4G/5G混合场景下SPN组网关键问题探讨*

邢建斌，车忻蔚，刘伟信

（中国移动通信集团设计院有限公司山西计划单列分院，山西 太原 030002）

0 引言

从2018年开始，5G概念开始在全世界范围内流传开来，并引发了热议。现阶段，5G生态圈开始变得成熟，产业链即将形成。我国已经开始建设5G基站、5G核心网及5G承载主体SPN网络。作为全球推进5G建设的积极国家之一，我国预计在2023年全面普及5G网络应用。总的来说，5G无论是对个人还是对企业，均能带来新的发展创新机会。但是，从实际发展和建设能够看出，作为5G业务承载的SPN网络在组网过程中还存在很多问题。

1 SPN关键技术及网络特点

5G网络本身承载着很多变化和要求，其中SPN作为一种全新的传输网技术内容，分别在物理层、链路层和转发控制层采用创新技术，能够满足5G网络的承载需求。

1.1 SPN关键技术

SPN主要是继承PTN功能特性，并以此为基础进行强化和创新。SPN采用创新以太分片组网技术和面向传送的分段路由技术，并融合光层DWDM技术的层网络技术体制，可实现基于以太网的多层技术融合。SPN的网络架构主要包含5部分内容。第一，切片传送层STL。制作过程中主要采用高性价比25GE、50GE和200GE等以太网接口，能对彩光DWDM提供有效支持，也是对切片物理层的编码过程，能够强化大带宽传送能力。第二，切片通道层SCL。该通道层能够为业务切片提供端到端的通道化组网，并呈现具体网络切片硬隔离等功能，强化整个通道层的检测和故障恢复能力。第三，切片分组层SPL。它主要是对业务进行识别和分流操作，是实际保障处理的基本过程，在保证其灵活连接的同时，实现对IP、以太等业务的寻址转发，强化整个系统的分组交换能力。第四，时钟同步模块。该模块在应用时能够为网络提供精度和时间同步能力，降低节点时间和频率误差。第五，统一管控模块。借助标准化组网模型和网络接口，能够实现SPN承载网的统一管理，是后续操作有序开展的基本前提[1]。

1.2 SPN技术特点

SPN应用过程中，通过SDN架构设计形式，呈现大宽带、网络分片以及高精度时间同步等功能，为后续5G网络技术发展创造有利条件。第一，高效大带宽承载。它主要是以高效以太网应用为主，通过FlexE和DWDM相结合的形式应用新的光层技术。该项技术不但可以实现单纤大带宽的承载能力，还能帮助人们灵活应用带宽，满足低成本、大带宽的基本应用要求。第二，路由化灵活连接。该项操作主要是以SR技术应用为基础，赋予网络更强的交互功能，在内部转发节点时并不需要感知实际业务状态，维护拓扑信息即可，进一步强化了网络扩展性。同时，也可以适当引入双向隧道功能和端到端保护功能，保证各项业务的灵活连接。第三，SDN的统一管控。实际管控操作执行过程中，主要是以南向和北向接口为基准，做到多域的统一管理和集中化调度，使承载网和核心网之间端到端业务编排处于协同状态。

2 4G/5G混合场景下SPN组网的要求

2.1 满足SA/NSA平行接入要求

从3GPP组织发布的2017年第四季度冻结NSA标准和2018年第一季度冻结的SA标准看，相关部门在5G标准制定上主要以NSA为基础，对于5G UE的设计也是以4G基站作为5G信令锚点，促使5G基站与媒体面承载点相结合，最终前往EPC+。SA架构下，UE主要是作为5G的信令以及媒体承载对象，并在5GC位置终结。实际SA架构的应用会促使UE终端出现各种承载流量，这些流量也是通过5G承载的SPN网络承担的，实际界面清晰，且结构比较简单。站在实际网络建设角度来说，它能够做到一步到位，避免与其他网络交织在一起。在NSA架构下，实际UE终端在工作时不仅要与4G承载网络中的PTN进行交互操作，还要满足5G终端信令流调度，最终也会收敛调度至EPC+。对于整个连接带宽和接口特点判断，应该与业务预测内容相结合，做到EPC+设备的形态设计。更重要的是，在实际SPN落地设备设计上，需要与EPC+建立互联关系，这是NSA和SA两个阶段业务流开展的重要前提条件。

2.2 满足4G/5G非连续覆盖接入要求

4G/5G非连续性问题主要集中在网络之间的互通过程上。一般来说，4G网络本身可以做到连续覆盖，而5G网络正处于建设期间，覆盖范围无法呈现出连续性和独立区域性等特点。但是，随着时间的延续，5G网络的覆盖范围同样会逐步达到4G规模。实际建设过程中，用户UE设备在4G和5G网络覆盖范围切换时，存在明显的PTN和SPN交互的可能性。此外，为了确保用户上网的连贯性以及获取更好的使用体验，可以将NSA 5GUE媒体面锁定在EPC+范畴，反观SA 5G UE直接锁定在5GC上。当5G UE仅仅在4G覆盖范围中时，实际核心网将其视为普通4G进行有效处理。一般来说，SA UE区域场景切换涉及的具体过程如下。第一，当UE处于开机状态时，需要将具体的媒体处理元锁定在5GC上；第二，当与用户所处无线环境为4G时，信令和媒体之间只能借助于PTN平面实现调度操作，并借助PTN和SPN之间的横向连接使5GC处于合理状态。如果PTN落地设备和SPN落地设备之间需要执行横向连接，便能借助于越区切换获取新的穿通流量[2]。

2.3 对传送网承载要求

总的来说，想要确保5G业务的有效传输和承载，需要提前了解5G在业务属性和业务规模等方面的特点以及未来可能出现的变化。纵观整个5G时代，应满足以下几方面要求。第一，大宽带。受5G的影响，单站能力将会提升10～100倍，基站密度也会相应提升到4G基站的1～1.5倍，实际UDN基站密度也会提升10～20倍。正是这种环境，5G承载网设备用户实际带宽数字最高将会达到25GE，实际网络需求在50GE以上。第二，灵活连接。5G发展过程中，将会面临4G和5G混合组网带双连接，增加了整个网络流量模型的复杂程度，实际核心网和基站云化同样需要达到更高的连接要求。第三，网络分片。由于5G网络具备连续性强、热点容量高等优势，应根据路径选择和带宽保证等做到对相关内容的有效区分，并做好控制面和管理面的切片管理，为后续资源分配工作的执行创造有利条件。第四，时间同步。相比于4G时代，5G的传输同步精度呈现出明显强化，最高能够达到±200ns[3]。

3 4G/5G混合场景下SPN组网关键问题

3.1 光交资源使用不均衡

4G/5G混合场景下，在SPN组网综合业务开展过程中应按照“先框架，后充实”的基本原则，制定有效的全市范围规划操作，并以市区、郊区和部分发达乡镇完成部署计划。但是，随着宽带和集客专线等业务量的增加，5G时代的来临能够做到对纤芯需求的稳步增长，从而在网络中出现光交箱资源利用率不均匀情况，即不合理性较为明显。

3.2 管道资源不足

近年来，我国5G网格架构在搭建时需要执行精细化管理，确保传输基础资源能力得到稳步提升，实际管路管道覆盖率也处于提升状态。由于前期的业务发展速度较快，部分城市重点规划区域中出现管线资源不足、管孔拥挤等情况，给新穿放光缆操作带来了很大影响。除此之外，在实际应用过程中存在很多小芯数光缆低效占用管孔资源等情况，影响SPN的组网建设[4]。

3.3 光交网纤芯资源不足

实际综合业务接入区发展过程中，应按照“先框架，后充实”的基本原则，在全市范围内建立有效的规划操作，并在市区、郊区等城镇化区域建立部署计划。但是，随着宽带和各种专线业务数量的提升，很多信息尚未完成采集工作，给后续工作的执行带来了一些麻烦。综合业务区光交环网经过近几年的集中建设，已基本覆盖到县城及发达乡镇，各类业务通过光交环网接入，部分业务密集区域的纤芯资源不足，加上市政道路建设的影响，部分区域存在管线建设难度高等问题，导致资源紧缺问题越来越严重。

4 4G/5G混合场景下SPN组网策略

在实际分组化传输方案演进中，可以借助SPN开展组网操作，实现与4GPTN的同时运营。该项技术自身具备比较明显的特点，可以为后续5G承载网建设创造良好条件，稳步实现有效演进和升级操作。

4.1 SPN组网架构

在新建SPN组网架构内容中能够看出，主要涉及“核心层+汇聚层+接入层”方式，之后与SR、FlexE等技术结合在一起，满足5G承载需求，借助SDN做到统一管控。实际组网架构模型，如图1所示。其中，核心层网络的构建主要采用200GE/400GE组网，汇聚层网络借助50GE/100GE进行组网，确保5G业务中的超大带宽要求得到合理满足。

图1 SPN组网架构模型

4.2 SPN的演进策略

面向5G的SPN承载平面，在实际建设过程中能够与现有的PTN、OTN等网络实现共存，在未来发展过程中也要与承载基站业务、专线业务等结合在一起，实现综合承载与演进。首先，在实际SPN组网初期，可以根据SPN组网平面内容确定5G基站的具体业务内容，其中包括之前4G和集团专线等业务内容，建立起新老网络共存的基本过渡期。在上述工作的帮助下，之前的PTN+OTN网络得到了扩容，实际电信业务也逐步朝着SPN平面转移。其次，在SPN成熟商用期间，涉及到的内容有无线基站业务、专线业务以及家宽业务等，还能实现软件硬件解耦、为网络分片执行有效支持等。另外，骨干网也会朝着扁平化和大带宽方向发展，城域网会朝着一张网综合承载方向演进，是一张网络架构实现的根本所在[5]。

4.3 综合业务接入区

首先，相关部门应该与市政发展规划内容结合在一起，对业务发展潜力巨大的乡镇等部署综合业务接入区，为后续乡镇5G全覆盖创造有利条件。除此之外，通过对综合业务接入区的有效整治和一级光交“弱覆盖”区域光交环补建，人们可以在规划期间消除光交“弱覆盖”现象。面对5G基站建设的实际需求，应按照实际优化综合业务内容接入光缆，这是对一级光交环扩容改造的基本过程。也可以根据光模块一级eCPRI接口成熟度，明确5G前传以裸光纤为主。相比之下，5G前传的光纤网与3G和4G时代十分接近，资源储备量极为丰富。根据实际前传网络纤芯需求容量的测算，除了与既有光纤网络架构相参照外，实际瓶颈在于主干光缆纤芯容量无法满足AAU上行需求。当实际无线AAU与二级光交后，如果区域内纤芯需求较高，将会以C-RAN集中机房或者汇聚机房为主，根据具体需求确保对主干纤芯的扩容操作。最后，需要尽可能提升主干和次主干道路的资源储备力度，为后续业务承载创造良好基础[6]。

5 结语

综上所述，从实际SPN建设过程中能够看出，基于解决网络组网中潜在的瓶颈和问题，需要以用户体验分析为主，使整个SPN组网操作变得更加顺畅。此外，需要明确NSA和SA之间不同标准下的接入场景，尤其是在4G/5G连续覆盖和基站同/异址建设时，要将不同网络之间的关联性呈现出来，在实际建网过程中逐步完善整体网络架构。