SPN接入层搭建相关问题研究

林 炎，吴 辰（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏南京 210019）

0 引言

2020 年5 月，中国移动与中国广电签署了《5G 网络共建共享合作框架协议》。2021年9月，双方又签订了《5G 网络共建共享补充协议》［1］，这标志着中国移动5G建设进入了新阶段。在新阶段，中国移动将在城区持续加密2.6 GHz 基站，并通过部署700 MHz 基站，开启VoNR 功能；在非城区，按照700 MHz 打底、2.6 GHz增强的模式全面建设5G无线网。

分组传送网（Packet Transport Network，PTN）系统不能完全满足5G 基站的大带宽、低时延、高精度时间同步、灵活组网、网络切片等需求［2］，切片分组网（Slicing Packet Network，SPN）系统由于投资的原因，不能在短时间内完成自上而下全覆盖。为了满足5G 无线网建设的基本要求，面对着城域新老平台系统并存的现状，需要对SPN系统搭建，尤其是对SPN接入层搭建相关问题进行深入研究。

1 SPN接入层规划建设策略分析

5G 时代的SPN 建设与4G/3G 时代的PTN 建设、3G/2G 时代的SDH 建设既有相同之处，又有显著的不同。相同是，网络初始都仅面向基站接入，最终都需要面向综合承载；都需要分层分割，以保证网络架构明晰；都需要尽可能成环，以实现网络倒换保护；都需要控制环上节点数，以保证网络容量充足，等等。

早期无线网普遍采用D-RAN 建设模式，接入网元通常先在基站配套传输项目新增，再通过城域网项目优化调整［3］，几乎是一站一传输设备。在5G 时代，C-RAN 建设模式成为绝对主流，DU/BBU 等信源共柜或共框成为新常态［4］，相应的城域网接入层在网络中的定位需整体上移，如图1所示。

图1 城域网接入层在网络中的定位变化

SPN 接入层虽然处于SPN 系统最底层，但规模最大、覆盖最广。简单地参考现有的PTN/SDH 接入层来搭建SPN 接入层，既不能满足5G 基站接入的需求，也不能解决PTN/SDH 系统长期存在的结构性问题。由此看来，搭建SPN 接入层的目标是控制网元数量、提高质量，做到规划引领、统分结合。

a）规划引领。编制SPN 接入层规划蓝图（以下简称“蓝图”），该蓝图包括拓扑图、网元信息表、机房信息表等内容。编制蓝图的目的是加强传输专业和无线专业的协同，加强传输设备和传输线路间的协同，充分顺应C-RAN 信源集中部署的发展趋势，控制SPN网元数量，精简SPN系统结构。

b）统分结合。在城域网项目中以整环为单位建设SPN 接入层，在基站配套传输项目中以设备扩容为主。目标机房暂不具备条件时，可先部署于过渡机房，进行信源拉远式集中；待目标机房具备条件后，再搬迁接入网元，进行信源堆叠式集中改造。

总而言之，要严格按照蓝图进行SPN 接入层搭建，并定期根据业务需求的变化、基础资源等情况进行复盘和更新。

2 搭建城区SPN接入层要点分析

城区SPN 接入层应依托于新型综合业务接入区，按照划面、设点、组网的步骤进行规划［5］，如图2所示。

图2 城区SPN接入层的搭建

2.1 划面

在综合业务接入区内部，以道路、桥梁、河流、湖泊、公园、绿化带等妨碍光缆线路穿行的大型障碍为界，进一步划分业务汇聚区。通常建议其覆盖面积控制在0.5～1.5 km2，热点城区不超过1 km2。

2.2 设点

为了应对分布式系统信源集中、核心网下沉、固移融合等需要，汇聚机房被细分为普通汇聚机房和业务汇聚机房2 类［6］。一个综合业务接入区对应唯一的普通汇聚机房，一个业务汇聚区对应唯一的业务汇聚机房。普通汇聚机房可以兼做其所在业务汇聚区的业务汇聚机房。

如果汇聚机房室外塔桅上有大量带电设备，建议采用独立供电方式。对于室内机房配套的新建或改造，需要充分考虑包括C-RAN在内的各类分布式系统的信源集中、核心网设备的安装及其空调、电池增加等需求。

2.3 组网

城区接入网元应主要部署于业务汇聚机房，通过综合业务接入区内的主干光缆、综合业务接入区间的联络光缆完成组网。接入环双挂在同一个汇聚环上2个不同的汇聚网元下。

由于城区SPN接入层以面向大C-RAN 集中为主，建议选用10个以上业务槽位、交叉能力较强的盒式设备或小型机架式设备作为接入网元。单个接入环接入网元数建议控制在6 个之内，环网带宽为50GE，以便提前储备集客业务接入和传送能力。

3 搭建非城区SPN接入层要点分析

非城区的面积通常远大于城区。因此，应该首先着眼于乡镇行政中心、矿山港口、工业园区、学院高校、发达行政村、移民搬迁点、旅游度假区等区域，划出“中心地带”［7］。类似于城区的综合业务接入区搭建，可以在非城区中心地带设置普通汇聚机房、部署SPN汇聚网元。

无线基站信号频段越低，波长越长，覆盖范围越大。700 MHz 覆盖半径可以达到3.4 km［8］，900 MHz 覆盖半径仅是700 MHz 的一半左右。容易推导出非城区SPN 接入网元需求量≤700 MHz 基站规划数≤900 MHz 基站数。因此，可以基于FDD 900 MHz 无线网规划700 MHz 目标网，进而参考700 MHz 目标网规划SPN接入网元。

针对非城区中心地带业务，建议尽可能地将业务由普通汇聚机房统一接入和汇聚网元统一承载，从而控制接入网元数量，避免大量位于中心地带的接入网元被拉出中心地带，为组环而组环的情况出现。接入环网安全隐患数量通常与接入环网物理路由长度成正比，为组环而组环并不能提升系统的可靠性。

对于中心地带间的“外围地带”业务，可以通过设置“小业务汇聚机房”，先做相对集中，再通过部署接入网元进行集中承载。首选自有产权机房作为小业务汇聚机房，其次是铁塔机房或其他运营商机房；进出光缆路由应保证不少于2条。小业务汇聚机房本质仍是接入机房，配套条件相对较差，非城区物理基站间距相对较大，为保证运维的便利性，无需追求高CRAN集中度，收敛物理基站数以3～5个为宜。总之，小业务汇聚机房数量与非城区700 MHz基站规模大体相当较为合理。

非城区接入环可以通过接入光缆双挂在同一个汇聚环上的2个不同汇聚网元上。在业务相对稀疏的外围地带，还可以引入类似城区综合业务接入区中的主干光缆、配线光缆的概念，推动接入光缆与汇聚光缆的统筹规划，分层使用。

如图3所示，外围主干光缆连接相邻的中心地带，其纤芯被分为直达和共享2类。汇聚网元可以通过直达纤芯对接，接入环则可以通过外围主干光缆的共享纤芯或配线光缆来组环。

图3 业务相对稀疏的非城区SPN接入层的搭建

由于非城区SPN 接入层主要面向小C-RAN，建议选用不少于6 个业务槽位的盒式设备作为接入网元。单个接入环的接入网元数建议控制在8 个以内，环网带宽以10GE 为主。若接入环覆盖区域有通过IP 传输设备回传OLT的需求，建议直接按50GE进行规划。

4 PTN与SPN融合组网总体思路

近年来，中国移动提出了“五网改三网”城域网发展目标，旨在将现有的SDH、PTN、SPN、PON 和OTN 等5 张网逐渐精简为SPN、PON 和OTN 等3 张网。其中，PTN 与SPN 融合组网是一项重要工作［9］，目前有网络融合和业务融合2套解决方案。

a）网络融合是指将PTN 接入环完全割接到SPN汇聚环下，并将PTN 系统直接并入SPN 系统中。将所有PTN接入网元纳入SPN网管，PTN核心网元、汇聚网元全量退网。实施这套方案的前提条件是在4G 后期已经面向C-RAN完成了对PTN系统架构的改造，并且PTN 与SPN 必须来自同一厂家。该方案最大的弊端是，虽然SPN系统可以兼容PTN，但大多数PTN不能平滑升级到SPN，导致在未来相当长的一段时间内，SPN系统的优良特性都无法得到充分展现。

b）业务融合指取消PTN 和SPN 接入层的业务承载限制，将业务就近接入PTN或SPN，在PTN不能满足业务需求的地点或区域，启动SPN 建设。随着SPN 的建成，以单点或整环为单位，逐步将业务由PTN 迁转至SPN，分批完成PTN的退网。

相对而言，业务融合是更普遍适用的解决方案。在应用过程中，笔者也总结了4个关键点。

a）在业务融合之前，SPN 系统应构造起多个FlexE切片［10］，以满足不同业务的承载需求。

b）在单个SPN 接入网元入网后，应优先将与之对应的PTN 接入链业务迁转，对下挂接入链设备进行退网处理。在对接入环设备进行退网时，需要谨慎处理。每退网一台PTN 设备，都需提前计算其相关中继段距离是否仍满足组网需要［11］，是否需要替换长距光模块。

c）在SPN 接入环搭建完成后，应将与之对应的PTN接入环业务迁转、设备退网；在SPN汇聚环搭建完成后，应将与之对应的PTN 汇聚环业务迁转、设备退网。

d）退网PTN 可以用于存量PTN 的替换、扩容，为SPN接入层的有序搭建争取时间。

由于PTN 和SPN 系统独立运行，PTN 与SPN 网元归属于不同网管。一般情况下，为了让业务顺畅互联互通需要额外增加一些链路进行对接。在PTN和SPN同厂家的区域，可以用SPN 替换PTN，并继续提供PTN的功能。以一个物理实体、2 个独立逻辑网元的形式分别纳入SPN 和PTN 网管，从而省去一部分对接链路。

5 在SPN搭建过程中遇到的问题及解决方案

SPN 2.0 引入了Mbit/s 级别更小颗粒技术、小型化SPN设备，进一步增强了面向用户的智能运维能力［12］。但任何事物都有其两面性，正是由于SPN 具备动态算路、集中控制等机制，SPN 组网限制较PTN 更为严格［13］。现实中，常遇到2个问题。

问题1：在汇聚环和汇聚环交界区域，接入环跨汇聚环虽双归，但无法形成逻辑环网。

常规应对措施：将产生交接区域的汇聚环划为一个IGP 域。极端情况下，甚至可以将整个区/县（市）划为一个IGP域。

问题2：在城区与非城区交界区域，接入环一端挂普通汇聚网元，另一端挂重要汇聚网元，使业务流向变得复杂。

常规应对措施：在重要汇聚机房增设普通汇聚网元对业务进行切割，或修改网元节点链路缺省cost值。

传统城域网核心-汇聚-接入的3层网络架构主要针对南北向流量为主的业务形态。PON 系统对其进行了精简，采用了BRAS-OLT 的2层构架，大幅提高了业务转发效率。

在算网时代，东西向流量将成为主流，对城域网转发效率要求越来越高。相较于SPN，OTN 具有组网限制少、转发时延低、保障水平高等优势。

在SPN 搭建中，主要遇到的问题是受地理条件的限制，SPN 接入环与SPN 汇聚环无法完全匹配。从根本上解决问题的对策是将OXC/ROADM 下沉简化［14］至普通汇聚机房，搭建真正透明传输、综合承载的“OTN中继层”，以此来替代SPN 汇聚层。通过OTN 中继层，将SPN 接入环双归至SPN 重要汇聚网元，建设类PON架构的极简SPN系统，如图4所示。

图4 SPN接入环直挂SPN重要汇聚网元

借助于OTN 大带宽、透明传输、WSON 等诸多优秀特性，SPN 系统可以以更高的速率、更低的时延、更高的质量运行，从而达到1+1 远大于2 的效果，如图5所示。

图5 SPN系统目标架构

汇聚网元可逐步演变为一个大型的接入网元，顺势并入SPN接入层。随着更多接入环双归至重要汇聚网元，重要汇聚层可以结合叶脊网络理论［15］进行水平扩容。

6 结束语

SPN 接入层的构建对5G 和城域网的发展有着深远的影响。中国移动应充分利用好这次机会，化繁为简，以始为终，持续推进“五网改三网”进程，实现PTN与SPN 融合组网，推进OTN 中继层建设。对于大颗粒业务，可以直接就近接入OTN 中继层或其下属的OTN-CPE，而对于小颗粒业务，可先集中于业务汇聚或接入机房，由SPN 接入网元、OLT 收敛后，再接入OTN 中继层。以此为新的起点，打造一个更加扁平高效、安全可靠的新型城域网。