SPN承载网关键技术及组网策略研究

朱明亮 顾秀秀

摘  要：承载网作为一种传递各类通信业务的综合性网络，其技术方案及组网架构的选择将直接影响通信网络的建设速度及业务承载质量。文章在分析5G时代网络承载特征及具体细节要求的基础上，重点分析了SPN承载方案的层次架构和技术特点，最终给出了5G背景下SPN承载网的组网架构、设备接口模型及网络后续演进策略，为电信运营商的5G网络建设提供了参考和建议。

关键词：SPN;承载网;技术;组网

中图分类号：TN914       文献标识码：A 文章编号：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作为最新一代的移动网络通信制式，不仅是我国信息技术领域内的突破口和着力点，也是当下及未来一段时间内各大运营商竞争的主战场。依据国际标准化组织3GPP的定义，5G业务根据其各自特点的不同可以划分为eMBB（Enhance Mobile Broadband，增强型移动宽带）、uRLLC（Ultra Reliable & Low Latency Communication，高可靠低时延通信）和mMTC（Massive Machine Type Communication，海量机器类通信）三大典型应用场景[1]，每种应用场景都对网络性能提出了不同的要求。因此选择和明确一种适合各类业务場景的承载网技术将对5G网络的快速建设和有效运行起到至关重要的作用。本文基于对本校通信工程专业选修课程“下一代网络技术”的研究，对5G背景下SPN承载网的组网架构、设备接口模型及网络后续演进策略进行了分析。

1  5G网络承载特征及要求

5G业务需要配套的网络来传输和承载，面对5G在业务规模、业务属性及业务特点方面的变化，5G时代的网络承载需具备以下6个特征才能有效应对5G网络发展带来的各类挑战。

（1）大带宽：5G时代单站能力将提升10～100倍，同时基站密度增大，广覆盖低频站密度是4G基站的1.0～

1.5倍密度，UDN（Ultra Dense Networks，超密集组网）基站密度将提升10～20倍。因此面向5G的承载网设备用户侧带宽需达到10 GE或25 GE，网络侧需达到50 GE以上;

（2）灵活连接：5G时代面临4G和5G混合组网带来的双连接，网络流量模型较为复杂，核心网和基站云化带来的泛在灵活连接要求进一步提高，核心网下沉、MEC（Mobile Edge Computing，移动边缘计算）下沉、物联网网关下沉均等需要借助灵活连接来实现，此外城域网L3功能也需下沉到汇聚层以应对流量灵活调度;

（3）网络分片：针对连续广覆盖、热点高容量、低时延高可靠、低功耗大连接等各专业场景，承载网需在时延保证、路径选择、带宽保证等方面进行严格区分和精细控制，支持软硬管道隔离的网络分片管理，满足一网多用，同时支持用户面、控制面、管理面的切片管理，便于集中分配资源;

（4）低时延：不同业务存在差异化的时延要求，uRLLC业务对承载网络时延等提出苛刻要求。在光纤（10 km）引入时延50 μs的前提下，要满足uRLLC场景需求，每台设备的时延要控制到10 μs量级，现有承载技术需优化提升;

（5）时间同步：相较于4G时代±1.5 μs的时间同步要求，5G传输同步精度进一步提升，达到±200 ns，设备时间精度要达到±5 ns;

（6）运维管控：传统网络采用分层管理、分段建设，资源使用率低，网络扩容周期长、成本高，业务端到端体验差。5G承载网的应用场景多样，连接方向和数量大规模增加，因此需做好业务的按需连接和调度，依流量进行动态调整。

2  SPN关键技术

面对5G网络承载的变化和要求，SPN（Slicing Packet Network，切片分组网）作为一种全新的传输网技术体制，通过在物理层、链路层和转发控制层的一系列技术创新，保证了其在带宽、连接、分片、时延、同步以及智能调度等方面的性能要求，满足了5G网络的承载需要[2]。

2.1  SPN层次架构

SPN在继承PTN（Packet Transport Network，分组传送网）功能特性的基础上进行了一定的增强和创新[3]，其层次架构采用ITU-T分层网络模型，主要包含5个部分，支持对IP、以太网等各类电信业务的综合承载，具体划分如图1所示。

（1）切片传送层STL（Slicing Transport Layer）：采用高性价比25 GE、50 GE、100 GE、200 GE、400 GE等大带宽以太网接口，支持彩光DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing，密集型光波复用），可实现切片物理层的编解码和高效的大带宽传送能力;

（2）切片通道层SCL（Slicing Channel Layer）：为业务切片提供端到端通道化组网，支持低时延转发、网络切片硬隔离等功能，可实现端到端的切片通道层性能检测和故障恢复能力;

（3）切片分组层SPL（Slicing Packet Layer）：对业务进行识别、分流和QoS（Quality of Service，服务质量）保障处理，支持灵活连接，实现对IP、以太、CBR等业务的寻址转发和承载管道封装，满足L2/L3VPN（Virtual Private Network，虚拟专用网络）等多种业务的分组交换和转发能力;

（4）时钟同步模块：为网络提供高精度时间同步能力，降低单节点的时间或者频率误差;

（5）统一管控模块：通过标准化的组网模型和网络接口，实现SPN承载网的统一管理和调度功能。

3.2  SPN技术特点

SPN在全面保持PTN既有优势的基础上，采用面向SDN的架构设计，支持大带宽、灵活连接、网络分片、低时延、高精度时间同步等新功能，满足5G網络未来发展要求。

（1）高效大带宽承载：基于高效以太网，采用FlexE（Flexible Ethernet，灵活以太网）+DWDM等新光层技术，不但可以提供单纤大带宽承载能力，同时还可以灵活增加使用带宽，实现带宽的扩展和分割，满足了低成本、大带宽的承载要求;

（2）路由化灵活连接：基于SR（Segment Routing，分段路由）技术，为网络提供快速交互能力，内部转发节点无需感知业务状态，只维护拓扑信息，网络扩展性强。同时引入双向隧道功能和端到端保护功能，SR-TP提供面向连接的业务承载，SR-BE提供面向无连接的业务承载，支持各类隧道的灵活连接;

（3）多样性网络分片：采用FlexE及物理层交叉技术实现分片管理，通过时隙交叉实现业务硬隔离，扩展支持信道层OAM（Operation Administration and Maintenance，操作维护管理）和信道层保护倒换，网络可靠性高，同时支持VPN+QoS的业务软隔离，确保网络灵活高效分片;

（4）多手段降低时延：通过L3、MEC下沉来优化网络架构，同时采用802.1 TSN（Time Sensitive Network，时间敏感网络）+低时延技术和信道化隔离等措施，有效控制网络时延，其中802.1 TSN中定义了低时延、时间同步和流服务的相关标准规范，其低时延解决方案有利于5G报文转发中时延的降低;

（5）超高精度时间同步：从超高精度时间基准源和超高精度时间传送技术两个方面入手，提升SPN网络的时间同步，采用增强的时间戳提取技术，实现超高精度时间同步;

（6）SDN统一管控：基于标准的南向、北向接口，统一管理多域，集中化智能调度，可实现隧道自动计算、L3路由集中计算和扩散，确保承载网与核心网之间端到端的业务编排和协同。

3  SPN组网策略

作为基于分组化传输方案的演进，采用SPN进行组网可实现与现有4G PTN网络的共同运营，其本身具备的各类技术特点也有助于5G承载网的先期投入及后续的演进升级。

3.1  SPN组网架构

新建的SPN组网架构可采用核心层+汇聚层+接入层的方式，通过部署SR、FlexE、DWDM等技术，满足5G承载的关键需求，并通过SDN实现统一管控，具体组网架构模型如图2所示。

其中核心层网络侧可采用200 GE/400 GE组网，汇聚层网络侧可采用50 GE/100 GE/200 GE组网，接入层网络侧可采用50 GE/100 GE组网，以满足5G业务的超大带宽需求。具体设备要求参考表1。

3.2  SPN演进策略

面向5G的SPN承载平面在建网初期可与现网已有的PTN、OTN（Optical Transport Network，光传送网）等网络共存，未来应逐步综合承载基站业务、专线业务和家宽业务等各类电信业务，整体向一张网综合承载演进：

（1）SPN建网初期：通过SPN平面承载5G基站业务，PTN+OTN承载原有4G、家宽、集团专线等其他业务，形成新老网络共存的过渡期。此阶段应控制原有PTN+OTN网络扩容节奏，已有电信业务逐步向SPN平面迁移;

（2）SPN成熟商用期：无线基站业务、专线业务、家宽业务等全部在新平面网络上承载，实现软硬件解耦，全面支持网络分片，骨干网向扁平化、大带宽方向发展，城域网向一张网综合承载演进，形成一张网络架构。

4  结  论

5G作为通信技术的最新延伸，将在全社会信息化转型升级的进程中发挥着不可替代的重要作用。面对国内外5G建设的时代浪潮，选择SPN作为承载网的技术方案进行5G承载网组网，可有效满足各类型5G业务场景的承载需求，并可在未来平滑演进升级至一张网综合承载各类通信业务，有效助力电信运营商5G时代的网络发展。

参考文献：

[1] 胡庆旦.基于C-RAN架构的光传送网建设思路探讨 [J].电信技术，2019（S1）：144-147.

[2] 张奇，严钧，许闱帏，等.4G/5G混合场景下SPN组网关键问题探讨 [J].电信工程技术与标准化，2019，32（6）：10-13.

[3] 程伟强，王敏学，袁程磊.切片分组网关键技术研究 [J].信息通信技术与政策，2018（9）：22-25.

作者简介：朱明亮（1989.10-），男，汉族，江苏宿迁人，助教，硕士，研究方向：通信网络传输组网及5G承载网研究。