SPN小颗粒技术白皮书 2021年6月 中国移动通信研究院基础网络技术研究所 中国信息通信研究院 中国电力科学研究院有限公司 华为技术有限公司 中兴通讯股份有限公司 烽火通信科技股份有限公司 Broadcom Inc. 苏州盛科通信股份有限公司 安徽皖通邮电股份有限公司 北京格林威尔科技发展有限公司 重庆奥普泰通信技术有限公司 杭州初灵信息技术股份有限公司 江西山水光电科技股份有限公司 瑞斯康达科技发展股份有限公司 上海欣诺通信技术股份公司 浙江亿邦通信有限公司 联合发布 CONTENTS 目录 1 引言 . 01 2 小颗粒业务应用场景和需求分析 . 02 2.1 5G+垂直行业的小颗粒典型应用场景 . 02 2.1.1 5G+智能电网 . 02 2.1.2 5G+智慧港口 . 03 2.1.3 5G+智慧医疗 . 04 2.1.4 5G+智慧铁路 . 05 2.1.5 5G+垂直行业承载需求总结 . 06 2.2 专线业务的小颗粒典型应用场景 . 07 2.2.1 政务专线业务 . 08 2.2.2 金融专线业务 . 09 2.2.3 大企业专线业务 . 10 2.2.4 需求总结 . 10 2.3 5G承载技术对新业务的满足度分析 . 11 3 SPN小颗粒技术的目标和愿景 . 12 4 SPN小颗粒技术架构. 13 5 SPN小颗粒技术方案. 14 5.1 SPN小颗粒技术的时隙复用和隔离方案 . 14 5.1.1 FGU设计理念 . 14 5.1.2 FGU帧结构及时隙 . 14 5.2 SPN小颗粒技术的OAM方案 . 16 5.2.1 SPN小颗粒技术OAM的设计理念 . 16 5.2.2 FGU端到端OAM功能和机制 . 17 5.3 SPN小颗粒技术的带宽无损调整方案 . 18 5.3.1 SPN小颗粒技术带宽无损调整的设计理念 . 18 5.3.2 FGU带宽无损调整原理 . 19 5.4 SPN小颗粒技术的时隙分配方案 . 20 5.4.1 SPN小颗粒技术时隙分配的设计理念 . 20 5.4.2 FGU时隙分配机制 . 20 6 SPN小颗粒技术的网络应用展望 . 21 6.1 5G+垂直行业场景应用部署方案 . 21 6.1.1 5G+智能电网场景应用部署方案 . 21 6.1.2 5G+智慧港口场景应用部署方案 . 22 6.2 政企专线场景应用部署方案 . 23 01 | 中国移动SPN小颗粒技术白皮书 引言 01 引言 在“新基建”背景下，5G作为一项通用型技术，将推 动世界数字经济迈入新阶段。中国移动经过一年多的 5G网络建设，5G商用网络已基本覆盖全国地市及以上 城市。 5G与垂直行业的融合创新，进一步推动物联网、大数据、 人工智能、云计算等信息技术手段与行业服务相结合， 5G+智能电网、5G+工业互联网、5G+智慧交通、5G+ 智慧医疗、5G+智慧城市等行业应用百花齐放，为相关 产业带来巨大的发展机遇。5G+垂直行业应用也逐步从 单一场景向系统化复杂场景发展。行业用户需求的差异 性和应用场景的复杂性带来了大量确定性时延、高安全 性的1Gbps及以下带宽业务的承载需求。 此外，政府、金融、企业也逐步加入到行业数字化转型 的浪潮中，绝大多数政企专线带宽集中在1Gbps以下， 迫切需要运营商打造灵活带宽、多样隔离、高安全、高 可靠的具备核心竞争力的新一代专线产品，为政企客户 提供个性化专线服务，满足不同客户不同业务的需求。 SPN（Slicing Packet Network，切片分组网）是中国移 动面向5G承载提出的创新技术体系，以切片以太网内核 为基础的新一代融合承载网络架构，具备低时延、大带宽、 超高精度同步、灵活管控等技术优势，同时SPN兼容以 太网生态链，具有低成本、易部署等特性。SPN 5Gbps 颗粒硬隔离切片技术很好地满足了5G商用初期的需求， 目前已实现几十万端商用部署，为5G承载和应用打下了 坚实基础。 5G+垂直行业更多复杂应用场景的出现和高价值专线业 务的涌现，带来了大量小带宽、软硬隔离结合、确定性 低时延、高安全和高可靠的承载需求，推动SPN技术突 破5Gbps颗粒度的硬切片单位，向Mbps级别硬隔离切 片平滑演进，以满足5G+垂直行业应用及政企专线的发 展需求。SPN小颗粒技术是SPN发展的必然选择。 SPN小颗粒技术（FGU，Fine Granularity Unit）继承了 SPN高效以太网内核，将细粒度切片技术融入SPN整体 架构，提供了低成本、精细化、硬隔离的小颗粒承载管道。 FGU将硬切片的颗粒度从5Gbps细化为10Mbps，以满 足5G+垂直行业应用和专线业务等场景下小带宽、高隔 离性、高安全性等差异化业务承载需求。SPN承载网络 的小颗粒切片能力将成为助力5G+垂直行业及政企专线 应用部署的关键力量。 本白皮书重点分析了5G+垂直行业及政企专线等典型应 用场景对高隔离、高安全性的小颗粒业务需求，深入剖 析了FGU技术架构和技术方案，展现了FGU端到端灵 活带宽、确定性低时延、带宽无损调整及高可靠高安全 等技术特点。 | 02 中国移动SPN小颗粒技术白皮书 小颗粒业务应用场景和需求分析 02 小颗粒业务应用场景和需求分析 2.1 5G+垂直行业的小颗粒典型应用场景 随着5G网络部署的持续推进，5G与垂直行业的融合创 新不断涌现。运营商与行业用户联手，对5G+智能电网、 5G+工业互联网、5G+智慧交通、5G+智慧教育、5G+ 智慧城市等5G行业应用场景展开持续深入地探索，探索 内容由浅到深，探索成果层出不穷，整体呈现由示范类 简单场景向系统化复杂场景的发展态势。 本白皮书重点分析了5G+智能电网、5G+智慧港口、 5G+智慧医疗和5G+智慧铁路等典型应用场景中对小颗 粒业务的承载需求。 2.1.1 5G+智能电网 电力通信网是支撑智能电网发展的重要基础设施，保证 了各类电力业务的安全性、实时性、准确性和可靠性。 对应发电、输电、变电的电力通信网称为骨干通信网， 在中国已实现光纤专网的全面覆盖；对应配电及用电的 电力通信网称为终端接入网，具有点多面广、全程全域 全覆盖的特征。而传统光纤专网的建设成本高、业务开 通时间长，在桥梁、高架等特殊地形场景下有较大局限性， 无法满足广域的泛在接入需求，这就导致了目前仍存在 相当大的覆盖盲区；同时变电站机器人巡检、输配电线 路无人机巡检等移动性场景也对无线通信提出了刚需， 因此智能配、用电网亟需与5G技术结合，实现泛在、灵活、 经济、可靠的连接。 智能电网现有业务主要分为电力生产控制类区、生产 非控制类区、生产信息类区和信息管理类区共四 大类，智能电网典型业务架构示意如图1所示。国家 能源局安全36号文、电力监控系统安全防护总体方 案-36号文和电力监控系统安全防护规定（2014年 14号令）明确规定电网I/II生产大区和III/IV管理大区 业务完全隔离要求。 图1 5G+智能电网典型业务架构示意图 03 | 中国移动SPN小颗粒技术白皮书 生产控制类I区业务主要实现精准负荷控制、准确快 速定位故障点及故障预测，及时恢复供电等能力， 以保证供电高可靠性。其主要业务带宽需求低于 10Mbps，最严格的时延要求为不大于15ms，可靠性 均要求达到99.999%，且有物理隔离和高安全性需求， 属于典型的小带宽、硬隔离、确定性低时延、高可靠性、 高安全性业务。5G+智能电网典型业务关键通信指标 见表1。 表1 5G+智能电网典型业务关键通信指标 应用场景分类场景描述 通信需求 端到端单向时延带宽可靠性 生产控制类I区 分布式配电自动化15ms 2Mbps10Mbps 99.999% 集中式配电自动化（终端到主站）50ms2Mbps 99.999% 配电PMU 50ms 10Mbps 99.999% 精准负荷控制50ms 10kbps2Mbps 99.999% 生产非控制类II区用电信息采集/高级计量 低压集抄3s 精准费控200ms 1Mbps2Mbps 99.9% 生产信息类III区 变电站巡检机器人 200ms 4Mbps10Mbps 99.9% 输电线路无人机巡检 配电房视频综合监控 移动现场施工作业管控 应急现场自组网综合应用 2.1.2 5G+智慧港口 随着全球化进程的深入推进，国内外港口的业务量激增， 与此同时，劳动力成本攀升、劳动强度大、工作环境恶劣、 人力短缺等也已成为全球港口共同面临的难题，如何降 本增效成为了全球港口需要共同思考的问题。越来越多 的集装箱港口决定采用以5G为基础的更高水平的自动 化、智能化技术来提高港口资源运转效率，确保竞争优势。 龙门吊/桥吊远程控制和AGV（automated guided vehicle） /IGV（intelligent guided vehicle）集卡跨运车远程控制 是5G+智慧港口典型场景中的两个典型应用。5G+智慧 港口典型业务架构如图2所示。 图2 5G+智慧港口典型业务架构示意图 小颗粒业务应用场景和需求分析 | 04 中国移动SPN小颗粒技术白皮书 表2 5G+智慧港口典型业务关键通信指标 应用场景分类场景描述 通信需求 端到端单向时延带宽可靠性 吊车/吊桥 远程操作场景 起重机远程操作（控制部分）18ms 50kbps100kbps 99.999% 起重机远程操作（视频部分）50ms 30Mbps200Mbps 99.9% 集卡远程驾驶场景 集卡远程驾驶（控制部分）20ms 50kbps100kbps 99.999% 集卡远程驾驶（视频部分）50ms 10Mbps20Mbps 99.9% 龙门吊/桥吊远程控制主要涉及吊车精准移动、抓举集 装箱等操作，AGV（automated guided vehicle）/IGV （intelligent guided vehicle）集卡跨运车远程控制主要 实现排障等功能。这类业务对带宽和时延要求较小，带 宽均小于100kbps，端到端单向时延要求小于18ms，但 对可靠性和安全性都要求很高，以避免出现安全事故， 是典型的小带宽、确定性低时延、高可靠、高安全业务 场景。5G+智慧港口典型业务关键通信指标见表2。 2.1.3 5G+智慧医疗 智慧医疗是智慧城市战略规划中一项重要的民生领域应 用，其建设应用是大势所趋。5G在医疗健康的应用场景 主要涉及远程医疗操纵、远程医疗监护、远程实时会诊 和指导和智慧院区管理等。5G+智慧医疗典型业务架构 如图3所示。 远程医疗操纵类业务主要涉及远程超声、远程内镜、远 程急救甚至远程手术等，对实时性和安全性要求高。这 类业务带宽需求一般不大于20Mbps，最严格的端到端 单向时延要求为小于20ms，且对可靠性和安全性要求较 高，以此来保证不会因通信原因出现手术、急救等场景 的医疗事故，呈现了典型了小带宽、确定性低时延、高 可靠、高安全的业务特点。5G+智慧医疗典型业务关键 通信指标见表3。 图3 5G+智慧医疗典型业务架构示意图 小颗粒业务应用场景和需求分析 05 | 中国移动SPN小颗粒技术白皮书 表3 5G+智慧医疗典型业务关键通信指标 应用场景分类场景描述整体需求描述 通信需求 端到端单向时延带宽可靠性 远程操控类 远程B超 操作控制信息、高分辨率 医学影像、医患通信语音 与视频 100ms 20Mbps 99.99% 远程急救 救护车医疗信息、车与急 救中心互动视频 50ms 20Mbps 99.99% 远程手术 操作控制信息、高手术台 监控视频、会诊互动视频 20ms 3Mbps20Mbps 99.999% 远程医疗 监测类 无线监护生命体征监护和危急报警200ms 200kbps 99.9% 位置定位患者位置定位200ms 100kbps 99.9% 远程会诊 和指导类 远程诊断、远程会诊、 手术示教、移动查房等 影像诊断结果、生化血液 分析结果、电子病历 200ms 20Mbps30Mbps 99.9% 图4 5G+智慧铁路典型业务架构示意图 2.1.4 5G+智慧铁路 目前铁路采用GSM-R系统支撑了高速铁路、重载铁路、 高原铁路的调度指挥、列控、重载列车同步操控等多项 安全运用。近年来，随着通信技术的快速演进和升级换代， 5G-R将替代GSM-R成为下一代铁路专用无线通信技术 满足智能铁路等新的建设要求。 铁路专用无线通信技术主要为列车提供调度通信和运行 控制等行车安全业务的无线承载，为铁路移动应用提供 可靠的高速车地无线通信。铁路无线通信业务一般分为 无线调度语音业务、无线数据业务、无线视频业务3类。 5G+智慧铁路疗典型业务架构如图4所示。 小颗粒业务应用场景和需求分析 | 06 中国移动SPN小颗粒技术白皮书 无线调度语音业务和无线数据业务均属于列控/列调类业 务，主要实现调度员、司机、行车保障人员、行车指挥 人员之间的基本通话、群组通话、优先级通话、承载行 车类安全应用业务等，涉及行车安全，对于通信的可靠 性和安全性有很高要求，是铁路专用无线通信的核心业 表4 5G+智慧铁路典型业务关键通信指标 应用场景分类场景描述整体需求描述 通信需求 端到端单向时延带宽可靠性 列车控制类 列控数据 CTCS-3列车控制信息、 车车通信 100ms 10kbps200kbps 99.999% 列调业务 列车调度视频、语音、群 呼等 100ms 3Mbps20Mbps 99.99% 监控 检测 物联感知 车载监测、轨道物联、站 场物联 100ms 50kbps100kbps 99.9% 视频监控 轨旁视频、站点视频监控、 桥梁视频监控，危险路段 视频监控等 100ms 10Mbps20Mbps 99.9% 运营 维护 养护维修通信 故障诊断信息、列车运行 信息、软件升级维护 200ms 2Mbps10Mbps 99% 务。该类业务带宽需求较小，不大于20Mbps，端到端单 向时延要求较低，小于100ms，可靠性和安全性要求高， 是典型的小带宽、确定性低时延、高可靠、高安全业务。 5G+智慧铁路典型业务关键通信指标见表4。 2.1.5 5G+垂直行业承载需求总结 5G+垂直行业典型应用场景逐渐显现出100M以下小带 宽、确定性低时延、高可靠性、高安全隔离等方面的特点， 其中行业控制类业务呈现出10Mbps级小颗粒硬管道隔 离和确定性低时延的承载需求，而对于实时性、可靠性 要求不高的业务，可采用软隔离的方式共享网络资源， 提高系统利用率。承载网需同时具备硬管道和弹性管道 功能，根据不同业务对可靠性、安全、时延等不同需求， 提供软隔离或硬隔离。5G+垂直行业典型应用场景业务 关键通信指标总结见表5。 小颗粒业务应用场景和需求分析 07 | 中国移动SPN小颗粒技术白皮书 表5 5G+垂直行业典型应用场景业务关键通信指标总结 垂直行业应用场景 通信性能指标 5G业务类型 端到端确定性低时延带宽可靠性 5G+智慧电网 分布式配电自动化15ms 2Mbps10Mbps 99.999% uRLLC 集中式配电自动化（终端到主站）50ms2Mbps 99.999% uRLLC 配电PMU 50ms 10Mbps 99.999% uRLLC 精准负荷控制50ms 10kbps2Mbps 99.999% uRLLC 5G+智慧港口 吊车/吊桥远程控制场景（控制业务）18ms 50kbps100kbps 99.999% uRLLC 集卡远程驾驶（控制类业务）20ms 50kbps100kbps 99.999% uRLLC 5G+智慧医疗 远程B超100ms 20Mbps 99.99% uRLLC 远程急救50ms 20Mbps 99.99% uRLLC 远程手术20ms 3Mbps20Mbps 99.999% uRLLC 5G+智慧列控数据100ms 10kbps200kbps 99.999% uRLLC 铁路列调业务100ms 3Mbps20Mbps 99.99% uRLLC 2.2 专线业务的小颗粒典型应用场景 政府、金融、企业等已逐步加入到行业数字化转型的浪 潮中，对网络提出更灵活带宽、更低时延、更高可靠、 更强安全、更快服务、云网一体的需求，呼唤运营商围 绕带宽、隔离性、时延、可靠性、安全性等维度，打造 具备核心竞争力的新一代专线产品，以精准匹配其新需 求，为政企客户提供个性化专线服务。 专线业务是运营商重要收入来源之一，20182020年国 内三大运营商的专线总收入分别约为410亿、486亿和 590亿，每年呈现约20%的增长幅度，如图5所示。 专线业务对不同带宽的需求量具有明显特点，如图6 （a）（c）所示，在某运营商省公司分别截止2018年、 2019年和2020年已发展的专线业务中，20Mbps以下 带宽专线数量最大，占专线总条数一半以上，最多时超 过80%；而100Mbps500Mbps带宽专线增长最快， 2018年到2020年，占比增长近两倍。预计2021年和 0 100 200 300 400 500 600 2018 2019 2020 18% 21% 亿元 图5 国内三大运营商专线收入总和 2022年，该运营商省公司20Mbps以下带宽仍会平稳增 长，占比保持在一半以上，100Mbps500Mbps带宽专 线则仍将保持高速增长。由此可见，500Mbps及以下小 颗粒带宽是现在及未来专线业务的长期主流带宽需求。 小颗粒业务应用场景和需求分析 | 08 中国移动SPN小颗粒技术白皮书 在专线业务中，政务网业务、金融业务、企业核心业务 对个人、企业甚至国家都有不同寻常的意义，这三类业 务对隔离性、安全性和可靠性都有很高的要求，其中金 融业务对时延的要求更为严格。本白皮书重点分析了政 务专线、金融专线、大企业专线等典型应用场景中对小 颗粒业务的承载需求。 2.2.1 政务专线业务 严格的物理隔离以保障数据安全是政务业务对承载网络 的核心需求，政务业务数据的泄露将严重影响个人、企 业乃至国家的发展与安全。国家电子政务网络技术和 运行管理规范（GB/T21061-2007）和国家电子政务 外网安全等级保护实施指南（GW0104-2014）均明确 要求国家电子政务网应采用MSTP或SDH技术。 SDH/MSTP为2G时代的承载技术，SDH/MSTP设备在 各运营商网络中均处于退网状态；面向5G，运营商需要 提供能够与SDH/MSTP一样能够实现严格物理隔离、适 合小带宽业务承载的新一代承载技术。 按照国家的统一部署，政务网在带宽提速的同时，也将 进行集中化和云化的融合演进，比如原来的税务专网、 社保专网、审计专网等多张独立网络在未来将融合为一 张物理网络。政务云间、云与业务接入点之间需要提供 灵活带宽、低时延、高可靠、物理隔离的传输通道。政 务网典型业务架构如图7所示。 82.1% 7.7% 3.1% 4.7% 0.7% 1.8% 2018 20M以下带宽 20M-50M带宽 50M-100M带宽 100M-500M带宽 500M-1GM带宽 1G及以上带宽 图6（a） 某运营商省公司截止2018年 已发展各类带宽专线业务占比 66.3% 10.0% 6.9% 12.5% 1.7% 2.6% 2020 20M以下带宽 20M-50M带宽 50M-100M带宽 100M-500M带宽 500M-1GM带宽 1G及以上带宽 图6（c） 某运营商省公司截止2020年 已发展各类带宽专线业务占比 77.8% 8.0% 4.1% 7.0% 1.0% 2.1% 2019 20M以下带宽 20M-50M带宽 50M-100M带宽 100M-500M带宽 500M-1GM带宽 1G及以上带宽 图6（b） 某运营商省公司截止2019年 已发展各类带宽专线业务占比 图7 政务网典型业务架构示意图 省统一政务云 税务审计社保 本地政务云 本地政务云 省中心 地级市 县/区 乡镇 承载网 核心 承载网 汇聚 承载网 接入 税务/审计. 税务/审计. 税务/审计. 小颗粒业务应用场景和需求分析 09 | 中国移动SPN小颗粒技术白皮书 政务专线与其他业务专线应实现物理隔离，带宽以 1Gbps及以下为主，1Gbps以上为辅。以某省政务网为例， 乡镇到县区的带宽需求约为100Mbps，县区到地市的带 宽需求约为1Gbps，地市到省的带宽需求约为2Gbps。 因此，对于带宽需求不大，但安全和可靠性要求较高的 政务专线业务，可考虑采用小带宽硬管道承载。 政务专线对承载通道的需求如下： 政务网不同业务间要求严格硬隔离； 总带宽（硬管道）10Mbps 2Gbps； 端到端单向时延10ms20ms； 可靠性99.99%; 呈现小颗粒需求特征。 2.2.2 金融专线业务 高安全高可靠是金融行业对承载网络的最基本、最核心 需求，金融业务数据与个人、企业和国家紧密相关，一 旦发生泄露，后果不堪设想。中国银联银行卡联网联 合技术规范V2.1对银联网络的基本架构及接入方式做 了明确的规定，要求直接接入机构（商业银行总行）和 间接接入机构（商业银行分行）采用运营商的SDH或 MSTP线路接入银联网络，如图8所示。 鉴于SDH/MSTP设备已逐步退网，因此运营商需要提供 能够与SDH/MSTP一样能够实现金融业务与其他业务严 格物理隔离的新一代承载技术。 接专线、以及省行到总行的专线等，如图9所示。 金融业务主要包括生产交易、办公、银行网点安防监控 等，生产交易类业务带宽不大，但对网络安全性要求极 高，应严格硬隔离。随着人脸识别等视频相关技术的引 入，生产交易类业务带宽需求从2Mbps4Mbps逐步提 升至20Mbps40Mbps，对专线带宽无损调整提出了一 定的需求。为满足金融业务高安全、高可靠、及时性、 灵活带宽等需求，承载网应提供符合金融专线带宽特征 的具备物理隔离、确定性低时延、高可靠及带宽无损调 整能力的新一代承载技术，以充分保障金融业务的带宽 和SLA，确保实时交易及数据安全。 与此同时，随着金融网络向云化和扁平化演进，跨区、 跨市的金融业务连接数量激增，需要承载网提供更多的 具备硬隔离、超低时延、灵活带宽能力的连接管道。 图8 不同机构接入银联网络的对比示意图 对于金融机构内部专线，一般包含网点支行到分行本地 专线、网点支行到省行的跨地市专线、行业云的连 图9 金融网典型业务架构示意图 金融专线对承载通道的需求如下： 金融专线生产交易类业务要求严格硬隔离； 总带宽100Mbps 10Gbps；生产交易类业务带宽(硬 管道)：2Mbps40Mbps； 端到端单向时延10ms； 可靠性99.99%； 带宽无损可调； 呈现小颗粒需求特征。 小颗粒业务应用场景和需求分析 | 10 中国移动SPN小颗粒技术白皮书 2.2.3 大企业专线业务 大企业专线客户主要指大型国有企业、跨国企业及大型 互联网企业等，是运营商最重要的客户之一。大企业专 线客户的业务种类较多，部分业务对安全性要求很高， 需要高品质专线承载，以满足其严格物理隔离的需求。 大企业的业务主要分为云业务、语音/视频、办公、生 产等。其中生产类业务是企业的核心业务，对网络承 载的安全性、隔离性要求较高，带宽一般从2Mbps到 100Mbps。随着企业大量应用上云，企业涉及生产方面 的上云应用也快速增长，其对业务的隔离性、时延、可 靠性等同样有较高的要求。大企业专线典型业务架构如 图10所示。 大企业专线业务对网络有如下需求： 生产类核心业务要求严格硬隔离； 总带宽100Mbps10Gbps；生产类业务带宽(硬管道) 2Mbps 100Mbps； 端到端单向时延10ms100ms； 可靠性99.99%； 呈现小颗粒需求特征。 图10 大企业专线典型业务架构示意图 场景隔离性带宽单向时延可靠性带宽无损调整 政务业务硬隔离硬管道带宽：10Mbps2Gbps 10ms20ms99.99%否 金融业务硬隔离 总带宽：100Mbps10Gbps 硬管道带宽：2Mbps100Mbps 10ms99.99%是 大企业业务硬隔离 总带宽：100Mbps10Gbps 硬管道带宽：2Mbps100Mbps 10ms100ms99.9%否 2.2.4 需求总结 综上所述，政务专线业务、金融专线业务和部分大企业 专线业务均有与其他业务严格物理隔离的需求，同时， 政务专线内各专网业务、金融专线中的生产交易类业务、 部分大企业专线中的生产类业务带宽需求小于1Gbps， 且有硬隔离需求，同时，金融专线的生产交易类业务对 时延有较高要求，如表6所示。 表6 专线典型应用场景业务关键通信指标总结 小颗粒业务应用场景和需求分析 11 | 中国移动SPN小颗粒技术白皮书 2.3 5G承载技术对新业务的满足度分析 5G承载网络是面向5G回传、政企专线和上云专线等业 务的综合承载网络。5G承载网络通过多种网络切片技术， 满足各类业务对SLA承载、业务安全隔离和可靠性的不 同需求，真正实现5G承载网络的“一网多用”，提高网 络基础设施经济效益。 切片技术 能力指标 隔离机制安全隔离性单跳时延单跳抖动切片带宽 VPN+QoS软切片分组标识和队列隔离中20us50us 100usms量级灵活可配置 MTN接口硬切片接口时隙隔离较高20us50us 10us量级N*5G MTN交叉硬切片端到端时隙隔离高3us10us 1us量级N*5G 表7 现有5G承载切片技术能力指标 注：表中单跳时延为未拥塞下的P节点数据；单跳抖动为切片间拥塞切片内不拥塞时高优先业务的P节点数据。 VPN+QoS软切片技术采用逐跳存储查表转发技术， 引入的转发时延及抖动过大，无法对不同业务数据实 现物理隔离，较难满足5G uRLLC和政企、金融等专 线业务对时延、抖动、安全隔离等方面的要求。 MTN接口硬切片技术仅能提供接口级别的物理隔离， 用户数据在网络节点上仍然保持存储转发方式，端到 端的转发时延、抖动和数据隔离等方面与软切片技术 没有本质区别。 MTN交叉硬切片技术能够提供端到端物理隔离，硬 切片粒度仅能为5Gbps，带宽大且单一，无法精准匹 配业务的小带宽需求，造成网络承载效率低下。 综上所述，当前亟需一种支持细粒度灵活带宽、端到端 硬切片的5G承载技术，以提供高SLA保障和安全隔离 能力，精准匹配5G+垂直行业和高品质专线业务的物理 隔离、确定性低时延、灵活带宽需求。5G承载技术对新 业务满足度分析如图11所示。 图11 5G承载技术对新业务满足度分析 小颗粒业务应用场景和需求分析 当前5G承载切片技术主要有VPN+QoS软切片、MTN 接口硬切片和MTN交叉硬切片三种，依据业务对安全隔 离、传输性能和灵活规模部署的诉求，三种切片技术能 力指标如表7所示： | 12 中国移动SPN小颗粒技术白皮书 03 SPN小颗粒技术的目标和愿景 SPN小颗粒技术（FGU，Fine Granularity Unit）聚焦构 建端到端高效、无损、柔性带宽、灵活可靠的通道和承 载方式，将硬切片的颗粒度从5Gbps细化为10Mbps， 以满足5G+垂直行业应用和专线业务等场景中小带宽、 高隔离性、高安全性等差异化业务承载需求。 FGU具备的特征和能力包括： 带宽精细化，高效匹配各类型业务带宽需求 带宽颗粒度为10Mbps，实现灵活的任意N*10Mbps带 宽分配。对于Mbps级别到Gbps级别的各类型业务带宽 需求，均可以匹配和高效承载。 严格TDM刚性隔离，确定时隙分配 小颗粒通道通过独享确定的时隙保证严格TDM特性，通 道任一节点的出端口和入端口时隙通过管控层提前分配 并固定。 SPN小颗粒技术的目标和愿景 低时延和低抖动特性 P节点TDM时隙交叉，不感知小颗粒业务报文信息，保 证确定性低时延。小颗粒业务独占TDM通道时隙资源， 抖动远小于1us。 每一条小颗粒通道提供独立和完善的OAM能力 OAM码块随路插入每一条小颗粒通道，提供该通道的连 通性检测、故障和性能监测能力，保证50ms以内的保 护倒换。 在线通道带宽无损调整能力 支持在用户业务正常传输时对小颗粒硬管道进行增大或 者减小的无损带宽调整，带宽和时隙资源分配更加灵活。 13 | 中国移动SPN小颗粒技术白皮书 04 SPN小颗粒技术架构 SPN小颗粒技术继承了SPN的高效以太网内核，通过 层次化设计，将细粒度切片技术融入SPN整体架构，提 供了低成本、精细化、硬隔离的小颗粒承载管道。结合 SDN集中管控，从而实现开放、敏捷、精细化的网络运营。 支持小颗粒技术的SPN架构如图12所示，包括切片分 组层（SPL）、切片通道层（SCL）、切片传送层（STL）， 以及频率/时间同步模块和SDN管控一体模块。 10GE以太网物理层接口。10GE以太网物理层将应 用于CPE场景中，直接承载FGU层，实现SPN技术 应用进一步下沉，SPN网络范围进一步拓展。 SPN小颗粒技术不改变现有以太网标准协议栈，重用以 太网物理层协议栈，兼容L2以及L2以上的分组技术， 复用以太网光模块，利用广泛的以太网产业链。如图13 所示，描述了FGU与以太网协议栈的关系。 SPN小颗粒技术架构 图12 支持小颗粒技术的SPN架构 切片分组层（SPL）：新增小颗粒CBR业务类型。SPL 层提供基于IP/MPLS/SR/802.1Q/物理端口等多种寻址 机制按需灵活组合，完成小颗粒CBR业务映射。原有 IP、以太类业务的寻址转发和管道承载封装方式不改变。 切片通道层（SCL）：新增FGU层，为小颗粒业务提 供端到端的确定性低时延N10Mbps粒度硬切片通 道。FGU层是独立子层，与服务层解耦，可按需灵活 选择承载于MTN通道层或以太网物理层。当FGU层 承载于MTN通道层时，FGU前向兼容现有SPN设备， 继承SPN技术的优势，提供低成本、精细化、硬隔 离的承载管道；当FGU层承载于以太网物理层时， 依靠采用以太网内核的优势，扩大FGU技术使用范 围，将SPN端到端小颗粒专线下沉到CPE设备。 切片传送层（STL）：在原有50GE、100GE、200GE、 400GE等高速以太网物理层接口的基础上，新增 图13 小颗粒技术兼容重用现有以太网协议栈 SR-TP/SR-BE MAC Layer FGU MTN Path Layer MTN Section Layer PMA PMD MEDIUM PCS Lower Part 256B/257B Transcoding Scramble AM FEC L2以上 L2：M AC L1：S CL层网络 L1：PHY L0：Eth ernet Optics 重用以太网物理层底层协议栈：FGU位于以太网物理 编码子层（Physical Coding Sublayer，PCS）之中， 采用符合以太网底层协议栈要求的64/66B编码块， 实现以太网PCS底层、PMA和PMD对FGU不感知， 保障FGU与以太网物理层底层协议栈无缝兼容。 兼容分组技术：FGU继承SPN硬切片不感知、不识 别业务报文数据的特点，不对用户报文数据做任何改 动，支持分组报文在小颗粒硬切片透传，从而实现对 分组技术的兼容。 | 14 中国移动SPN小颗粒技术白皮书 SPN小颗粒技术方案 05 SPN小颗粒技术方案 5.1 SPN小颗粒技术的时隙复用和隔离方案 5.1.1 FGU设计理念 SPN小颗粒技术继承了SPN的高效以太网内核，通过 层次化设计，将细粒度切片技术融入SPN整体架构，在 FGU层提供端到端的小颗粒硬管道。 FGU包含了以下设计理念： 基于TDM机制的硬隔离：FGU采用类似SDH的 TDM机制，以实现不同业务之间的严格硬隔离。通 过定义FGU固定帧结构，每帧包含固定数量与位置 的时隙单元，从而实现对SPN通道层5Gbps颗粒的 时隙划分与复用；业务时隙位置固定，具备业务管道 严格硬隔离能力；确定性转发机制，保障了确定性低 时延、低抖动性能。 高带宽利用率：巧妙设计FGU帧结构，达到高 带宽利用率。FGU复帧包含20个FGU基本帧， 每个FGU基本帧支持24个时隙，每时隙粒度为 10Mbps。5Gbps的SCL通道可承载480个10Mbps 小颗粒时隙，带宽利用率接近97% 。 前向兼容设计：FGU完全兼容现有SPN技术，继承 了SPN的优势，能够与不具备FGU技术的SPN设备 互联互通，实现FGU端到端承载。方便SPN网络平 滑演进到支持FGU技术。 兼容10GE标准以太网：兼容10GE标准以太网，将 端到端FGU专线延伸到CPE设备。 5.1.2 FGU帧结构及时隙 SPN通道层技术已经形成了ITU-T系列标准，ITU-T标 准G.8310（MTN架构）和G.8312（MTN接口）规范了 SPN通道层带宽粒度为5Gbps。FGU对SPN通道层的 5Gbps颗粒做进一步时隙划分及复用，形成带宽粒度为 10Mbps的小颗粒通道。 SPN通道层位于IEEE 802.3的PCS层，采用了IEEE 802.3的PCS 64/66B编码格式。为确保FGU与SPN通 道层兼容，FGU采用了和SPN通道层相同的64/66B编 码格式，将开销和包含多个时隙的净荷编码后封装到固 定长度的S块+D块+T块序列，构成FGU帧结构，如 图14所示。 图14 FGU帧结构 OH S ub- S l o t 1 S ub- S l o t 2 . S ub- S l o t 24 S . D D T 净荷 (payload)开销 (OH) 15 | 中国移动SPN小颗粒技术白皮书 FGU采用TDM机制，以固定周期循环发送FGU帧，而 每帧包含的时隙数量和位置都严格固定，因此每时隙的 发送周期也是确定性的。这种机制实现了对SPN通道层 5Gbps颗粒的时隙划分与复用，小颗粒业务所占用的时 隙位置严格固定，独享时隙资源，不同小颗粒业务之间 互不干扰，严格隔离。而每时隙具有确定性发送周期， 保障了确定性低时延、低抖动性能。 此外，由于FGU采用了和SPN通道层相同的编码格式， 因此FGU与SPN通道层完全兼容，FGU可直接将SPN 通道层作为服务层，透明穿通SPN通道层，SPN通道层 不感知FGU内部信息。 FGU基本单元帧(单帧)具有固定长度，包含1个开始 码块(S0)、195个数据码块(D)和1个结束码块(T7)， 共197个66B码块。FGU单帧的195个数据码块和1个 结束(T7)码块提供了1567（1958+7）字节的数据内容， 包含7字节的开销和1560字节的净荷。其中净荷划分为 相同大小的24个子时隙（Sub-Slot）。来自业务的66B 码块，经过66B到65B压缩后，填充到 Sub-Slot 净荷中。 每个子时隙(Sub-Slot)为65字节，可以承载8个65bit 码块。如图15所示。 为了支持数量更多、粒度更小的时隙通道，同时提高带 宽利用率，方案采用复帧方式对SPN通道层的5Gbps 颗粒进行时隙划分，如图16所示。一个复帧包含20个 FGU基本帧，每个FGU基本帧支持24个时隙，一个 SPN通道层5Gbps颗粒支持480个时隙。 在源端，相邻FGU基本帧之间会插入1个Idle块。FGU 帧在SPN通道层中传输时，可通过增删FGU帧之间的 Idle块实现速率适配。 FGU时隙的速率计算如下： sub-slot 速率 = = 10.101 Mbps 其中 : sub-slot 时隙长度 = 8*65 bit FGU复帧长度 = 20*(FGU基本帧长+Idle块长) = 20*(197*66+66) bit SPN通道速率 = 5000 Mbps 编码压缩率 = 66/65 则， 带宽利用率 = 480*10.101Mbps/5000Mbps 97 % 图15 FGU帧的基本单元与时隙划分 OH (7 bytes） Sub-Slot 1 (65 bytes) Sub-Slot 2 (65 bytes) Sub-Slot 3 (65 bytes) . Sub-Slot23 (65 bytes) Sub-Slot24 (65 bytes) 65b 65b 65b 65b 65b 65b 65b 65b 1 10