5G承载网分段路由技术研究

陈满荣

（广州杰赛科技股份有限公司，广东广州，510310）

0 前言

3G/4G网络时代即将过去，3G/4G网络改变了人民的生活习惯，人民利用PC和手持终端，享受着技术带来的便利和快捷。随着2017年5G技术的持续推进，5G时代终将彻底改变整个社会的需求和生活结构。“万物互联” 的时代，不仅极大提升移动通信网络带来的便捷体验，还将重塑现有的商业模式，在增强移动宽带(eMBB)、超可靠低时延通信（uRLLC)和海量物联网通信(mMTC) 的三大应用场景支撑下，全面提升承载网技术的发展。全力构建无线通信与信息技术的生态性、智慧性系统，深度融合各行业，满足多样化终端需求，从而构建社会经济数字化的时代大格局[1]。

1 5G承载网的需求与变化

4G 承载网是采用（Software Defined Network，SDN）架构，利用虚拟专用网络(VPN)地址空间隔离技术，快速将控制层和数据层进行分离，实现业务网络化的快速部署和集中控制，同时把转发、控制、应用实施网络化分层分解，主控器通过算法生成转发表后发送到设备转发器，实现各种报文的转发，IP网络接纳网络控制层面采用最短路径方式实现路由选择，转发时延与流量突发和缓存设置相关，对网络负荷无法实现动态调整，有边界时延、时延抖动等控制效果不佳，极易引起网路阻塞、流量分布无规则，整网效率不高。典型MPLS VPN是基于IP分组传送网络架构，申请配置依据用户提出的MPLS VPN业务;运营商按照网络静态规划数据配置VPN;开通、更改、关闭VPN业务极为不方便[2]。

5G承载网采用(SDN/NFV)软件定义网络和虚拟切片分组技术，利用以太网内核，引入了移动边缘计算(MEC)，尽量减少时延与传输开销，从而增强多种业务尤其是敏感业务的特殊体验，5G回传网络更倾向分层分布式网络、网状网化以及多层网络融合技术，实现以太网、IP、固定比特率等综合业务的承载，如图1所示的5G切片分层网络模型。

图1 5G网络切片分组模型

图1中，包括切片分组层、切片通道层、切片传输层三层架构。5G切片分组层提供CBR业务和适配，对L1/L3业务寻址、转发、封装等进行高效、低时延处理，5G路由主要通过分段路由(SR )隧道技术实现各项业务的连接，切片通道层负责分组层的L1层低时延、硬管道、确定性的业务连接和网络通道。切片传输层主要功能是采用灵活以太网( F1exE)、光互联网论坛(OIF)、IEEE 802.3以太网等接入技术，实现低成本、大带宽、光纤化接入及信息传输和隔离功能，综合利用以太网( F1exE)+密集型光波复用(DWDM)等技术，满足远距离传输和大于等于10 Tbit大容量传输需求。5G 移动回传网络主要由三层结构（接入层、汇聚层、核心层）构成。回传网络接入层为基于4级脉幅调制( PAM4)和非相干50 GE-100 GE硅光模块技术，极大降低大带宽组网需求的费用成本，回传网络的远距离组网需求则依托光模块融合DWDM技术，扩充端口容量达到Tbit级。同时，利用以太网( F1exE)物理链路捆绑式带宽平滑扩容技术，实现5G载网络线路侧带宽的不断扩容[3]。如图2所示以太网( F1exE)结构。

图2 FIexE结构

F1exE工作在L1层，F1exE隧道为端到端硬信号接入及交换技术，基于时间片66 bit数据块交换,主要包括F1exE交换、操作、管理、维护(OAM)、保护倒换功能。F1exE交换无需队列调度和对MAC、IP地址等报文查询，极大降低了交换时延与时延抖动，其同业务隔离通过时间片实现，可在多个网元之间相互建立F1exE隧道，隧道中间转发点无弹出分组，满足了超低时延、超强物理隔离安全需求。

2 5G分段路由技术

图3 SR分段路由

分段路由(Segment Routing，SR)技术为源路由无感知状态转发点业务，通过路径标签对路由数据包的网络通过路径实施确认。其维护数据信息少（仅对拓扑信息维护），可实现多种业务实例数和网络化解稠，网络扩展性和支持泛在连接能力超强。分段路由（SR）原理为每个路由器设置映射节点（每个节点标识固定标签、32bit标签等），在源节点把指令（包含路由信息）直接压栈进入报文头中，中间转发点根据报业务需求直接逐跳提前并弹出最佳转发路径指令，不再查询业务状态，直接下发给源节点相关路由信息，而且不再对转发路径上所有节点进行信令交互和实施控制，网络控制效果较好。分段路由（SR）技术支持松散或严格约束路由，支持拓扑无关-快速路由恢复( TI-LFA FRR)抗多点失效和内部网关协议(IGP)协议，具有全兼容MPLS转发路由特征[4]。

分段路由（SR）技术作为源路由技术，分段路由隧道所包含信息全部保存在传输路径的头节点（具有标签属性），SR技术极大程度上简化了信令转发网络控制协议，分段路由结合SDN控制器具有较强的网络软件编程功能。SDN控制器对全局网络的拓扑信息和流量信息进行维护，依据业务需求以及路由路径策略进行最佳路径计算，并且遵循网络状态，可以实时动态选择路径，满足业务闭环控制需求。

分段路由（SR）传送应用为面向传输运维增强技术。分段路由（SR）传送应用流量工程(SR-TE)隧道为双向隧道关联，在SR隧道标签栈内层增加了一层路径标识标签，支持物理同路径的双向端对端隧道操作管理维护(OAM)检测能力，同时全面兼容多协议标签交换传送应用(MPLS- TP)运维维护[5]。

3 结论

5G时代的到来，数字化和物联网技术得到很好的应用，也促使了移动通信技术进一步升级换代。5G承载网及无感知技术引入和应用，针对差异化多重业务需求，提供了更好运营解决方案，另外相关技术的应用和基于原有网络系统的利用，极大的降低了运营商的投入成本。5G承载网络体系的逐步完善，也实现了固定宽带、云、政企专线综合承载，为人们构建了更加快捷、体验感更强的网络环境和实际高质量生活需求。不久将来，5G网络将满足安全、高质量状态下灵活的云化业务策略，定制化路由、计费等策略和更加快捷的特殊用户管理和运维体验。