基于分組切片的5G承載網(wǎng)技術(shù)分析與組網(wǎng)探討

摘要：切片分組網(wǎng)（Slicing Packet Network，SPN）在骨干和城域范圍內(nèi)，重新規(guī)范了系統(tǒng)架構(gòu)、業(yè)務(wù)模型、接口、保護(hù)、同步、管理控制等內(nèi)容，是面向5G網(wǎng)絡(luò)的新一代技術(shù)體制。本文介紹了SPN網(wǎng)絡(luò)的功能架構(gòu)，分析了SPN的關(guān)鍵技術(shù)，探討了SPN網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)架構(gòu)，致力于構(gòu)建新一代面向5G網(wǎng)絡(luò)的新型承載網(wǎng)。

關(guān)鍵詞：分層模型? 大帶寬? FlexE? SE? SR? 組網(wǎng)架構(gòu)

1 引言

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，我國也步入了第五代移動(dòng)通信（5G）發(fā)展的“快車道”。中國制造2025規(guī)劃綱要明確了9項(xiàng)戰(zhàn)略任務(wù)和重點(diǎn)，5G作為新一代信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)就是其中之一。增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）、超高可靠低時(shí)延通信（uRLLC）、海量機(jī)器通信（mMTC）是5G的三大應(yīng)用場景，其中eMBB是當(dāng)前最主要的應(yīng)用場景，而uRLLC和mMTC的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈尚不成熟，全面推廣尚需時(shí)日。基于上述三大應(yīng)用場景對5G傳輸承載網(wǎng)絡(luò)需求的分析，切片分組網(wǎng)絡(luò)（SPN）應(yīng)運(yùn)而生。使用SPN技術(shù)的承載網(wǎng)能夠滿足5G網(wǎng)絡(luò)對于層次化網(wǎng)絡(luò)切片、大帶寬、智能協(xié)同、超低時(shí)延、靈活轉(zhuǎn)發(fā)、高精度時(shí)鐘同步等多方面的需求。

2 SPN網(wǎng)絡(luò)功能架構(gòu)

2.1 SPN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特征

SPN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有以下基本技術(shù)特征：

1）基于以太分組、SPN Channel的分層交換;

2）集中管理和控制的SDN架構(gòu);

3）為多種業(yè)務(wù)提供差異化（如帶寬、時(shí)延、抖動(dòng)等）的業(yè)務(wù)承載服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)切片;

4）分組層面向連接和面向無連接業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載;

5）電信級故障檢測和性能管理;

6）具備網(wǎng)絡(luò)級的分層保護(hù)能力;

7）支持同步以太網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的頻率同步;支持1588V2功能，實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)間同步;

8）具備低時(shí)延轉(zhuǎn)發(fā)能力;

9）兼容PTN網(wǎng)絡(luò)，支持與存量PTN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對接、混合組網(wǎng)。

2.2 SPN網(wǎng)絡(luò)分層模型

SPN網(wǎng)絡(luò)的分層模型包括切片分組層（SPL）、切片通道層（SCL）、切片傳送層（STL），以及頻率、時(shí)鐘同步功能模塊和管理、控制平面。

切片分組層用于分組業(yè)務(wù)處理，包括括客戶業(yè)務(wù)信號以及對客戶業(yè)務(wù)的封裝處理（L2VPN或L3VPN）、MPLS-TP（面向連接的分組交換）或SR-TP（面向傳送的分段路由）隧道處理，以及分組業(yè)務(wù)與以太網(wǎng)二層MAC映射處理;切片通道層基于Slicing Ethernet（以太網(wǎng)分片）技術(shù)，提供硬管道交叉連接能力;切片傳送層用于提供FlexE接口以及802.3以太物理層編解碼和傳輸媒介處理，其中傳輸媒介基于以太網(wǎng)IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)，光層支持DWDM技術(shù)。

3 SPN關(guān)鍵技術(shù)

3.1 大帶寬技術(shù)

根據(jù)對5G業(yè)務(wù)流量預(yù)測分析，5G低頻站（100MHz，64T64R）在5G建設(shè)初期單站均值為300Mbps，單站峰值為1.5Gbps，中期單站均值可達(dá)2.03Gbps，單站峰值可達(dá)4.65Gbps。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，預(yù)測5G初期接入環(huán)帶寬需求為4.2Gbps，中期接入環(huán)帶寬需求為22.92Gbps。由此可見，5G在建設(shè)初期接入環(huán)帶寬達(dá)到10G可能能滿足需求，而隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷建設(shè)，中期及遠(yuǎn)期則可能需要25G甚至是50G、100G才能滿足需求。接入環(huán)的需求尚且如此，那匯聚環(huán)、核心環(huán)更是需要N*100G或者N*200G甚至N*400G的大帶寬需求。因此，核心匯聚層可考慮采用100G/200G相干DWDM技術(shù)的彩光方案，接入層可考慮采用4級脈沖幅度調(diào)制（PAM4）的灰光方案。

3.2 FlexE技術(shù)

FlexE（Flexible Ethernet）就是靈活以太網(wǎng)，它做到了在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)上增加時(shí)隙調(diào)度功能，從而滿足接口速率的靈活可變、多業(yè)務(wù)通道化隔離的QoS。它支持三種通用的能力：第一是捆綁，就是能滿足更高速率的接入，且捆綁可以達(dá)到100%的帶寬利用率，比如要實(shí)現(xiàn)400G速率可以通過4路100G PHY來實(shí)現(xiàn);第二是支持子速率劃分，這個(gè)功能與捆綁功能正相反，用于滿足低于整數(shù)路的100GE PHY時(shí)的數(shù)據(jù)接入，比如150G可在2個(gè)100GE PHY承載;三是具備通道化的能力，簡單理解就是把任意速率的MAC流共享在一路或者多路100GE PHY。概況來說，F(xiàn)lexE技術(shù)能夠幫助5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)按需擴(kuò)容、分片承載、隔離業(yè)務(wù)信道。

3.3 SE技術(shù)

切片以太網(wǎng)（Slicing Ethernet，SE）技術(shù)是5G網(wǎng)絡(luò)充分利用與SDN/NFV虛擬化架構(gòu)的融合，根據(jù)未來業(yè)務(wù)具體場景和需求提出的“網(wǎng)絡(luò)切片”的概念，實(shí)現(xiàn)了端到端的邏輯網(wǎng)絡(luò)劃分。SE 技術(shù)在轉(zhuǎn)發(fā)層面建立硬管道切片，與傳統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量管理的軟通道結(jié)合，使得傳送網(wǎng)與核心網(wǎng)聯(lián)動(dòng)結(jié)合、相得益彰。

3.4 SR隧道技術(shù)

分段路由（SR）技術(shù)是一種源路由技術(shù)，可以幫助運(yùn)營商創(chuàng)建和管理百萬級別的連接，針對5G承載是一種高效的大連接需求的解決方案。SR提供了無連接的SR-BE（基于盡力轉(zhuǎn)發(fā)的段路由）和面向連接的SR-TE（基于流量工程的段路由）兩種類型隧道。SR-BE提供任意拓?fù)錁I(yè)務(wù)連接并簡化隧道規(guī)劃和部署，適合東西向業(yè)務(wù)承載;SR-TE提供基于連接的端到端監(jiān)控運(yùn)維能力，適合于南北向業(yè)務(wù)承載。

4 SPN網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)探討

4.1 核心層組網(wǎng)架構(gòu)探討

傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)最經(jīng)典的模式就是核心、匯聚和接入的三層架構(gòu)，在5G承載網(wǎng)的SPN組網(wǎng)場景下，我們?nèi)钥梢匝赜眠@樣的三層組網(wǎng)架構(gòu)。其中在核心層，根據(jù)設(shè)備功能可劃分成落地設(shè)備、骨干匯聚設(shè)備的兩層架構(gòu)，也可以劃分成落地設(shè)備、調(diào)度設(shè)備、骨干匯聚設(shè)備的三層架構(gòu)，兩者的區(qū)別在于是否需要增加調(diào)度設(shè)備。

從兩方面來考慮比較，增加調(diào)度設(shè)備的必要性更大。一是考慮到未來5G CN的云化部署以及大區(qū)集中的需求，對接傳送網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)該主要包含省中心的核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。結(jié)合目前與EPC對接的需求、未來5GC部署存在的變化以及局房的裝機(jī)條件，需要部署調(diào)度層設(shè)備滿足靈活調(diào)整變化的需求;二是若調(diào)度節(jié)點(diǎn)功能與骨干匯聚點(diǎn)合設(shè)，則可能需要多套設(shè)備分擔(dān)承載調(diào)度壓力。為降低跨局調(diào)度的資源開銷以及提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性，需要有一個(gè)調(diào)度設(shè)備實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的集中匯聚和靈活調(diào)度，這樣可減輕網(wǎng)絡(luò)跨區(qū)調(diào)度對資源的過度消耗。

4.2 總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)探討

5G承載網(wǎng)端到端的組網(wǎng)架構(gòu)可分為核心層、匯聚層、接入層。

核心層按照之前論述可采用落地+調(diào)度+骨干匯聚三層架構(gòu)，在速率選擇上可采用200GE或者400GE;匯聚層仍然沿用環(huán)形組網(wǎng)，下掛在2個(gè)骨干匯聚節(jié)點(diǎn)下，確保雙歸屬形成保護(hù)，在速率選擇上可采用200GE;接入層采用環(huán)形組網(wǎng)，下掛在匯聚環(huán)的2個(gè)普通匯聚點(diǎn)下，速率選擇50GE，前傳綜合采用裸光纖、波分、單纖雙向模塊承載。

根據(jù)預(yù)測，5G網(wǎng)絡(luò)初期的主要需求主要是三大場景中的eMBB業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)要求的同步精度與4G業(yè)務(wù)相同，為1.5μs，因此在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的初期仍可以采用GPS方式提供同步。未來考慮到5G高精度定位等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景會提出高精度時(shí)間同步要求，部分環(huán)境無法安裝GPS，以及增強(qiáng)同步網(wǎng)安全性的考慮，需要采用基于傳輸網(wǎng)絡(luò)的高精度同步方案，屆時(shí)就需要在核心層安裝高精度時(shí)鐘源設(shè)備，通過1588V2協(xié)議，逐層向下傳遞。

SPN傳送網(wǎng)宜采用分層分域的方案。骨干匯聚點(diǎn)/次骨干匯聚點(diǎn)均需要將管理面和控制面接口接入同節(jié)點(diǎn)的二層交換機(jī);對于骨干匯聚層及以下，納入?yún)R聚層IGP域;對于落地及調(diào)度核心層，納入核心層IGP域。同時(shí)對于核心層IGP域在每個(gè)區(qū)域?qū)υO(shè)置1個(gè)網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元，網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元還需要連接對應(yīng)的調(diào)度設(shè)備。其他非網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)的調(diào)度設(shè)備以及所有落地設(shè)備網(wǎng)管采用帶內(nèi)傳送方式，調(diào)度至同區(qū)域的網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元。

5 結(jié)束語

5G是當(dāng)下社會關(guān)注的熱點(diǎn)，如何建設(shè)好5G網(wǎng)絡(luò)是目前各運(yùn)營商的頭等大事，而5G承載網(wǎng)又是5G網(wǎng)絡(luò)能否建成精品網(wǎng)絡(luò)的重中之重。SPN是面向5G 的新型傳送網(wǎng)技術(shù)體制，它采用大帶寬、FlexE、SE、SR隧道等關(guān)鍵技術(shù)，能夠很好滿足5G對于傳輸網(wǎng)絡(luò)提出的新的需求和挑戰(zhàn)。

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作者簡介

唐時(shí)杰，畢業(yè)于上海海事大學(xué)，學(xué)士學(xué)位，工程師，主要從事通信工程傳輸專業(yè)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)。