[曾軍]

1 引言

2019年10月31 日，工信部宣布5G商用正式啟動。中國移動將在全國40個城市部署5G網(wǎng)絡，面對5G新領域新業(yè)務提出的極速大帶寬、高可靠低時延、高精度時間同步等特性的承載需求，現(xiàn)有PTN系統(tǒng)存在明顯的缺陷。同時5G標準從R15版本開始，也是處于不斷完善的過程，中國移動已明確SPN技術將作為5G承載的主要方式。本論文通過分析不同階段不同領域5G全產(chǎn)業(yè)鏈的完善及現(xiàn)行宏觀市場環(huán)境下，研究SPN網(wǎng)絡建設的將面臨的問題及主要建設解決方案。

2 5G發(fā)展宏觀環(huán)境

（1）5G標準發(fā)展進程

5G標準從2018年3GPP發(fā)布的R15版本開始，從最開始僅支持eMBB業(yè)務，到R16版本支持uRLLC和mMTC業(yè)務，再到5G網(wǎng)絡演進架構的完成，處于一個不斷演進和完善的過程當中。目前R17版本標準也已經(jīng)在規(guī)劃當中，將進一步對面向垂直行業(yè)的uRLLC和mMTC能力進行增強，以更好地支持這兩大場景業(yè)務承載需求。

5G商用初期R15標準主要是針對eMBB場景，而面向垂直行業(yè)的uRLLC、mMTC能力距離其全面應用還尚待時日。

（2）SPN技術標準進展

SPN技術是中國移動主導制定的5G承載技術，它繼承了PTN技術特點并在網(wǎng)絡切片隔離、低時延轉發(fā)、大容量以太網(wǎng)接口等方面有更優(yōu)越的性能，引入了50GE、100GE、400GE等大容量以太網(wǎng)接口并支持彩光DWDM、端到端L3能力、超低時延轉發(fā)等以滿足5G承載需求。中國移動從2018年開展SPN的實驗室評測，全面驗證SPN六大關鍵功能到2019年完成百城市百端設備進網(wǎng)測試，標志著SPN技術已具備規(guī)模商用條件。

（3）50G/25G光模塊標準推進進展

5G承載包括前傳、中傳、回傳、數(shù)據(jù)中心甚至跨骨干網(wǎng)都需要大量應用各種速率級別的光模塊。現(xiàn)階段5G承載主要關注前傳25G、50G光模塊，按照技術特點可分為無源波分光模塊和BIDI光模塊。這兩種光模塊目前技術標準已較為成熟，能滿足5G前傳的應用場景，但有另一個限制因素是成本。參照某專業(yè)咨詢機構研究報告以及運營商主要設備供給情況給出的光收發(fā)模塊、光芯片、電芯片國產(chǎn)化測算數(shù)據(jù)，10G速率的光芯片國產(chǎn)化接近50%，25G及以上國產(chǎn)化率遠低于10G速率。國內(nèi)供應商可以提供少量的25G PIN/APD器件外，25G激光器芯片剛剛完成研發(fā)。25G速率模塊電芯片基本依賴進口，在中美國際貿(mào)易競爭環(huán)境惡劣的情況下，部分廠商主流SPN設備交付困難，成本壓力大，面臨再研發(fā)再更新?lián)Q代的困境。

（4）5G站點建設規(guī)模預測

參考4G基站進度，中國移動用2年實現(xiàn)市區(qū)、縣城、重點鄉(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋，人口覆蓋率達到73%。中國移動預計在2019年完成5萬個5G站點部署，2020年完成地級以上城市5G商用。

綜上宏觀環(huán)境分析，推測5G網(wǎng)絡發(fā)展將經(jīng)歷3個階段，分別為起步期、融合期和成熟期，具體各階段周期及關鍵內(nèi)容如表1所示。

表1 5G網(wǎng)絡覆蓋發(fā)展預測

3 5G承載需求

（1）產(chǎn)業(yè)應用承載需求

5G最先成熟增強移動寬帶（eMBB）應用場中VR/AR是最熱門的應用。而車聯(lián)網(wǎng)則是5G成熟期uRLLC的典型應用場景。根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展預測結論，在不同階段應用承載需求如表2所示。

表2 5G典型應用承載需求

（2）5G架構承載需求

運營商已明確5G網(wǎng)初期以NSA架構為主，快速實現(xiàn)5G業(yè)務接入，目標將逐步向SA架構演進。兩種5G網(wǎng)絡架構承載需求會有明確不同，其中NSA模式下，不支持網(wǎng)絡切片和邊緣計算，主要面向eMBB業(yè)務是對承載需求最大的影響。兩種架構的承載需求如表3所示。

表3 5G NSA與SA架構承載需求

（3）5G承載需求總結

5G網(wǎng)絡承載將以需求驅動為核心，根據(jù)5G網(wǎng)絡架構演進及關聯(lián)產(chǎn)業(yè)發(fā)展周期，承載網(wǎng)絡建設可分為三個大的階段，總結歸納如表4所示。

表4 5G不同階段承載需求

4 SPN網(wǎng)絡建設發(fā)展階段

（1）現(xiàn)有PTN系統(tǒng)的優(yōu)劣勢

中國移動從3G時期開始建設PTN網(wǎng)絡，歷經(jīng)2代PTN系統(tǒng)的更新替換?，F(xiàn)有城域PTN核心匯聚層存在雙平面，包括第一代主要承載2G/3G等端到端L2業(yè)務的PTN平面，最大支持10GE接入能力，以下簡稱10GE PTN平面；第二代是為解決4G承載需求，支持100GE能力，且支持平滑升級至SPN系統(tǒng)，以下簡稱100GE PTN平面。設備現(xiàn)狀能力如表5所示。

表5 某地市PTN核心匯聚層設備現(xiàn)狀能力

雙平面架構主要問題包括2個方面。

第一是設備堆積。為方便業(yè)務落地，地市城域PTN核心層節(jié)點間互聯(lián)鏈路復雜，業(yè)務落地中間跳點過多。設備落地采用專用設備，導致核心機房PTN設備堆積，且10GE PTN平面擴展能力差。

第二是雙平面互通存在帶寬瓶頸。由于100GE平面建設時間短，接入層主要還是上聯(lián)至10GE平面匯聚層，導致雙平面負載不均衡及互聯(lián)互通帶寬瓶頸。

（2）SPN網(wǎng)絡建設階段

為滿足5G承載需求，現(xiàn)有3種承載解決方案，分別為利舊現(xiàn)網(wǎng)直接承載，對現(xiàn)網(wǎng)能力不足設備進行升級和新建SPN系統(tǒng)。3種方案可適用不同場景下5G承載的需求，主要差異如表6所示。

表6 5G承載技術方案對比

由于現(xiàn)有100GE平面具備平滑升級SPN能力，滿足5G的承載需求，兼顧設備合理使用年限限制，因此可推薦采用通過利用現(xiàn)網(wǎng)或升級方案支持5G初期的承載需求。同時優(yōu)化雙平面存在的不合理架構，對節(jié)點設備能力不足的站點采用新增SPN設備進行替換整合。

綜上，建議以平滑過渡為總體原則，充分挖掘現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡價值，分3個階段完成SPN網(wǎng)絡部署。

一階段：利用現(xiàn)有PTN系統(tǒng)滿足5G初期開通eMBB業(yè)務承載需求，不引入FLexE、SR等功能特性；

二階段：核心匯聚層升級，具備SPN系統(tǒng)端到端切片能力，并能與新建SPN區(qū)域直接融合組網(wǎng)；

三階段：雙平面融合，全網(wǎng)升級至SPN系統(tǒng)，具備中遠期擴展能力的5G業(yè)務綜合承載平臺。

同時為了滿足5G產(chǎn)業(yè)應用創(chuàng)新及緩解熱點高流量區(qū)域對現(xiàn)有承載網(wǎng)絡的沖擊，SPN網(wǎng)絡部署需因地制宜，在以下場景可適度超前建設：

① 城區(qū)5G基站連片覆蓋區(qū)域；

② 現(xiàn)有PTN組網(wǎng)架構達到最優(yōu)且PTN設備不滿足擴容或改造升級條件，無法滿足新增業(yè)務帶寬承載需求的區(qū)域；

③ 有明確5G創(chuàng)新應用的區(qū)域，如智慧港口、汽車自動駕駛體驗區(qū)、遠程醫(yī)療等；

④ 機房配套、管線等基礎設施資源豐富的全業(yè)務接入機房等重要業(yè)務承載節(jié)點。承載，業(yè)務特性差異大。運營商需為不同客戶在大帶寬、業(yè)務隔離、超低傳送時延等方面提供差異化的服務?，F(xiàn)有PTN系統(tǒng)難以滿足的，但從5G產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展、投資成本、網(wǎng)絡持續(xù)演進能力等方面綜合考慮，現(xiàn)階段直接新建SPN系統(tǒng)也面臨投資成本高、多平面維護難、專網(wǎng)專用對基礎資源消耗大等困境。同時SPN新技術應用在技術標準、光器件等方面尚有優(yōu)化空間，存在設備版本更新?lián)Q代的風險。因此SPN網(wǎng)絡宜分階段逐步完善，隨著10GE PTN平面承載業(yè)務的退網(wǎng)，逐步融合兩個平面，最終充分發(fā)揮SPN網(wǎng)絡切片的功能，實現(xiàn)全業(yè)務的綜合承載。

5 結束語

5G將帶來新的網(wǎng)絡架構轉型和變革，PTN系統(tǒng)承載業(yè)務將從以2C業(yè)務為主轉變?yōu)?B2C多類型業(yè)務混合