传输关键技术
作为无线与核心网的“联络员”,传输网络肩负着高效业务传送的重要使命。5G多样化的业务应用,无线新空口的引入以及新核心网的部署,对传输网络提出了新的要求。
• 更大网络容量:为了支持持续发展的视频、全息和VR等应用,传输网络需提供大带宽,以实现每个用户大于1Gbps的吞吐量能力。
• 更低时延:为满足交互式体验和工业控制领域的严格要求,传输网络需实现小于1毫秒的端到端时延。
• 灵活连接:5G连接总量增长数十倍,为了满足多方向的流量调度要求,传输网络需支持灵活连接。
• 管道能力开放:为满足跨多领域端到端业务管控,传输需要将管道能力开放出来,供协同编排层进行调用。
• 管道切片能力:针对多样化的业务,运营商不可能为每种业务都构建单独的网络,未来传输网络需要具备动态切片的能力,为不同业务做不同的网络切片。
• 高可靠性:为满足AR、工业控制、远程医疗等新业务对超高可靠性的要求,传输网需提供高可靠性连接。
• 智能运维:未来传输网络承载的业务模型会发生根本性的改变,网络切片、灵活连接等新的特征需要传输网络具备更为智能化的网络运维能力,以降低网络运营成本。
切片分组网络的理念及架构
面对5G业务新需求,现有的4G传输设备已然无法满足要求,基于此,中国移动自主创新提出传输新设备SPN以适应5G业务变化。SPN是基于SR–TP(源路由传送子集)、切片以太网和波分的新一代端到端分层交换网络,具备业务灵活调度、高可靠性、超低时延、超高精度时钟、软硬切片、易运维等属性。SPN将统计复用、时分复用、波分复用等技术有机结合在一起,是面向5G的全新传输网技术。SPN基于一系列技术理念实现强大的综合业务承载能力。
• 以太网内核:基于以太网技术(IEEE 802.3[3] 以太网、
OIF
[4] 弹性以太网、创新分片以太网)实现,可以共用以太网产业链。
• 多层网络技术融合:基于光层、以太网层、网络层的高效融合,实现从L0~L3的多层次组网。
• 软硬分片:同时提供“高可靠硬隔离的硬分片”和“弹性可扩展的软分片”,具备在一张物理网络进行资源切片隔离,形成多个虚拟网络,为多种业务提供基于差异化的SLA能力。
• SDN集中管控:基于SDN理念,利用集中的控制器实现对传输设备的统一管控。
• 电信级可靠性:基于多层网络的分层OAM(操作维护管理)和保护能力,实现传输网络的全方位监控和业务保障,满足电信级网络要求。
• 高精度同步:基于带内同步传输能力,实现高可靠、高精度、高效率的时钟和时间同步传输能力。
SPN技术总体架构由切片分组层(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控制功能模块组成(见图6–14)。
注:①SR–TP,指基于流量工程的段路由传送子集;
SR–BE,指基于尽力转发的段路由;
MPLS–TP,指MPLS传送子集。
切片分组层:该层实现统计复用,可提供L2 VPN、L3 VPN、CBR(固定比特速率)透传等多种业务。与现有PTN(分组传送网)采用MPLS–TP隧道不同的是,SPN采用基于SR(源路由技术)增强的SR–TP隧道。SR在隧道源节点通过一系列表征拓扑路径的段信息(多协议标签交换)来指示隧道转发路径。相比传统隧道技术,SR隧道不需要在中间节点上维护隧道路径状态信息,提升隧道路径调整的灵活性和网络可编程能力。SR–TP隧道是在SR技术的基础上进行扩展,增加了端到端标识业务流的标签,实现端到端OAM检测,增加了运维能力。
切片通道层:该层实现时分复用。与OTN(光传送网)设备不同的是,SPN通过创新的切片以太网技术,基于66B码块实现轻量级TDM(时分复用)交叉,完成时隙化处理,为业务提供端到端的硬管道。基于切片以太网通道提供OAM和保护功能,实现端到端的切片通道层的性能检测和故障恢复能力。
切片传送层:该层基于IEEE 802.3以太网物理层技术和OIF FlexE技术,实现高效的大带宽传送能力。OIF FlexE技术可以通过端口绑定实现大带宽,也可以通过时隙划分实现灵活带宽。光层可以采用灰光或者DWDM(密集型光波分复用),在接入层,带宽需求不大时可采用灰光组网,在核心汇聚层,带宽需求大时可采用DWDM彩光组网。
管控一体的SDN控制平台:将管理与控制结合,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管控一体控制平台,可管控网络节点规模达到数十万量级。
超高精度时间同步:在时间源方面,通过降低卫星接收噪声,提升卫星授时精度,改善时间源的长期稳定性和短期稳定性等方式,实现超高精度时间基准源;在传输节点方面,通过对光模块、芯片等内部时延处理的不断优化,提升单节点的时间误差精度。
SPN的关键技术
切片以太网
SPN架构中创新提出切片以太网技术,这一架构基于原生的以太内核扩展以太网切片能力,既完全兼容当前以太网络,又避免报文经过L2/L3存储查表,实现轻量级的TDM,主要包括:
• 基于以太网码块的交叉技术:基于以太网64/66B码块的交叉技术,实现极低的转发时延和隔离效果。
• 按需端到端OAM技术:基于IEEE 802.3码块扩展,采用IDLE(物理层空闲帧)替换原理,实现切片以太网通道OAM和保护功能,支撑端到端的以太网L1组网。
• 以太网业务透明映射技术:通过转码机制,实现对各类业务到切片以太网通道的透明映射。
高效大带宽
SPN网络中,通过FlexE技术可以实现多路光接口绑定,可以在低成本、低速率光模块的基础上实现高速率的以太网接口,例如通过4个200千兆以太网接口的以太接口绑定,实现800GB的单端口容量。同时,通过FlexE绑定和DWDM技术的融合,SPN系统可实现单纤TB级的传输容量。
确定性低时延
在实现业务报文转发时,传统分组设备需要在出口方向进行队列处理,从而导致分组网的时延很高,达到几十微秒的级别。在网络拥塞的情况下,时延更长,甚至可以达到毫秒级别,根本无法满足5G时代的低时延业务要求。5G的uRLLC业务需要单节点具备毫秒级别的低转发时延。
分组低时延转发技术主要通过改善转发机制,通过报文的标识,对标识为低时延业务的报文进行快速转发,不进行队列处理,在转发此报文时,如果出方向接口上正在转发其他低优先级报文,系统就可以对其进行抢占,实时快速转发出去,从而实现快速转发。
基于切片以太网的低时延方案通过引入SPN通道和SE–XC(切片以太网交叉)技术,将传统的存储转发方式革新为轻量级的TDM方式,用户报文在网络中间节点无须解析,业务流转发过程近乎实时完成,单节点转发时延可以优化到盒式设备1微秒级别。
灵活可靠连接
SPN支持三种隧道技术:MPLS–TP、SRTP–BE、SRTP–TP。
MPLS–TP作为传统分组网的隧道技术,在点到点连接方面已经非常成熟,是最佳的点到点连接技术;
SRTP–BE随着IGP(内部网关协议)洪泛自动建立域内全连接,是最佳的L3 VPN域内全连接技术;
SRTP–TP适合点到点连接,由于隧道路径选择只在入口节点配置,因此其适合SDN方式控制。
超高精度同步
超高精度时间同步需要采用新的时间源技术和时间传送技术。应对新的网络构架,还需要新型接口的同步技术,以及控制层面的同步维护管理技术。
超高精度时间基准源需要达到优于误差30纳秒的同步精度,可采用以下技术。
• 新型卫星接收技术: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。
• 高稳定频率源技术:单一时钟过渡到时钟组,例如铷钟组,提高稳定性,以及丢失卫星的时间保持能力。
为实现超高精度时间同步传送,可采用以下技术。
• 超高精度时间戳技术,使时间戳单元的精度优于误差1纳秒。
• 高稳定度和同步精度的时钟模块设计,为系统提供更精确、更稳定时钟,更精确的同步信号输出。
• PHY延时精确测量和补偿技术。
• 系统延时精确设计和测量技术。
• 链路不对称延时精确测量和控制。利用单纤双向模块解决该问题。
• 更高精度同步测试协议和算法。
位于控制层面的智能时钟技术,能够为超高精度同步网的运行维护提供支撑,其核心功能有同步网自动规划、图形化动态同步状态查询、同步配置和运行状态检测和分析、智能故障定位、实时同步性能监控分析。
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