中国移动5G承载SPN建设方案

信息通信INFORMATION&COMMUNICATIONS
2020 (Sum.No214)
2020年第10期
(总第214期)
中国移动5G承载SPN建设方案
马亚燕
(南京信息职业技术学院通信学院，江苏南京210023)
摘要：近年来，第五代的蜂窝移动通信(5G,5thgeneration wireless systems)势头正盛，它对5G承载提出了按需扩容、分片承载以及业务信道化隔离等新的要求，因此中国移动提出了面向5G承载的切片分组网(SPN,Slicing Packet Net­work)的概念。

文中首先简述了5G发展现状以及SPN产生的技术背景，接着从参考模型角度出发研究SPN的技术架构，然后阐述了SPN的三大关键技术,分别是分段路由技术(SR-TP,Segment Routing-Transport Profile),切片以太网技术(SE,Slicing Ethernet)、灵活以太网技术(FlexE.Flex Ethernet)o在此基础之上，提出了中国移动5G承载SPN 网络的三种建设方案：新建SPN.PTN扩容和PTN升级，并根据现网的实情况以及容户的需求给出了4G承载向5G 承载演进的建设原则。

关键词：5G；SPN；承载;FlexE；SR
中图分类号:TN929文献标识码:A文章编号：1673-1131(2020)10-0173-03
0引言
2019年我国正式启动了5G商用,2020年3月24日工信部发布了《关于推动5G加快发展的通知》，文中明确指出必须加快5G网络建设部署，丰富5G技术应用场景。

7月3日，国际标准组织第三代合作伙伴计划(3GPP,3rd Generation Part­nership Project)宣布R16标准冻结，标志5G第一个演进版本标准完成。

1SPN概述
1.1SPN的技术背景
与第四代蜂窝移动通信(4G,4thgeneration wireless sys-tems)网络相比,5G的速率从lGbps提高到20Gbps,连接数从10万Zkn?提高到100万/km?,时延从iQms降低到1ms。

另一方面,为了更好地为各类用户服务,5G对业务场景进行了更详尽的区分，主要分为增强移动宽带(Embb,Enhanced Mobile Broadband)、超高可靠超低时延通信(URLLC,Ultra-reliable an d Low Latency Communications)以及海量机器类通信(Mmtc, massive Machine Type of Communication)三种场景每种业务场景的带宽、时延、连接数的要求都不一样,因此对5G承载提出了按需扩容、分片承载以及业务信道化隔离的新要求。

如何继续发挥已有4G承载网络即分组传送网(PTN,Packet Tran­sport Network)的优势，又能满足5G的新要求，是中国移动面临的新挑战。

在2018年世界移动通信大会上，中国移动提出了面向5G承载的SPN网络的概念，它在物理层、链路层以及转发控制层对带宽、时延、灵活连接、分片、时间同步以及统一管控等采用了多项创新关键技术，可以满足5G承载需求。

2019年在国际电信联盟第15研究组(ITU-T SG15)大会上，中国移动主导推动的5G传输技术标准项目成功立项,SPN成为5G承载网的候选标准，这是5G承载网标准发展的里程碑。

1.2SPN技术架构备
如图1SPN技术架构所示,SPN分为三层％分别是切片分组层(SPL,Slicing Packet Layer)),切片通道层(SCL,Slicing Channel Layer))以及切片传送层(STL,Slicing Transport Lay­er),这三层分别釆SR-TP、SE、FlexE和密集型光波复用(DWDM,Dense Wavelength Division Multiplexing)技术,它们与时间/时钟同步功能模块以及管理/控制功能模块相结合，实现灵活的软硬管道分片，提供现大带宽、低时延、高效率的二层虚拟专用网(L2VPN,Layer2Virtual Private Networks)和三层虚拟专用网(L3VPN,Layer3Virtual Private Networks)等多层业务承载能力。

收稿日期:2020-08-04
作者简介:马亚燕(1979-),女,研究生，移动通信工程师、讲师，主要研究方向:移动通信。

4结语
总而言之,在当前的时代发展下,5G移动通信网络的应用与设计为社会发展、群众生活质量提升提供了支撑与依赖，未来移动通信网络的发展也会更加完善，移动通信网络也会在网络时代中占据主流地位。

5G移动通信网络的出现满足了人们对生活水平提高所对移动通信网络提出的新要求，促进了移动通信的进一步发展，在网络科学技术所占比重越来越大，逐渐补足了历史移动通信网络带来的网络安全隐患，带来了新一波的安全性、可靠性，使人们对移动通信网络的依赖性提高,信任度也得到了增强，未来的移动通信网络更会为时代发展贡献一份力量,也会具有更多更明显的优势，来促进社会发展，时代进步。

参考文献：
[1]姚广.5G移动通信发展趋势与若干关键技术分析.信息系
统工程[J].2017(2):57.
[2]王广增.关于5G移动通信关键技术的分析及其未来发展
前景分析[J].中国新通信,2015(⑼:56.?
[3]方汝仪.5G移动通信网络关键技术及分析[J].信息技术,
2017(1):142-145.
[4]张骏.5G移动通信网络未来发展趋势与应用[J].信息技术
与信息化,2018,225(12):123-125.
173
CBRSE
L2A.3VPN
HlMa ( SR TP )
Slicing
OIF FlexEf802.3 PCS^MA^MD
DWDM (
)
csrm |
切片分f
SPL
(Slicing Packet Layer)
切片通at 展
SCL
(Slicing Channel Layer)
ID 片蝕R
STL
(Slicing Trarreport Layer)
图1 SPN 技术架构所示
1.3 SPN 关键技术
SPN 关键技术主要包括SPL 层的SR-TP 技术、SCL 层的 SE 技术、STL 层的HexE 技术。

⑴SR-TP 技术
SPL 层的主要功能是实现分组数据的路由处理。

为了满
足5G 承载的网络层(L3, Layer 3)灵活转发需求,SPN 采用基
于流量工程的源路由技术(SR-TE, Segment Routing Traffic En ­
gineering) 和SR-TP 技术,SR-T 技术P 是SR-TE 技术的增强
型。

SR-TE 技术在源节点计算路径，把整条路径以有序的标
签压到报文头中，中间转发节点只需按照当前有效的标签对
报文进行转发，无需维护路径。

SR-TP 技术在SR-TE 邻接标
签的栈底增加一层通路段标识(Path SID)来标记业务连接的
对端，将两条同路由不同方向的SR-TE 单向隧道绑定成的双
向隧道，从而实现端到端的操作维护管理(OAM, Operation
Administration and Maintenance)和保护。

(2) SE 技术
SCL 层的主要功能是实现切片以太网通道的组网处 理。

SE 技术是一种以太网切片技术,从原有以太网内核扩 展而来的，完全兼容原有以太网。

以往以太网数据报文转 发时会在数据链路层和网络层查表,SE 技术在转发层面提
供了一条基于时分链路的硬隔离管道，提供硬管道隔离的 物理层通道组网能力，实现确定性低时延、不同纬度的网络
分片转发。

(3) F lexE
STL 层员责提供SPN 网络侧接口。

FlexE 技术在数据链
路层和和网络层的PCS 层增加一个FlexE Shim 层，将业务逻 辑层和物理层隔开,FlexE 技术的提出从根本上解耦了物理通 道速率和客户业务速率，可以用多个低速物理通道捆绑成一
个虚拟逻辑通道来实现高速客户业务的传送，解决了单一物
理通道性价比较低的问题。

2中国移动SPN 建设方案
2.1建设原则
中国移动进行5G 承载SPN 建设的时候，主要考虑以下 几个因素：
⑴新业务体验
在众多运营商中率先发布5G 业务,获得先发优势；即时 商用创新技术，拓展新市场;提升用户体验，吸引更多用户;为
各行业提供差异化、定制化服务。

(2) 现网影响
在建设过程中需要确保价值客户的服务质量不受影响，
网络运行稳定可靠避免频繁调整;预留资源满足现有业务长期
发展。

(3) 成本最优
尽量降低设备投资、配套成本以及人力成本，提升人员效
率;技术创新着重价值,逐步实施商用。

2.2建设方案
中国移动现有4G 承载网络为PTN 网络，采用多协议标 签交换传送应用(MPLS-TP, Multi-Protocol Label Switching
Transport Profile)承载 L2VPN 和 L3VPN 业务，其中 L3VPN
应用于承载网的核心层,L2VPN 应用于承载网的接入层和汇 聚层。

5G 试点承载建设方案主要有新建SPN 、PTN 扩容和
PTN 升级三种方式吧
(1)新建SPN
SG 5G
图2新建SPN 方案
如图2新建SPN 方案图所示，新建SPN 方案根据5G 全
业务发展需求，独立于原有的4G 承载平面，采用SPN 设备新
建5G 承载网络。

5G 业务通过建立在SR 之上的层次化虚拟
专用网(HoVPN, Hierarchy of Virtual Private Network Over
SR)来承载,支持SR 、FlexE 、IPv6等SPN 新功能,并且接入层、
汇聚层也和核心层一样，采用L3VPN 技术。

由此可以看出采
用新建SPN 方案建设的5G 承载具有低时延和网络切片等功
能，可以满足5G 中后期业务需求。

新建SPN 方案不需要对现有FIN 网络迸行改造，不会影
响其承载的第二代的蜂窝移动通信(2G, 2thgeneration wireless
systems)、4G 业务;建设周期短,可以在抢先一步让用户体验 5G,省会城市和一些大型地级市具有大量5G 潜在用户,业务
需求量大;现有4G 承载网络设备剩余槽位和端口不多，难以
通过扩容或者升级满足需求；因此，该类地区适合采用新建
SPN 方案来建设5G 承载。

(2)PTN 扩容
如图3PTN 扩容方案图所示,PTN 扩容方案在原有的4G
承载网络基础之上对PTN 设备进行带宽扩容，统一承载4G
和5G 业务。

和原来的4G 业务一样,5G 的L2VPN 和L3VPN
业务通过MPLS-TP 实现。

此时，原有的4G 承载网络核心层 和汇聚层必须按需升级到n*100G 量级，部署5G 基站的接入
环必须改造到100G 环。

另外，该方案中,5G 与4G 承载共同
使用PTN 网络,应该尽量在夜间开通5G 承载业务,以免对4G
承载业务造成影响。

因为PIN 扩容方案仅仅通过增加PTN 设备的单板来增
加容量，因此该方案不支持SPN 新功能，只适用于5G 业务商
174
用初期即主要开展eMBB业务的时期。

4G SG
图3PTN扩容方案
(3)
PTN升级
如图4PTN升级方案图所示,PTN升级方案在原有的4G 承载网上进行升级改造。

核心层完全采用SPN设备新建。

为了满足5G全业务功能需求，汇聚层可以通过增加新的SPN设备或者给原有PTN设备新增200G板卡来支持FlexE、SR以及IPv6功能。

原来的板卡承载的4G业务根据实际需求确定是继续保留还是割接到新增200G板卡上。

接入环升级有利旧原有PTN设备和釆用SPN设备新建两种方案。

釆用第一种方案时，接入环采用L2VPN承载5G业务，在汇聚点桥接至L3VPN；釆用第二种方案时，接入环和核心环、汇聚环一样，釆用采用L3VPN承载5G业务。

在PTN升级方案中,原有的4G业务模型不变，仍然釆用L2VPN+L3VPN的桥接方案，桥接点位置不变；5G业务既可以釆用L2VPN+L3VPN的桥接方案也可以釆用L3VPN到边缘的方式部署。

另外5G基站采用IPv6地址,4G基站可以继续釆用IPv4地址。

该方案对现网业务影响极大，5G建设全周期内要不断地对网络进行调整,周期长且复杂，隐性成本巨大,因此建议业务量小、基于现网升级具备_定的可行性的小型地市采用此方案。

图4PIN升级方案
2.3演进方案
综上所述，考虑现网实际情况以及客户业务需求，在4G 承载网向5G承载网演进的过程中，可釆用图55G承载双平面方案所示的方案m」51,建网原则如下：
(1)接入和汇聚釆用双平面方式承载4G和5G业务，在老平面上4G和5G业务釆用MPLS-TP隧道承载，在新平面4G 和5G采用L3到边缘的SR隧道统一承载；
(2)核心层L3域釆用单平面方案实现两个平面间的4G 和5G的融合，釆用动态SR隧道之上的L3VPN承载。

(3)核心层的资源共享,两个平面都可以直接访问。

图55G承载双平面方案
3结语
本文主要分为两个部分。

第一部分首先介绍了SPN的技术背景，接着简述了它的技术架构和三大关键技术：SR-TP、SE以及FlexE；第二部分阐述了中国移动5G承载SPN 网络的三种建设方案，分别是新建SPN、PTN扩容和PTN升级,然后根据前面的分析给出了4G承载向5G承载演进的建设原则。

参考文献:
[1]赵健.面向5G的传送网承载方案分析[J].中国新通信,
2020,22(13):50.
[2]段宏，郭昌华,刘文钊.FlexE技术及其在5G承载网中的应
用探析[J].邮电设计技术,2020,(3):80-85.
⑶苗雨齐5G对承载网建设策略影响分析[J].通讯世界,
2020,27(06):101-102.
[4]武斌，陈永.基于4G传输网的5G SPN承载网快速部署研
究[J].山东通信技术,2020,40(02):1-4.
[5]何铭欣.5G移动通信传输网络建设策略分析[J].通讯世界,
2020,27(05):9-10.
[6]吕云辉，王克信.SPN传输网络架构分析[J].通讯世界,2019
(08).
[7]张奇，严钧，许闱帏,黄焕乾.4G/5G混合场景下SPN组网关
键问题探讨[J].电信工程技术与标准化,2019(06).
[8]黄焕冲.探讨4G网络演进到SPN网络建设策略[J].通讯
世界,2020,27(05):82-83.
[9]韩柳燕，王敏学，张婷婷,张德朝.面向5G承载的SPN技术
及应用[J].信息通信技术与政策,2020(05):6-10.
[10]王尊义.中国移动5G端到端低时延实现策略[J].中国新通
信,2020,22(08):1-3.
[11]马晓亮.5G传送网SPN汇聚层组网策略研究[J].电信快
报,2020(04):11-13.
[12]伍明毅.刍议SPN的5G传输网网络规划[J].通信电源技
术,2020,37(07):211-213.
[13]陈龙荣，邵剑峰，舒宇.SPN网络建设及相关技术的分析[J].
通讯世界,2020,27(03):9-10.
[14]朱明亮，顾秀秀.SPN承载网关键技术及组网策略研究[J].
现代信息科技,2020,4(06):74-75+7&
[15]宋永廷，高凌翔.面向5G移动承载网的改造和建设方案
[J],电脑与电信,2020(03):33-36.
[16]付易鹏.5G承载网分段路由技术研究[J].数字通信世界,
2020(03):17-1&
175。