前言

纵观传统传输技术的发展，它基本上都是针对特定业务或者特定场景设计的。在20世纪70年代到80年代，陆续出现了准同步数字系列（PDH）、X.25帧中继、综合业务数字网（ISDN）和光纤分布式数据接口（FDDI）等多种网络技术，主要面向语音、文字、数据、图像和视频的承载。直到20世纪90年代，ITU-T发布了SDH系列标准，规范了为不同速率的数字信号传输提供相应等级的信息结构，包括复用方法、映射方法和同步方法等，世界上才有了第一个面向综合业务承载的传输技术国际标准。

随着互联网的发展，网络带宽激增，具有大容量、长距离传输能力的波分复用（WDM）系统成为光层的主流技术。为了有效地弥补WDM系统在性能监控、维护管理、组网能力和互联互通等方面的不足，ITU-T于2000年前后制定了OTN（光传送网络）系列标准。OTN技术可以说是电网络与全光网折中的产物，具有光层和电层的功能，支持客户信号的透明传送、高带宽的复用交换和配置，具有强大的开销和前向纠错（FEC）能力，提供完善的OAM和多种保护功能，支持多层嵌套的串联连接监视（TCM），可以说是第二代传输技术国际标准。值得一提的是，每一代传输技术之间并不是严格意义的演进或替代关系，它们在不同的应用场景下长期共存。

随着移动通信的发展，移动回传成为传输技术演进和竞争的焦点。1G和2G时代主要以语音业务为主，移动回传采用了基于电路交换的SDH技术；3G和4G时代主要以数据业务为主，移动回传网络实现了IP化转型，代表性技术包括IP RAN和分组传送网（PTN）。不同代际移动通信对回传网络的不同要求驱动移动回传技术呈现出代际特征，大体表现为“一代传输，两代无线”的发展规律。5G提出了“赋能千行百业”的发展愿景，并采用切片技术支持eMBB、uRLLC和mMTC三大场景，相应地对5G回传网络提出了大带宽、低时延、网络切片、灵活调度和高精度同步等需求，最直接的挑战就是要求5G回传网络既支持软切片又支持硬切片，从而既满足对IP业务的灵活和高效承载，又满足高等级业务的硬隔离和低时延。单独采用基于分组交换的柔性传输技术或基于TDM的刚性传输技术都难以应对上述挑战，因此迫切需要一种能够结合统计复用和时分复用（TDM）的新技术体系。

中国移动针对5G承载提出了“无损+高效灵活”的SPN技术理念，无损是指TDM刚性管道，高效是指依托以太网芯片和光模块产业生态保证低成本，灵活是指IP灵活路由和统计复用，而SPN体现了依靠切片提供异质化、差异化的以分组业务为主的综合业务承载新模式。在这个过程中，最关键的是如何实现分组与TDM的融合。传统思路一般采用叠加方式，例如POTN/EOTN就是将IP/以太网芯片与OTN芯片集成，从而在一体化设备上提供灵活的分组业务和大管道传输。这种解决方案复杂度高、功耗和成本高、对运维人员技术要求高，因此目前没有得到广泛应用。

中国移动提出了“分组内生TDM”的新思路，即在以太网的物理编码子层（PCS）插入TDM层网络，从而在以太网芯片中新增TDM功能，以实现分组与TDM的无缝融合。要实现“分组内生TDM”，面临三大技术挑战：一是为了兼容以太网的芯片，在实现TDM复用和交叉连接等功能的同时，不能破坏以太网的信号结构，即TDM层网络在以太网的PCS中对上对下是完全独立的；二是为了实现TDM交换，必须引入丰富的开销功能，为了重用以太网的光模块，不能改变信号的速率；三是在PCS引入TDM交换后，实现了以太网介质访问控制（MAC）层与物理层（PHY）的解耦，同时也引入了误码扩散以及如何满足以太网物理层所要求的错误报文平均接收时间（MTTFPA）仍然达到100亿年以上的设计要求的问题。

针对以上三大技术挑战，中国移动提出了三大技术：一是基于以太网64B/66B码块为原子交换单元进行时隙化和容器化，从而在保持以太网信号结构情况下，构建TDM层网络；二是采用OAM码块替换空闲码块构建开销的机制，从而在保持以太网信号速率不变的前提下实现TDM的开销管理功能；三是在以太网物理层为数据流引入误码校验、误码标识和通道误码扩散抑制机制，满足MTTFPA设计要求。这三大技术成为SPN的TDM层网络最基础的机制，后续ITU-T将SPN的TDM层网络定义为城域传送网（MTN），MTN成为第三代传输技术国际标准。

在提出SPN概念和核心技术后，依托国家科技重大专项课题“5G前传及回传接口研发与验证”和IMT-2020/5G承载工作组，国内通信产业利用先发优势，率先联合完成整体技术体系的制定和实验验证，形成了一系列的核心技术，包括基于64B/66B原子码块时隙化和容器化实现TDM交换、基于空闲码块替换的OAM插入机制、OAM单码块构建、基于0x4B+0xC为特征标识的OAM码块、以N×16 kbit/s为准周期的帧结构、64B/66B转置BIP算法、基于E码块的误码抑制机制等。

2017年6月，中国三大电信运营商、中国信息通信研究院、中国通信设备制造企业首次向ITU-T SG15提出5G承载技术立项申请，并在同年10月中间会议期间举办的研讨会上做了5G承载需求和SPN关键技术专题报告，引发了全球传输产业界的热烈讨论。国内外专家经过了一年多的研究和评估，在2018年10月的ITU-T SG15全会上，成功立项MTN接口标准（G.8312），SPN/MTN被ITU-T定位为新一代传送网技术体系。截至2022年11月，SPN/MTN在ITU-T SG15已成功完成7项标准立项，覆盖MTN接口、架构、管理、设备、保护、演进、同步，其中6项标准已正式发布，首次实现了中国的整体原创性技术在ITU-T SG15的国际标准化。

国际标准立项和制定过程从来都不是一帆风顺的，其中既有围绕关键技术机制开展的惊心动魄的斗争，也有双方的精诚协作。我仍然记得在2018年10月ITU-T SG15全会期间，第一周，国内外的专家展开了激烈的辩论，无法达成一致，立项前景非常渺茫。第二周从周二开始，ITU-T SG15主席Stephen J. Trowbridge联合WP3主席Malcolm Betts、Q11课题组正副两位报告人Steve Gorshe、Tom Huber和IEEE 802.3的编辑Pete Anslow，利用中午的时间邀请我去办公室进行讨论。第一天中午，讨论主要针对SPN与IEEE802.3以太网标准的兼容性，他们轮番询问了8个问题，我一一进行了解答；第二天中午，我与ITU-T SG15管理团队继续围绕SPN的设计理念、架构和关键技术展开讨论，集体讨论一直持续到下午会议召开前，最终成功解答了他们关切的所有核心技术问题，ITU-T SG15管理团队同意立项；第三天中午，我们与ITU-T SG15管理团队一起撰写了A.1立项文稿，并确立了SPN/MTN系列国际标准的框架。当我将好消息带给SG15中国代表团时，大家群情振奋，那种喜悦和成就感让人终生难忘！

我仍然记得标准推进过程中的艰难，2020年年中的连续六周，Stephen J. Trowbridge、Malcolm Betts、Steve Gorshe和Tom Huber组成的SG15 SPN/MTN技术评估团队每周与我进行一次线上交流，技术评估团队抛出了基于SPN理念的5种竞争方案。如何在众多的竞争方案中让技术评估团队理解和认可中国方案的技术优势，成为中国标准化专家团队的首要任务。每次与技术评估团队开完线上会议之后，整个中国SPN/MTN技术设计团队就马不停蹄、群策群力地开始对会议的议题深入分析，从理论、仿真、测试各个维度开展工作。正是在这种高频度的思维碰撞中，双方对SPN/MTN整个技术架构、机制机理、方案优劣势等都有了更清晰、更深入的理解。中国代表团总结形成了20条核心技术建议并提交工作组会议，大家逐一分析比较，唇枪舌剑，最终依靠详细的方案分析和严谨的仿真测试数据，让技术评估团队接受了我们的大部分诉求，而我们也接受了技术评估团队提出的合理的技术改进建议。

自此，中国原创性技术SPN正式获得ITU-T SPN/MTN技术评估团队认可，而且ITU-T SG15还首次在其国际标准中引用了CCSA标准。5年多来，SPN标准化团队一直齐心协力，充分发挥了团结和坚韧不拔的精神，核心人员除了几位主编，还包括张德朝、李芳、钟其文、徐丽、刘爱华、陈捷、杨剑、韩震，等等。此外，还有大量后台技术人员有力支撑了标准化前台工作，在此一并表示感谢。

原创性技术成功离不开产业的支持。2017年6月15日晚，在出发去瑞士参加ITU-T SG15全会的前夜，我与胡冰、陶璟和宫晋一直聊到深夜，确定了华为对SPN技术大力支持的态度；胡克文、盖刚、高戟、陈金助、左萌、杨旭、向艳稳、李春荣、刘凯、祁云磊、张峰、陈井凤先后与我们多次交流，确定了华为的自研芯片方案，为SPN的产业化奠定了良好的基础。中兴通讯赵福川带领团队提前布局，将MTN功能规划集成到自研的分组功能网络处理器中，为快速推出SPN全系列产品提供了核心支撑。烽火科技范志文副总裁亲自调集60%的研发资源集中攻关，为完成国家科技重大专项SPN产品原型和后续商用版本的实现做出了重大贡献。同时，SPN整体项目以及本书的编著得到了张同须和杨志强等领导的悉心指导，SPN的国际标准推进工作得到了毛谦主席、朱洪组长、杨晓南总经理和杨晓雅顾问的关心和帮助，在此对他们表示诚挚的感谢。

本书是第一本专门介绍SPN/MTN及其相关知识的图书，凝聚了中国SPN产业的研究成果和经验总结，分为三个部分。

第一部分（第1章）：回顾移动承载网的发展历程，分析5G时代承载网的需求，并介绍SPN技术的设计理念和MTN层网络设计原则等。

第二部分（第2章~第8章）：详细介绍SPN/MTN在移动承载应用场景下如何工作以及应用的关键技术。

第三部分（第9章~第11章）：介绍MTN的设备、应用、发展与展望。

第四部分（附录A~附录E）：既有轻松生动的漫画，又有标准体系的解读，还附有华为设备介绍和推荐阅读资料。

《SPN/MTN：使能5G切片网络》主要涵盖了SPN在MTN层的技术内容，SPN技术和标准还在不断发展中，限于编者编著图书的时间和经验有限，书中难免存在不足之处，敬请读者批评指正。

李晗

2023年3月于北京