4G5G混合場(chǎng)景下SPN組網(wǎng)關(guān)鍵問題探討

0引言從2018年開始，5G概念開始在全世界范圍內(nèi)流傳開來，并引發(fā)了熱議。現(xiàn)階段，5G生態(tài)圈開始變得成熟，產(chǎn)業(yè)鏈即將形成。我國(guó)已經(jīng)開始建設(shè)5G基站、5G核心網(wǎng)及5G承載主體SPN網(wǎng)絡(luò)。作為全球推進(jìn)5G建設(shè)的積極國(guó)家之一，我國(guó)預(yù)計(jì)在2023年全面普及5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用?？偟膩碚f，5G無(wú)論是對(duì)個(gè)人還是對(duì)企業(yè)，均能帶來新的發(fā)展創(chuàng)新機(jī)會(huì)。但是，從實(shí)際發(fā)展和建設(shè)能夠看出，作為5G業(yè)務(wù)承載的SPN網(wǎng)絡(luò)在組網(wǎng)過程中還存在很多問題。1SPN關(guān)鍵技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)5G網(wǎng)絡(luò)本身承載著很多變化和要求，其中SPN作為一種全新的傳輸網(wǎng)技術(shù)內(nèi)容，分別在物理層、鏈路層和轉(zhuǎn)發(fā)控制層采用創(chuàng)新技術(shù)，能夠滿足5G網(wǎng)絡(luò)的承載需求。1.1SPN關(guān)鍵技術(shù)SPN主要是繼承PTN功能特性，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行強(qiáng)化和創(chuàng)新。SPN采用創(chuàng)新以太分片組網(wǎng)技術(shù)和面向傳送的分段路由技術(shù)，并融合光層DWDM技術(shù)的層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制，可實(shí)現(xiàn)基于以太網(wǎng)的多層技術(shù)融合。SPN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要包含5部分內(nèi)容。第一，切片傳送層STL。制作過程中主要采用高性價(jià)比25GE、50GE和200GE等以太網(wǎng)接口，能對(duì)彩光DWDM提供有效支持，也是對(duì)切片物理層的編碼過程，能夠強(qiáng)化大帶寬傳送能力。第二，切片通道層SCL。該通道層能夠?yàn)闃I(yè)務(wù)切片提供端到端的通道化組網(wǎng)，并呈現(xiàn)具體網(wǎng)絡(luò)切片硬隔離等功能，強(qiáng)化整個(gè)通道層的檢測(cè)和故障恢復(fù)能力。第三，切片分組層SPL。它主要是對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行識(shí)別和分流操作，是實(shí)際保障處理的基本過程，在保證其靈活連接的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)IP、以太等業(yè)務(wù)的尋址轉(zhuǎn)發(fā)，強(qiáng)化整個(gè)系統(tǒng)的分組交換能力。第四，時(shí)鐘同步模塊。該模塊在應(yīng)用時(shí)能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)提供精度和時(shí)間同步能力，降低節(jié)點(diǎn)時(shí)間和頻率誤差。第五，統(tǒng)一管控模塊。借助標(biāo)準(zhǔn)化組網(wǎng)模型和網(wǎng)絡(luò)接口，能夠?qū)崿F(xiàn)SPN承載網(wǎng)的統(tǒng)一管理，是后續(xù)操作有序開展的基本前提。1.2SPN技術(shù)特點(diǎn)SPN應(yīng)用過程中，通過SDN架構(gòu)設(shè)計(jì)形式，呈現(xiàn)大寬帶、網(wǎng)絡(luò)分片以及高精度時(shí)間同步等功能，為后續(xù)5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展創(chuàng)造有利條件。第一，高效大帶寬承載。它主要是以高效以太網(wǎng)應(yīng)用為主，通過FlexE和DWDM相結(jié)合的形式應(yīng)用新的光層技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)不但可以實(shí)現(xiàn)單纖大帶寬的承載能力，還能幫助人們靈活應(yīng)用帶寬，滿足低成本、大帶寬的基本應(yīng)用要求。第二，路由化靈活連接。該項(xiàng)操作主要是以SR技術(shù)應(yīng)用為基礎(chǔ)，賦予網(wǎng)絡(luò)更強(qiáng)的交互功能，在內(nèi)部轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)時(shí)并不需要感知實(shí)際業(yè)務(wù)狀態(tài)，維護(hù)拓?fù)湫畔⒓纯桑M(jìn)一步強(qiáng)化了網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性。同時(shí)，也可以適當(dāng)引入雙向隧道功能和端到端保護(hù)功能，保證各項(xiàng)業(yè)務(wù)的靈活連接。第三，SDN的統(tǒng)一管控。實(shí)際管控操作執(zhí)行過程中，主要是以南向和北向接口為基準(zhǔn)，做到多域的統(tǒng)一管理和集中化調(diào)度，使承載網(wǎng)和核心網(wǎng)之間端到端業(yè)務(wù)編排處于協(xié)同狀態(tài)。24G/5G混合場(chǎng)景下SPN組網(wǎng)的要求2.1滿足SA/NSA平行接入要求從3GPP組織發(fā)布的2017年第四季度凍結(jié)NSA標(biāo)準(zhǔn)和2018年第一季度凍結(jié)的SA標(biāo)準(zhǔn)看，相關(guān)部門在5G標(biāo)準(zhǔn)制定上主要以NSA為基礎(chǔ)，對(duì)于5GUE的設(shè)計(jì)也是以4G基站作為5G信令錨點(diǎn)，促使5G基站與媒體面承載點(diǎn)相結(jié)合，最終前往EPC+。SA架構(gòu)下，UE主要是作為5G的信令以及媒體承載對(duì)象，并在5GC位置終結(jié)。實(shí)際SA架構(gòu)的應(yīng)用會(huì)促使UE終端出現(xiàn)各種承載流量，這些流量也是通過5G承載的SPN網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)的，實(shí)際界面清晰，且結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。站在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)角度來說，它能夠做到一步到位，避免與其他網(wǎng)絡(luò)交織在一起。在NSA架構(gòu)下，實(shí)際UE終端在工作時(shí)不僅要與4G承載網(wǎng)絡(luò)中的PTN進(jìn)行交互操作，還要滿足5G終端信令流調(diào)度，最終也會(huì)收斂調(diào)度至EPC+。對(duì)于整個(gè)連接帶寬和接口特點(diǎn)判斷，應(yīng)該與業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)內(nèi)容相結(jié)合，做到EPC+設(shè)備的形態(tài)設(shè)計(jì)。更重要的是，在實(shí)際SPN落地設(shè)備設(shè)計(jì)上，需要與EPC+建立互聯(lián)關(guān)系，這是NSA和SA兩個(gè)階段業(yè)務(wù)流開展的重要前提條件。2.2滿足4G/5G非連續(xù)覆蓋接入要求4G/5G非連續(xù)性問題主要集中在網(wǎng)絡(luò)之間的互通過程上。一般來說，4G網(wǎng)絡(luò)本身可以做到連續(xù)覆蓋，而5G網(wǎng)絡(luò)正處于建設(shè)期間，覆蓋范圍無(wú)法呈現(xiàn)出連續(xù)性和獨(dú)立區(qū)域性等特點(diǎn)。但是，隨著時(shí)間的延續(xù)，5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍同樣會(huì)逐步達(dá)到4G規(guī)模。實(shí)際建設(shè)過程中，用戶UE設(shè)備在4G和5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍切換時(shí)，存在明顯的PTN和SPN交互的可能性。此外，為了確保用戶上網(wǎng)的連貫性以及獲取更好的使用體驗(yàn)，可以將NSA5GUE媒體面鎖定在EPC+范疇，反觀SA5GUE直接鎖定在5GC上。當(dāng)5GUE僅僅在4G覆蓋范圍中時(shí)，實(shí)際核心網(wǎng)將其視為普通4G進(jìn)行有效處理。一般來說，SAUE區(qū)域場(chǎng)景切換涉及的具體過程如下。第一，當(dāng)UE處于開機(jī)狀態(tài)時(shí)，需要將具體的媒體處理元鎖定在5GC上；第二，當(dāng)與用戶所處無(wú)線環(huán)境為4G時(shí)，信令和媒體之間只能借助于PTN平面實(shí)現(xiàn)調(diào)度操作，并借助PTN和SPN之間的橫向連接使5GC處于合理狀態(tài)。如果PTN落地設(shè)備和SPN落地設(shè)備之間需要執(zhí)行橫向連接，便能借助于越區(qū)切換獲取新的穿通流量。2.3對(duì)傳送網(wǎng)承載要求總的來說，想要確保5G業(yè)務(wù)的有效傳輸和承載，需要提前了解5G在業(yè)務(wù)屬性和業(yè)務(wù)規(guī)模等方面的特點(diǎn)以及未來可能出現(xiàn)的變化?？v觀整個(gè)5G時(shí)代，應(yīng)滿足以下幾方面要求。第一，大寬帶。受5G的影響，單站能力將會(huì)提升10～100倍，基站密度也會(huì)相應(yīng)提升到4G基站的1～1.5倍，實(shí)際UDN基站密度也會(huì)提升10～20倍。正是這種環(huán)境，5G承載網(wǎng)設(shè)備用戶實(shí)際帶寬數(shù)字最高將會(huì)達(dá)到25GE，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)需求在50GE以上。第二，靈活連接。5G發(fā)展過程中，將會(huì)面臨4G和5G混合組網(wǎng)帶雙連接，增加了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)流量模型的復(fù)雜程度，實(shí)際核心網(wǎng)和基站云化同樣需要達(dá)到更高的連接要求。第三，網(wǎng)絡(luò)分片。由于5G網(wǎng)絡(luò)具備連續(xù)性強(qiáng)、熱點(diǎn)容量高等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)根據(jù)路徑選擇和帶寬保證等做到對(duì)相關(guān)內(nèi)容的有效區(qū)分，并做好控制面和管理面的切片管理，為后續(xù)資源分配工作的執(zhí)行創(chuàng)造有利條件。第四，時(shí)間同步。相比于4G時(shí)代，5G的傳輸同步精度呈現(xiàn)出明顯強(qiáng)化，最高能夠達(dá)到±200ns。34G/5G混合場(chǎng)景下SPN組網(wǎng)關(guān)鍵問題3.1光交資源使用不均衡4G/5G混合場(chǎng)景下，在SPN組網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)開展過程中應(yīng)按照“先框架，后充實(shí)”的基本原則，制定有效的全市范圍規(guī)劃操作，并以市區(qū)、郊區(qū)和部分發(fā)達(dá)鄉(xiāng)鎮(zhèn)完成部署計(jì)劃。但是，隨著寬帶和集客專線等業(yè)務(wù)量的增加，5G時(shí)代的來臨能夠做到對(duì)纖芯需求的穩(wěn)步增長(zhǎng)，從而在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)光交箱資源利用率不均勻情況，即不合理性較為明顯。3.2管道資源不足近年來，我國(guó)5G網(wǎng)格架構(gòu)在搭建時(shí)需要執(zhí)行精細(xì)化管理，確保傳輸基礎(chǔ)資源能力得到穩(wěn)步提升，實(shí)際管路管道覆蓋率也處于提升狀態(tài)。由于前期的業(yè)務(wù)發(fā)展速度較快，部分城市重點(diǎn)規(guī)劃區(qū)域中出現(xiàn)管線資源不足、管孔擁擠等情況，給新穿放光纜操作帶來了很大影響。除此之外，在實(shí)際應(yīng)用過程中存在很多小芯數(shù)光纜低效占用管孔資源等情況，影響SPN的組網(wǎng)建設(shè)。3.3光交網(wǎng)纖芯資源不足實(shí)際綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)發(fā)展過程中，應(yīng)按照“先框架，后充實(shí)”的基本原則，在全市范圍內(nèi)建立有效的規(guī)劃操作，并在市區(qū)、郊區(qū)等城鎮(zhèn)化區(qū)域建立部署計(jì)劃。但是，隨著寬帶和各種專線業(yè)務(wù)數(shù)量的提升，很多信息尚未完成采集工作，給后續(xù)工作的執(zhí)行帶來了一些麻煩。綜合業(yè)務(wù)區(qū)光交環(huán)網(wǎng)經(jīng)過近幾年的集中建設(shè)，已基本覆蓋到縣城及發(fā)達(dá)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，各類業(yè)務(wù)通過光交環(huán)網(wǎng)接入，部分業(yè)務(wù)密集區(qū)域的纖芯資源不足，加上市政道路建設(shè)的影響，部分區(qū)域存在管線建設(shè)難度高等問題，導(dǎo)致資源緊缺問題越來越嚴(yán)重。44G/5G混合場(chǎng)景下SPN組網(wǎng)策略在實(shí)際分組化傳輸方案演進(jìn)中，可以借助SPN開展組網(wǎng)操作，實(shí)現(xiàn)與4GPTN的同時(shí)運(yùn)營(yíng)。該項(xiàng)技術(shù)自身具備比較明顯的特點(diǎn)，可以為后續(xù)5G承載網(wǎng)建設(shè)創(chuàng)造良好條件，穩(wěn)步實(shí)現(xiàn)有效演進(jìn)和升級(jí)操作。4.1SPN組網(wǎng)架構(gòu)在新建SPN組網(wǎng)架構(gòu)內(nèi)容中能夠看出，主要涉及“核心層+匯聚層+接入層”方式，之后與SR、FlexE等技術(shù)結(jié)合在一起，滿足5G承載需求，借助SDN做到統(tǒng)一管控。實(shí)際組網(wǎng)架構(gòu)模型，如圖1所示。其中，核心層網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建主要采用200GE/400GE組網(wǎng)，匯聚層網(wǎng)絡(luò)借助50GE/100GE進(jìn)行組網(wǎng)，確保5G業(yè)務(wù)中的超大帶寬要求得到合理滿足。圖1SPN組網(wǎng)架構(gòu)模型4.2SPN的演進(jìn)策略面向5G的SPN承載平面，在實(shí)際建設(shè)過程中能夠與現(xiàn)有的PTN、OTN等網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)共存，在未來發(fā)展過程中也要與承載基站業(yè)務(wù)、專線業(yè)務(wù)等結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)綜合承載與演進(jìn)。首先，在實(shí)際SPN組網(wǎng)初期，可以根據(jù)SPN組網(wǎng)平面內(nèi)容確定5G基站的具體業(yè)務(wù)內(nèi)容，其中包括之前4G和集團(tuán)專線等業(yè)務(wù)內(nèi)容，建立起新老網(wǎng)絡(luò)共存的基本過渡期。在上述工作的幫助下，之前的PTN+OTN網(wǎng)絡(luò)得到了擴(kuò)容，實(shí)際電信業(yè)務(wù)也逐步朝著SPN平面轉(zhuǎn)移。其次，在SPN成熟商用期間，涉及到的內(nèi)容有無(wú)線基站業(yè)務(wù)、專線業(yè)務(wù)以及家寬業(yè)務(wù)等，還能實(shí)現(xiàn)軟件硬件解耦、為網(wǎng)絡(luò)分片執(zhí)行有效支持等。另外，骨干網(wǎng)也會(huì)朝著扁平化和大帶寬方向發(fā)展，城域網(wǎng)會(huì)朝著一張網(wǎng)綜合承載方向演進(jìn)，是一張網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的根本所在。4.3綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)首先，相關(guān)部門應(yīng)該與市政發(fā)展規(guī)劃內(nèi)容結(jié)合在一起，對(duì)業(yè)務(wù)發(fā)展?jié)摿薮蟮泥l(xiāng)鎮(zhèn)等部署綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)，為后續(xù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)5G全覆蓋創(chuàng)造有利條件。除此之外，通過對(duì)綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)的有效整治和一級(jí)光交“弱覆蓋”區(qū)域光交環(huán)補(bǔ)建，人們可以在規(guī)劃期間消除光交“弱覆蓋”現(xiàn)象。面對(duì)5G基站建設(shè)的實(shí)際需求，應(yīng)按照實(shí)際優(yōu)化綜合業(yè)務(wù)內(nèi)容接入光纜，這是對(duì)一級(jí)光交環(huán)擴(kuò)容改造的基本過程。也可以根據(jù)光模塊一級(jí)eCPRI接口成熟度，明確5G前傳以裸光纖為主。相比之下，5G前傳的光纖網(wǎng)與3G和4G時(shí)代十分接近，資源儲(chǔ)備量極為豐富。根據(jù)實(shí)際前傳網(wǎng)絡(luò)纖芯需求容量的測(cè)算，除了與既有光纖網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相參照外，實(shí)際瓶頸在于主干光纜纖芯容量無(wú)法滿足AAU上行需求。當(dāng)實(shí)際無(wú)線AAU與二級(jí)光交后，如果區(qū)域內(nèi)纖芯需求較高，將會(huì)以C-RAN集中機(jī)房或者匯聚機(jī)房為主，根據(jù)具