SPN设计理念和核心技术李晗中国移动集团级首席专家中国移动研究院基础网络技术研究所 所长2023年3月 2目录SPN设计理念及基本架构1SPN小颗粒技术2总结3 3中国移动SPN网络发展现状及未来趋势l截止2022年9月，中国移动5G网络已覆盖360+城市，服务5.57亿5G套餐用户，已落地5G行业商用项目超10000个l中国移动已实现SPN承载5G网络回传，已部署40万端，覆盖全国县级以上城区，网络性能优异、稳定l面向5G垂直行业和政企专线等ToB业务承载，SPN将向“大”和“小”两极演进，支持SPN小颗粒技术，建设SPN省际/省内骨干网和小型化接入SPN网络，实现ToB业务端到端软、硬切片、高性能、高安全承载省际/省内骨干网接口：50G PAM4容量：160G100G1.6T100G/200G12.8T核心层汇聚层接入层AccAccAggAggCoreCoreCoreCore25G10G政务教育医疗园区面向5G回传面向ToB业务面向ToB业务SPN承载5G回传优势SPN承载专线/专网优势l既支持软切片，又支持硬切片l真正与无线、核心网端到端切片拉通l既支持软切片，又支持硬切片，以前以太网专线仅有软切片l时隙交叉，安全性高，P节点转发时延低至2us小S小型化接入SPN网+SPN小颗粒SPN小颗粒SPN省际/省内骨干网+SPN小颗粒 4SPN三大产品构筑新基建，“1234，全场景可定制”基础版：切片专线进阶版：精品切片专线定制版：行业切片专网行业切片toC切片toC切片企业专属小颗粒切片医疗切片教育切片政务切片工业切片ü切片：行业客户MTN切片ü隔离：用户间VPN隔离ü重路由保护：具备üSLA可视：标配p开通进度可视：可选配p线路拓扑可视：可选配ü切片：用户小颗粒MTN交叉（FGU）ü隔离：用户独享切片，物理隔离ü重路由保护：具备üSLA可视：标配ü开通进度可视：标配ü线路拓扑可视：标配ü切片：根据需求定制，两类均可选ü隔离：专网与其他用户切片隔离ü重路由保护：具备üSLA可视：标配p开通进度可视：可定制p线路拓扑可视：可定制张专属切片网络种确定传输能力重安全可靠方案类在线自助服务 全场景可定制lMTN小颗粒切片技术，租户级专属切片l确定带宽、确定时延l1+1主备路由、逃生路径、5G备线l进度、性能、拓扑可视、自助调速l10M~10G带宽、点到点/多点、本地/跨市/跨省共享切片，泛接入、快开通单用户专属小颗粒，超高确定性行业专享切片，行业一体化服务2022年“SPN 2.0赋能千行百业 切片专线构建数智未来”发布会上，中国移动集团政企事业部重磅发布基础版、进阶版和定制版三款SPN切片专线产品，标志着SPN正式进入5G垂直行业和政企专线等ToB市场 5SPN应用案例 5G大带宽高质量承载北京移动-央视国庆阅兵、春晚直播青海移动-变电所监控 固移融合承载成都移动-腾讯“王者荣耀”赛事山西移动-新元煤矿陕西移动-亮雪工程光大证券对SPN优势点评SPN实现：大带宽 0丢包率SPN实现：4G/5G和专线统一承载福建移动-远海码头江苏移动-无锡5G车联网四川移动-华西医院江苏移动-苏州工厂浙江移动-全网随流检测北京移动-大规模自动开通SPN已应用于5G传媒、教育、交通、电网、医疗以及工业园区等，差异化优势逐渐显现 ToB低时延高可靠切片承载SPN实现：硬隔离，单节点10微秒以内，端到端时延1毫秒以内MEC互联和业务灵活归属承载SPN实现：full-mesh灵活连接自动化部署和智能监测SPN实现：自动开通，随流业务性能精确检测河南移动-郑州医疗专网重庆移动-车联网湖北移动-长航集团云南移动-红塔集团江苏移动-华恒焊接广西移动-五菱车联网 6切片的核心理念和路线之争硬切片技术路线：TDM叠加分组代表技术：POTN/MOTNPOTN设备板卡OTN处理芯片路由器处理芯片OTN光模块POTN协议栈协议栈复杂，需要多芯片叠加，无法沿用以太网产业链ETH PHYOTNETH MACIP/SRv6以太网协议栈软切片技术路线：分组自身增强代表技术IPFlexE SHIM以太网MAC网 PHY仅实现接口隔离，交换内核采用分组，无法支持硬切片L1增强：FlexE(灵活以太网）基于时间对分组流量进行优化调度实现低时延L2增强：TSN（时间敏感网络）通过源地址路由以及SDN实现确定路由调度和资源保障L3增强：SRv6（IPv6段路由）门控调度时间同步pMAC抢占发送网络切片是5G的内生功能，以TDM为代表的硬切片和分组为代表的软切片技术都在争夺5G回传市场ü确定时隙ü传输性能稳定保障：不受其他切片客户流量负载变化影响ü分组报文区分机制+QoS保障机制ü传输性能较稳定保障：高突发、高负载时，低优先级切片可能会受到影响具备防错连能力，确保切片内业务不会被发送到其他节点或端口切片内业务不会泄漏到网络管理或控制通道中，客户无需感知网络控制平面硬切片软切片 7SPN技术创新—分组内生TDM的关键技术挑战p 以太网协议物理层要求确保其错误收包平均间隔时间（MTTFPA）能达到宇宙寿命级别（>100亿年）， 引入TDM交叉连接打破了MAC与PHY的固定对应，会产生误码扩散效应，如何解决？p TDM层网络需要丰富的开销（CC，CV,APS, REI, RDI, LF, RF, BIP，DM, LM ...），为了重用以太网协议栈和芯片不能改变以太网信号结构，为了重用以太网光模块，不能增加信号速率以太网协议栈挑战1：如何在以太网协议栈中引入TDM层网络p以太网物理层有多个子层，在哪个子层引入TDM，如何选取TDM所需的定长单元实现交叉连接挑战2：如何在不增加速率情况下构建TDM开销挑战3：如何保持以太网协议栈的可靠性设计MAC layerMPLS-TPDWDM/ROADMSR-TP/SR-BE•L0：Optics•L1：PHY•L2： MAC•L3：IPPCSPMAFECscramblerPMDANMEDIUM针对硬切片，中国移动提出“分组内生TDM”的创新技术路线基于TDM Inside Ethernet的理念，实现分组交换与TDM融合，面临三大架构设计挑战ITU-T SG15 Q11工作组主席，IEEE fellow高度评价：“有必要定义一种适合于以太网的新的TDM技术，而不是将现有具有独立完整管理的TDM技术简单地与以太网技术叠加。中国移动（CMCC）率先开创了这项技术。”无损：TDM实现硬切片，电信级，低时延灵活：分组实现软切片，灵活路由，统计复用高效：充分利用以太网芯片和光模块产业生态 8MTNPath层SDDDDTIOSDDDDDDDT......PacketIPGPacket.....................IEEE 模型802.3MACRS64b/66b扰码MTNSection层MTN Path subnetworkMTN Path APMTN Path FPMTN Path FwEP业务适配交叉连接接口适配20*blocks20*blocks20*blocks变长的以太网报文SDDDDTIISDDDDDDDT......SPN层网络架构层网络帧处理定长66B原子码块在以太网协议栈中引入TDM层网络OAM码块替换时隙与信道的映射p 段层开销机制：重用FlexE 5Gbps颗粒的帧开销，实现物理接口的隔离、绑定及子速率功能p 如何在不改变以太网信号结构情况下进行TDM交叉连接：提出基于PCS层66B码块为原子交换单元以及时隙与信道的映射机制实现TDM和分组融合，同时也保证了低时延p 如何在不增加速率情况下构建开销：提出OAM码块替换IDLE码块的开销机制层网络基本原理MAC层与以太网完全兼容提出在以太网PCS（物理编码子层）上半部分构建TDM层网络的架构设计和基本机制 9提出以N×20x5Gbps为循环的时隙交换机制，确保任意以太网速率接口可统一交叉调度MAC layerMPLS-TPDWDM/ROADMSR-TP/SR-BElL0：OpticslL1：PHYlL2： MAClL3：IPMTN层向上兼容IP层协议向下兼容以太接口新的协议栈交换及OAM机制不增加速率情况下构建OAM开销MTN时隙+66B码块交换OAM码块标识+复帧结构MTN接口+帧结构提出以N×16k为准周期的MTN帧结构，解决了以太变长帧与TDM确定周期协同调度问题12345678910111214151618201317191234567891011121415161820131719提出BABL OAM复帧机制， 使用O码块承载OAM，基于0x4B+0xC为特征标识OAM码块，形成了高效、灵活的OAM机制 Basic1APSBasic2Low priority新的技术效果低时延p66Bit交换单元，远短于传统TDMp码块既来即发，本地存储时间短确定性p基于TDM交换，确保链路0丢包p可预知入/出时隙，避免拥塞OAM简单p开销码块替换空闲码块，链路利用率高 p0x4B+0xC标识OAM码块，经济简单pBABL复帧机制承载OAM，灵活可扩展提出基于0x4B+0xC为特征的OAM码块标识方法；提出以N*16k为准周期的MTN帧结构，解决了IDLE码块随机出现与OAM码块需要确定位置的问题; 提出BABL的OAM帧结构，实现了开销信息可扩展 10物理层误码处理机制确保100亿年MTTFPA可靠性创新物理层误码检测及误码扩散抑制机制传统BIP编码创新转置编码p64B/66B转置BIP算法p针对FEC无法纠错的66B码流，提出基于E码块的误码抑制机制I66B交叉CH1CH2CH3CH4CH1CH2CH3CH4p数据流误码检测：解决了因IDLE块的增删而无法采用BIP进行校验的问题，能够普遍用于物理层64B/66B码流的数据完整性检测实现了100亿年MTTFPA可靠性解决误码问题误码影响p 通过物理层数据流误码检测和通道误码扩散抑制，将SPN层网络的MTTFPA提升至100亿年（宇宙年限）之上，满足了端到端网络可靠性要求 p通道误码扩散抑制：通过E码块替换FEC无法纠错的codeword的码块，解决了因66B码块跨channel交换造成的误码扩散问题E66B交叉CH1CH2CH3CH4CH1CH2CH3CH4 11SPN性能业界优异，网络质量稳定中国移动SPN网络已覆盖全国县级以上城区, 有力支撑5G商用。自2019年建网至今，运行质量良好，性能稳定。lSPN是中国移动原创技术，是目前业界唯一既支持硬切片又支持软切片的5G承载技术lSPN低时延、超高精度同步、硬切片特性，实现了多项性能突破，较传统传输技术性能显著提升，达到业界最优，且网络质量稳定 12SPN/MTN成为新一代传输网国际标准，并在全网规模应用12SDHOTNMTN198919992019ü接口ü架构ü管理ü设备ü保护G.709G.872G.874G.798G.873.1G.8310G.8350G.8321G.8331G.8312G.Suppl.69ü演进G.mtn-syncü同步ü已发布(2020年12月)ü已发布(2020年12月)ü已发布(2020年10月)ü已发布(2022年11月)ü已发布(2022年11月)计划2023年报批G.707G.803G.784G.783G.841ü已发布(2022年2月)G.fgMTNü小颗粒新立项 (2022年9月)12n体系化：截至目前，已有6项MTN国际标准发布（G.8312、G.8310、G.Sup69、G.8331、G.8350、G.8321），标志着SPN/MTN新一代传送网国际标准体系基本完成n完整的SPN行标标准体系，共20本行业标准：《总体》、《SPN设备》2本、《细粒度承载技术》2本、《南向》2本、《北向》2本、《同步》5本、《SPN端到端切片》、《SPN切片管理》2本、《互通》、《PTN/SPN管控融合网管系统》、《节能技术》lSPN作为中国提出的原创性技术体系，已成为ITU-T新一代传送网国际标准体系l在ITU-T MTN系列标准的基础性技术