基于4G/5G混合場景的SPN組網探析

杜清軍，文先剛

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

5G概念逐漸被大眾所熟悉，人們對其關注度不斷提高?，F在隨著5G技術切實得到應用，其相關產業也正加速開展，并逐步開始形成成熟的產業鏈?；窘ㄔO、數據輸送以及組網技術已經逐漸成熟。作為全球推廣5G技術的引領者，我國開始逐步推出了5G終端設備，并開始在部分城市進行5G網絡建設，同時出現了基于5G網絡的商業應用產品。5G技術對于人們的日常生活和企業的運行不僅僅是一種概念上的改變，更是對原有網絡方式本質上的變革。本文通過分析設計建設過程中基于4G/5G混合場景的SPN組網過程，對具體問題提出了解決方案。

1 SPN關鍵技術

作為一種全新的網絡技術，5G相比4G帶寬進一步擴大，具有非常低的時延及海量通信等特性，但需要承載網才能夠實現傳輸帶寬、傳輸時延、網絡安全以及網絡切片等各種需要，在此前提下SPN技術應用而生。SPN技術的形成基于PTN技術但對其進行了改良。

5G具有眾多特殊要求，而PTN技術只能對其中極個別的幾個要求提供支持，不能從根本上滿足5G技術的運行。5G應用的3大場景中分別針對不同的特性具有不同的需求。在帶寬方面，eMBB場景主要是以大帶寬為主要特性，并以可提供所需帶寬要求為主要特點。在mMTC場景下，覆蓋密度超大、運行成本低以及功率消耗低等特點成為其支撐物聯網發展的主要性能，這是原有網絡無法真正滿足的場景。在uRLLC場景下，極低的時延特性是保證信息傳遞過程安全、可靠以及穩定的重要保證。

3個場景和9個維度的應用對原有網絡來說是技術上無法實現的，因此通過利用5G技術并結合SPN端到端手段進行組網，結合SR-TP技術來滿足應用中的極高可靠性要求，利用Flex-E切片技術保障數字化多場景應用及數據的安全傳輸，利用SDN技術提高組網的靈活性及運營效率。此外，可以利用傳輸速率非常高的光器件使網絡組建的成本最低化。

根據現有網絡的建設情況來看，針對5G網絡的建設過程，需要按照一定的先后順序建設5G三大應用場景，具體的實現需要按照相應的原則進行。短期建設原則主要以5G基站所需要的大寬帶建設為主，并且過程中增強SDN調度的靈活性，從而使得基站建設能夠滿足信息傳輸的自動調度和監測等需求。中長期建設原則主要是以網絡的超低時延建設為主，并且需要根據不同的應用需求進行網絡功能的切片處理。

2 4G/5G混合場景需求

2.1 滿足SA/NSA標準要求

根據相關組織制定的NSA標準及SA標準，我國的移動公司主要采用了NSA Option3X和SA Option2標準[1]。在NSA標準方面，通過利用原有4G基站形成全新的5G信號錨點作為媒體面承載點，而對于SA標準，UE始終利用5G作為信息的承載者，并最終進行標準化運用到5GC過程中。5G網絡架構圖如圖1所示，NSA標準下的基本架構需要UE終端設備始終利用SPN發送承載流量，相比而言，基于SA標準的網絡架構更加清晰，結構更加簡單，可以快速完成5G網絡的建設，從而避免與其他通信網絡出現干涉，造成彼此影響。在NSA標準下進行的網絡建設，UE終端需要與原有的網絡兼容，同時需要滿足5G終端網絡的調度，并最終滿足EPT+需求[2]。此外進行網絡傳輸所需要的帶寬及接口信號等相關特性需要根據設備的要求進行確定，SPN落地設備需要同時滿足NSA和SA兩種標準的規定。

圖1 5G網絡架構圖示例

2.2 滿足4G/5G混合場景需求

在4G/5G網絡共同存在的狀況下，需要保證網絡的互通?，F有的4G網絡已經實現了全覆蓋，而5G網絡由于正處于建設的初期階段，因此覆蓋面不廣并且呈現出區域獨立性的特點，但隨著5G網絡建設的不斷深入，將會很快達到較大覆蓋[3]。

在進行5G網絡建設的過程中，對于4G網絡和5G網絡同時存在的區域，用戶設備存在網絡切換的可能。為了保證用戶網絡的連貫暢通，可以通過如下方案進行設定。當用戶所處網絡為5G網絡時，NSA網絡始終鎖定為EPC+，SA網絡始終鎖定為5GC，當用戶設備處于4G網絡但是設備支持5G時，網絡將設備作為4G設備處理[4]。

用戶設備在4G/5G混合場景進行網絡切換的闡述如下。當用戶5G設備運行之后，對于5G網絡始終鎖定在5GC，當用戶5G設備處于4G網絡的時候，信令和媒體需利用PTN來調度，并且需要進行橫向5GC網絡連接。

3 SPN的建設策略

SPN技術是為實現5G網絡開發的，已實現了5G技術的全面需要。該技術的出現并不是完全重新開發的新技術，而是在原有PTN技術下進行拓展，因此具有PTN技術的基本特征，滿足現有4G網絡的共同運行。SPN組網架構示例如圖2所示。

圖2 SPN組網架構示例圖

3.1 場景一

在進行5G網絡的建設初期，由于用戶較少，因此建設的基站數量相對較少，同時開展的業務量同樣較少，只是在用戶較多的集中地區進行基站建設。在這個階段進行SPN的建設主要遵循如下策略。首先利用原有的PTN網絡制定數據傳輸方案，主要解決的技術問題在于用戶原有的PTN設備無法支持SPN技術，因此需要進行相關網絡的升級改造，通過這種方式可以實現局部5G業務的開展。其次一些地方開展了新版的PTN設備開發，通過升級PTN技術，可以使設備滿足SPN技術需要。在這種設備中主要滿足兩種網絡結構應用，一種是通過新型設備替代原有設備，并通過原有網絡拓撲結構使用4G網絡，另一種是通過新升級的PTN設備，單獨進行傳輸平面的搭建。由于傳輸平面建設周期問題，導致在新升級的PTN技術網絡中僅存在小部分支持新網絡，而大部分只支持舊網絡[5]。最后采用和4G網絡相同的方案進行5G網絡部署，在中后期利用設備的升級向SPN技術逐步過渡。對于此類網絡，在后期需要將4G站點中的PTN網絡向SPN網絡遷移[6]。

3.2 場景二

在進行5G網絡建設的初期，基站等基礎設施的建設已經形成規?；?，5G網絡建設中基站的部署也逐步規?；?。在這種規劃場景下，需直接以SPN方式進行5G基站的建設，建設過程中主要遵循以下策略。

首先具體規劃邊緣云，通?？梢詫⑵洳渴鹪趨^縣中心機房，通過L3層SPN網絡進行核心機樓的建設[7]。在進行SPN平面建設過程中，可以與原有的PTN平面互通。其次，新規劃5G網絡熱點需要對其位置進行特別規劃，并利用配備SPN設備的機房來實現與基站之間的聯接。建設過程中需要根據建設情況進行區域內的SPN網絡完善[8]。最后在已經覆蓋5G網絡的地區進行網絡遷移工作，將原有的PTN技術網絡遷移到基于SPN技術的網絡，實現4G/5G混合場景下的SPN組網。這種方案主要是針對于5G建設的初期階段，LTE和5G NR可以適應不同的網絡需求[9]。由于在改造過程中需要將原有的LTE網絡升級成eLTE才能順利接入5GC模式，因此LTE改造過程中會涉及到大量升級，但是與核心網互操作方案相比較，LTE-NR核心網內切換性能更好。

4 符合無線建設規則

根據現在5G網絡的應用及需求情況，最終能夠滿足當前用戶需要的站點數量將是4G網絡站點數量的1.1～1.3倍。根據現有5G基站的應用需求，需要符合雙模接入功能，同時滿足5G網絡業務端口及4G網絡業務。在進行同站點建設的過程中，為了保證網絡的質量，需要在5G設備接入SPN端口，4G設備接入PTN端口，從接入層進行分層管理。此外，SPN設備需要同時滿足4G及5G業務開展，統一進行SPN設備的調配[10]。

5 結 論

本文主要在4G/5G混合場景下分析SPN組網的關鍵問題，重點分析了在組網過程中的主要原則及關鍵措施。在進行SPN組網過程中需要根據不同的標準進行設計，使其符合現有4G及5G終端的使用需求。深度剖析4G/5G混合場景，闡述其中組網過程的具體情況，并結合具體問題的解決方案進行組網過程可行性分析。通過本文研究，希望對今后5G建設提供參考，促進我國5G網絡全面發展。