传输网络概述：从PTN到SPN

在2G时代网络主要为语音业务(64kbit/s)服务接口以E1为主SDH技术采用时分复用每秒8000帧每个字节为8bit共64kbit/s承载2G网络可谓是得心应手。到了3G初期数据业务开始兴起手机互联网初具规模SDH演变为MSTP增加了以太网、ATM等二层传输功能。进入4G阶段后业务接口从E1向FE变化业务颗粒度从2Mbit/s向100Mbit/s发展基站带宽需求激增。MSTP开始力不从心虽然它在IP承载方面有进步但IP化只停留在接口层面内核依然是时分交叉连接复用不具备分组交换中的统计时分复用能力。其组网基于独享方式的刚性管道模式不同接口之间带宽不能共享带宽利用率低已无法满足IP业务带宽突发性强、高峰均值比大的特点。早期通信网络电话语音是一张网固定电话移动电话家庭电视闭路电视数据网络……均独立成网互不干扰互不影响。随着业务全IP化“三网融合”的需求日益增加3G/4G网络需要承载更多的业务如视频、语音、数据等。为了满足不同业务的需求需要在一个物理端口上承载多种业务这就要求网络必须具备统计时分复用能力。而MSTP只能提供静态时分复用无法满足动态变化的业务需求。因此PTN的出现成为了必然选择它能够提供更高的带宽利用率更灵活的业务承载能力以及更好的网络性能和可靠性。二、传统有线承载产品适用性分析SDHMSTP交换机路由器三、PTN的应运而生为解决传统承载产品的局限性PTN应运而生。PTN(Packet Transport Network)是一种以分组作为传送单位承载电信级以太网业务为主兼容TDM、ATM和FC等业务的综合传送技术。PTN技术基于MPLS-TP分组的架构继承了MSTP的理念融合了Ethernet和MPLS的优点成为下一代分组承载的技术选择。PTN的技术精髓可以用一个公式概括MPLS-TP MPLS - L3的复杂性 OAM类SDH 保护这意味着PTN去掉了MPLS中无连接的三层转发功能增加了SDH网络具有的端到端OAM运行管理维护功能和网络保护倒换功能。简单说PTN是按照SDH的思路结合MPLS的L2VPN技术保留MPLS的面向连接和IP的统计复用功能其余功能都尽量学习传统SDH的技术。四、PTN关键技术简介1. MPLS-TP2.5层标签交换MPLS是一种介于二层和三层之间的技术将标签转发和三层路由结合在一起。在MPLS域边缘可进行三层路由内部进行二层交换。其核心思想是给报文打上固定长度的标签以标签取代IP转发过程。靠近用户的边缘节点LER处理复杂功能网络内部的节点LSR只执行简单的标签交换转发无须查找IP路由。2. PWE3多业务统一承载的基石PWE3端到端伪线仿真是一种在分组交换网络上模拟各种点到点业务的仿真机制。被模拟的业务可以通过TDM专线、ATM、FR或以太网等专线传输。PWE3技术利用分组交换网上的隧道机制模拟业务的必要属性这个隧道称为伪线PW。通过PWE3传统网络与分组交换网络可以实现互联资源共享和网络拓展成为可能。3. OAM技术电信级可靠性的保障OAM功能在公众网中至关重要。它可以简化网络操作检验网络性能降低网络运行成本。PTN基于硬件机制实现层次化的OAM不仅解决了传统软件OAM因网络扩展带来的可靠性下降问题还提供了延时和丢包率性能在线检测。4. 保护技术50ms电信级倒换PTN网络级保护分为网络内保护和与其他网络的接入链路保护。网络内保护主要是11/1∶1线性保护与环网保护。接入链路保护则根据接入链路类型不同采用11/1∶1线性MSP保护或LAG保护方式。硬件实现的快速保护倒换可以满足电信级小于50ms的要求。5. QoS技术差异化服务保障QoS是网络在丢包率、延迟、抖动和带宽等方面为特定业务提供可预期服务水平的能力。PTN在网络入口识别用户业务进行接入控制将业务优先级映射到隧道优先级转发节点根据隧道优先级进行调度网络出口还原业务自身携带的QoS信息。6. 同步技术高精度时钟传递同步包括时间同步与时钟同步两个概念。PTN支持1588v2时间同步协议可在分组网络上为各种移动制式提供可靠的频率和时间同步信息。五、PTN的特点与能力总结网络TCO低采用SDH-LIKE设计思想组网灵活适应网络演进需求可充分保护原有投资多业务统一承载通过PWE3技术支持现有及未来的分组业务兼容TDM、ATM、FR等传统业务端到端区分服务智能感知业务提供差异化QoS服务完善的OAM和保护硬件OAM引擎实现3.3ms协议报文插入支持电信级保护倒换时钟/时间同步完善的同步解决方案端到端管理能力基于面向连接特性提供E2E的业务、通道监控管理六、PTN在5G时代面临的挑战尽管PTN在3G/4G时代表现出色但面对5G的严苛要求它开始显得力不从心。5G对承载网的新挑战5G定义了三大应用场景增强移动宽带eMBB、超高可靠低时延通信uRLLC、海量机器类通信mMTC对承载网提出了多方面挑战大带宽5G基站峰值带宽是4G的10-100倍低时延端到端时延要求低至1ms网络切片一张物理网络需要切分成多个逻辑网络满足不同业务需求高精度同步部分场景需要纳秒级时间同步灵活连接支持云化架构下的动态连接需求PTN的核心短板在这些挑战面前PTN的不足日益凸显带宽能力不足PTN缺乏10GE接入和40GE核心接入能力统计复用能力差汇聚比受限。时延性能不佳PTN单节点转发时延约24.78us而5G需要更低的时延表现。同步精度有限PTN采用NTP技术精度仅为ms级无法满足5G部分场景的纳秒级同步需求。切片能力缺失PTN无法提供端到端的硬切片隔离能力难以满足垂直行业的安全隔离要求。另外一个关键因素是在5G时代到来之时PTN网络多数设备在运行已超过10年型号众多部分设备老旧再结合其无法满足5G对带宽、时延、同步精度的要求。需要一项新的承载技术来满足5G的严苛需求。七、SPN/MTN专为5G而生的新一代承载技术面对5G挑战切片分组网应运而生。它由中国移动创新提出是面向5G承载的自主技术体系。什么是SPNSPN切片分组网络是一种面向5G的传送网新架构可统一承载5G前传、中传和回传。它融合了TDM和分组交换能力是业界唯一同时支持端到端硬切片和软切片的承载技术。八、SPN/MTN的三大核心技术1. SR-TP面向连接的源路由技术针对5G的大三层需求SPN引入SR-TP面向传送的分段路由技术实现可靠可控的L3隧道构建端到端L3部署业务模型。SR-TP在L2专线上提供重路由能力物理路由可达情况下业务永久在线提升业务安全性。2. FlexE与FGU小颗粒硬切片SPN引入FlexE灵活以太网接口及融合交换架构。更关键的是针对垂直行业小颗粒硬隔离需求创新引入FGU细粒度单元技术在FlexE 5G时隙上进一步进行硬切片将5G颗粒中的码块组织为包含24个时隙的细粒度基本单元帧FGU再由20个FGU构成一个复帧使得一个5G颗粒包含480个10M小颗粒时隙。这意味着SPN可以为垂直行业/政企专线/入云专线提供N×10Mbps端到端硬管道支持小颗粒时隙交叉、保护倒换、无损带宽调整等机制。3. 网络切片物理网络的逻辑分割SPN通过统计复用、软隔离、硬隔离等多种带宽控制技术提供灵活的切片部署能力。典型地一张物理网络可划分为三个资源切片共享大网切片承载5G普通业务采用成熟QoS调度机制集客共享切片承载一般企业业务有带宽保障集客独享切片采用FGU小颗粒技术满足生产控制类业务的安全隔离要求九、SPN的持续演进SPN技术仍在快速发展中。2025年10月ITU-T发布G.sup.92数据中心网络同步需求架构标准首次提出移动承载网为数据中心提供授时服务的解决方案推动SPN深度融入算力网络生态。面向B5G时代MTN 800G采用灵活时隙创新架构实现业务带宽按需匹配满足未来5到10年行业数字化转型需求。在铁路5G-R专网通信、智能电网、智慧港口等垂直行业SPN正发挥越来越重要的作用。结语从PTN到SPN的演进折射的是承载技术从技术跟随向技术首创的转变。正如中国移动专家所言一代承载技术支撑两代无线通信3G/4G主要由PTN承载而5G乃至未来6G呼唤更加创新的承载技术。