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)時代即將過去，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)帶來的便利和快捷。隨著2017年5G技術(shù)的持續(xù)推進，5G時代終將徹底改變整個社會的需求和生活結(jié)構(gòu)?！叭f物互聯(lián)” 的時代，不僅極大提升移動通信網(wǎng)絡(luò)帶來的便捷體驗，還將重塑現(xiàn)有的商業(yè)模式，在增強移動寬帶(eMBB)、超可靠低時延通信（uRLLC)和海量物聯(lián)網(wǎng)通信(mMTC) 的三大應(yīng)用場景支撐下，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)建社會經(jīng)濟數(shù)字化的時代大格局[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)層進行分離，實現(xiàn)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)化的快速部署和集中控制，同時把轉(zhuǎn)發(fā)、控制、應(yīng)用實施網(wǎng)絡(luò)化分層分解，主控器通過算法生成轉(zhuǎn)發(fā)表后發(fā)送到設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)器，實現(xiàn)各種報文的轉(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現(xiàn)路由選擇，轉(zhuǎn)發(fā)時延與流量突發(fā)和緩存設(shè)置相關(guān)，對網(wǎng)絡(luò)負荷無法實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整，有邊界時延、時延抖動等控制效果不佳，極易引起網(wǎng)路阻塞、流量分布無規(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)，申請配置依據(jù)用戶提出的MPLS VPN業(yè)務(wù);運營商按照網(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，引入了移動邊緣計算(MEC)，盡量減少時延與傳輸開銷，從而增強多種業(yè)務(wù)尤其是敏感業(yè)務(wù)的特殊體驗，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L1/L3業(yè)務(wù)尋址、轉(zhuǎn)發(fā)、封裝等進行高效、低時延處理，5G路由主要通過分段路由(SR )隧道技術(shù)實現(xiàn)各項業(yè)務(wù)的連接，切片通道層負責(zé)分組層的L1層低時延、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)，滿足遠距離傳輸和大于等于10 Tbit大容量傳輸需求。5G 移動回傳網(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)需求的費用成本，回傳網(wǎng)絡(luò)的遠距離組網(wǎng)需求則依托光模塊融合DWDM技術(shù)，擴充端口容量達到Tbit級。同時，利用以太網(wǎng)( F1exE)物理鏈路捆綁式帶寬平滑擴容技術(shù)，實現(xiàn)5G載網(wǎng)絡(luò)線路側(cè)帶寬的不斷擴容[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接入及交換技術(shù)，基于時間片66 bit數(shù)據(jù)塊交換,主要包括F1exE交換、操作、管理、維護(OAM)、保護倒換功能。F1exE交換無需隊列調(diào)度和對MAC、IP地址等報文查詢，極大降低了交換時延與時延抖動，其同業(yè)務(wù)隔離通過時間片實現(xiàn)，可在多個網(wǎng)元之間相互建立F1exE隧道，隧道中間轉(zhuǎn)發(fā)點無彈出分組，滿足了超低時延、超強物理隔離安全需求。

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)為源路由無感知狀態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)點業(yè)務(wù)，通過路徑標(biāo)簽對路由數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)通過路徑實施確認。其維護數(shù)據(jù)信息少（僅對拓撲信息維護），可實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)實例數(shù)和網(wǎng)絡(luò)化解稠，網(wǎng)絡(luò)擴展性和支持泛在連接能力超強。分段路由（SR）原理為每個路由器設(shè)置映射節(jié)點（每個節(jié)點標(biāo)識固定標(biāo)簽、32bit標(biāo)簽等），在源節(jié)點把指令（包含路由信息）直接壓棧進入報文頭中，中間轉(zhuǎn)發(fā)點根據(jù)報業(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)點相關(guān)路由信息，而且不再對轉(zhuǎn)發(fā)路徑上所有節(jié)點進行信令交互和實施控制，網(wǎng)絡(luò)控制效果較好。分段路由（SR）技術(shù)支持松散或嚴格約束路由，支持拓撲無關(guān)-快速路由恢復(fù)( TI-LFA FRR)抗多點失效和內(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（具有標(biāo)簽屬性），SR技術(shù)極大程度上簡化了信令轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議，分段路由結(jié)合SDN控制器具有較強的網(wǎng)絡(luò)軟件編程功能。SDN控制器對全局網(wǎng)絡(luò)的拓撲信息和流量信息進行維護，依據(jù)業(yè)務(wù)需求以及路由路徑策略進行最佳路徑計算，并且遵循網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，可以實時動態(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)用為面向傳輸運維增強技術(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)識標(biāo)簽，支持物理同路徑的雙向端對端隧道操作管理維護(OAM)檢測能力，同時全面兼容多協(xié)議標(biāo)簽交換傳送應(yīng)用(MPLS- TP)運維維護[5]。

3 結(jié)論

5G時代的到來，數(shù)字化和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到很好的應(yīng)用，也促使了移動通信技術(shù)進一步升級換代。5G承載網(wǎng)及無感知技術(shù)引入和應(yīng)用，針對差異化多重業(yè)務(wù)需求，提供了更好運營解決方案，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，極大的降低了運營商的投入成本。5G承載網(wǎng)絡(luò)體系的逐步完善，也實現(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、體驗感更強的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和實際高質(zhì)量生活需求。不久將來，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、計費等策略和更加快捷的特殊用戶管理和運維體驗。