5G承載網(wǎng)分段路由技術(shù)研究

陳滿榮

（廣州杰賽科技股份有限公司，廣東廣州，510310）

0 前言

3G/4G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代即將過(guò)去，3G/4G網(wǎng)絡(luò)改變了人民的生活習(xí)慣，人民利用PC和手持終端，享受著技術(shù)帶來(lái)的便利和快捷。隨著2017年5G技術(shù)的持續(xù)推進(jìn)，5G時(shí)代終將徹底改變整個(gè)社會(huì)的需求和生活結(jié)構(gòu)。“萬(wàn)物互聯(lián)” 的時(shí)代，不僅極大提升移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的便捷體驗(yàn)，還將重塑現(xiàn)有的商業(yè)模式，在增強(qiáng)移動(dòng)寬帶(eMBB)、超可靠低時(shí)延通信（uRLLC)和海量物聯(lián)網(wǎng)通信(mMTC) 的三大應(yīng)用場(chǎng)景支撐下，全面提升承載網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。全力構(gòu)建無(wú)線通信與信息技術(shù)的生態(tài)性、智慧性系統(tǒng)，深度融合各行業(yè)，滿足多樣化終端需求，從而構(gòu)建社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)字化的時(shí)代大格局[1]。

1 5G承載網(wǎng)的需求與變化

4G 承載網(wǎng)是采用（Software Defined Network，SDN）架構(gòu)，利用虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)地址空間隔離技術(shù)，快速將控制層和數(shù)據(jù)層進(jìn)行分離，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)化的快速部署和集中控制，同時(shí)把轉(zhuǎn)發(fā)、控制、應(yīng)用實(shí)施網(wǎng)絡(luò)化分層分解，主控器通過(guò)算法生成轉(zhuǎn)發(fā)表后發(fā)送到設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)器，實(shí)現(xiàn)各種報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)，IP網(wǎng)絡(luò)接納網(wǎng)絡(luò)控制層面采用最短路徑方式實(shí)現(xiàn)路由選擇，轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延與流量突發(fā)和緩存設(shè)置相關(guān)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整，有邊界時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)等控制效果不佳，極易引起網(wǎng)路阻塞、流量分布無(wú)規(guī)則，整網(wǎng)效率不高。典型MPLS VPN是基于IP分組傳送網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，申請(qǐng)配置依據(jù)用戶提出的MPLS VPN業(yè)務(wù);運(yùn)營(yíng)商按照網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)規(guī)劃數(shù)據(jù)配置VPN;開通、更改、關(guān)閉VPN業(yè)務(wù)極為不方便[2]。

5G承載網(wǎng)采用(SDN/NFV)軟件定義網(wǎng)絡(luò)和虛擬切片分組技術(shù)，利用以太網(wǎng)內(nèi)核，引入了移動(dòng)邊緣計(jì)算(MEC)，盡量減少時(shí)延與傳輸開銷，從而增強(qiáng)多種業(yè)務(wù)尤其是敏感業(yè)務(wù)的特殊體驗(yàn)，5G回傳網(wǎng)絡(luò)更傾向分層分布式網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)化以及多層網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)、IP、固定比特率等綜合業(yè)務(wù)的承載，如圖1所示的5G切片分層網(wǎng)絡(luò)模型。

圖1 5G網(wǎng)絡(luò)切片分組模型

圖1中，包括切片分組層、切片通道層、切片傳輸層三層架構(gòu)。5G切片分組層提供CBR業(yè)務(wù)和適配，對(duì)L1/L3業(yè)務(wù)尋址、轉(zhuǎn)發(fā)、封裝等進(jìn)行高效、低時(shí)延處理，5G路由主要通過(guò)分段路由(SR )隧道技術(shù)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)業(yè)務(wù)的連接，切片通道層負(fù)責(zé)分組層的L1層低時(shí)延、硬管道、確定性的業(yè)務(wù)連接和網(wǎng)絡(luò)通道。切片傳輸層主要功能是采用靈活以太網(wǎng)( F1exE)、光互聯(lián)網(wǎng)論壇(OIF)、IEEE 802.3以太網(wǎng)等接入技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低成本、大帶寬、光纖化接入及信息傳輸和隔離功能，綜合利用以太網(wǎng)( F1exE)+密集型光波復(fù)用(DWDM)等技術(shù)，滿足遠(yuǎn)距離傳輸和大于等于10 Tbit大容量傳輸需求。5G 移動(dòng)回傳網(wǎng)絡(luò)主要由三層結(jié)構(gòu)（接入層、匯聚層、核心層）構(gòu)成?；貍骶W(wǎng)絡(luò)接入層為基于4級(jí)脈幅調(diào)制( PAM4)和非相干50 GE-100 GE硅光模塊技術(shù)，極大降低大帶寬組網(wǎng)需求的費(fèi)用成本，回傳網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離組網(wǎng)需求則依托光模塊融合DWDM技術(shù)，擴(kuò)充端口容量達(dá)到Tbit級(jí)。同時(shí)，利用以太網(wǎng)( F1exE)物理鏈路捆綁式帶寬平滑擴(kuò)容技術(shù)，實(shí)現(xiàn)5G載網(wǎng)絡(luò)線路側(cè)帶寬的不斷擴(kuò)容[3]。如圖2所示以太網(wǎng)( F1exE)結(jié)構(gòu)。

圖2 FIexE結(jié)構(gòu)

F1exE工作在L1層，F(xiàn)1exE隧道為端到端硬信號(hào)接入及交換技術(shù)，基于時(shí)間片66 bit數(shù)據(jù)塊交換,主要包括F1exE交換、操作、管理、維護(hù)(OAM)、保護(hù)倒換功能。F1exE交換無(wú)需隊(duì)列調(diào)度和對(duì)MAC、IP地址等報(bào)文查詢，極大降低了交換時(shí)延與時(shí)延抖動(dòng)，其同業(yè)務(wù)隔離通過(guò)時(shí)間片實(shí)現(xiàn)，可在多個(gè)網(wǎng)元之間相互建立F1exE隧道，隧道中間轉(zhuǎn)發(fā)點(diǎn)無(wú)彈出分組，滿足了超低時(shí)延、超強(qiáng)物理隔離安全需求。

2 5G分段路由技術(shù)

圖3 SR分段路由

分段路由(Segment Routing，SR)技術(shù)為源路由無(wú)感知狀態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)點(diǎn)業(yè)務(wù)，通過(guò)路徑標(biāo)簽對(duì)路由數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)通過(guò)路徑實(shí)施確認(rèn)。其維護(hù)數(shù)據(jù)信息少（僅對(duì)拓?fù)湫畔⒕S護(hù)），可實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)實(shí)例數(shù)和網(wǎng)絡(luò)化解稠，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性和支持泛在連接能力超強(qiáng)。分段路由（SR）原理為每個(gè)路由器設(shè)置映射節(jié)點(diǎn)（每個(gè)節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)固定標(biāo)簽、32bit標(biāo)簽等），在源節(jié)點(diǎn)把指令（包含路由信息）直接壓棧進(jìn)入報(bào)文頭中，中間轉(zhuǎn)發(fā)點(diǎn)根據(jù)報(bào)業(yè)務(wù)需求直接逐跳提前并彈出最佳轉(zhuǎn)發(fā)路徑指令，不再查詢業(yè)務(wù)狀態(tài)，直接下發(fā)給源節(jié)點(diǎn)相關(guān)路由信息，而且不再對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)路徑上所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信令交互和實(shí)施控制，網(wǎng)絡(luò)控制效果較好。分段路由（SR）技術(shù)支持松散或嚴(yán)格約束路由，支持拓?fù)錈o(wú)關(guān)-快速路由恢復(fù)( TI-LFA FRR)抗多點(diǎn)失效和內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(IGP)協(xié)議，具有全兼容MPLS轉(zhuǎn)發(fā)路由特征[4]。

分段路由（SR）技術(shù)作為源路由技術(shù)，分段路由隧道所包含信息全部保存在傳輸路徑的頭節(jié)點(diǎn)（具有標(biāo)簽屬性），SR技術(shù)極大程度上簡(jiǎn)化了信令轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議，分段路由結(jié)合SDN控制器具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)軟件編程功能。SDN控制器對(duì)全局網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔⒑土髁啃畔⑦M(jìn)行維護(hù)，依據(jù)業(yè)務(wù)需求以及路由路徑策略進(jìn)行最佳路徑計(jì)算，并且遵循網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)選擇路徑，滿足業(yè)務(wù)閉環(huán)控制需求。

分段路由（SR）傳送應(yīng)用為面向傳輸運(yùn)維增強(qiáng)技術(shù)。分段路由（SR）傳送應(yīng)用流量工程(SR-TE)隧道為雙向隧道關(guān)聯(lián)，在SR隧道標(biāo)簽棧內(nèi)層增加了一層路徑標(biāo)識(shí)標(biāo)簽，支持物理同路徑的雙向端對(duì)端隧道操作管理維護(hù)(OAM)檢測(cè)能力，同時(shí)全面兼容多協(xié)議標(biāo)簽交換傳送應(yīng)用(MPLS- TP)運(yùn)維維護(hù)[5]。

3 結(jié)論

5G時(shí)代的到來(lái)，數(shù)字化和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到很好的應(yīng)用，也促使了移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)一步升級(jí)換代。5G承載網(wǎng)及無(wú)感知技術(shù)引入和應(yīng)用，針對(duì)差異化多重業(yè)務(wù)需求，提供了更好運(yùn)營(yíng)解決方案，另外相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用和基于原有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的利用，極大的降低了運(yùn)營(yíng)商的投入成本。5G承載網(wǎng)絡(luò)體系的逐步完善，也實(shí)現(xiàn)了固定寬帶、云、政企專線綜合承載，為人們構(gòu)建了更加快捷、體驗(yàn)感更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和實(shí)際高質(zhì)量生活需求。不久將來(lái)，5G網(wǎng)絡(luò)將滿足安全、高質(zhì)量狀態(tài)下靈活的云化業(yè)務(wù)策略，定制化路由、計(jì)費(fèi)等策略和更加快捷的特殊用戶管理和運(yùn)維體驗(yàn)。