5G承載網(wǎng)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )發(fā)展趨勢

  作者:韓柳燕 中國移動(dòng)研究院 技術(shù)經(jīng)理; 李晗 中國移動(dòng)研究院 基礎網(wǎng)絡(luò )技術(shù)研究所所長(cháng)

  隨著(zhù)5G商用部署，面向5G的新一代承載網(wǎng)絡(luò )成為運營(yíng)商城域網(wǎng)絡(luò )的重要組成部分。這張網(wǎng)絡(luò )需要在技術(shù)上采用更加先進(jìn)的承載方案，滿(mǎn)足5G時(shí)代個(gè)人用戶(hù)和垂直行業(yè)用戶(hù)當前及未來(lái)的高速發(fā)展。此外，它還需要支持邊緣算力網(wǎng)絡(luò )等核心應用，對于車(chē)聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興應用提供基礎保障。

  同時(shí)，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )建設和應用的進(jìn)一步深入，5G承載網(wǎng)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )結構仍在持續演進(jìn)和發(fā)展。中國移動(dòng)在“讓創(chuàng )新更加貼近需求，讓技術(shù)更好服務(wù)客戶(hù)”的理念指引下，推動(dòng)技術(shù)不斷迭代升級，確保5G承載網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)先進(jìn)性，推動(dòng)其向綜合承載網(wǎng)絡(luò )的演進(jìn)，以提供更為優(yōu)化和智能的連接承載。

  5G承載和SPN網(wǎng)絡(luò )發(fā)展歷程

  5G三大業(yè)務(wù)場(chǎng)景對5G回傳承載在帶寬、時(shí)延、同步、IPv6和切片等方面提出剛性需求。首先，5G時(shí)期帶寬需求總體增長(cháng)10~100倍；5G基站接口帶寬由4G時(shí)期的GE變?yōu)?0/25GE，5G回傳承載網(wǎng)接入/匯聚/核心層帶寬由GE/10GE/100GE變?yōu)?0GE/N×100GE/N×200GE。其次，時(shí)延要求提高，由4G時(shí)期的20ms變?yōu)閁RLLC業(yè)務(wù)最小1ms，單設備時(shí)延由50~100μs變?yōu)?0μs量級。時(shí)間同步精度需求也在不斷提升，單設備同步精度需求由±30ns變?yōu)椤?ns。IPv6方面，LTE基站采用IPv4，5G基站采用IPv6，傳輸網(wǎng)由原來(lái)基于IPv4變?yōu)樾枰С諭Pv4/IPv6雙棧。此外，5G不再是單一和剛性的網(wǎng)絡(luò )架構，而是能適應多種應用場(chǎng)景，并滿(mǎn)足各種垂直行業(yè)多樣化需求的網(wǎng)絡(luò )，同時(shí)5G核心網(wǎng)絡(luò )進(jìn)一步云化，引入移動(dòng)NFV和網(wǎng)絡(luò )切片等新型技術(shù)。這些都給5G承載技術(shù)帶來(lái)了變革的機會(huì )點(diǎn)。

  2017年，中國移動(dòng)針對5G傳輸需求，提出切片分組網(wǎng)SPN（Slicing Packet Network）架構及理念，并持續推進(jìn)。SPN切片通道層SCL（Slicing Channel Layer）技術(shù)2018年10月在ITU-T立項MTN（Metro Transport Network）接口標準，并從2019年起全面立項，標志著(zhù)MTN作為全新的傳送網(wǎng)技術(shù)成為新一代國際標準體系。SPN實(shí)現了TDM和分組的有機融合，支持L0到L3能力，契合5G無(wú)損、高效的承載需求，具備大帶寬、低時(shí)延、網(wǎng)絡(luò )切片、靈活連接、高精度同步和統一管控等技術(shù)優(yōu)勢。在組網(wǎng)架構方面，SPN支持端到端承載，通過(guò)不同的切片特性，實(shí)現不同業(yè)務(wù)的定制化承載。在節點(diǎn)架構方面，轉發(fā)面融合了L0—L3技術(shù)，支持軟、硬隔離管道；管控面采用SDN，實(shí)現管控合一的集中智能調度，支持切片和業(yè)務(wù)隧道的自動(dòng)規劃和部署。在性能方面，SPN為分組網(wǎng)帶來(lái)確定性低時(shí)延特征。此外，SPN端到端靈活帶寬、硬隔離及豐富的切片能力也可為高等級政企業(yè)務(wù)承載提供差異化優(yōu)勢。

  目前中國移動(dòng)已經(jīng)規模商用SPN設備，全國所有地市及以上城市部署共計20萬(wàn)端以上。

  5G承載網(wǎng)絡(luò )發(fā)展趨勢

  隨著(zhù)5G部署的全面深入，5G回傳網(wǎng)絡(luò )的建設也初具規模。5G承載網(wǎng)絡(luò )相比4G網(wǎng)絡(luò )，從建設之初就是一個(gè)高起點(diǎn)高能力的網(wǎng)絡(luò )。一是核心匯聚接入層的帶寬普遍大幅提升，達到百G以上的接口和幾十T的設備交換容量；二是轉發(fā)層面和管控層面的網(wǎng)絡(luò )組網(wǎng)能力也達到一定規模，支持萬(wàn)節點(diǎn)以上的組網(wǎng)規模，以及大量的硬切片和軟切片管道的連接。大帶寬、高能力的5G承載網(wǎng)絡(luò )，也在逐步向著(zhù)一張綜合承載網(wǎng)絡(luò )的趨勢發(fā)展。一方面可以提升這張高能力網(wǎng)絡(luò )的利用率和價(jià)值，另一方面，從業(yè)務(wù)和客戶(hù)需求來(lái)看，無(wú)線(xiàn)基站、垂直行業(yè)、政企專(zhuān)線(xiàn)、家庭寬帶和云網(wǎng)接入等各種業(yè)務(wù)也在不斷下沉到邊緣并融合，承載網(wǎng)絡(luò )的融合也符合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )融合的趨勢。

  以SPN網(wǎng)絡(luò )為例，其本身既支持硬切片又支持軟切片，面向各種應用場(chǎng)景，SPN提供五大類(lèi)切片，實(shí)現對無(wú)線(xiàn)基站、政企專(zhuān)線(xiàn)、云網(wǎng)接入等業(yè)務(wù)場(chǎng)景的綜合承載，一網(wǎng)多業(yè)，全面提升SPN網(wǎng)絡(luò )的利用率，助力千行百業(yè)產(chǎn)業(yè)升級（如圖1所示）。

圖1  SPN網(wǎng)絡(luò )架構發(fā)展

  從網(wǎng)絡(luò )能力角度，承載網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展趨勢總體可以概括為切片粒度更精細、業(yè)務(wù)連接更豐富、設備組網(wǎng)更靈活、網(wǎng)絡(luò )運維更智能、在線(xiàn)運營(yíng)更低碳。

  - 切片粒度更精細：不同業(yè)務(wù)的帶寬需求不一樣，目前對于專(zhuān)線(xiàn)、行業(yè)用戶(hù)控制信令等高要求業(yè)務(wù)，帶寬需求普遍比較小，因此，要求網(wǎng)絡(luò )切片能夠靈活匹配各類(lèi)業(yè)務(wù)帶寬需求，實(shí)現帶寬精細化；同時(shí)，需要滿(mǎn)足各類(lèi)客戶(hù)的隔離要求，達到隔離精細化；高質(zhì)保證99.999%可靠性，確保管理精細化。

  - 業(yè)務(wù)連接更豐富：業(yè)務(wù)連接不僅有一層TDM連接需求，也有二三層以太網(wǎng)和IP連接需求，業(yè)務(wù)接口不僅包括以太網(wǎng)接口，也包括TDM接口；整張網(wǎng)絡(luò )切片感知、邊緣計算、邊緣覆蓋和接入能力需要提升，以更加貼近與匹配垂直行業(yè)和政企專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)的接入和承載需求。

  - 設備組網(wǎng)更靈活：傳送網(wǎng)絡(luò )在向開(kāi)放化和標準化的方向不斷發(fā)展。未來(lái)承載網(wǎng)將通過(guò)標準化轉發(fā)能力和南向接口，規范化接口模型和組網(wǎng)方式，全面提升NNI（Network to Network Interface）融合互通的能力，實(shí)現邊緣網(wǎng)絡(luò )異廠(chǎng)家靈活組網(wǎng)。

  - 網(wǎng)絡(luò )運維更智能：InBand OAM端到端隨流實(shí)時(shí)監測功能，實(shí)現基于逐基站/專(zhuān)線(xiàn)的精確實(shí)時(shí)性能監測和跨域業(yè)務(wù)性能監測；面向客戶(hù)呈現當前專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)質(zhì)量和流量信息，幫助客戶(hù)快速了解當前網(wǎng)絡(luò )運行狀態(tài)；基于對歷史數據的搜集與分析和管控系統等，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )規劃與仿真、業(yè)務(wù)快速創(chuàng )建、運維自動(dòng)化等能力。

  - 在線(xiàn)運營(yíng)更低碳：通過(guò)芯片、光模塊的技術(shù)升級和優(yōu)化，以及自動(dòng)休眠等技術(shù)實(shí)現SPN網(wǎng)元級低碳運營(yíng)；通過(guò)功耗可視化和智能分析與調度技術(shù)，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )級低碳運營(yíng)。

  SPN技術(shù)和組網(wǎng)演進(jìn)

  為了打造“高效、融合、智能、低碳”的新一代綜合業(yè)務(wù)承載網(wǎng)，SPN在技術(shù)上圍繞小顆粒技術(shù)FGU（Fine Granularity Unit）向2.0時(shí)代邁進(jìn)，以滿(mǎn)足5G+垂直行業(yè)和政企專(zhuān)線(xiàn)等場(chǎng)景中的小帶寬、高隔離、高安全和確定性低時(shí)延等承載需求，提供一種精細化和硬隔離、高可靠的小顆粒承載管道。

  FGU兼容現有SPN和10GE標準以太網(wǎng)接口，采用與位于IEEE 802.3 PCS層的SPN通道層相同的64/66B編碼格式。FGU幀結構的設計，將開(kāi)銷(xiāo)和包含多個(gè)時(shí)隙的凈荷編碼后封裝到固定長(cháng)度的S塊+D塊+T塊序列，為確保小顆粒業(yè)務(wù)獨享時(shí)隙資源，嚴格硬隔離，同時(shí)保證低時(shí)延、低抖動(dòng)、高效承載；FGU采用TDM機制循環(huán)發(fā)送FGU幀，每幀時(shí)隙數量及位置均嚴格固定，因此每時(shí)隙具有固定的發(fā)送周期，實(shí)現對SPN通道層5Gbps顆粒的時(shí)隙劃分與復用。SPN網(wǎng)絡(luò )基于FGU的交叉連接，提供端到端切片通道L1層組網(wǎng)（如圖2所示）。

圖2  支持FGU的SPN技術(shù)架構

  此外，FGU OAM與SPN/MTN通道OAM機制一致，為每條小顆粒通道提供獨立和完善的端到端OAM監測能力。為提供更優(yōu)的切片應用體驗，FGU通過(guò)開(kāi)銷(xiāo)信令支持端到端帶寬與時(shí)隙無(wú)損調整功能，調整帶寬時(shí)不會(huì )丟失數據報文，資源分配更加靈活。

  在組網(wǎng)方面，SPN 1.0向以FGU為核心的2.0演進(jìn)中，將采用前向兼容的平滑網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)方式，一方面將最大化重用已有的SPN 1.0的成果和優(yōu)勢，保護現有投資；另一方面將提升和鞏固SPN在硬切片方面的能力，更好滿(mǎn)足5G垂直行業(yè)、政企客戶(hù)和云網(wǎng)業(yè)務(wù)的承載需求。近兩年，FGU的標準、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)快速推進(jìn)并成熟，同時(shí)驗證了SPN現網(wǎng)支持通過(guò)在線(xiàn)升級的方式進(jìn)行演進(jìn)。

  SPN 2.0網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)過(guò)程中，管控技術(shù)的演進(jìn)和成熟也是重要方面。當轉發(fā)層具備各項能力之后，如何能夠在應用中靈活發(fā)揮這些優(yōu)勢，需要管控和編排層面的支持，以實(shí)現在一張大網(wǎng)中及時(shí)配置成千上萬(wàn)條切片通道，根據客戶(hù)的不同需求，定制化地提供不同的端到端軟硬切片通道，支持靈活地創(chuàng )建、更新、刪除、查詢(xún)切片通道的能力。更智能的管控和編排技術(shù)的發(fā)展，將持續保障網(wǎng)絡(luò )能力到用戶(hù)需求的轉化。

  隨著(zhù)5G網(wǎng)絡(luò )建設推進(jìn)，以及多樣化示范性業(yè)務(wù)的逐步開(kāi)展，表明SPN能為各種行業(yè)用戶(hù)提供個(gè)性化的承載能力，且滿(mǎn)足MEC下沉之后的互聯(lián)和承載需求，有力支撐了5G業(yè)務(wù)的發(fā)展。未來(lái)，5G承載網(wǎng)絡(luò )向綜合承載網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)，SPN提出了2.0的演進(jìn)思路，尤其通過(guò)小顆粒技術(shù)提供更為靈活精細的切片連接，將支持更為廣泛的應用。

  致謝

  本文得到中國移動(dòng)通信集團公司網(wǎng)絡(luò )事業(yè)部吳超，以及中國移動(dòng)通信研究院葉雯、王敏學(xué)、張德朝的指導與幫助，謹致謝意！