什么是MTN？

硬切片隔离

基于以太网的66B码块为单元进行TDM（Time Division Multiplex，时分复用）时隙化和交换，实现了硬切片隔离。

下图中，“ABCDEFG”所在的方块分别表示以太网帧经过编码后分割成的66B码块，标有“A”的码块属于原以太网帧“A”，若干“A”码块经过解码后能组成完整的以太网帧“A”，以此类推。编码及解码的方式属于以太网二层协议的内容，在此不做详述。

不同的MTN通道层将分属于不同帧的码块，按照固定的顺序在对应的时隙中上载。假设MTN通道1的速率为10 Gbit/s，则通道1需要占用2个MTN段层帧的时隙（时隙3与时隙6）来承载信号。在源端中，通道1的66B码块会按序逐个映射至MTN段层帧的时隙3与时隙6中；宿端在收到数据之后进行解映射，从MTN段层帧的时隙3与时隙6中恢复出通道1的66B码块序列。

所谓“硬切片隔离”，指的就是分属于各个不同以太网帧的66B码块，由于固定了所在时隙的位置，因此能够在MTN段层链路传输中以互不影响，相互隔离的方式传送。

MTN通道层映射与解映射示意图

低转发时延

通过在L1（即物理层）上完成组网，避免报文经过L2/L3（即数据链路层/网络层）存储查表，降低了发送时延。

由下图可见，L1.5交换技术与传统L2（Layer 2，二层）/L3（Layer 3，三层）交换技术相比，完整的以太网帧被切割成一个个66B码块。其交换转发依赖于66B码块序列流从一个逻辑端口到另一个逻辑端口的配置，不需要像IP报文或以太网帧那样进行复杂耗时的查表转发。因此，缓存数据量大大减少，从而显著降低了设备的转发时延，避免了转发抖动。

L1.5交换技术与传统L2/L3交换技术的对比

高兼容性

由于物理编码子层下层的信号也是66B码块，因此MTN广泛兼容传统的以太网协议栈，保护运营商已有投资。

如下图中的右侧所示，引入了MTN通道层与MTN段层之后，PCS（Physical Coding Sublayer，物理编码子层）被切分为PCS上层与PCS下层。

• MTN通道层与MTN段层都是基于66B码块流设计的，其传递给PCS下层的信号与以太网协议栈中PCS下层承载的信号格式同为66B码块。而PMA（Physical Medium Attachment，物理媒质附属层）同为面向66B码块流的处理模块，不区分或识别码块，因此能兼容MTN的引入。另外PMD（Physical Medium Dependent，物理媒质依靠层）和Medium（媒质层）都是面向比特流的处理模块，也能兼容MTN的引入。
• 客户信号（例如IP报文和MAC帧）在经过PCS上层的66B编码之后就转换成66B码块流，分组报文的任何信息在MTN层面都是不可见的。因此，MTN可以兼容L2/L3的分组技术。
  
  MTN层与以太网协议上下层的兼容关系示意图

  基于上述特点，MTN实现了大带宽、低时延、支持切片等5G时代的关键需求，为各类业务提供一个融合的、统一的传送平台。因此，MTN作为SPN网络分层的必要一环，是网络运营商架设新一代承载网的首选技术之一。

MTN的技术架构

MTN的技术架构中，自下而上分为三层：MTN光媒介层、MTN层和MTN客户信号。其中，MTN层又细分为两层：MTN段层和MTN通道层。其技术架构如下图所示。

MTN技术架构

各层的功能描述如下：

• MTN光媒介层与以太网的光媒介层原理相同，利用信号收发器提供点到点的固定速率连接。目前，IEEE 802.3所定义的MTN光媒介层包含了50GBASE-R、100GBASE-R、200GBASE-R和400GBASE-R四种以太网物理层（Physical layer，PHY）。根据IEEE 802.3对物理层的编号惯例，其前面的数字表示该物理层支持的速率分别为50 Gbit/s、100 Gbit/s、200 Gbit/s和400 Gbit/s。
• MTN段层依靠MTN光媒介层向MTN通道层提供点到点的连接服务，其基本架构如下图所示。
  
  MTN段层基本架构示意图
  MTN段层通过对以太网光媒介层的66B码块流做时隙化处理，引入TDM帧结构，从而支持下表的功能。

  表1-1 MTN可支持的功能

  功能	目的	示例
  多个速率相同的PHY绑定成一个组	提供更大的物理层带宽	将三个100GBASE-R PHY捆绑成一个MTN段层组，承载一个300 Gbit/s的MTN通道
  单个PHY划分成若干个更低速率的PHY	提供子速率	在一个100GBASE-R PHY上承载5个20 Gbit/s的MTN通道
  在单个PHY或者捆绑后的段层组上切分通道	提供通道化功能	三个100GBASE-R PHY绑定后形成一个段层组，然后由该段层组承载一个50 Gbit/s和一个250 Gbit/s的MTN通道

• MTN通道层将66B码块流通过通道转发的方式，依次将多个设备的MTN段层逐跳连接，为MTN客户信号提供端到端的硬切片服务。
  MTN通道与MTN段层的关系如下图所示。假设MTN通道依次经过NE1（Network Element 1，网元1）、NE2、NE3、NE4和NE5，MTN通道在每一个MTN段层链路中占用相同带宽，即相同数量的时隙。同时，MTN通道层在源端插入OAM（Operations Administration and Maintainance，操作、管理和维护）消息，在宿端提取OAM消息，从而实现对MTN通道的SLA（Service Level Agreement，服务等级协议）进行监控。

  
  MTN通道层与段层关系示意图
• MTN客户信号，即以太网帧。包括经以太网封装过的MPLS（Multiprotocol Label Switching，多协议标签交换）报文、SR（Segment Routing，段路由）报文、IPv4报文、IPv6报文等。以太网帧经过64B/66B编码，成为一串66B码块序列并随后映射进入MTN通道。

MTN的典型组网

典型的城域承载网的组网方式如下图所示。

典型的城域承载网示意图

通常来说，承载网为客户信号提供一个连接管道，可以是逻辑的虚拟连接，也可以是物理的光纤连接。在SPN方案中，城域承载网部分主要应用MTN技术，构建端到端的刚性硬管道连接。因此，MTN的典型组网模型可以抽象为下图。

MTN的典型组网模型

MTN构建了源宿节点之间的一条传输通道，用于提供端到端的以太网切片连接。通道的构建可归结为以下三步。

1. 源节点将客户层业务映射到MTN通道。
2. 网络中间节点基于以太网66B码块序列进行通道转发。
3. 目的节点再从MTN通道中解映射客户层业务。

此过程可实现数据的接入/恢复、增加/删除OAM信息、数据流的交叉连接以及通道的监控和保护等功能，而且具有低时延、透明传输、硬隔离等特征。

MTN在5G ToB智能电网的应用

新一代的智能电网典型组网根据MEC（Multi-access Edge Computing，多接入边缘计算）或UPF（User Plane Function，用户面功能）部署的位置不同，分为区域集中、多点分布和变电站本地组网三类场景：

• 区域集中式组网，MEC/UPF部署在核心节点或汇聚节点，电力所有I、II、Ⅲ和Ⅳ区业务在核心节点或汇聚节点的电力调度中心处终结，多个电力切片的业务终结点相同，一般为一个城市的区域中心。
• 多点分布式组网适用于以城市为单位的大区域组网场景，MEC/UPF位置分别在核心节点和汇聚节点的调度中心或变电站，电网I、II区业务在调度中心处理，Ⅲ和Ⅳ区业务在某个变电站终结，多个电力切片的业务终结点不同。
• 变电站本地组网，MEC/UPF下沉到变电站，可能为承载网络的接入、核心或汇聚节点，主要用于变电站电力监控视频业务的本地处理。不同的组网方式会影响电力切片的部署位置和覆盖范围。

5G ToB智能电网承载方案示意图

电网I、II区中业务中，差动保护和电力调度自动化等生产类业务时延敏感，采用MTN实现业务硬隔离，保证业务安全隔离以及确定性低时延、低抖动等性能指标。电网Ⅲ、Ⅳ区业务中，电力监控和采集类视频属于管理类业务，可通过另外的MTN切片实现与其他业务的隔离，切片内通过不同的VPN及Qos优先级调度，从而保证高优先级业务的性能指标。结合具体电网业务，MTN承载方案如下表所示。

MTN在5G ToB智慧医疗的应用

5G ToB智慧医疗主要分为院内、院间和院前三大类业务。在院内和院间业务的应用中，承载网络的最大挑战是低时延和安全隔离性，承载网络需要提供硬隔离的网络切片，保证5 ms以内的稳定低时延，并且做到行业专网专用。在院前医疗紧急救助业务的应用中，承载网络最大的挑战在于能够快速灵活的创建专用通道，随时随地保证高质量传输。基于医疗行业的三大类业务，通过MTN切片技术将实现下图所示的业务分流。

5G ToB智慧医疗承载方案示意图

5G ToB智慧医疗通过MTN技术对网络进行端到端切分，保证医疗专网的业务安全隔离和服务质量。如下表所示，根据业务移动性特征，可将医疗业务划分为专享切片下的两个独立分组隧道：

• 院内和院前，及院间业务具有局域移动性，可分别通过专享切片（即MTN通道）内的不同VPN隔离。
• 院前与院内业务内容适用范围相似，可共享一个独立的分组隧道；院间业务地域跨度更大，需要另一个独立的分组隧道来承载。

院内和院前，及院间业务需要承载网络提供专享医疗切片，专门用于承载医疗业务，以满足5G终端等医疗设备到院内或院间的其它通信接入设备之间的数据安全隔离和低时延高质量传输的需求。

MTN在5G ToB智慧港口的应用

现代港口大型设备众多，联网需求丰富，包括控制、监控和融合通信等。目前，传统港口解决方案主要采用光纤与Wi-Fi互联等组网通讯方式，存在建设和运维成本高、稳定性与可靠性差等问题。5G ToB智慧港口将工业控制和5G网络相结合，利用5G低时延、大带宽和高可靠的特点，通过视频回传、远程控制等技术实现港口的智能化。

智慧港口对5G承载网络的典型需求主要包括：

1. 以吊车控制为代表的PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）控制业务，需要网络具备低延时、高可靠的承载能力。其中，一台吊车控制要求端到端时延小于18 ms，带宽为50 Kbit/s到100 Kbit/s，可靠性要求满足99.999%。
2. 以高清摄像头为代表的视频监控类业务，需要网络具备大带宽、较低时延的承载能力。其中，一台高清视频监控需具备30 Mbit/s到200 Mbit/s的带宽提供能力。

针对港口差异化的业务需求，智慧港口应用MTN技术的5G承载网络通过网络切片承载不同类型的业务后，如下图所示。

5G ToB智慧港口承载方案示意图

智慧港口的5G承载网通过MTN技术划分网络切片，提供有针对性的差异化承载服务后，分类建议如下表所示。

• 远程操控类业务，需对5G进行港区定点覆盖，满足其安全和可靠性要求高、时延敏感等要求。可通过专网专用型切片进行独立承载。
• 视频监控类业务，需对5G进行港区全覆盖，带宽较大，时延较为敏感，可靠性要求低于操控类业务，可采用公网专用型切片进行承载。

吊车操控是港口最主要的生产业务，通过5G对吊车进行远程控制，可以大幅度降低人力成本。然而远程操控带来的风险，必须通过低时延的网络来降低，因此吊车操控必须与其他业务通过时隙进行隔离，保证吊车到远程操控台之间的安全隔离及低时延、低抖动等传输性能。

视频监控属于港口较为普遍的管理类业务应用，可以通过VPN方式和其他业务之间进行隔离，不同的VPN业务间可以通过预先设置的业务优先级实现QoS调度，以保证高优先级业务的传输性能。

随着在千行百业的广泛应用，一方面，MTN技术充分体现出高品质、高安全、高灵活的技术优势，能够支撑行业数字化转型；另一方面，MTN技术也将持续发展和完善，满足多样化业务精细化切片、灵活智能等业务需求，逐步迈入MTN 2.0时代。