面向5G和算力的SPN 2.0发展

网络 4G/5G
随着5G网络建设加快,示范性业务逐步开展,SPN作为5G移动回传网络的创新体系,有力支撑了5G业务的发展。

SPN作为原创性技术体系,已经在5G网络中全面应用。SPN技术架构实现了TDM和分组有机融合,支持L0到L3能力,契合5G无损、高效的承载需求,具备大带宽、低时延、网络切片、灵活连接、高精度同步和统一管控等技术优势,并且通过重用以太网产业链实现了降低组网综合投入和超大带宽,解决了面向5Gbit/s大颗粒的端到端高效无损硬隔离传送问题。

同时,作为由中国提出和设计的自主原创性技术,SPN已成功在ITU-T完成7个系列标准立项,以及四大核心标准的制定和发布,成为了继SDH、OTN之后的新一代传送网技术体系,为我国5G承载和应用打下坚实的技术基础。

随着5G垂直行业、政企业务、算力网络的蓬勃发展,SPN在切片颗粒度、业务感知、灵活连接、泛在接入、智能运维、绿色节能等方面技术不断增强,SPN正在逐步迈入2.0时代。技术上的突破和发展,支撑SPN应用到更多的行业场景。

SPN 2.0的核心理念

SPN 2.0引入了面向综合承载的SPN小颗粒技术(FGU,Fine Granularity Unit)及提升网络覆盖和接入能力的小型化SPN设备,增强了面向用户的智能运维能力及面向“双碳”战略的节能机制等。如图1所示,SPN 2.0将致力于打造“高效、融合、智能、低碳”的新一代综合业务承载网。

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图1  SPN 2.0的核心理念

高效网络:精准满足用户业务承载需求,打造高效高质之网。灵活匹配各类业务带宽需求,实现带宽精细化;高效满足各类用户隔离要求,达到隔离精细化;高质保证99.999%可靠性,确保管理精细化;毫秒级时延和微秒级抖动,网络性能确定性高;在线无损带宽调整,需求调整灵活性高。

融合网络:一网多业、网络开放,打造综合包容之网。通过丰富设备形态和灵活组网能力,实现无线基站、垂直行业、政企专线、家庭宽带、云网业务的综合承载;通过规范化接口模型和组网方式,实现边缘网络异厂家灵活组网;通过开放第三方接口,实现网络可视化与用户自助服务。

智能网络:面向“规建维优营”需求,打造极简智能之网。基于对历史数据的搜集与分析和管控系统等,实现网络规划与仿真、业务快速创建、运维自动化等能力。

低碳网络:面向“双碳”战略,打造绿色节能之网。通过网元级和网络级技术优化,实现SPN网络低碳运营;通过强化业务调度能力,助力数据中心降耗节能。

SPN 2.0以“切片粒度更精细、业务连接更丰富、设备组网更灵活、网络运维更智能、在线运营更低碳”为核心设计理念,通过构建SPN/MTN小颗粒技术、打造小型化接入SPN新型设备形态、引入随流检测、SDN、AI等技术,全方位、高质量实现SPN面向综合承载的精细化能力、面向算网融合的承载能力、面向泛在覆盖的组网能力、面向用户的运维能力和面向“双碳”战略的节能能力。

面向综合承载的精细化能力

5G+垂直行业、政企专线的应用以及SDH设备的逐渐退网,催生出大量具有小带宽、软硬隔离结合、确定性低时延、高安全性和高可靠性等承载需求的业务。作为面向未来的5G移动承载技术,MTN需要突破5Gbit/s颗粒度的硬切片单元,向Mbit/s级别硬隔离切片平滑演进。

SPN/MTN小颗粒技术聚焦构建端到端高效、无损、柔性带宽、灵活可靠的通道和承载方式,将硬切片的颗粒度从5Gbit/s细化为Mbit/s级别,以满足5G+垂直行业应用和专线业务等场景中小带宽、高隔离性、高安全性等差异化业务承载需求。为了支持Mbit/s级别硬切片,MTN小颗粒技术需要具备以下特征和能力。

带宽精细化:能够支持Mbit/s级别的带宽颗粒度,从而实现灵活的任意N×10Mbit/s带宽划分。对于Mbit/s级别到Gbit/s级别的各类型业务带宽需求,均可以匹配和高效承载。

严格TDM刚性隔离:通过独享确定的时隙保证严格TDM特性,通道沿途任一节点的出端口和入端口时隙通过管控层提前分配并固定。

低时延和低抖动特性:网络的中间节点按照时隙数据到达的先后严格遵循TDM调度,不感知用户信号层面的报文信息,保证确定性低时延。

独立和完善的OAM能力:每一条小颗粒MTN通道提供独立的OAM信息和检测。OAM码块随路插入每一条Mbit/s级别的MTN通道中,提供该通道的连通性检测、故障和性能监测能力,保证50 ms以内的保护倒换。

业务无损的在线带宽调整能力:支持在保证用户业务正常传输的同时,对Mbit/s级别MTN通道的带宽进行增大或者减小的在线调整,使带宽和时隙资源分配更加灵活。

为了高效承载10Mbit/s小颗粒硬切片业务,SPN小颗粒技术构建了与以太网PCS兼容的“S+D+T”码块序列的10M容器。并以此为基础,设计了FGU的帧格式,如图2所示。小颗粒的时隙复用结构编码前由7 Byte开销与1560 Byte净荷组成,编码后由1个起始码块、195个数据码块和1个结束码块构成;业务净荷在以66bit为长度的D码块中承载,S和T码块作为FGU的起始和结束标识;当前复用结构和下一个复用结构之间可能会插入空闲码块;复用结构中包含24个时隙的数据,每个时隙的数据长度为65 Byte;复用结构开销中承载了复用信息、时隙信息以及其他必要信息。在此复用结构下,小颗粒信号可以穿越现有N×5 Gbit/s MTN,复用现有的空闲码块增删的速率调整方式。此外,FGU设计了容器开销和业务开销两层机制,FGU容器设计了7 Byte的公共开销,用来进行带宽的无损调整和CRC校验;与SPN 1.0一致支持随路OAM机制,通过替换业务流IPG的IDLE码块,能够在不占用业务带宽情况下,为小颗粒业务提供OAM能力。

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图2  SPN/MTN小颗粒FGU的帧结构

FGU小颗粒能力已经过了实验室测试和现网试点,目前SPN现网设备已经逐步升级支持小颗粒处理能力,为精细化承载奠定了基础。

面向算网融合的承载能力

未来算力位置将从中心向边缘发展,大量用户从边缘接入算力,城域SPN将是承载边缘和泛在算力的主体。SPN 2.0支持算力服务化连接,通过SPN管控系统实现算力连接服务化和虚拟化,简化端到端算网连接的管控;支持端到端敏捷发放、端到端业务可视、端到端运维能力;支持灵活切片能力,通过MTN/FGU/SR-TP等技术提供多样化连接功能。

为了实现算网一站式服务,目前在算力终端、边缘算力和区域算力之间通过SRv6技术建立灵活连接。从端到端SRv6连接来看,SPN网络通过管控系统虚拟化为SRv6节点的一跳,即SPN网络从端到端SRv6编排角度为只关注SPN算网连接服务,而屏蔽SPN网络内部服务的细节。

在端到端算力网络中,SPN涉及跨域和云专网、用户侧的对接场景。为了保证能够感知算力需求并映射到对应的SPN软硬切片中,通过扩展SRv6 END定义,结合SPN自有通道优势,形成算网SPN感知方案T-SRv6(如图3所示)。新定义敏捷、透明和深度感知3种算网通道,支持多种算网业务按需选择SPN算力通道。敏捷感知通道是将SRv6的标签处理后映射到SPN已有的SR-MPLS隧道进行算网连接,透明感知通道是将SRv6的标签处理后映射到SPN的端到端时隙交叉连接能力的MTN/FGU硬管道连接,深度感知通道是SPN采用逐跳SRv6分组转发进行的算网连接。相对于Overlay连接,算网感知方案T-SRv6通过L1到L3层的高效转发、OAM保护和电信级管控能力,以及支持网络能力的开放和可编程,实现算网业务高品质、高效率的差异化连接。

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图3  面向算网的SPN感知方案T-SRv6

面向泛在覆盖的组网能力

面向边缘覆盖接入,SPN 2.0引入了一种新的设备形态——小型化接入SPN。小型化接入SPN精准匹配用户末端接入需求,定义1U的设备尺寸、16Gbit/s交换容量,并在用户侧新增E1/FE/GE低速接口,在网络侧新增10GE以太网接口,既能将10Mbit/s小颗粒的硬切片由城域接入层延伸至行业用户侧,又能精准匹配用户小型化和节能减排的需求。

由于SPN边缘设备部署在用户侧,最贴近用户和业务,因此SPN边缘设备还可集成Sigma Lite轻量级算力能力,让数据不出园区即可完成实时采集和分析,满足算力网络和边缘计算需求,拓展了应用场景;通过定义SPN NNI互通技术要求和标准南向接口,实现SPN边缘接入设备与城域网SPN的Underlay+Overlay的端到端管理和解耦部署,既保障了生态的开放,又保障了网络端到端质量。

面向用户的运维能力

SPN网络的重要演进方向还包括打造高品质健康自愈智能型网络,通过引入AI新技术提升智能化能力。在面向用户的自服务能力方面,SPN设备已经基于telemetry的随流检测技术实现全网流级别、秒级的实时监测,并向运维人员和行业用户呈现业务质量、流量等信息。基于实时监测的大数据和AI技术,开展网络健康度、告警关联与根因分析等领域的研究,未来还将在管控层、设备层等更多领域引入AI,以实现网络智能规划与仿真、意图分析、智能排障等能力,全面提升SPN网络的智能化等级。

面向“双碳”战略的节能能力

近年来绿色节能成为全球热点。面对新形势、新挑战,SPN 2.0不断优化向节能减排目标迈进,提出单bit功耗比PTN降低65%的节能目标,并从芯片、设备、网络3个层级推进该目标实现。在芯片层级,推进动态节能技术,可根据流量负载等动态关闭或开启各模块;在设备层级,推进板卡、光模块、电源、风扇等单元的自动休眠技术;在网络层级,推进研发功耗可视化、流量和路径智能优化系统,让用户可随时关注属地各网点功耗情况,及时发现异常点,并为用户提供功耗优化方案。

小结

随着5G网络建设加快,示范性业务逐步开展,SPN作为5G移动回传网络的创新体系,有力支撑了5G业务的发展。未来,SPN 2.0将从5G承载网络向综合承载网络迈进,通过小颗粒技术FGU提供更为灵活精细的切片连接,并在高效、融合、智能、低碳方面提出一系列演进方案和目标,将支持更为广泛和蓬勃发展的应用。

责任编辑:庞桂玉 来源: IDC圈
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