SPN技术及其在5G回传网络中的应用

2020-11-11马立伟席亚莉

通信电源技术 2020年14期

关键词：城域网核心网切片

马立伟，席亚莉

（1.中国移动通信集团设计院有限公司陕西分公司，陕西西安 710065；2.兰州财经大学长青学院，甘肃兰州 730000）

1 5G网络架构变化对传送网的挑战

5G时代，随着核心网云化、UPF下沉以及5G RAN架构的重构，终端到核心网的流向不再是4G时代的固定流向，而是会根据核心网各功能单元部署位置的不同灵活改变，这给传送网在组网和业务调度方面带来了巨大挑战。

传送网将根据不同场景应用需求进行技术的选择和组网的调整与重构，以满足5G网络承载需求。传送网由4G时代的南北向“汇聚型”架构向以DC为中心的东西向“云化”架构演进。4G到5G传送网架构变化如图1所示。

图1 4G到5G传送网架构变化示意图

2 SPN概念及主要技术

切片分组网（Slicing Packet Network，SPN）是中国移动创新设计的一项全新的传输网技术体制，采用多项创新型关键技术，既能保证业务高效承载，又能保证业务质量和安全，同时后向兼容现有的PTN网络，是满足5G承载的优选技术。

2.1 SPN技术架构

SPN继承了PTN传输方案的功能特性，并进行了增强和创新。SPN总体技术架构可分为切片分组层、切片通道层以及切片传送层。

2.2 SPN主要技术

SPN通过引入一些创新的关键技术，解决了5G承载的几大挑战需求。

2.2.1 大带宽

SPN基于以太网采用新型的光层技术，构筑低成本且具有大带宽组网能力。接入层采用高速的灰光接口技术，核心层和汇聚层引入彩光方案采用以太网+DWDM技术，实现10T级别容量及数百公里的组网能力。

2.2.2 低时延

SPN引入了低时延转发新技术（Time Sensitive Network，TSN），可确保5G时延敏感性业务的低时延转发。同时，采用FLexE带宽隔离技术，基于时隙在物理层进行转发处理。设备转发时延最低可达到百纳秒级，大幅降低了设备处理时延。

2.2.3 灵活连接

SPN在切片分组层引入了SR技术，并在SR的基础上创新扩展提出了SR-TP（Segment Routing Transport Profile）技术。SPN能够提供“面向连接”（由SR-TP实现）和“面向无连接”（由SR-BE实现）的管道，支持基站间以及基站与核心网之间接口的灵活连接[1-2]。同时，SR技术与SDN集中控制器无缝衔接，可协同满足5G云化网络动态连接的要求。

2.2.4 网络切片

SPN通过引入FLexE接口技术和创新增强的SE交叉技术，可实现灵活高效的网络切片功能。

2.2.5 智能化管控

SPN技术基于SDN实现智能化管控。SDN是5G传送网的基础架构，通过转发面和控制面分离及南北向接口标准化实现网络能力开放、传输与无线协同以及集中化智能调度，从而实现业务场景按需适配，满足业务差异化需求。

3 SPN在5G回传网络中的应用研究

5G传送网在逻辑上重构为前传、中传以及回传3个部分。其中，AAU-DU之间定义为前传，DU-CU之间定义为中传，CU-CN之间定义为回传。因中传和回传对传送网在性能和功能方面的需求类似，因此本文将中传和回传统一融合为回传网络进行研究。

3.1 回传网络带宽配置

假设1个核心环下挂6个汇聚环，1个汇聚环下挂4个汇聚节点，每个汇聚节点下挂3个接入环。经测算，各种接入场景各网络层级带宽需求如表1所示。

表1 各种接入场景分层带宽需求

4G基站单站均值20 Mb/s、峰值440 Mb/s，接入、汇聚、核心收敛比为4:3:2。5G基站（2.6 GHz、100 MHz带宽、64TRX）单站均值3 Gb/s、峰值7 Gb/s，平均负载率20%，将接入、汇聚、核心收敛比8:2:1作为带宽测算依据。

通过测算以上假定条件，为了满足SPN回传网络4G、5G、集客及新业务综合承载，接入层、汇聚层和核心层的网络带宽可参考如下策略进行配置。接入层的网络带宽根据组网模型和环网节点数等实际情况，可配置为10GE、50GE或100GE。汇聚层的网络带宽可配置为100GE或N×100GE。5G建设初期流量较低，可先按100GE速率组网，后期根据流量增长进行100GE叠加。核心层的网络带宽可配置N×100GE或N×200GE接口，而实际网络带宽与核心网U面、MEC部署位置、组网方式以及业务应用的相关性关系密切。

3.2 回传网络组网方案

回传网络遵循“架构稳定、灵活扩展、安全可靠、智能动态”的原则。结合5G基站部署节奏及应用需求，统筹考虑采用PTN升级SPN方案或新建SPN方案开展网络建设，既挖潜增效又面向未来。

3.2.1 PTN升级方案

对现有PTN可竞争性升级扩容及现有汇聚层PTN能力富余较大的场景，可将PTN升级为SPN的方案。升级后的网络具备SPN系统完整功能特性，能与新建SPN区域直接融合组网。

3.2.2 新建SPN方案

结合现有网络、机房部署以及管线资源，新建一张端到端的SPN网络承载5G业务。L3下沉到边缘，IGP分域节点可设置在重要汇聚机房或普通汇聚机房。新平面采用具备FLexE、SR、SDN以及IPv6等SPN功能特性的设备组网，以满足5G大规模连续覆盖和集客等各类业务综合承载需求。

核心层（重要汇聚机房到核心机楼之间）设备成对采用口字型组网，汇聚层（普通汇聚机房到重要汇聚机房）设备采用环型组网，接入层采用双归接入汇聚节点的方式组网，组网方式可选纯C-RAN组网、纯D-RAN组网以及C-RAN与D-RAN混合组网。

3.3 单个城域网多厂家SPN设备组网方案研究

实际网络建设中，在单个城域网内可能存在使用多厂家SPN设备组网的情况。假设某个城域网采用两个厂家SPN设备组网，下文将分析两种场景下的组网方案。

3.3.1 模式一

采用A厂家为主、B厂家为辅的方式组网。该方案采用A厂家的SPN设备对接核心网，B厂家的设备在核心落地或重要汇聚节点以UNI接口与A厂家设备对接，所有基站的流量均通过A厂家的核心落地设备接入核心网。该模式的优势是建网成本低，劣势是业务配置和故障定位复杂且困难，不宜维护。

3.3.2 模式二

采用A、B两厂家端到端分区域方式组网。这种场景中，从基站接入到核心落地，A、B两厂家均新建端到端SPN网络。A、B两厂家SPN设备从接入层到核心层组网完全分开，分别与核心网的不同光口对接。该方案的优势是业务端到端承载，业务配置和故障定位在同一网管上操作，宜维护；劣势是面向跨区域集客业务及未来垂直行业低时延业务，会增加绕转时延，影响业务承载效果。

单个城域网多厂家新建SPN组网方案如图2所示。

单个城域网引入多厂家和同厂家组网方案优劣势分析如表2所示。

图2 单个城域网多厂家新建SPN组网方案

表2 单个城域网引入多厂家和同厂家组网方案优劣势分析

综合分析，单个城域网采用同一厂家SPN设备组网方案时，运维效率更高，有利于未来5G及各种新业务的高质量综合承载。

3.4 SPN回传网络建网策略

根据5G无线核心网的建设节奏，5G传送网可分区域、分阶段制定针对性的建网策略。

3.4.1 城区

综合考虑5G业务和集客业务发展，结合2B和2C UPF的部署思路、5G基站建设节奏以及未来集客业务的网络切片等需求，遵循设备能力面向长远、系统带宽立足当前的策略开展网络建设。5G应用初期，适度超前完成主城区SPN网络建设。5G应用成熟期，完成所有地级市城区及县城SPN网络建设。对于有切片需求的5G业务，应结合核心网MEC部署方案，分层次提供传送网切片网络服务。

3.4.2 非城区

5G应用初期，可暂缓SPN网络建设。5G应用成熟期，结合5G业务发展，可对有网络切片应用需求的区域开展SPN网络建设，对仅满足eMBB大带宽业务区域挖潜现有的PTN网络资源承载。