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SPN架构的设备将成为5G承载的全球主流技术
文章来源:未知 ? ?????发布者:admin

如今,全球多个国家已经开始部署5G商用网络,甚至将其视为国家战略。而面向5G的承载网是构建5G商用网络的重要组成部分,受到了越来越多的关注。切片分组网(SPN)是中国移动在承载3G/4G回传的分组传送网络(PTN)技术基础上,面向5G和政企专线等业务承载需求,创新提出的新一代传送网技术体系。

4年多来,在产业界合作伙伴的共同努力下,SPN经历了提出概念、确立技术架构、完善关键技术、形成标准体系、研发芯片及设备等关键阶段,现在已经具备规模商用能力,正处于落地应用阶段。笔者将介绍SPN近期的技术、标准、产业等方面的进展。

 

新技术、高融合 SPN技术进展飞速

SPN采用ITU-T层网络模型,以以太网技术为基础,引入新的基于66B码块的TDM交叉技术,实现了分组和TDM的有效融合,将L0~L3多层网络功能融为一体,能够满足5G大带宽、低时延、网络切片、超高精度时间同步等新需求,同时能支持多业务的综合承载。SPN技术架构包括切片分组层(SPL)、切片通道层(SCL)、切片传送层(STL),以及时钟/时间同步功能模块和SDN控制功能模块。

SPN架构的设备将成为5G承载的全球主流技术

图1 SPN技术架构分层模型

切片分组层(SPL):其可实现对IP、以太网、CBR等业务的承载管道封装和寻址转发,提供L2VPN、L3VPN、CBR透传等多种业务类型承载能力。对于分组业务,SPL层支持基于Segment Routing增强的SR-TP隧道,同时提供面向连接和无连接的多类型承载管道。Segment RouTIng源路由技术可在隧道源节点通过一系列表征拓扑路径的Segment段信息(MPLS标签)来指示隧道转发路径。相比传统MPLS隧道技术,Segment RouTIng源路由技术在隧道路径调整的灵活性和网络可编程能力方面有较大提升,不需要在中间节点上维护隧道路径状态信息。而分组隧道(SR-TP)技术在Segment RouTIng源路由隧道基础上扩展了支持双向隧道、端到端OAM检测等功能。

SPN架构的设备将成为5G承载的全球主流技术

图2 SR-TP:提供端到端面向连接能力

切片通道层(SCL):为网络业务和切片业务提供端到端硬隔离通道,基于以太网PCS层66B交叉技术,可显著降低时延,单跳设备转发时延1~10us,较传统分组交换设备时延降低一个数量级;创新以太网通道层OAM机制,通过替换Idle块插入OAM实现通道层端到端监视,OAM监视周期最小可达百us级,满足高可靠业务传输需求;SCL能够提供端到端基于以太网TDM隔离的链路,支持网络拓扑重构和切片,满足5G业务超低时延、硬隔离切片的需求。

切片传送层(STL):切片传送层基于IEEE 802.3以太网物理层技术和基于WDM简化的光分叉复用(OADM)技术,实现了高效的大带宽传送能力;通过引入G.mtn段层功能实现了MAC与PHY的解耦,支持MAC与PHY的灵活对应,可实现多个PHY绑定,在低成本、低速率光模块的基础上实现高速率的以太网接口,对于带宽扩展性和传输距离存在更高要求的应用,SPN采用以太网+DWDM技术,实现10T级别容量和数百公里的大容量长距组网应用。

管控一体的SDN控制平台:以“管控一体,集中为主,分布为辅”为设计思路,通过SDN集中控制面增强业务动态能力,采用云化平台构建SDN控制器,可管控网络节点规模达到数十万量级;在接口方面引入成熟的Netconf、PCEP和BGP-LS技术,通过扩展PCEP支持SR-TP实现对SR-TP新业务的SDN灵活业务创建,并支持多层多域的协同机制,将管控融合的能力进一步提升。

SPN架构的设备将成为5G承载的全球主流技术

图3 SPN管控一体控制平台

超高精度时间同步:在时间源方面,通过共模共视或者双频段接收等降低卫星接收噪声,提升卫星授时的精度,改善时间源的长期稳定性和短期稳定性,实现超高精度时间基准源;在传输节点方面,通过对光模块、芯片处理的内部时延的精准控制和补偿,对系统时钟算法的滤波特性和跟踪特性的优化,对时间同步协议中倒换瞬变响应能力的提升,实现单节点5ns级的时间误差精度。

2018年以来,为满足5G业务现网试点和商用产业化,中国移动联合产业链各方对SPN技术推向市场进行了大量的完善和测试验证,形成了初具商用规模的能力。

多项SPN标准已立项 标准体系逐步完善

SPN定位L0~L3层融合架构,在网络层次上分为SPL、SCL和STL3层,涉及多个国际标准组织。在产业界共同努力下,ITU-T、IETF、IEEE、OIF等多个国际标准组织已完成或立项了多项SPN核心标准,形成了完善的标准体系。

SCL层

SCL层是SPN新引入的网络层次,通过66B码块的交换,实现了分组交换与TDM的完美融合,是SPN的核心技术。国际电信联盟第15研究组(以下简称ITU-T SG15)是研究光传送网及接入网基础架构等技术标准的研究组,已经发布了多个广泛应用的传送网技术体系,如SDH、OTN、PTN等。在ITU-T SG15,中国运营商、设备商和研究机构基于SPN技术提交了上百篇面向5G的SPN方案提案,最终实现了SPN的核心标准G.mtn标准立项,并由中国移动专家担任该标准的Editor席位,负责G.mtn标准的起草,实现了我国在传输标准方面的突破。同时,ITU-T还将围绕G.mtn继续在技术架构、保护机制、同步方案和网管信息模型等进行立项,未来将形成新一代的传送网标准体系。

SPL层

IETF是Internet工程任务组(Internet Engineering Task Force)的简写,主要负责制定互联网相关技术标准。SPL层主要采用基于Segment RouTIng的L3组网,其关键的技术标准主要在IETF进行标准化。

由于Segment Routing over MPLS Data Plane(以下简称SR-MPLS)不能很好地创建端到端双向隧道,在OAM方面无法很好支持流量统计、性能测量和快速保护倒换等功能,难以满足5G业务对承载网高可靠易运维的需求,因此SPN对SR基础Segment段类型进行了创新性扩展,提出了一种新的SR Segment类型——Path Segment。并向IETF Spring工作组提出SR-MPLS path segment技术提案。历经3次IETF标准会议的讨论和完善,该提案终于在2019年3月成为IETF工作组标准文稿,并且得到了Cisco、博通、Juniper等业界专家的认可和支持。

同时,基于基础path segment的提案,在IETF已启动针对控制协议提案的制定,主要的文稿包括pce-sr-path-segment、draft-pce-sr-bidir-path、draft-pce-binding-label-sid,已基本得到业界认可,即将纳入工作组文稿。

STL层

STL层尽量重用以太网产业链和FlexE处理逻辑,主要推动IEEE 802.3高速长距以太网接口的标准制定和OIF FlexE的标准完善。

SPN推动了50G PAM4高速接口和长距以太网的标准化进程,其中基于50G PAM4的短距400GE/200GE标准IEEE 802.3bs标准在2017年12月完成发布,短距50GE标准IEEE 802.3cd标准于2018年11月完成发布。400GE/200GE/50GE的40km标准经过IEEE 802.3 Beyond 10km工作组讨论后专门立项了IEEE p802.3cn,100GE/200GE over DWDM系统也专门立项IEEE p802.3ct,IEEE将制定系列化高速长距的以太网接口标准。同时,OIF即将发布400GE 80km以上长距以太网标准400GZR。另外,SPN推动了50GE BiDi单纤双向的标准,IEEE已经完成p802.3cp立项。

随着50GE以太网标准的成熟,中国移动联合产业链推动OIF标准于2018年10月成功立项FlexE IA2.1项目,着手制定50GE FlexE标准,目前已完成标准的初稿。

SPN各组成部分均已产业化

下一代传输网以5G承载为核心业务,兼顾家客、集客业务综合承载,SPN是面向未来统一高效综合业务传输网络的优选方案。随着国际标准的推进和制定,SPN设备、芯片、光模块均已取得良好的产业化进展。

在SPN设备方面,多厂家已经成功研发出SPN相关设备,取得了多项突破:一是单设备容量达到12.8T,满足5G前传回传大带宽需求;二是单设备时延达us级别,满足5G uRLLC业务要求;三是设备时间同步精度可达5ns,提供超高精度的地面时间同步。

在SPN芯片和光模块方面,SPN芯片及光模块等关键组件也发展迅速,目前华为、中兴、烽火、博通、光迅等厂商均进行了SPN核心芯片和光模块的开发,尤其国内厂商在相关芯片和模块研发上占据先发地位。

在互通测试和网络应用方面,中国移动2018年组织了多厂家互联互通测试,并在OFC、光博会和移动合作伙伴大会等展会上进行了联合演示,完成了SPN 5G传输的实验室测试和现网百站规模试点验证,包括5G业务连接能力、切片能力、同步能力、管控能力等多项验证,结果表明全球主流传输厂商生产的SPN设备均满足5G传输核心指标要求,具备规模商用能力。

数百亿规模的产业化前景

当前SPN已具备规模试商用条件,中国移动正在联合厂商积极推进SPN标准、设备、芯片、测试仪表形成规模供应能力,打通完整的5G传输产业链,为规模商用部署奠定基础。

近期中国移动将在多地市采用SPN进行5G预商用承载网建设,满足5G预商用基站承载能力;在预商用中将对低时延和切片等5G关键新业务进行试点承载,全面试点5G各种业务类型,为5G规模商用做好准备。


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