SPN架構(gòu)的設(shè)備將成為5G承載的全球主流技術(shù)

如今，全球多個(gè)國(guó)家已經(jīng)開始部署5G商用網(wǎng)絡(luò)，甚至將其視為國(guó)家戰(zhàn)略。而面向5G的承載網(wǎng)是構(gòu)建5G商用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，受到了越來越多的關(guān)注。切片分組網(wǎng)（SPN）是中國(guó)移動(dòng)在承載3G/4G回傳的分組傳送網(wǎng)絡(luò)（PTN）技術(shù)基礎(chǔ)上，面向5G和政企專線等業(yè)務(wù)承載需求，創(chuàng)新提出的新一代傳送網(wǎng)技術(shù)體系。

4年多來，在產(chǎn)業(yè)界合作伙伴的共同努力下，SPN經(jīng)歷了提出概念、確立技術(shù)架構(gòu)、完善關(guān)鍵技術(shù)、形成標(biāo)準(zhǔn)體系、研發(fā)芯片及設(shè)備等關(guān)鍵階段，現(xiàn)在已經(jīng)具備規(guī)模商用能力，正處于落地應(yīng)用階段。筆者將介紹SPN近期的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)等方面的進(jìn)展。

新技術(shù)、高融合?SPN技術(shù)進(jìn)展飛速

SPN采用ITU-T層網(wǎng)絡(luò)模型，以以太網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，引入新的基于66B碼塊的TDM交叉技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了分組和TDM的有效融合，將L0~L3多層網(wǎng)絡(luò)功能融為一體，能夠滿足5G大帶寬、低時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)切片、超高精度時(shí)間同步等新需求，同時(shí)能支持多業(yè)務(wù)的綜合承載。SPN技術(shù)架構(gòu)包括切片分組層（SPL）、切片通道層（SCL）、切片傳送層（STL），以及時(shí)鐘/時(shí)間同步功能模塊和SDN控制功能模塊。

圖1 SPN技術(shù)架構(gòu)分層模型

切片分組層（SPL）：其可實(shí)現(xiàn)對(duì)IP、以太網(wǎng)、CBR等業(yè)務(wù)的承載管道封裝和尋址轉(zhuǎn)發(fā)，提供L2VPN、L3VPN、CBR透?jìng)鞯榷喾N業(yè)務(wù)類型承載能力。對(duì)于分組業(yè)務(wù)，SPL層支持基于Segment Routing增強(qiáng)的SR-TP隧道，同時(shí)提供面向連接和無連接的多類型承載管道。Segment Routing源路由技術(shù)可在隧道源節(jié)點(diǎn)通過一系列表征拓?fù)渎窂降腟egment段信息(MPLS標(biāo)簽)來指示隧道轉(zhuǎn)發(fā)路徑。相比傳統(tǒng)MPLS隧道技術(shù)，Segment Routing源路由技術(shù)在隧道路徑調(diào)整的靈活性和網(wǎng)絡(luò)可編程能力方面有較大提升，不需要在中間節(jié)點(diǎn)上維護(hù)隧道路徑狀態(tài)信息。而分組隧道（SR-TP）技術(shù)在Segment Routing源路由隧道基礎(chǔ)上擴(kuò)展了支持雙向隧道、端到端OAM檢測(cè)等功能。

圖2 SR-TP：提供端到端面向連接能力

切片通道層（SCL）：為網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和切片業(yè)務(wù)提供端到端硬隔離通道，基于以太網(wǎng)PCS層66B交叉技術(shù)，可顯著降低時(shí)延，單跳設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延1~10us，較傳統(tǒng)分組交換設(shè)備時(shí)延降低一個(gè)數(shù)量級(jí)；創(chuàng)新以太網(wǎng)通道層OAM機(jī)制，通過替換Idle塊插入OAM實(shí)現(xiàn)通道層端到端監(jiān)視，OAM監(jiān)視周期最小可達(dá)百us級(jí)，滿足高可靠業(yè)務(wù)傳輸需求；SCL能夠提供端到端基于以太網(wǎng)TDM隔離的鏈路，支持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲貥?gòu)和切片，滿足5G業(yè)務(wù)超低時(shí)延、硬隔離切片的需求。

切片傳送層（STL）：切片傳送層基于IEEE 802.3以太網(wǎng)物理層技術(shù)和基于WDM簡(jiǎn)化的光分叉復(fù)用（OADM）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高效的大帶寬傳送能力；通過引入G.mtn段層功能實(shí)現(xiàn)了MAC與PHY的解耦，支持MAC與PHY的靈活對(duì)應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)PHY綁定，在低成本、低速率光模塊的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高速率的以太網(wǎng)接口，對(duì)于帶寬擴(kuò)展性和傳輸距離存在更高要求的應(yīng)用，SPN采用以太網(wǎng)+DWDM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)10T級(jí)別容量和數(shù)百公里的大容量長(zhǎng)距組網(wǎng)應(yīng)用。

管控一體的SDN控制平臺(tái)：以“管控一體，集中為主，分布為輔”為設(shè)計(jì)思路，通過SDN集中控制面增強(qiáng)業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)能力，采用云化平臺(tái)構(gòu)建SDN控制器，可管控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)規(guī)模達(dá)到數(shù)十萬量級(jí)；在接口方面引入成熟的Netconf、PCEP和BGP-LS技術(shù)，通過擴(kuò)展PCEP支持SR-TP實(shí)現(xiàn)對(duì)SR-TP新業(yè)務(wù)的SDN靈活業(yè)務(wù)創(chuàng)建，并支持多層多域的協(xié)同機(jī)制，將管控融合的能力進(jìn)一步提升。

圖3 SPN管控一體控制平臺(tái)

超高精度時(shí)間同步：在時(shí)間源方面，通過共模共視或者雙頻段接收等降低衛(wèi)星接收噪聲，提升衛(wèi)星授時(shí)的精度，改善時(shí)間源的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和短期穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)超高精度時(shí)間基準(zhǔn)源；在傳輸節(jié)點(diǎn)方面，通過對(duì)光模塊、芯片處理的內(nèi)部時(shí)延的精準(zhǔn)控制和補(bǔ)償，對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘算法的濾波特性和跟蹤特性的優(yōu)化，對(duì)時(shí)間同步協(xié)議中倒換瞬變響應(yīng)能力的提升，實(shí)現(xiàn)單節(jié)點(diǎn)5ns級(jí)的時(shí)間誤差精度。

2018年以來，為滿足5G業(yè)務(wù)現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)和商用產(chǎn)業(yè)化，中國(guó)移動(dòng)聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈各方對(duì)SPN技術(shù)推向市場(chǎng)進(jìn)行了大量的完善和測(cè)試驗(yàn)證，形成了初具商用規(guī)模的能力。

多項(xiàng)SPN標(biāo)準(zhǔn)已立項(xiàng)?標(biāo)準(zhǔn)體系逐步完善

SPN定位L0～L3層融合架構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)層次上分為SPL、SCL和STL3層，涉及多個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織。在產(chǎn)業(yè)界共同努力下，ITU-T、IETF、IEEE、OIF等多個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織已完成或立項(xiàng)了多項(xiàng)SPN核心標(biāo)準(zhǔn)，形成了完善的標(biāo)準(zhǔn)體系。

SCL層

SCL層是SPN新引入的網(wǎng)絡(luò)層次，通過66B碼塊的交換，實(shí)現(xiàn)了分組交換與TDM的完美融合，是SPN的核心技術(shù)。國(guó)際電信聯(lián)盟第15研究組（以下簡(jiǎn)稱ITU-T SG15）是研究光傳送網(wǎng)及接入網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究組，已經(jīng)發(fā)布了多個(gè)廣泛應(yīng)用的傳送網(wǎng)技術(shù)體系，如SDH、OTN、PTN等。在ITU-T SG15，中國(guó)運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商和研究機(jī)構(gòu)基于SPN技術(shù)提交了上百篇面向5G的SPN方案提案，最終實(shí)現(xiàn)了SPN的核心標(biāo)準(zhǔn)G.mtn標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)，并由中國(guó)移動(dòng)專家擔(dān)任該標(biāo)準(zhǔn)的Editor席位，負(fù)責(zé)G.mtn標(biāo)準(zhǔn)的起草，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)在傳輸標(biāo)準(zhǔn)方面的突破。同時(shí)，ITU-T還將圍繞G.mtn繼續(xù)在技術(shù)架構(gòu)、保護(hù)機(jī)制、同步方案和網(wǎng)管信息模型等進(jìn)行立項(xiàng)，未來將形成新一代的傳送網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系。

SPL層

IETF是Internet工程任務(wù)組（Internet Engineering Task Force）的簡(jiǎn)寫，主要負(fù)責(zé)制定互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。SPL層主要采用基于Segment Routing的L3組網(wǎng)，其關(guān)鍵的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要在IETF進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

由于Segment Routing over MPLS Data Plane（以下簡(jiǎn)稱SR-MPLS）不能很好地創(chuàng)建端到端雙向隧道，在OAM方面無法很好支持流量統(tǒng)計(jì)、性能測(cè)量和快速保護(hù)倒換等功能，難以滿足5G業(yè)務(wù)對(duì)承載網(wǎng)高可靠易運(yùn)維的需求，因此SPN對(duì)SR基礎(chǔ)Segment段類型進(jìn)行了創(chuàng)新性擴(kuò)展，提出了一種新的SR Segment類型——Path Segment。并向IETF Spring工作組提出SR-MPLS path segment技術(shù)提案。歷經(jīng)3次IETF標(biāo)準(zhǔn)會(huì)議的討論和完善，該提案終于在2019年3月成為IETF工作組標(biāo)準(zhǔn)文稿，并且得到了Cisco、博通、Juniper等業(yè)界專家的認(rèn)可和支持。

同時(shí)，基于基礎(chǔ)path segment的提案，在IETF已啟動(dòng)針對(duì)控制協(xié)議提案的制定，主要的文稿包括pce-sr-path-segment、draft-pce-sr-bidir-path、draft-pce-binding-label-sid，已基本得到業(yè)界認(rèn)可，即將納入工作組文稿。

STL層

STL層盡量重用以太網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈和FlexE處理邏輯，主要推動(dòng)IEEE 802.3高速長(zhǎng)距以太網(wǎng)接口的標(biāo)準(zhǔn)制定和OIF FlexE的標(biāo)準(zhǔn)完善。

SPN推動(dòng)了50G PAM4高速接口和長(zhǎng)距以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，其中基于50G PAM4的短距400GE/200GE標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3bs標(biāo)準(zhǔn)在2017年12月完成發(fā)布，短距50GE標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3cd標(biāo)準(zhǔn)于2018年11月完成發(fā)布。400GE/200GE/50GE的40km標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過IEEE 802.3 Beyond 10km工作組討論后專門立項(xiàng)了IEEE p802.3cn，100GE/200GE over DWDM系統(tǒng)也專門立項(xiàng)IEEE p802.3ct，IEEE將制定系列化高速長(zhǎng)距的以太網(wǎng)接口標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，OIF即將發(fā)布400GE 80km以上長(zhǎng)距以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)400GZR。另外，SPN推動(dòng)了50GE BiDi單纖雙向的標(biāo)準(zhǔn)，IEEE已經(jīng)完成p802.3cp立項(xiàng)。

隨著50GE以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的成熟，中國(guó)移動(dòng)聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈推動(dòng)OIF標(biāo)準(zhǔn)于2018年10月成功立項(xiàng)FlexE IA2.1項(xiàng)目，著手制定50GE FlexE標(biāo)準(zhǔn)，目前已完成標(biāo)準(zhǔn)的初稿。

SPN各組成部分均已產(chǎn)業(yè)化

下一代傳輸網(wǎng)以5G承載為核心業(yè)務(wù)，兼顧家客、集客業(yè)務(wù)綜合承載，SPN是面向未來統(tǒng)一高效綜合業(yè)務(wù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)選方案。隨著國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的推進(jìn)和制定，SPN設(shè)備、芯片、光模塊均已取得良好的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展。

在SPN設(shè)備方面，多廠家已經(jīng)成功研發(fā)出SPN相關(guān)設(shè)備，取得了多項(xiàng)突破：一是單設(shè)備容量達(dá)到12.8T，滿足5G前傳回傳大帶寬需求；二是單設(shè)備時(shí)延達(dá)us級(jí)別，滿足5G uRLLC業(yè)務(wù)要求；三是設(shè)備時(shí)間同步精度可達(dá)5ns，提供超高精度的地面時(shí)間同步。

在SPN芯片和光模塊方面，SPN芯片及光模塊等關(guān)鍵組件也發(fā)展迅速，目前華為、中興、烽火、博通、光迅等廠商均進(jìn)行了SPN核心芯片和光模塊的開發(fā)，尤其國(guó)內(nèi)廠商在相關(guān)芯片和模塊研發(fā)上占據(jù)先發(fā)地位。

在互通測(cè)試和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面，中國(guó)移動(dòng)2018年組織了多廠家互聯(lián)互通測(cè)試，并在OFC、光博會(huì)和移動(dòng)合作伙伴大會(huì)等展會(huì)上進(jìn)行了聯(lián)合演示，完成了SPN 5G傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)室測(cè)試和現(xiàn)網(wǎng)百站規(guī)模試點(diǎn)驗(yàn)證，包括5G業(yè)務(wù)連接能力、切片能力、同步能力、管控能力等多項(xiàng)驗(yàn)證，結(jié)果表明全球主流傳輸廠商生產(chǎn)的SPN設(shè)備均滿足5G傳輸核心指標(biāo)要求，具備規(guī)模商用能力。

數(shù)百億規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化前景

當(dāng)前SPN已具備規(guī)模試商用條件，中國(guó)移動(dòng)正在聯(lián)合廠商積極推進(jìn)SPN標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備、芯片、測(cè)試儀表形成規(guī)模供應(yīng)能力，打通完整的5G傳輸產(chǎn)業(yè)鏈，為規(guī)模商用部署奠定基礎(chǔ)。

近期中國(guó)移動(dòng)將在多地市采用SPN進(jìn)行5G預(yù)商用承載網(wǎng)建設(shè)，滿足5G預(yù)商用基站承載能力；在預(yù)商用中將對(duì)低時(shí)延和切片等5G關(guān)鍵新業(yè)務(wù)進(jìn)行試點(diǎn)承載，全面試點(diǎn)5G各種業(yè)務(wù)類型，為5G規(guī)模商用做好準(zhǔn)備。