4G/5G混合場景下SPN組網關鍵問題探討*

邢建斌，車忻蔚，劉偉信

（中國移動通信集團設計院有限公司山西計劃單列分院，山西 太原 030002）

0 引言

從2018年開始，5G概念開始在全世界范圍內流傳開來，并引發了熱議?，F階段，5G生態圈開始變得成熟，產業鏈即將形成。我國已經開始建設5G基站、5G核心網及5G承載主體SPN網絡。作為全球推進5G建設的積極國家之一，我國預計在2023年全面普及5G網絡應用。總的來說，5G無論是對個人還是對企業，均能帶來新的發展創新機會。但是，從實際發展和建設能夠看出，作為5G業務承載的SPN網絡在組網過程中還存在很多問題。

1 SPN關鍵技術及網絡特點

5G網絡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技術內容，分別在物理層、鏈路層和轉發控制層采用創新技術，能夠滿足5G網絡的承載需求。

1.1 SPN關鍵技術

SPN主要是繼承PTN功能特性，并以此為基礎進行強化和創新。SPN采用創新以太分片組網技術和面向傳送的分段路由技術，并融合光層DWDM技術的層網絡技術體制，可實現基于以太網的多層技術融合。SPN的網絡架構主要包含5部分內容。第一，切片傳送層STL。制作過程中主要采用高性價比25GE、50GE和200GE等以太網接口，能對彩光DWDM提供有效支持，也是對切片物理層的編碼過程，能夠強化大帶寬傳送能力。第二，切片通道層SCL。該通道層能夠為業務切片提供端到端的通道化組網，并呈現具體網絡切片硬隔離等功能，強化整個通道層的檢測和故障恢復能力。第三，切片分組層SPL。它主要是對業務進行識別和分流操作，是實際保障處理的基本過程，在保證其靈活連接的同時，實現對IP、以太等業務的尋址轉發，強化整個系統的分組交換能力。第四，時鐘同步模塊。該模塊在應用時能夠為網絡提供精度和時間同步能力，降低節點時間和頻率誤差。第五，統一管控模塊。借助標準化組網模型和網絡接口，能夠實現SPN承載網的統一管理，是后續操作有序開展的基本前提[1]。

1.2 SPN技術特點

SPN應用過程中，通過SDN架構設計形式，呈現大寬帶、網絡分片以及高精度時間同步等功能，為后續5G網絡技術發展創造有利條件。第一，高效大帶寬承載。它主要是以高效以太網應用為主，通過FlexE和DWDM相結合的形式應用新的光層技術。該項技術不但可以實現單纖大帶寬的承載能力，還能幫助人們靈活應用帶寬，滿足低成本、大帶寬的基本應用要求。第二，路由化靈活連接。該項操作主要是以SR技術應用為基礎，賦予網絡更強的交互功能，在內部轉發節點時并不需要感知實際業務狀態，維護拓撲信息即可，進一步強化了網絡擴展性。同時，也可以適當引入雙向隧道功能和端到端保護功能，保證各項業務的靈活連接。第三，SDN的統一管控。實際管控操作執行過程中，主要是以南向和北向接口為基準，做到多域的統一管理和集中化調度，使承載網和核心網之間端到端業務編排處于協同狀態。

2 4G/5G混合場景下SPN組網的要求

2.1 滿足SA/NSA平行接入要求

從3GPP組織發布的2017年第四季度凍結NSA標準和2018年第一季度凍結的SA標準看，相關部門在5G標準制定上主要以NSA為基礎，對于5G UE的設計也是以4G基站作為5G信令錨點，促使5G基站與媒體面承載點相結合，最終前往EPC+。SA架構下，UE主要是作為5G的信令以及媒體承載對象，并在5GC位置終結。實際SA架構的應用會促使UE終端出現各種承載流量，這些流量也是通過5G承載的SPN網絡承擔的，實際界面清晰，且結構比較簡單。站在實際網絡建設角度來說，它能夠做到一步到位，避免與其他網絡交織在一起。在NSA架構下，實際UE終端在工作時不僅要與4G承載網絡中的PTN進行交互操作，還要滿足5G終端信令流調度，最終也會收斂調度至EPC+。對于整個連接帶寬和接口特點判斷，應該與業務預測內容相結合，做到EPC+設備的形態設計。更重要的是，在實際SPN落地設備設計上，需要與EPC+建立互聯關系，這是NSA和SA兩個階段業務流開展的重要前提條件。

2.2 滿足4G/5G非連續覆蓋接入要求

4G/5G非連續性問題主要集中在網絡之間的互通過程上。一般來說，4G網絡本身可以做到連續覆蓋，而5G網絡正處于建設期間，覆蓋范圍無法呈現出連續性和獨立區域性等特點。但是，隨著時間的延續，5G網絡的覆蓋范圍同樣會逐步達到4G規模。實際建設過程中，用戶UE設備在4G和5G網絡覆蓋范圍切換時，存在明顯的PTN和SPN交互的可能性。此外，為了確保用戶上網的連貫性以及獲取更好的使用體驗，可以將NSA 5GUE媒體面鎖定在EPC+范疇，反觀SA 5G UE直接鎖定在5GC上。當5G UE僅僅在4G覆蓋范圍中時，實際核心網將其視為普通4G進行有效處理。一般來說，SA UE區域場景切換涉及的具體過程如下。第一，當UE處于開機狀態時，需要將具體的媒體處理元鎖定在5GC上；第二，當與用戶所處無線環境為4G時，信令和媒體之間只能借助于PTN平面實現調度操作，并借助PTN和SPN之間的橫向連接使5GC處于合理狀態。如果PTN落地設備和SPN落地設備之間需要執行橫向連接，便能借助于越區切換獲取新的穿通流量[2]。

2.3 對傳送網承載要求

總的來說，想要確保5G業務的有效傳輸和承載，需要提前了解5G在業務屬性和業務規模等方面的特點以及未來可能出現的變化。縱觀整個5G時代，應滿足以下幾方面要求。第一，大寬帶。受5G的影響，單站能力將會提升10～100倍，基站密度也會相應提升到4G基站的1～1.5倍，實際UDN基站密度也會提升10～20倍。正是這種環境，5G承載網設備用戶實際帶寬數字最高將會達到25GE，實際網絡需求在50GE以上。第二，靈活連接。5G發展過程中，將會面臨4G和5G混合組網帶雙連接，增加了整個網絡流量模型的復雜程度，實際核心網和基站云化同樣需要達到更高的連接要求。第三，網絡分片。由于5G網絡具備連續性強、熱點容量高等優勢，應根據路徑選擇和帶寬保證等做到對相關內容的有效區分，并做好控制面和管理面的切片管理，為后續資源分配工作的執行創造有利條件。第四，時間同步。相比于4G時代，5G的傳輸同步精度呈現出明顯強化，最高能夠達到±200ns[3]。

3 4G/5G混合場景下SPN組網關鍵問題

3.1 光交資源使用不均衡

4G/5G混合場景下，在SPN組網綜合業務開展過程中應按照“先框架，后充實”的基本原則，制定有效的全市范圍規劃操作，并以市區、郊區和部分發達鄉鎮完成部署計劃。但是，隨著寬帶和集客專線等業務量的增加，5G時代的來臨能夠做到對纖芯需求的穩步增長，從而在網絡中出現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5G網格架構在搭建時需要執行精細化管理，確保傳輸基礎資源能力得到穩步提升，實際管路管道覆蓋率也處于提升狀態。由于前期的業務發展速度較快，部分城市重點規劃區域中出現管線資源不足、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，在實際應用過程中存在很多小芯數光纜低效占用管孔資源等情況，影響SPN的組網建設[4]。

3.3 光交網纖芯資源不足

實際綜合業務接入區發展過程中，應按照“先框架，后充實”的基本原則，在全市范圍內建立有效的規劃操作，并在市區、郊區等城鎮化區域建立部署計劃。但是，隨著寬帶和各種專線業務數量的提升，很多信息尚未完成采集工作，給后續工作的執行帶來了一些麻煩。綜合業務區光交環網經過近幾年的集中建設，已基本覆蓋到縣城及發達鄉鎮，各類業務通過光交環網接入，部分業務密集區域的纖芯資源不足，加上市政道路建設的影響，部分區域存在管線建設難度高等問題，導致資源緊缺問題越來越嚴重。

4 4G/5G混合場景下SPN組網策略

在實際分組化傳輸方案演進中，可以借助SPN開展組網操作，實現與4GPTN的同時運營。該項技術自身具備比較明顯的特點，可以為后續5G承載網建設創造良好條件，穩步實現有效演進和升級操作。

4.1 SPN組網架構

在新建SPN組網架構內容中能夠看出，主要涉及“核心層+匯聚層+接入層”方式，之后與SR、FlexE等技術結合在一起，滿足5G承載需求，借助SDN做到統一管控。實際組網架構模型，如圖1所示。其中，核心層網絡的構建主要采用200GE/400GE組網，匯聚層網絡借助50GE/100GE進行組網，確保5G業務中的超大帶寬要求得到合理滿足。

圖1 SPN組網架構模型

4.2 SPN的演進策略

面向5G的SPN承載平面，在實際建設過程中能夠與現有的PTN、OTN等網絡實現共存，在未來發展過程中也要與承載基站業務、專線業務等結合在一起，實現綜合承載與演進。首先，在實際SPN組網初期，可以根據SPN組網平面內容確定5G基站的具體業務內容，其中包括之前4G和集團專線等業務內容，建立起新老網絡共存的基本過渡期。在上述工作的幫助下，之前的PTN+OTN網絡得到了擴容，實際電信業務也逐步朝著SPN平面轉移。其次，在SPN成熟商用期間，涉及到的內容有無線基站業務、專線業務以及家寬業務等，還能實現軟件硬件解耦、為網絡分片執行有效支持等。另外，骨干網也會朝著扁平化和大帶寬方向發展，城域網會朝著一張網綜合承載方向演進，是一張網絡架構實現的根本所在[5]。

4.3 綜合業務接入區

首先，相關部門應該與市政發展規劃內容結合在一起，對業務發展潛力巨大的鄉鎮等部署綜合業務接入區，為后續鄉鎮5G全覆蓋創造有利條件。除此之外，通過對綜合業務接入區的有效整治和一級光交“弱覆蓋”區域光交環補建，人們可以在規劃期間消除光交“弱覆蓋”現象。面對5G基站建設的實際需求，應按照實際優化綜合業務內容接入光纜，這是對一級光交環擴容改造的基本過程。也可以根據光模塊一級eCPRI接口成熟度，明確5G前傳以裸光纖為主。相比之下，5G前傳的光纖網與3G和4G時代十分接近，資源儲備量極為豐富。根據實際前傳網絡纖芯需求容量的測算，除了與既有光纖網絡架構相參照外，實際瓶頸在于主干光纜纖芯容量無法滿足AAU上行需求。當實際無線AAU與二級光交后，如果區域內纖芯需求較高，將會以C-RAN集中機房或者匯聚機房為主，根據具體需求確保對主干纖芯的擴容操作。最后，需要盡可能提升主干和次主干道路的資源儲備力度，為后續業務承載創造良好基礎[6]。

5 結語

綜上所述，從實際SPN建設過程中能夠看出，基于解決網絡組網中潛在的瓶頸和問題，需要以用戶體驗分析為主，使整個SPN組網操作變得更加順暢。此外，需要明確NSA和SA之間不同標準下的接入場景，尤其是在4G/5G連續覆蓋和基站同/異址建設時，要將不同網絡之間的關聯性呈現出來，在實際建網過程中逐步完善整體網絡架構。