SPN/MTN:使能5G切片网络
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序三(中文版)

随着越来越多的移动网络业务转向使用IP(互联网协议)作为其网络层,所有的5G无线业务都将通过IP分组承载。基于IP的网络提供的业务更加灵活,可通过分组网的统计复用提升带宽效率。MPLS-TP(多协议标签交换-传送子集)是电信运营商网络中基于IP的最佳分组路由协议。MPLS分组报文通过IEEE 802.3以太网传输,用于其数据链路层和物理层。随着移动业务带宽的增加和骨干网络容量的提升,分组路由技术将面临更多的挑战。MPLS路由要求终结以太网层,以便使用MPLS分组开销和路由表来为每个分组做出转发决定。

相比电路交换时分复用(TDM)技术,MPLS逐包转发处理机制增加了延迟,并且功耗显著提升。随着节点带宽容量的增加,这一点变得越来越重要。一种解决方案是在节点处理中融合采用分组交换技术和TDM交换技术。引入TDM后,网络中同源同宿的用户分组流可以承载于同一TDM通道中,这允许中间节点使用TDM交换,绕过了分组交换。由于整个流是基于其TDM通道进行交换/转发的,因此不需要对每个报文进行逐跳处理。TDM的优点还包括,一个TDM通道中的客户端流量不会影响另一个TDM通道的流量性能。此功能有时也被称为“硬隔离”,以区别于“软隔离”。在软隔离中,IEEE 802.1以太网的扩展用于在以太网分组交换网中模拟这一隔离特性。

由于MPLS-TP网络将以太网作为其底层,因此有必要定义一种适合于以太网技术的新的TDM技术,而不是将现有的TDM技术简单地与以太网的网络管理技术叠加。中国移动(CMCC)率先开创了这项技术。这个技术早期的全称是切片分组网络(SPN),其中的“切片”指的是TDM通道。中国移动联合设备供应商向ITU-T提交了SPN技术并将其标准化。负责这类技术的主要ITU-T小组是SG15的Q11(Q11/15),Q11给出了TDM数字信号格式和速率的定义。

自1984年以来,我一直积极参与电信标准的制定工作。在此期间,我从未看到过一项重大提案在考虑和采纳参与者意见的过程中,一直没有得到显著改善。Q11/15在制定SPN标准时便经历了这一过程。尽管SPN有许多有趣和创新的方面,在Q11/15的讨论中也发现了一些问题和潜在的改进方向。最后,经过大量讨论和努力,Q11/15就一个折中方案达成共识,创建了SPN的增强版本。标准保留了SPN最重要的核心机制,但为了避免混淆,SG15将ITU-T G.8312重新命名为“城域传送网(Metro Transport Network,MTN)”。现在,MTN成为继SDH和OTN之后的新一代传送网技术体系,并支持5G无线网络及其他网络。ITU-T G.83xx标准系列涵盖了MTN的各个方面,以支持5G无线网络及其后续演进,包括如下几项。

◆G.8310(2020):MTN架构。

◆G.8312(2021):MTN接口。

◆G.8321(2022):MTN设备功能特性。

◆G.8331(2022):MTN线性保护。

◆G.8350(2022):MTN管理与控制。

◆G.mtn-sync(2023):MTN同步。

MTN中保留的关键SPN理念(无论是直接保留还是在原来基础上增强)如下。

◆使用TDM提供网络带宽的“硬隔离”切片,而不是基于分组的软隔离。

◆基于光互联论坛(OIF)FlexE协议,提供具有N×5 Gbit/s通道的TDM层。每个FlexE通道承载IEEE 802.3 Clause 82的64B/66B编码的PCS流。

◆引入了64B/66B码块流的TDM交换,以避免进入以太网MAC或MPLS层进行分组交换。

◆采用IEEE 802.3 Clause 82的空闲码块插入/删除机制,将SPN客户端速率适配到FlexE通道。

◆在以太网报文间隙(IPG)中插入特殊控制码块——带内通道层开销,一次插入一个码块,而不是在同一IPG中插入多个码块。控制码块由O代码0xC标识。

◆定义高优先级和低优先级通道开销消息,每个OAM码块包含相关的消息类型信息:

  ◇基本码块以固定间隔发送,使用面向比特的格式携带需要频繁周期性发送的信息(例如,路径错误监控和缺陷状态);

  ◇以单独的消息/码块发送APS信息;

  ◇其他信息(例如,连接性校验、时延测量功能和客户端信号)使用面向消息的格式单独携带,该格式通常分布于多个码块中。

◆重点关注MTN通道层端到端1+1线性保护机制。

MTN相比SPN有以下提升。

◆增强FlexE以创建MTN段层。

  ◇采用任意N×5 Gbit/s通道速率,而不是FlexE支持的有限子集。

  ◇定义要在FlexE开销通道中承载LLDP消息,以便提供MTN节特定开销。

◆修改用于MTN通道开销的SPN码块字节,使其完全符合IEEE 802.3 Clause 82规定的格式。

  ◇允许请求IEEE 802.3保留关联的MTN O代码。

  ◇确保开销码块对现有以太网实现的透明性。

◆支持基于IEEE 802.3 Clause 82规定的速率适配规则,插入通道OAM码块,而不是仅允许通过替换空闲码块的方式插入OAM码块。

◆开销性能确定性设计,包括确定性的开销时延,这也降低了接收器复杂性和缓冲区要求。

◆部分消息编码得到增强,以进一步提高可靠性。

MTN非常关键的一点是,它被定义为对SPN的中间节点是透明的。网络可以通过替换边缘节点而不改变中间节点的方式从SPN过渡到MTN。关于这一点,ITU-T G.Sup.69 “Migration of a pre-standard network to a metro transport network”中有记录。如果新的边缘节点可以与另一侧的SPN或MTN节点互通,那么网络演进将进一步简化。

李晗博士是本书的主要作者,多年来他积极参与ITU-T SG15的工作。我很欣赏他,并且很高兴与他共事。他是MTN标准的主要贡献者之一,也是帮助达成MTN共识的关键人物之一。基于他的渊博知识,本书详细阐述了MTN技术,并介绍了在标准制定过程中发生的许多有趣的故事。我相信读者会从这本书中学到很多东西,并享受这本书!

史蒂夫·戈舍博士

IEEE终身会士,ITU-T Q11/15报告人