SPN承载技术介绍

SPN承载技术介绍网络部时间：2019年10月1传输网前世今生25G承载需求与SPN3SPN关键技术概述4SPN技术应用场景目录目录01传输网前世今生传输承载技术的发展历程回顾2G、3G、4G通信发展史，传输网经历了从电路到光路、从低速到高速、从单一信号到多路信号的演变。在传输网进入光传输时代后，传输技术经历了准同步数字体系(PDH)、同步数字体系(SDH)、多业务传输平台(MSTP)、分组传送网(PTN)、无线接入网IP化（IPRAN）、波分复用(WDM)和光传送网(OTN)的演进。由传输承载技术的发展历程看出，一代传输管两代无线。如SDH、MSTP之于2G、3G时代，PTN之于3G、4G时代。TDM时代的传输技术—SDH2G时代是以TDM为内核承载传输的，TDM就是时分复用，就是将一个标准时长（1秒）分成若干段小的时间段（8000），每一个小时间段（1/8000=125us）传输一路信号。SDH系统的电路调度均以TDM为基础，所以也可以说SDH业务就是TDM业务，SDH网络就可以称为TDM承载网。SDH技术优点：1）严格的数据对齐、同步机制；2）良好的QOS，语音业务保障；3）OAM功能强大，可靠性强。SDH技术缺点：1）独占式管道，存在浪费带宽；2）线路太贵，专线业务延时大；3）软件能力弱，调度不够灵活。TDM时代的传输技术—MSTPMSTP（基于SDH的多业务传送平台）在原有SDH设备基础上增加多业务的处理板和软件，实现多业务承载，并在组网功效上更加灵活。基于多业务的接入、处理和传送平台，MSTP为集团客户解决了以前只有路由器才能完成的部分功能。此外，由于3G初期承载网还未完全实现IP化，数据流传送仍在刚性管道内传输，MSTP在3G初期也承担了数据和话音的承载功能。MSTP仍然是以TDM为内核的承载技术，它的出现延续了SDH技术的辉煌，直到今天在我们的现网中仍然有专线业务承载于基于SDH的MSTP网络。IP时代的传输技术—PTN移动通信进入3G时代，各项业务对传输带宽要求越来越高，而以MSTP/SDH电路交换为核心的传输网，承载IP业务效率低，带宽独占，调度灵活性差，在此背景下PTN技术应运而生。PTN在IP业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面，并针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，以分组业务为核心并支持多业务，具有更低的总体使用成本。而另一种取代传统MSTP实现承载方式的技术是IPRAN（RadioAcessNetwork），即IP化移动回传网。IPRAN技术在国内主要由电信、联通所采用。PTN方案与IPRAN方案的根本区别在于对网络承载和传输的理解有所不同：PTN侧重二层业务，IPRAN则主要侧重于三层路由功能。大容量的传输技术—WDM为了解决日益增长的带宽需求并进一步节约纤芯资源，SDH+WDM的组网方式开始规模应用。WDM（波分复用）是在光纤上进行信道复用的技术，一根光纤的带宽可达25000GHz，而通常一路光信号的带宽只有几GHz。WDM将整个光波长频带划分为若干个波长范围，每路信号占用一个波长范围进行传输，完成光的频分复用。随着技术不断成熟，WDM从初期用于骨干网长途传输发展到在城域网汇聚层中使用。WDM的问题：（1）管道过于刚性，交叉效率低；（2）网络连接复杂，大量人工调度；（4）端到端维护困难，故障定位复杂。全光网的传输技术—OTNOTN以波分复用为基础，在光域内实现业务信号的传递、复用、监控、及路由选择。OTN设备可以同时完成SDH的安全调度及WDM的大容量远距离传送功能，使调度和传送二合一。此外，OTN基于大颗粒进行管理和调度,传输效率更高。因此，OTN可以认为是SDH与WDM技术的整合。OTN技术生命力持续增强：随着LTE的规模部署，2G时代的10GOTN设备也从骨干网一路下沉，目前已经成为4G时代汇聚层的主流技术方案；随着5G到来，3G、4G时代骨干网的100GOTN技术也将进一步下沉，成为5G汇聚层的主流解决方案。目录025G承载需求与SPN5G典型应用场景BBURRU前传4G核心网业务BBU回传RRUAAU5G核心网(UP)业务CU回传AAUDUDU部分L1L1+L2（实时）中传前传前传5G核心网(UP)MEC(边缘计算)5G核心网(CP)L2（非实时）+L3高层切分低层切分4GBBU架构5GCU/DU分离架构RRCPDCPRLCMACPHY5G无线接入网架构变化5G前传网络中，BBU/RRU重构为CU-DU-AAU两级架构，CU设备处理非实时的无线高层协议栈功能，DU设备处理物理层功能和实时性需求。DU位于无线或BBU集中机房，CU部署位置有不同选择，还需最终技术决策5G核心网架构变化5G承载需求：带宽5G带宽需求现网情况核心层汇聚层接入层4G接入层网络接口100GE40%10GE60%4G汇聚层网络接口100GE30%10GE70%4G接入层网络接口10GE40%GE60%5G接入环需50GE/100GE5G汇聚环需400GE或DWDM5G核心环需T级别（DWDM）低频站环容量低频站+高频站环容量117.315G632.61G78.22G421.74G26.07G140.58G核心层汇聚层接入层低频单站带宽将超5G，高频单站带宽近20GLTE4G基站320M峰值带宽现网接入层面临挑战大，面向5G接入层设备客户接口需10GE/25GE，网络接口需50GE以上，现网设备难以支持汇聚层与核心层挑战次之，当5G仅部署低频站时，约30%设备可升级支持，同时部署高频站时，现网所有设备均不支持。5G承载需求：灵活连接5G需求现网情况接入汇聚核心EPCEPCL3L2X2S14GL3在城域核心层，位置较高,接入汇聚层设备不具备升级支持L3的能力MEC①MEC流量就近转发L3下沉到汇聚②ex2协同就近转发5G基站之间互联ex2接口流量较大，L3需下沉到接入③网关负载分担需L3到站点L3下沉到汇聚④物联网V2X业务就近转发5GV2X时延更严格，需站点就近转发，L3下沉到接入②ex2核心汇聚接入③负载分担MEC④V2X就近转发MEC①MEC转发MECMEC5G核心网GW下沉、MEC下沉、物联网网关下沉均需要灵活连接，需要城域网L3功能下沉到汇聚层，甚至接入层，应对流量灵活调度。5G承载需求：网络切片城域传送网需支持软硬管道隔离提供时延保证、时延抖动的严格区分和精细控制现网情况1）VPN+HQoS2）ODUK+OCH交叉5G网络分片需求#n#2#1X

Gbps1ms1M连接/km2自动驾驶网络分片8K视频网络分片IOT网络分片超密连接：106/km2

低时延：msLevel大带宽：1G~10Gbps核心网网络需要E2E切片满足不同业务差异化SLA需求eMBB业务，大带宽，承载效率优先uRLLC业务，低时延，带宽换时延传送网通过软硬管道隔离提供网络分片能力mMTC业务，大连接需求硬管道隔离（时隙）提供时延、时延抖动的严格保证和控制软管道隔离提供路径选择、带宽保证的区分和控制在开放，多元化的以太网平台上创新发展VPN+HQoS提供软隔离，提供路径、带宽的区分和控制HQoS配置复杂，应用少软隔离在MAC层之上提供转发平面，转发资源和流程共享，当出现拥塞时，转发资源抢占，导致时延及抖动增大，不能实现业务硬隔离和物理分片。ODUK+OCH提供硬隔离，提供大粒度的带宽区分和路径控制现有的OTN产业链，核心芯片和技术掌握在几个厂商手中，相对垄断，缺乏创新完全TDM时分复用，不支持以太网统计复用光纤（10km）引入时延50us，要满足URLLC场景需求，每台设备的时延要控制到10us量级，即使URLLC业务核心网下沉到汇聚层，现有传送技术也难以满足这种业务需求5G需求现网情况传送网核心网5GURLLC5GeMBBRAN

LatencyTransportLatencyCoreLatency0.5ms4ms~0.125ms~0.375ms~1.5ms~4.5ms城域接入接入城域核心、汇聚数据专线2G/3G/4GGE10GE40GE/100GE100GEPTN轻载时延：2~3msURLLC场景需求，端到端时延125us，对传送网挑战大；eMBB场景需求，端到端时延＜10ms。现网实测：网络轻载时延：2~3ms；单节点设备转发：小设备30~50us，大设备50us~100us。5G承载需求：低时延挑战：4G时间同步要求±1.5微秒，5G需要高精度时间同步，传输同步精度进一步提到±200纳秒，设备时间精度达到±5ns。5G需求现网情况eNodeBeNodeBeNodeBCoreAggAggAccAcceNodeBGPS/BeidouGPS/BeidouSyncE1588V2网络端到端时间同步精度指标+/-1.5usGPS卫星源接收精度+/-100ns无线技术时间同步要求（TAE）考虑5G新业务的要求，端到端精度可能提升到几百纳秒，如：Highaccuracypositioningservice10nsfor3m

accuracy（understudy）5G承载需求：时间同步封闭到开放，刚性到弹性，低效到高效5G需求现网情况5G应用场景多样需要网络支持切片，集中灵活分配资源东西向流量增多L3VPN下沉，连接方向和数量大规模增加，因此业务需按需连接，灵活调度，依流量调优城域APTN网络城域BPTN网络省干PTN网络OTN网络传统网络都是分层，分段建设，组织和运营，导致资源使用率低，业务端到端体验较差传统网络是刚性固化的，网络扩容成本很高，扩容周期很长NGCgNBeMTC管道eMBB管道mMTC管道gNB承载网ControllerRANControllerNGCController/NFVOrchestrator5G在带宽，时延，分片，管控，同步等方面的提出新的要求，现有传输网络无法满足，需要一种新的传输网络技术。中国移动创新提出SPN承载新技术，满足5G及未来传输网络需要。切片分组网SPN（SlicingPacketNetwork）：是一种新的传输网技术体制，

其转发面基于“SegmentRoutingtransportprofile”over“SlicingEthernet”over“DWDM”，控制面采用SDN，分别在物理层，链路层和转发控制层采用创新技术。SPN主要用在中传和回传，在光纤紧缺时也可用于前传。5G承载技术方案—切片分组网SPN5G承载技术方案—M-OTN&IPRAN2.0中国电信主推M-OTN作为5G承载技术方案，该方案是以OTN技术为内核的技术，主要特征包括25G和50G线路接口技术、单级复用、灵活时隙结构、极简运维能力等。从而提供低成本、低时延、低功耗的综合业务承载方案。M-OTN的优势：从上面的架构图可以看出，整个承载网从5G业务接入都可基于彩光的端到端的无缝连接和管理。M-OTN的劣势：端到端系统成本高，同时C-RAN和D-RAN部署场景下需要多种5GeCPRI或50G的接口以及N*25和N*50等灰光接口。中国联通主推IPRAN&光层（即IPRAN2.0）作为5G承载技术方案，该方案是以IPRAN技术为内核的功能增强方案，初期利用已有技术，后期按需引入SDN、SR、EVPN、Flex-E等新技术，满足智能运营和智能维护、网络性能实时采集和分析、网络切片等需求。IPRAN2.0的优势：初期网络部署简单、成本较低，产业链相对成熟。IPRAN2.0的优势：时延、网络分片、同步等需要加强；汇聚层以上节点需部署大容量OTN配合实现大带宽，Capex和Opex都较高.目录03SPN关键技术概述切片分组网SPN（SlicingPacketNetwork）：采用创新以太分片组网技术（EthernetCrossConnect）和面向传送的分段路由技术（SR-TP），并融合光层DWDM技术的层网络技术体制，层次包括：STL（SlicingTransportLayer）：切片传送层，实现切片物理层编解码及DWDM光传送处理。SCL（SlicingChannelLayer）：切片通道层，实现切片以太网通道的组网处理。SPL（SlicingPacketLayer）：切片分组层，实现分组数据的路由处理。

802.3PMD/PMASR-TPL2/L3VPNSlicingEthernet(SE)DWDMSPL(SlicingPacketLayer)SCL(SlicingChannelLayer)STL(SlicingTransportLayer)切片分组层切片通道层切片传送层MACSPN网络总体架构SPN关键技术1：切片以太网PTNSPN超高精度时间同步SDN统一管控CBR业务SPL分段路由SR-TP切片以太网SESCLL2/L3VPNMPLS-TPSTL大带宽接口、25G+PAM4DWDM以太网层切片分组网SPN基于PTN演进，继承了PTN的功能特性，增强和创新切片通道层（SCL）切片通道层SCL

-基于以太网产业，在PCS层上增强64/66bit块处理，形成新的传输平面SE

-在已有的以太网层和G.MTN，形成层网络技术

-兼容以太网光模块和MPLS/IP协议栈PMA/PMDRS/PCSMAC

VLAN…PMA/PMDOIFFlexERS/PCSPMA/PMDRS/PCSMAC

VLAN…MAC

VLAN…以太网协议栈FlexE协议栈OIFFlexESPNSCLSPNSCL协议栈G.MTNSPN关键技术2：大带宽技术G.MTN64/66b64/66bClientClient接口接口特点1：子接口信道化隔离G.MTN64/66b64/66bClientClient接口接口特点2：端口捆绑切片以太接口overWDM组网切片以太支持通过多个接口绑定提供超过接口速率的带宽，比如4个100GE接口绑定能够提供1个400G带宽的管道；切片以太+DWDM不但提供单纤大带宽能力，同时结合DWDM波道灵活增加按需平滑扩带宽；切片以太同时支持以n*5G带宽进行子接口信道化，满足网络切片物理隔离；100GE-->超100GE5G----->n*5GG.MTNClientClient5G----->n*5GDWDM100GE100GE100GE100G->400G->800G切片以太与DWDM技术融合切片以太与DWDM融合，能够实现带宽的灵活扩展和分割SR隧道对传输网价值：更好的支持SDN，提供了智能分布式和集中优化之间的平衡，提高路径调整效率；更易于提供FullMesh隧道，满足eX2灵活连接要求。L3优化技术：SR隧道技术L3核心技术：基于SDN的L3集中控制接入汇聚核心EPCEPCL3X2S1MEC组网方案选择技术方案需求优点：eX2可就近转发，承载效率高（时延、带宽）。SDN控制器实时拓扑收集L3集中路由控制BGP-LS/NetConf5G需要更为灵活的业务连接，L3下移至接入层，具备端到端灵活组网能力。通过管控系统升级，转发平面不变，实现现网”静态L3”向”智能L3”的平滑演进。L3下移接入层SPN关键技术3：灵活连接关键技术SPN关键技术3：增强版SR技术SR成为下一代承载网络基础架构，SPN创新提出PathSegment满足传送端到端应用dataAdjSegmentPathSegmentEPC接入汇聚核心业务端到端OAM和保护能力，隧道质量可查可管传统SR技术NodeSegment：节点标识，构成基于最优路径SR-BE隧道AdjSegment：链路标识，构成基于严格约束路径SR-TE隧道SR-TP隧道隧道建立仅在边缘节点操作，中间网络不感知，协议极简提供面向连接和无连接的双重隧道，匹配多样化承载需求PathSegment：路径标识，构成面向端到端SR-TP隧道；中国移动牵头，联合产业界提出PathSegment系列标准提案spring-mpls-path-segment：架构pce-sr-path-segment：协议扩展dataAdjSegmentdataNodeSegmentSR-BESR-TESR-TPSPN关键技术4：低时延技术分组网络时延关键影响因素在“距离”、“转发速度“、”拥塞”，通过网络架构优化、转发面新技术和信道化隔离，有效控制时延L3下移，Xn就近转发MEC下移，降低距离802.1TSN+低时延转发CutThrough技术SE带宽隔离低时延业务专用通路1设备降时延2汇聚MECMEC/CDN下移11L3下移EPC/CDN10km80km80kmS13信道化隔离23架构优化降低时延分组层低时延技术信道化隔离现网PTN设备处理时延50us级别802.1TSN+低时延转发，设备转发延时可下降一个数量级，达到10us级别采用SE层带宽隔离技术，设备转发时延最低可到微秒级超高精度时间服务器：200ns->20ns，主要改进卫星接收技术超高精度SPN设备：30ns->5ns，涉及系统设计、芯片、器件、光模块等同步处理能力同步指标关键技术SPN设备同步关键模块、芯片、器件等支持超高精度传送网5G基站超高精度时间同步源（主）超高精度时间同步源（备）超高精度时间同步网超高精度传送网5G基站20ns100ns（单设备5ns，20跳）10ns端到端+/-130ns1、精准时间戳，时间戳位置下移2、设备内部时延精确补偿3、100ps级别鉴相能力时间服务器全频或者共模共视卫星接收G.MTN接口芯片交换芯片系统设计光模块主控线卡产业链数字锁相环晶振卫星接收芯片同步测试仪表SPN实现超高精度同步，推动端到端产业链增加或者优化同步处理SPN关键技术5：时间同步技术SPN关键技术6：SDN管控技术网络开放：基于标准的北向接口，统一管理多域，实现承载网内跨域协同。云网协同：SDN\NFV协同：Orchestrator统一管理承载网络、核心网，实现端到端业务编排和协同。集中化智能调度：隧道自动计算L3路由集中式计算和扩散。管控融合：现网OMC平滑演进支持SDN；SuperControllerBTSNBeNBgNBCore干线MFHBSCRNCAccessAggregation控制器1（管控融合）域控制器2（管控融合）Orchestrator

SDN-O

NFV-O②标准南向接口①RestConf③RestConfEdgeDCMCE/MEC/VEPCLocalDCMCE/MEC/VEPCCentralDCMCE/MEC/VEPCSDN实现网络能力开放、承载与无线协同、集中化调度，是5G承载网基础架构。目录04SPN技术应用场景移动承载场景SPN可实现前传、中传、回传业务的统一承载，避免了异构网络之间的互操作，极大的方便整个网络的规划、开通、运维、优化，能够降低了网络整体的Capex和Opex。面向5G承载的SPN组网架构DCI互联场景未来，数据中心将承载各类NFV云化软件及IT应用，其部署将越来越广泛，成为运营商业务部署的核心载体，数据中心之间面临复杂的业务交互需求。在城域范围内，可以考虑通过SPN构成的综合承载网实现数据中心之间的互联。当城域存在多个DC时，各DC间存在MESH组网需求，可通过SPN提供单独网络切片承载DC间互联业务，DCGW间可通过SPNL3VPN的路由可达，满足DC间流量调度需求。SPN城域DCI间多点互联SPN提供DCI间点到点互联当城域只存在DC点到点互联需求时，可通过SPN的CBR业务映射方案，提供DC业务L1透传能力，提供大带宽硬管道，更好