面向行业场景的SPN2.0技术特性和应用方案研究

        十四五是我国重点行业向数字化和智能化转型发展的重要阶段，5G+工业互联网将持续创新发展新应用和新生态，电力、交通和铁路等重点行业也将逐步实现专网升级换代。工信部已发布的《工业互联网创新发展行动计划（2021—2023年）》中，明确提出支持深化“5G+工业互联网”“确定性网络等新技术部署”的行动策略。发展高质量的5G+工业互联网和行业专网，需重点推进三方面工作：一是企业内网升级改造，推动信息技术（IT）网络与生产控制（OT）网络融合，建设多业务安全可靠承载的园区网络；二是开展企业外网建设，推动基础电信企业提供高性能、高可靠、高灵活、高安全的网络服务，探索云网/算网融合、确定性网络、IPv6分段路由（SRv6）等新技术部署；三是在保障数据安全和网络安全的前提下，推动工业企业和工业互联网平台等接入高质量外网，并研究互联互通新机制。

        为了不断满足典型行业场景的承载新需求，中国移动联合中国信通院和我国主流设备商持续推动切片分组网络（SPN）面向行业的技术创新和产业化应用发展，正在电力、交通、煤矿、港口、医疗、工业园区等多个典型行业场景开展应用方案实践，并在2023年1月的工业互联网产业联盟全会上通过了《SPN网络在工业场景的需求及应用研究报告》。

典型行业场景的承载需求分析

        不同行业场景的网络承载需求呈现多样化和差异化的特性。以5G+工业互联和智能电网的典型业务场景为例，表1汇总了5G+超高清视频、5G+远程控制、5G+云化AGV、5G+机器视觉、5G+无人机、5G+云端机器人、5G+AR和5G+VR等八大业务场景和电力业务对通信网络的承载能力特性和指标需求差异。

        总体来看，为了满足不同行业差异化业务需求，承载网需具备以下特性：

        - 硬隔离切片能力：工业领域业务和场景复杂多样，主要包括生产控制类、生产采集/检测类和信息监测管理类等业务；在多业务混传和复杂业务流量流向场景下，需要提供生产类业务的端到端硬隔离切片保障。

        - 电信级高可靠性：工业互联网、智能电网等行业的生产类业务均提出了99.999%及以上的高可靠性网络需求，需提供端到端高可靠的网络保护恢复机制和电信级运维能力。

        - 确定性承载能力：面向工业控制和工业监测等典型场景的确定性需求，需重点研究如何构建端到端确定性网络，并推动广域异构网络的确定性承载技术创新和产业发展。

        - 灵活接入调度能力：工业领域的业务终端和业务类型复杂多样，大量异构终端的网络接口、网络协议和网络通信需求存在差异；保障多样异构终端的大规模接入、协同运行和灵活高效的调度转发成为承载网络需具备的重要特性之一。

        - 多维业务感知能力：业务深度感知和新型ICT技术的应用，将为工业用户的行业数字化转型和高质量发展提供有力的支撑。如何实现与新型ICT技术的深度融合将是通信网络面临的重要挑战。

        - 智能化管控运维能力：网络运维的智能化、便捷化和开放性将大幅提升各类工业互联网业务运行的效率和自主性，并缩短新业务部署的响应时间，使能行业敏捷创新。

SPN2.0的标准化发展和技术特性

        与SPN1.0相比，SPN2.0在多业务综合承载、云网/算网融合、网络覆盖、智能管控运维和低碳节能等能力方面均有显著提升。通过引入支持N×10Mbps细粒度单元（FGU，Fine Granularity Unit）的新型帧结构和交叉技术，扩展了面向行业专线接入和工业园区应用的10GE小型化接入SPN设备类型，并重点增强了面向5G+垂直行业、政企专线和云网/算网融合业务的综合承载能力。

        面向行业应用场景的差异化承载需求，中国移动自2019年中开始协同探索面向5G+垂直行业和政企客户专线/专网需求的SPN小颗粒技术方案，统一确定了基于N×10Mbps带宽的细粒度单元（FGU）方案，于2021年6月联合发布了《SPN小颗粒技术白皮书》，2021年下半年完成了中国移动相关企标《切片分组网（SPN）细粒度切片技术要求》和《10GE接口细粒度切片技术要求》研制，2022年6月发布SPN2.0技术白皮书和专线产品，正在开展多厂家SPN2.0设备的全面评测和互通验证。目前，工信部已正式发布了三项SPN通信行业标准：YD/T 3826-2021《切片分组网（SPN）总体技术要求》、YD/T 3974-2021《5G网络切片基于切片分组网（SPN）承载的端到端切片对接技术要求》和YD/T 4172-2022《切片分组网（SPN）设备技术要求》；完成了《切片分组网络（SPN）设备测试方法》等三项行标报批，正在研制《切片分组网络（SPN）细粒度承载技术要求》和《切片分组网络（SPN）互通技术要求》等六项行标。

        作为SPN切片通道层的关键技术，MTN（Metro Transport Network）技术已在ITU-T形成了一套体系化的国际标准系列。截止到2023年1月，已发布了MTN架构G.8310、MTN接口G.8312、MTN设备功能G.8321、MTN线性保护G.8331、MTN网络管控G.8350五项国际标准建议和网络演进G.sup.69一项技术报告，MTN同步标准将于2023年完成。在2022年9月的ITU-T SG15全会上，我国成员成功推动立项细粒度MTN（G.fgMTN）标准，标志着MTN扩展细粒度子通道的核心架构和关键技术获得国际标准组织认可。

SPN2.0在行业场景的应用方案研究

SPN2.0在行业场景的应用定位分析

        工业互联网包括工业内网和工业外网两大类网络应用场景。工业内网主要是实现企业内部连接生产、控制等环节的数据，并提供企业日常运行的信息化通信管理。工业内网分为OT网络和IT网络两部分。工业外网主要为实现远程生产控制的通信实体之间提供高可靠和低时延的网络连接。我国基础电信运营商的网络需向满足工业互联网的信息通信网络综合服务提供商发展，不仅提供网络的可信安全、电信级高可靠性和确定性承载能力，还应实现泛在接入、灵活组网、可视化智能管控和SLA服务质量严格保障。

        SPN2.0在工业互联网的应用以工业外网为主，根据不同行业应用场景的需求差异，兼具解决煤炭、港口和工业园区等部分工业内网的应用场景。小型化接入SPN2.0设备可作为工业内网的出口网关设备，实现工业内网和工业外网的有效衔接，包括多业务安全隔离的综合承载、端到端网络切片互通和协同调度、不同行业切片的开放服务能力等。

        SPN2.0具备软硬兼具和层次化的网络切片能力。一是通过N×5Gbps和M×10Mbps两层MTN通道提供类似SDH的VC-4和VC-12的TDM硬隔离通道的确定性承载能力；二是在N×5Gbps的MTN接口或通道内通过分组统计复用、QoS队列优先级调度和SRv6、SR-TP、MPLS-TP等分组隧道实现软隔离的高带宽利用率、差异化承载和灵活调度，具体如图1所示，实现了工业互联网的生产控制、信息管理和互联网接入等多业务类型的高安全隔离、高可靠统一承载和差异化SLA保障，是目前承载网络技术中最具综合竞争力、关键技术和产业链基本自主可控并具有长期发展前景的新一代承载网络技术解决方案。

SPN2.0在5G+智能电网和电力通信专网的应用方案

        基于5G的电力行业虚拟专网具有“超低时延”“海量连接”和“超高带宽”等特性，并且支持采用端到端的硬切片和软切片，分别为电网不同分区业务提供物理资源、虚拟逻辑资源等不同层次的安全隔离能力，实现5G+MEC+切片的配网“三遥”、配网差动保护、配网DTU、分布式能源、输变电侧智能巡检等应用落地，解决智能电网末梢的通信痛点。

        电力5G配网业务主要分为控制和采集两大业务类型。电力网络承载的业务差异性大，安全等级要求各不相同，既有时延抖动、高可靠性的差动保护业务，也有同步精度的配电自动化业务和大带宽的视频会议业务。SPN电力行业切片无线通过PRB资源预留，传输SPN通过MTN大颗粒 5Gbps或10Mbps小颗粒切片部署，UPF采用ToB UPF；电力主站和ToB UPF采用SPN的集客切片100Mbps带宽分组VPN隔离专线来提供保证带宽（见表2）。

        结合业务需求及网络现状，南方电网某公司自2021年开始规划部署基于SPN的新型电力通信网，满足语音视频局域网、综合数据网、2M专线业务等综合承载，具体组网方案如图2所示，支持大带宽组网、硬切片隔离、智能运维以及10Mbps FGU技术。

应用展望

        SPN作为我国运营商、科研机构和网络设备商协同创新的新一代承载网络技术，已成为我国主导承载网络技术标准创新并成功推动产业规模发展的典范，不仅成为国际电信联盟标准化部门（ITU-T）认可的新一代传送网国际标准技术标准体系，而且已在中国移动5G承载网络上实现超34万端的规模部署。

        SPN2.0凭借其特有的TDM时分复用与分组统计复用深度融合创新技术优势，兼具确定性低时延、多粒度交叉、层次化切片和灵活智能感知等网络能力优势，正在智能电网、智慧交通、智能矿山、智慧港口、智慧医疗和智能制造等典型行业场景规模应用推广，逐步成为新一代综合业务承载网络的标杆。