基于4G/5G混合场景的SPN组网探析

杜清军，文先刚

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210000）

0 引 言

5G概念逐渐被大众所熟悉，人们对其关注度不断提高。现在随着5G技术切实得到应用，其相关产业也正加速开展，并逐步开始形成成熟的产业链。基站建设、数据输送以及组网技术已经逐渐成熟。作为全球推广5G技术的引领者，我国开始逐步推出了5G终端设备，并开始在部分城市进行5G网络建设，同时出现了基于5G网络的商业应用产品。5G技术对于人们的日常生活和企业的运行不仅仅是一种概念上的改变，更是对原有网络方式本质上的变革。本文通过分析设计建设过程中基于4G/5G混合场景的SPN组网过程，对具体问题提出了解决方案。

1 SPN关键技术

作为一种全新的网络技术，5G相比4G带宽进一步扩大，具有非常低的时延及海量通信等特性，但需要承载网才能够实现传输带宽、传输时延、网络安全以及网络切片等各种需要，在此前提下SPN技术应用而生。SPN技术的形成基于PTN技术但对其进行了改良。

5G具有众多特殊要求，而PTN技术只能对其中极个别的几个要求提供支持，不能从根本上满足5G技术的运行。5G应用的3大场景中分别针对不同的特性具有不同的需求。在带宽方面，eMBB场景主要是以大带宽为主要特性，并以可提供所需带宽要求为主要特点。在mMTC场景下，覆盖密度超大、运行成本低以及功率消耗低等特点成为其支撑物联网发展的主要性能，这是原有网络无法真正满足的场景。在uRLLC场景下，极低的时延特性是保证信息传递过程安全、可靠以及稳定的重要保证。

3个场景和9个维度的应用对原有网络来说是技术上无法实现的，因此通过利用5G技术并结合SPN端到端手段进行组网，结合SR-TP技术来满足应用中的极高可靠性要求，利用Flex-E切片技术保障数字化多场景应用及数据的安全传输，利用SDN技术提高组网的灵活性及运营效率。此外，可以利用传输速率非常高的光器件使网络组建的成本最低化。

根据现有网络的建设情况来看，针对5G网络的建设过程，需要按照一定的先后顺序建设5G三大应用场景，具体的实现需要按照相应的原则进行。短期建设原则主要以5G基站所需要的大宽带建设为主，并且过程中增强SDN调度的灵活性，从而使得基站建设能够满足信息传输的自动调度和监测等需求。中长期建设原则主要是以网络的超低时延建设为主，并且需要根据不同的应用需求进行网络功能的切片处理。

2 4G/5G混合场景需求

2.1 满足SA/NSA标准要求

根据相关组织制定的NSA标准及SA标准，我国的移动公司主要采用了NSA Option3X和SA Option2标准[1]。在NSA标准方面，通过利用原有4G基站形成全新的5G信号锚点作为媒体面承载点，而对于SA标准，UE始终利用5G作为信息的承载者，并最终进行标准化运用到5GC过程中。5G网络架构图如图1所示，NSA标准下的基本架构需要UE终端设备始终利用SPN发送承载流量，相比而言，基于SA标准的网络架构更加清晰，结构更加简单，可以快速完成5G网络的建设，从而避免与其他通信网络出现干涉，造成彼此影响。在NSA标准下进行的网络建设，UE终端需要与原有的网络兼容，同时需要满足5G终端网络的调度，并最终满足EPT+需求[2]。此外进行网络传输所需要的带宽及接口信号等相关特性需要根据设备的要求进行确定，SPN落地设备需要同时满足NSA和SA两种标准的规定。

图1 5G网络架构图示例

2.2 满足4G/5G混合场景需求

在4G/5G网络共同存在的状况下，需要保证网络的互通。现有的4G网络已经实现了全覆盖，而5G网络由于正处于建设的初期阶段，因此覆盖面不广并且呈现出区域独立性的特点，但随着5G网络建设的不断深入，将会很快达到较大覆盖[3]。

在进行5G网络建设的过程中，对于4G网络和5G网络同时存在的区域，用户设备存在网络切换的可能。为了保证用户网络的连贯畅通，可以通过如下方案进行设定。当用户所处网络为5G网络时，NSA网络始终锁定为EPC+，SA网络始终锁定为5GC，当用户设备处于4G网络但是设备支持5G时，网络将设备作为4G设备处理[4]。

用户设备在4G/5G混合场景进行网络切换的阐述如下。当用户5G设备运行之后，对于5G网络始终锁定在5GC，当用户5G设备处于4G网络的时候，信令和媒体需利用PTN来调度，并且需要进行横向5GC网络连接。

3 SPN的建设策略

SPN技术是为实现5G网络开发的，已实现了5G技术的全面需要。该技术的出现并不是完全重新开发的新技术，而是在原有PTN技术下进行拓展，因此具有PTN技术的基本特征，满足现有4G网络的共同运行。SPN组网架构示例如图2所示。

图2 SPN组网架构示例图

3.1 场景一

在进行5G网络的建设初期，由于用户较少，因此建设的基站数量相对较少，同时开展的业务量同样较少，只是在用户较多的集中地区进行基站建设。在这个阶段进行SPN的建设主要遵循如下策略。首先利用原有的PTN网络制定数据传输方案，主要解决的技术问题在于用户原有的PTN设备无法支持SPN技术，因此需要进行相关网络的升级改造，通过这种方式可以实现局部5G业务的开展。其次一些地方开展了新版的PTN设备开发，通过升级PTN技术，可以使设备满足SPN技术需要。在这种设备中主要满足两种网络结构应用，一种是通过新型设备替代原有设备，并通过原有网络拓扑结构使用4G网络，另一种是通过新升级的PTN设备，单独进行传输平面的搭建。由于传输平面建设周期问题，导致在新升级的PTN技术网络中仅存在小部分支持新网络，而大部分只支持旧网络[5]。最后采用和4G网络相同的方案进行5G网络部署，在中后期利用设备的升级向SPN技术逐步过渡。对于此类网络，在后期需要将4G站点中的PTN网络向SPN网络迁移[6]。

3.2 场景二

在进行5G网络建设的初期，基站等基础设施的建设已经形成规模化，5G网络建设中基站的部署也逐步规模化。在这种规划场景下，需直接以SPN方式进行5G基站的建设，建设过程中主要遵循以下策略。

首先具体规划边缘云，通常可以将其部署在区县中心机房，通过L3层SPN网络进行核心机楼的建设[7]。在进行SPN平面建设过程中，可以与原有的PTN平面互通。其次，新规划5G网络热点需要对其位置进行特别规划，并利用配备SPN设备的机房来实现与基站之间的联接。建设过程中需要根据建设情况进行区域内的SPN网络完善[8]。最后在已经覆盖5G网络的地区进行网络迁移工作，将原有的PTN技术网络迁移到基于SPN技术的网络，实现4G/5G混合场景下的SPN组网。这种方案主要是针对于5G建设的初期阶段，LTE和5G NR可以适应不同的网络需求[9]。由于在改造过程中需要将原有的LTE网络升级成eLTE才能顺利接入5GC模式，因此LTE改造过程中会涉及到大量升级，但是与核心网互操作方案相比较，LTE-NR核心网内切换性能更好。

4 符合无线建设规则

根据现在5G网络的应用及需求情况，最终能够满足当前用户需要的站点数量将是4G网络站点数量的1.1～1.3倍。根据现有5G基站的应用需求，需要符合双模接入功能，同时满足5G网络业务端口及4G网络业务。在进行同站点建设的过程中，为了保证网络的质量，需要在5G设备接入SPN端口，4G设备接入PTN端口，从接入层进行分层管理。此外，SPN设备需要同时满足4G及5G业务开展，统一进行SPN设备的调配[10]。

5 结 论

本文主要在4G/5G混合场景下分析SPN组网的关键问题，重点分析了在组网过程中的主要原则及关键措施。在进行SPN组网过程中需要根据不同的标准进行设计，使其符合现有4G及5G终端的使用需求。深度剖析4G/5G混合场景，阐述其中组网过程的具体情况，并结合具体问题的解决方案进行组网过程可行性分析。通过本文研究，希望对今后5G建设提供参考，促进我国5G网络全面发展。