SPN与PTN网络融合思路与实施方案探讨

1 引言

在5G网络建设的大背景下，如何降低网络建设、维护成本是各大运营商建网考虑的重要问题。从传输角度来看，传送网的主要问题是网络规模大、维护费用高，同时大量的设备导致机房可用空间、电源可用资源日趋紧张，是网络运营成本居高不下的其中一个主要原因。

随着2020年SPN大规模部署，传送网同时存在SDH、PTN、OTN、SPN多个网络。目前各网络定位分工不同，其中SPN主要定位5G、4G业务回传，PTN、SDH为4G、2G业务回传，同时承担着小颗粒专线的承载任务，OTN网络主要解决SPN、PTN、IP城域网或大颗粒专线等业务大容量、长距离的承载需求。SPN是为满足5G建设多场景业务应用发展而来的新技术，融合了PTN、SDH及DWDM技术，完全兼容现有PTN网络，同时支持IP和TDM等各种业务的承载需求，SPN网络功能与PTN、SDH网络存在重叠，随着SPN网络覆盖及设备功能逐步成熟完善， 未来4G业务也将逐步割接至SPN网络承载，可以预见SPN逐步融合替代PTN、SDH是未来网络演进的必然选择。

本文主要从承载网需求及演进等方面，分析SPN及PTN网络融合方案的可行性和必要性，提出SPN与PTN网络的融合发展思路和方案。SDH网络已多年未有新增设备建设项目，网络规模已呈现逐步缩减的趋势，未来具备条件将逐步下电退网，因此SDH网络的发展本文不作探讨。

2 承载需求及分析

2.1 无线网建设模式演进分析

4G无线基站受限于各种原因，以DRAN建设模式为主，但在5G阶段由于设备云化需要，5G建设以CRAN建设模式为主。相对4G来说，5G整体所需的机房数量大幅减少（但业务汇聚机房需求更多），5G设备机框与4G基站可共框使用，随着5G基站建设的推进，结合降本增效的驱动，未来4G基站回撤集中机房会成为网络建设的一个趋势，逐步形成4G、5G均以CRAN为主的无线建设模式，因此可以预见未来无线设备集中机房会逐步减少，随着基站业务的变化PTN网络也有优化调整需求。

2.2 无线网络对传送网承载需求分析

根据最新公布的数据，截止2020年6月，三大运营商5G用户规模已超过1亿，用户规模增长迅速，但也应该看到，经过多年的发展，移动用户规模增长已趋平稳，目前新增的5G用户大部分是原4G用户套餐改为5G套餐用户，实际净新增用户数量非常有限。随着5G基站更大规模的建设投产，5G用户将由4G网络逐步迁移至5G网络，在用户习惯、套餐政策不发生大的改变前提下，4G网络流量应不可避免会呈现下降趋势。因此随着4G用户的迁移和5G新应用带宽的增长，SPN网络流量可能快速增长，PTN网络流量则会呈逐步降低趋势。

2.3 集客专线对传送网承载需求分析

集客专线业务由于各运营商竞争等原因，具体专线需求一般难以准确预测，实际需求分布不规则，但与商业、人口分布成正相关性。目前集客大颗粒专线主要由OTN承载，小颗粒主要由PTN、SDH网络承载。专线承载网络的选取与无线基站不同，客户会根据其业务特点和使用习惯等提出用什么网络承载（比如银行会指定用SDH承载等）。因此SDH、PTN短期内不会完全下电退网，仍将继续承担专线承载作用，但随着客户对新技术承载网的认可，未来SDH和PTN网络逐步缩小是必然趋势，且会逐步往网络的边缘层转移，核心、汇聚层将被OTN或者SPN替代。

3 传输网PTN及SPN网络融合可行性分析

3.1 设备兼容性分析

SPN与PTN都是基于以太网架构，PTN是基于MPLS-TP技术的二层分组网络，SPN是在PTN的基础上引入了FlexE接口技术、SPN Channel、SR等新技术，在网络功能上SPN支持三层网络功能，并全面兼容PTN网络。SPN通过FlexE接口技术实现网络切片功能，不同切片间可实现物理硬隔离，满足5G各种应用场景对带宽、时延的要求。SPN支持SDN功能，实现控制面和转发面分离，随着设备成熟的不断提高，远期线路侧端口支持DWDM，可在不增加纤芯的基础上大幅扩展链路容量，实现SPN网络链路容量提升，因此SPN网络具备融合PTN网络的条件，且可满足网络融合对业务带宽的发展需要。

3.2 网络承载能力分析

从业务流向角度看，4G网络流量主要是大带宽应用，业务流向为南北向流量，业务流向比较固定。5G网络三大应用场景（包括eMBB、uRLLC、mMTC）中，eMBB、mMTC应用场景业务为南北向流量，业务流与4G业务类似；uRLLC为低时延应用场景，未来的业务流量将根据MEC等核心网功能下沉情况，业务流向呈东西向或MESH状。

5G建设是否会导致业务流量爆发式增长对传送网带来冲击，一直是传送网规划建设重点关注的问题。由于5G网络建设投产时间短，网络基本处于非常轻载水平，预测SPN网络未来流量的增长我们可以结合4G网络流量增长趋势进行分析。以某运营商为例，目前PTN现网接入层最大环路容量为10GE，接入层环路利用率低于30%的环路占比95%，总体处于非常轻载的水平，单站流量均值流量不到3 Mbit/s，与规划设计提出的均值20 Mbit/s差距较大。汇聚层环路中，10GE环路占比93%，环路利用率30%以上环路只有4个，环路利用率小于等于10%的环路占比80%，汇聚层环路也同样处于轻载水平。可以看出目前的PTN实际流量并不大。

目前规划建设普通汇聚层环路以200GE环路为主，SPN汇聚环路数量与PTN汇聚环数量相比差异不大，SPN接入层CRAN机房环路以50GE环路为主，局部采用100GE环路，普通DRAN基站采用10GE环路，虽然接入环路数则较PTN有一定程度的缩减，但接入环路容量较PTN接入环路容量呈多倍数增长。故从网络承载容量方面来看，SPN网络较PTN网有很大提升。可以预见，5G建设初期在没有出现超级应用或应用场景未发生非常大的变化前，SPN系统流量不会有爆发性增长，系统仍会处于轻载状态，而且目前SPN设备厂商正在推进SPN端口DWDM功能化，预计近期即可投入商用，可大幅扩展链路容量。基于以上分析，SPN在网络承载能力方面具备完全融合PTN业务的能力，可应对未来流量快速增长需要。

3.3 设备覆盖与重叠度分析

以某运营商网络为例，现有PTN设备达到10 000+端，设备网络基本延伸到普通基站。SPN目标建设规模3 500端左右，目前所有新建SPN的机房基本都有PTN设备，设备重叠率非常高。

（1）汇聚层

从下表中可以看到，汇聚机房安装多台设备的机房数量还是比较多的，现网安装PTN设备的汇聚机房157个，安装2台设备以上的机房120个，占比达76%。

某运营商汇聚层设备重叠分析如表1所示。

表1 某运营商汇集层设备重叠分析

（2）接入层

接入层两套以上设备的机房达到2484个，占比39%，与SPN新建设备重叠率100%，如表2所示。

由以上分析可以看出，随着SPN网络的逐步完善，通过网络融合降低PNT网络规模可以有效减少传输设备对机房空间和动力的消耗，对减少网络运营成本，提升机房可用空间都有积极意义。

表2 普通基站PTN/SPN设备统计表

4 网络融合思路

基于以上分析，SPN与PTN网络融合是网络发展的趋势，符合业务发展需要和降本增效目标，也已基本具备两网融合实施条件。

在网络融合方案中，由于PTN网络承载着大量4G回传与集客业务，保证业务与网络安全是首要任务，因此网络融合应分阶段、分步骤逐步推进，切忌一刀切。

建议总体融合思路如下。

（1）核心层：目前SPN核心只完成了5G核心网局址SPN设备的搭建，其他如4G核心网、IDC等核心局址尚未有SPN核心设备，其他业务无法实现直接调度。因此需首先完善SPN网络核心调度层建设，实现SPN直接调度，为两网融合奠定基础。PTN核心层可不考虑扩容调整，新增需求优先考虑SPN解决。中远期随着PTN网络业务逐步调整至SPN承载后，PTN核心层逐步整合，并减少局间调度环路规模，设备逐步下电退网。

（2）汇聚层：汇聚层PTN与SPN重叠度高，设备功能兼容，因此可以根据需要，分阶段逐步将接入层环路割接到SPN汇聚层设备后，PTN汇聚设备逐步下电退网。对提升普通汇聚机房空间和降本增效有显著效益。

（3）接入层：

① 将与SPN同机房PTN承载的业务逐步割接到SPN设备，实现单点替换优化；

② 推进无线4G网络CRAN集中优化，缩减PTN网络规模，实现更大规模的PTN网络下电退网。但无线集中部署受各方面因素制约，近、中期接入层PTN、SPN网络仍然并存；

③ 对业务无法割接，难以退网的PTN接入层环路，考虑将整个环路割接到SPN汇聚设备。

5 网络融合方案

结合以上融合思路，提出具体实施方案，具体如下：

5.1 完善SPN核心调度层建设，实现业务直接调度，为两网融合奠定基础

目前SPN在核心机楼主要通过100GE链路与PTN网络L3设备互联，实现SPN与PTN网业务互通，所有跨网业务通过互联电路接入后，由原承载网络进行调度，方案实现简单，对现网业务影响少，但网络不断叠加，网络复杂度、运维成本无改善。

建议结合业务网核心网元的位置，通过新增SPN落地网元实现业务直达，逐步减少PTN调度业务规模，提升业务端到端配置能力，也为后期逐步优化PTN核心骨干层打下基础，核心网SPN网络优化后的架构如图1所示。

图1 SPN核心调度层网络方案示意图

5.2 汇聚层设备融合方案

从目前运营商建网情况看，汇聚层SPN与PTN网络节点数量相当，且大部分为同机房设备，因此接入环路可以结合汇聚层网络结构调整。汇聚层与接入层融合可以参考以下方案。

（1）当SPN与PTN汇聚层结构相同，可直接将PTN接入环路整个环路割接到SPN汇聚设备，如图2所示。

（2）对于汇聚区内机房数量多的汇聚区，结构不完全相同的汇聚层，可通过在汇聚机房之间跳纤，整个环路割接到SPN设备，如图3所示。

图2 同机房网络优化融合方案示意图

图3 机房不完全相同的网络优化融合方案示意图

该方案网络调整简单，易于实现，但需要说明的是，但由于割接后PTN网元的IP地址、域、LSR-ID等需要重新设置，L2VPN业务也需要重新配置，会带来较大的业务割接工作量。此外，需要注意的是，接入环路割接后的结构要符合汇聚区划分等相关要求。

5.3 接入层网络融合方案

在具备直接割接条件的机房，优先考虑逐步将PTN上承载的业务逐步割接到SPN网络上承载，业务割接后PTN可考虑下电退网。在PTN下电退网后，需核实原PTN环路光中继距离是否满足组网需要，确保PTN网络运行正常。随着无线4G网络回撤方案的推进，分业务切片应用将是主流，如图4所示。

图4 接入层网络优化融合方案示意图

5.4 SPN网络构建回传切片网络方案

SPN与PTN网融合后，承载业务包括3G、4G、5G、集客等业务，不同的业务对时延、带宽等要求不尽相同，需要构建相应的虚拟网络切片满足不同的业务需求。

建议4G、5G划分为一个切片，2G和其他专线划分一个切片，uRLLC业务独立一个切片，未来随着业务的发展，按需新增或调整切片。

通过以上方案的实施，可有效减少PTN设备规模，尤其是核心、汇聚层设备的规模降低对降本增效有显著效益，并可以降低机房使用率，为后续业务发展腾出空间。

6 结束语

随着5G网络的建设，尤其是以CRAN为基础的建设模式，设备集中度更高，对机房空间、电源消耗提出了更高需求。同时5G核心网MEC、UPF、CU等云化需要，未来5G核心网部分功能设备也将逐步下沉至普通汇聚机房甚至业务汇聚机房，对机房空间和动力需求十分迫切，现有机房空间和动力系统难以支撑未来设备安装需求，而重新建设机房将带来更大的建网成本。

为提高网络的可持续发展，进一步降低网络的运营成本，本文通过对传送网功能定位、网络演进、业务需求等方面进行分析，对SPN与PTN网络融合发展可行性与必要性方面展开探讨，提出SPN与PTN网络融合思路与方案，为后续工程建设提供参考。

需要说明的是，本文探讨的是基于同一厂家设备的融合方案，对于异厂家设备，考虑到网管和业务端到端配置等问题，建议暂维持PTN与SPN两网独立运行，后续随着网络发展逐步用SPN设备替代PTN设备，现有业务割接到SPN后再考虑PTN设备的下电退网。