时间同步要求，部分环境无法安装GPS，以及增强同步网安全性的考虑，需要采用基于传输网络的高精度同步方案，届时就需要在核心层安装高精度时钟源设备，通过1588V2协议，逐层向下传递。

SPN传送网宜采用分层分域的方案。骨干汇聚点/次骨干汇聚点均需要将管理面和控制面接口接入同节点的二层交换机;对于骨干汇聚层及以下，纳入汇聚层IGP域;对于落地及调度核心层，纳入核心层IGP域。同时对于核心层IGP域在每个区域对设置1个网关网元，网关网元还需要连接对应的調度设备。其他非网关网元节点的调度设备以及所有落地设备网管采用带内传送方式，调度至同区域的网关网元。

5 结束语

5G是当下社会关注的热点，如何建设好5G网络是目前各运营商的头等大事，而5G承载网又是5G网络能否建成精品网络的重中之重。SPN是面向5G 的新型传送网技术体制，它采用大带宽、FlexE、SE、SR隧道等关键技术，能够很好满足5G对于传输网络提出的新的需求和挑战。

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作者简介

唐时杰，毕业于上海海事大学，学士学位，工程师，主要从事通信工程传输专业的规划与设计。