什么是SPN网络？

SPN的网络架构

如图所示，SPN网络基于ITU-T层网络模型对网络架构进行分层建模，分为切片分组层、切片通道层和切片传送层，以及时间/时钟同步平面和管理/控制平面。

• 切片分组层SPL实现对IP、以太、CBR业务的寻址转发和承载管道封装，提供L2VPN、L3VPN、CBR透传等多种业务类型。SPL基于IP/MPLS/802.1Q/物理端口等多种寻址机制进行业务映射，提供对业务的识别、分流、QoS保障处理。
• 切片通道层SCL为网络业务和分片提供端到端通道化硬隔离，通过创新的切片以太网技术，对以太网物理接口、FLexE绑定组实现时隙化处理，提供端到端的基于以太网的虚拟网络连接能力，为多业务承载提供基于L1的低时延、硬隔离的切片通道。基于SE通道的OAM和保护功能，可实现端到端的切片通道层的性能检测和故障恢复能力。
• 切片传送层STL基于IEEE 802.3以太网物理层技术和OIF FlexE技术，实现高效的大带宽传送能力。OIF FlexE以太网物理层包括50GE、100GE、200GE、400GE等新型高速率以太网接口，利用广泛的以太网产业链，支撑低成本大带宽建网，支持单跳80km的主流组网应用。
• 管理/控制平面：具备面向SDN架构的管理、控制能力，提供业务和网络资源的灵活配置服务，并具备自动化和智能化的网络运维能力。
• 时间/时钟同步平面：在核心节点支持部署高精度时钟源，具备基于IEEE 1588v2的高精度时间同步传送能力，满足5G基本业务的同步需求。另外，还需要支撑5G协同业务场景的高精度时间同步。

提供超大带宽传输

随着网络带宽的迅猛增长，承载网亟需新的技术引入以匹配带宽增长的发展需求。而SPN技术之所能够实现超宽，在于将高速以太网接口技术和DWDM多波长技术的融合。

以太网接口是通信领域广泛应用的一种接口技术，得益于互联网的发展，近年来高速率的以太网接口取得了长足进展，以匹配不断发展的业务带宽要求。FlexE技术通过在IEEE802.3的基础上引入了FlexE Shim层实现了MAC和PHY（Physical ，物理）层的解耦，从而实现灵活的多速率接口。FlexE接口可以是50GE、100GE、200GE、400GE等新型高速率以太网接口，能够支撑低成本大带宽建网，较好地满足了大带宽的需求。

高速以太网接口涉及多项关键技术，主要包括：

• FEC（Fast EtherChannel，快速以太通道）：采用成熟的KP4 FEC实现长距离传输。
• PAM4：4电平调制可以在波特率不变的情况下，获得2倍的数据速率，有效的降低光接口的成本。

SPN技术通过FlexE绑定和DWDM多波长技术的融合，实现承载网带宽的灵活扩展和分割。通过FlexE技术实现的多路光接口绑定，可以在低成本的基础上实现高速率的以太网接口。而FlexE捆绑的接口数量，决定了FlexE链路可平滑扩容的最大带宽。例如，通过4个200GE的以太接口绑定，能够实现1个800GE带宽的管道容量。FlexE链路捆绑技术可以在业务无需调整的情况下，实现链路带宽的平滑扩容。其中，设备支持的可绑定到一个FlexE组的接口越多，网络的可扩展性越好。除此以外，FlexE+DWDM不但提供单纤大带宽能力，结合DWDM波道，还可以按需灵活增加平滑扩带宽的能力。

FlexE捆绑技术

实现低时延可靠承载

超低时延的要求是5G业务的重要特点，其中eMBB业务要求端到端时延达到10毫秒，uRLLC业务更是要求端到端时延达到毫秒级，传统的分组网络实现业务报文转发时，需要在出口方向进行队列处理，这样会导致分组网络的时延很高，达到几十μs的级别。而在网络拥塞的情况下，甚至会超过10毫秒，根本无法满足5G时代的低时延业务要求。

FlexE分组切片技术，解决了这一难题。传统的接口调度，基于报文的优先级调度，低优先级长包阻塞高优先级的短包，业务之间会相互影响。FlexE分组切片技术，通过严格的TDM调度机制，替代了原来的逐包发送机制。基于时隙调度，刚性隔离，独占带宽，从而保证通道之间的相互隔离，互不影响，实现业务之间的严格隔离，专网专用，并且保证安全。这里通常讲的FlexE指的是OIF（Optical Internetworking Forum，光互联网论坛）组织定义的，属于接口级切片能力。随着SPN不断发展，SPN支持ITU-T定义的更完善的切片技术G.mtn（包括接口级和通道级两种），则是在FlexE基础上增强了OAM特性和交叉特性。

FlexE分组切片通道化

构建高效灵活切片

随着5G和云时代多样化新业务的涌现，不同的行业、业务或用户对网络提出了各种各样的服务质量要求。而面向综合业务的承载网络覆盖千行百业，很多新兴行业也需要通过网络切片来进行隔离，从而减少业务上线时对整体网络的影响， 降低试错成本。OIF标准组主导的FlexE技术，提供了基于以太网物理接口内进行逻辑分片隔离的机制，但对端到端业务SLA隔离性依然不足。SPN技术架构创新性地提出MTN（Metro Transport Network）通道技术，基于原生以太内核扩展的MTN切片使其兼容IEEE以太网技术体制，同时避免分组报文经过L2/L3层存储、转发过程，提供硬管道隔离、确定性低时延的以太网L1层组网能力。

MTN通道关键技术包括：

• 基于以太网码块的交叉技术：基于64/66 B以太网码流时隙交叉，具有低时延、透明传输、硬隔离等特征。
• 按需端到端OAM技术：基于IEEE 802.3码块扩展，采用IDLE替换原理，实现切片以太网通道OAM和保护功能，支撑端到端的以太网L1组网。
• 以太网业务透明映射技术：通过转码机制，实现对各类业务到切片以太网通道的透明映射和透明传输。

SPN可以同时提供“高可靠硬隔离的硬切片”和“弹性可扩展的软切片”的能力，SPN通过MTN TDM通道实现切片硬隔离，通过以太网包交换通道，实现基于SR的包交换通道，再利用QoS技术实现切片软隔离。硬切片为专线和uRLLC等业务提供低时延和带宽保障，软切片为eMBB等分组业务提供大带宽和差异化SLA服务。

如图所示，切片承载实现方式包括：

• 默认切片通过调整DSCP优先级保障优先通过，适用于切片要求不高的用户。
• 分组+MTN接口切片在共享的TDM切片中，不同的L3VPN切片用户通过VPN隔离，通过CIR配置保障带宽，适用于对切片要求较高的用户。
• MTN通道切片通过一条端到端独享的硬切片通道，提供TDM隔离、超低时延和带宽等各项功能保障，适用于对切片要求很高的客户。

切片承载实现方式

优化SDN集中管理与控制

SPN引入了SDN理念，实现了开放、敏捷、高效的网络运营和运维体系。SPN支持业务部署和运维的自动化能力，能够感知网络状态并进行对网络进行实时自优化能力。如图所示，结合管控析一体化的智能管控平台，SPN正面向智能管控演进。

智能管控平台

在SPN网络中，管控析主要体现在以下方面：

• 管理：SDN控制器与设备分工合作实现了业务自动化部署调优。网络设备配置节点和邻居体label，并以此生成转发表项，然后扩散标签信息，并托管于控制器，自动创建SR Tunnel。控制器通过收集路由拓扑和各个节点和邻接体的label，基于全局进行路径计算，然后下发SR标签栈给首节点。网络设备接收控制器标签栈信息，并封装报文和进行转发。
  
  SDN控制器与设备分工图
• 控制：SR-TP重路由技术解决网络多点故障问题，实现业务永久在线，实现灵活可靠的连接。以前，工作路径和保护路径都是线性路径。如果工作路径和保护路径上均存在故障点，则业务会发生中断，一旦发生业务中断，则需要快速定位抢修，维护成本高，而抢修过程也是需要手工调整路由，效率比较低下。NCE为SR-TP隧道提供实时路径控制能力，包括SR-TP隧道路径计算和故障保护过程中重路由的功能，如果工作路径和保护路径两处均存在故障，能够触发控制面重路由，可以计算出新的逃生路径，使得业务恢复性达到亚秒级别，实现业务永久在线。更多SR-TP的技术请参考词条：SR-TP隧道。
• 分析：传统的TP OAM带外测量，有间接和直接两种方式。间接测量采用模拟数据流的方式，并非真实的业务数据，路径可能与真实的业务不一致。直接测量则是将测量报文插入业务流，基于管道进行检测，但是缺乏业务级别的检测，间隔发包，精度比较低。两种方式的检测都均在缺陷，而IFIT（In-situ Flow Information Telemetry，随流检测）方式，能够直接检测报文，真实反映路径和时延信息。也可以对每个报文进行逐个检测，精确捕获细微丢包，从而实现业务级SLA精准可视。

智慧矿山业务

随着煤矿行业的不断智能化，煤矿网络性能的要求也越来越高。煤矿井下多网林立，远程监控、远程操作等生产业务间需要硬隔离，以保障每项业务的独立带宽。井下环境的特殊导致设备维护较为困难，井下网络需要具有高可靠性，否则网络出现故障，需要运维人员下井插拔接口进行逐一排查，严重影响煤矿作业生产效率。同时，井下多张网络同时运行，维护点众多，网络建设成本高昂，网络带宽不足以支撑井下高清摄像头的规模部署。为此，SPN采用固移融合的智能切片解决方案，保障煤矿网络的高速率、低时延、高可靠的要求。

• 井下部署设备50GE组接入环，50GE链路上FlexE切片，构筑超宽基础网络。
• 地面矿区核心SPN设备通过不同接口分别与核心网和各系统平台对接，MEC（Multi-access Edge Computing，多接入边缘计算）机房部署矿区核心SPN设备，分别用不同的物理接口与MEC、安监系统、远程控制系统、视频监控系统UNI（User-network Interface，用户-网络接口）对接。
• MEC同机房部署1对SPN设备（矿区核心1、矿区核心2）作为对接MEC的落地设备，同时挂接地面上的接入环以及井下的接入环，兼做城域SPN承载网的普通汇聚节点。
• 基站BBU（Baseband Unit，基带单元）与SPN设备同机房部署，节省机房投资。

智能矿山解决方案

井下监控、AI智能识别、井下视频通信、井下远程控制类业务，无论是有线通信还是无线通信，均可以通过SPN网络承载，实现固移融合的智能切片。

• 有线业务和无线业务能够使用同一链路的不同切片进行承载，且切片之间硬隔离，保障有线接入业务和无线接入业务相互隔离、互不影响。
• 视频监控系统、远程控制系统、安全监测系统分别通过不同的切片管道，硬隔离承载。任意一个切片流量如果突发拥塞，不会影响其他切片内的业务。
• 网络切片的带宽可以实现动态扩容缩容，同时不影响已经承载的业务。

固移融合的智能切片示意图

SR优化重路由，能够确保业务永久在线。NCE为SR-TP隧道提供实时路径控制能力，包括SR-TP隧道路径计算和故障保护过程中重路由功能。同时出现多点故障时，触发控制面重路由可计算出新的逃生路径，倒换性能达到秒级，业务快速自愈。

重路由快速自愈

超清视频业务

如今，大视频时代已然到来，4K、8K、VR/AR等超高清视频技术的发展，对网络质量的要求变得更高。运营商具有天然的网络优势，能够提供比互联网OTT（Over the Top）质量更高，体验更好的视频服务。传统的网络架构满足的业务以HSI（High Speed Internet，高速上网）业务为主，其特点是：大带宽、低并发、时延要求低。而大视频业务的特点是：高带宽、高并发、低丢包率、低时延。这就给运营商带来了带宽和时延方面的挑战。

SPN通过FlexE硬管道划分网络切片，各网络切片承载对应的业务，相互隔离、互不影响。为了避免网络拥塞造成IPTV业务性能下降，可以通过单独的网络切片承载IPTV业务，从而与普通的上网业务进行隔离，提供区别于OTT业务的差异化服务体验。SPN在超高清视频业务的应用如下图所示。同时，还可以通过IFIT随流检测技术，对视频流量进行性能监控，包括：时延、带宽、抖动等指标。并定期进行统计分析，对网络做出相应调整，以保证业务质量。

SPN在超高清视频业务的应用