張 皓，劉國(guó)輝，張新全

(武漢郵電科學(xué)研究院，武漢 430074)

0 引 言

伴隨第五代移動(dòng)通信(5th Generation Mobile Communication，5G)網(wǎng)絡(luò)的3大新業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景：增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶 (enhanced Mobile Broadband，eMBB)，其峰值速率達(dá)到10 Gbit/s，大帶寬，強(qiáng)統(tǒng)計(jì)復(fù)用；大規(guī)模機(jī)器通信(massive Machine Type Communication，mMTC)，連接數(shù)密度每平方公里達(dá)到一百萬(wàn)，廣覆蓋多連接；高可靠低時(shí)延通信(ultra Reliable & Low Latency Communication，uRLLC)[1]，新空口間時(shí)延低至1 ms。5G帶來(lái)的是超高的速率、超高的連接密度、超低的延遲、更強(qiáng)的穩(wěn)定性和支持更多的用戶。

5G eMBB場(chǎng)景是指在現(xiàn)有移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，對(duì)于用戶體驗(yàn)等性能指標(biāo)的更進(jìn)一步提升，主要目標(biāo)仍是追求完善人與人之間、物與物之間、人與物之間極致的通信體驗(yàn)，人們最直觀的體驗(yàn)是網(wǎng)絡(luò)速度的大幅度提升，且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)可進(jìn)行快速切換，延時(shí)極低。eMBB主要用于高速移動(dòng)、超高清視頻、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)等場(chǎng)景。

為了適應(yīng)5G eMBB 業(yè)務(wù)場(chǎng)景高帶寬需求，承載網(wǎng)接入環(huán)需要達(dá)到50 Gbit/s，匯聚核心層需要達(dá)到100 Gbit/s及以上。這對(duì)5G承載網(wǎng)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，并且一旦網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，需要立即進(jìn)行快速保護(hù)倒換，這樣的大流量、低時(shí)延和高可靠的業(yè)務(wù)迫切需要與之相適應(yīng)的高效承載網(wǎng)絡(luò)。而原有第四代移動(dòng)通信(4th Generation Mobile communication,4G)中網(wǎng)際互連協(xié)議化無(wú)線接入網(wǎng)(Internet Protocol Radio Access Network，IPRAN)承載網(wǎng)絡(luò)無(wú)法滿足這樣的業(yè)務(wù)需求，方法之一是對(duì)IPRAN承載網(wǎng)絡(luò)引入新技術(shù)加以改造和升級(jí)為增強(qiáng)型方案；另一種方法是建立基于靈活以太網(wǎng)的切片分組網(wǎng)(Slicing Packet Network，SPN)來(lái)承載[2]，這兩種方法都引入了新技術(shù)——分段路由(Segment Routing，SR)。鑒于此，本文提出了一種基于SR技術(shù)的5G高效承載網(wǎng)絡(luò)。

1 SR技術(shù)創(chuàng)新建立5G高效承載網(wǎng)絡(luò)

5G相較于4G網(wǎng)絡(luò)的性能提升主要體現(xiàn)在三高、兩低和一快，其通過(guò)采用大規(guī)模天線技術(shù)實(shí)現(xiàn)高速率、高連接密度、高移動(dòng)性、低時(shí)延、低成本和快速部署。通過(guò)切片技術(shù)，滿足公網(wǎng)和專網(wǎng)(比如國(guó)家電網(wǎng)和遠(yuǎn)程醫(yī)療等)的業(yè)務(wù)需求，針對(duì)不同行業(yè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)需求的千差萬(wàn)別，又不太可能建很多專網(wǎng)滿足各行各業(yè)的需求(造價(jià)高、資源利用率低)，因此5G承載網(wǎng)中采用SR技術(shù)高效解決這一難題。

應(yīng)用SR技術(shù)創(chuàng)新建立5G高效承載網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)功能將進(jìn)一步簡(jiǎn)化與重構(gòu)，以提供高效靈活的網(wǎng)絡(luò)控制與轉(zhuǎn)發(fā)功能即軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network，SDN)。SR基于源路由，更容易控制，其具有更多的優(yōu)點(diǎn)：一是簡(jiǎn)化多協(xié)議標(biāo)簽交換(Multi-Protocol Label Switching，MPLS)網(wǎng)絡(luò)的控制平面；二是提供高效的與拓?fù)錈o(wú)關(guān)的無(wú)環(huán)路備份保護(hù)(Topology Independent-Loop Free Alternate，TI-LFA)；三是提供面向連接的SR(SR-Transport Profile，SR-TP)隧道保護(hù)技術(shù)進(jìn)行5G承載網(wǎng)中南北向業(yè)務(wù)端到端的急速保護(hù)，保護(hù)倒換可在20～40 ms內(nèi)完成(由網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大小決定)；四是SR技術(shù)具有方便的網(wǎng)絡(luò)容量擴(kuò)展能力；五是減少流量工程(Traffic Engineering，TE)和標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議(Label Distribution Protocol，LDP)等協(xié)議報(bào)文；六是標(biāo)簽數(shù)量與業(yè)務(wù)量無(wú)關(guān)；七是更好地適應(yīng)承載各類虛擬專網(wǎng)(Virtual Private Network，VPN)應(yīng)用；八是能更好地向SDN平滑演進(jìn)。

(1) SR的工作原理

網(wǎng)絡(luò)是由若干節(jié)點(diǎn)和連接這些節(jié)點(diǎn)的鏈路構(gòu)成的，SR就是將網(wǎng)絡(luò)路徑分成一個(gè)個(gè)的段，這些段既可以是節(jié)點(diǎn)，也可以是鏈路或鄰接，SR為這些段分配相應(yīng)的段標(biāo)識(shí)號(hào)(Segment Identity Document，SID)，并通過(guò)對(duì)段進(jìn)行有序排列，就可以得到一條轉(zhuǎn)發(fā)路徑。SR把代表轉(zhuǎn)發(fā)路徑的段序列編碼在數(shù)據(jù)包頭部，隨數(shù)據(jù)包傳輸；接收端收到數(shù)據(jù)包后，對(duì)段序列進(jìn)行解析，若段序列的頂部段標(biāo)識(shí)是本節(jié)點(diǎn)，則彈出該標(biāo)識(shí)，然后進(jìn)行下一步處理；如果段序列的頂部段標(biāo)識(shí)不是本節(jié)點(diǎn)，則使用等價(jià)多路徑路由(Equal Cost Multiple Path，ECMP)方式將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到下一節(jié)點(diǎn)。

(2) SR的工作機(jī)制：使用控制器或內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(Interior Gateway Protocol,IGP)集中算路和分發(fā)標(biāo)簽，不再需要基于TE的資源預(yù)留協(xié)議(Resource ReSerVation Protocol-TE，RSVP-TE)和LDP等隧道協(xié)議，其可以直接應(yīng)用于MPLS架構(gòu)，轉(zhuǎn)發(fā)平面沒(méi)有變化；并提供高效的TI-LFA保護(hù)，實(shí)現(xiàn)路徑故障的快速恢復(fù)；SR僅在頭節(jié)點(diǎn)對(duì)報(bào)文進(jìn)行標(biāo)簽操作即可任意控制業(yè)務(wù)路徑，中間節(jié)點(diǎn)不需要維護(hù)路徑信息(節(jié)省了大量的保持激活報(bào)文)，設(shè)備控制層面壓力小；SR技術(shù)的標(biāo)簽數(shù)量是全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)與本地鄰接數(shù)之和，只與網(wǎng)絡(luò)規(guī)模相關(guān)，與隧道數(shù)量和業(yè)務(wù)規(guī)模無(wú)關(guān)。SR通過(guò)源節(jié)點(diǎn)即可控制數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，配合集中算路模塊和雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測(cè)(Bidirectional Forwarding Detection，BFD)機(jī)制，即可靈活簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)路徑控制與調(diào)整，適用SDN的同時(shí)，通過(guò)SDN控制器啟用邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議(Border Gateway Protocol，BGP)鏈路狀態(tài)收集拓?fù)浜蜆?biāo)簽信息，生成相關(guān)的標(biāo)簽交換路徑(Lable Switching Path，LSP)，通過(guò)路徑計(jì)算單元通信協(xié)議(Path Computation Element Communication Protocol，PCEP)在源節(jié)點(diǎn)下發(fā)標(biāo)簽，兼容現(xiàn)有設(shè)備，保障現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)到SDN[3]。

(3) SR隧道(SR Tunnel)：基于多個(gè)SR標(biāo)簽段構(gòu)建的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，可以像RSVP-TE那樣指定約束路徑，SR隧道的計(jì)算可以是本地計(jì)算，也可以由路徑計(jì)算單元服務(wù)器計(jì)算，SR隧道主要用于TE，或者操作維護(hù)管理(Operation Administration and Maintenance，OAM)和快速重路由(Fast Reroute，F(xiàn)RR)等，常見(jiàn)的有基于TE的約束屬性、利用SR協(xié)議創(chuàng)建的SR-TP隧道技術(shù)和使用IGP最短路徑算法計(jì)算得到的最優(yōu)SR(SR-Best Effort，SR-BE)隧道技術(shù)。

利用SR技術(shù)創(chuàng)新建立的典型5G高效承載網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)平面架構(gòu)[4-5]如圖1所示，eMBB場(chǎng)景主要有基站與核心網(wǎng)之間的信令(S1)和數(shù)據(jù)(N2/N3)南北向業(yè)務(wù)承載、基站與基站間的數(shù)據(jù)(eX2)東西向業(yè)務(wù)承載。SR 控制平面對(duì)MPLS控制平面的IGP和BGP進(jìn)行擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)SR的控制功能。

圖1 5G承載網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)平面架構(gòu)示意圖

2 5G承載網(wǎng)中基于SR的保護(hù)技術(shù)

為了高效承載5G eMBB業(yè)務(wù)，既要考慮網(wǎng)絡(luò)正常時(shí)的業(yè)務(wù)高效承載，還要考慮網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)業(yè)務(wù)的快速保護(hù)倒換需求，現(xiàn)設(shè)計(jì)以下基于SDN集中管控的SR隧道的兩種保護(hù)技術(shù)：一種是基于SR-TE且SR-TP隧道增強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)建的隧道，并與MPLS-TP 1∶1保護(hù)深度融合的SR-TP 1∶1保護(hù)技術(shù)，用于5G網(wǎng)中南北向面向連接的S1/N2/N3等業(yè)務(wù)承載；另一種是基于SR-BE隧道的TI-LFA FRR保護(hù)技術(shù)，用于面向5G網(wǎng)中東西向無(wú)連接的eX2等業(yè)務(wù)承載。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證，兩種保護(hù)技術(shù)的保護(hù)倒換時(shí)延均小于電信級(jí)保護(hù)倒換50 ms需求。

2.1 SR-TP 1∶1保護(hù)技術(shù)

(1) SR與MPLS-TP相結(jié)合，產(chǎn)生了SR-TP隧道技術(shù)。SR-TP隧道轉(zhuǎn)發(fā)原理如圖2所示。SR-TP創(chuàng)建的隧道，通過(guò)在SR-TE鄰接段(Adjacency，Adj)SID的棧底增加一層端到端標(biāo)志業(yè)務(wù)連接的通路段標(biāo)識(shí)，正反向路徑(Path) SID值差1，節(jié)點(diǎn)段標(biāo)識(shí)是一種特殊的前綴段，正反向Path ID不同實(shí)現(xiàn)雙向隧道能力，基于此端到端業(yè)務(wù)標(biāo)簽運(yùn)行OAM和自動(dòng)保護(hù)倒換(Automatic Protection Switching，APS)協(xié)議，達(dá)到故障時(shí)業(yè)務(wù)的快速保護(hù)倒換。

圖2 SR-TP隧道轉(zhuǎn)發(fā)原理

(2) SR-TP隧道技術(shù)與MPLS-TP 1∶1保護(hù)技術(shù)深度結(jié)合，吸取MPLS-TP 1∶1快速保護(hù)倒換的優(yōu)點(diǎn)，去掉其復(fù)雜協(xié)議和標(biāo)簽數(shù)量隨業(yè)務(wù)的增加而增加的缺點(diǎn)，產(chǎn)生了SR-TP 1∶1保護(hù)技術(shù)。SR-TP繼承了MPLS-TP的端到端OAM和保護(hù)能力，在5G承載網(wǎng)中適用于面向連接的業(yè)務(wù)承載，其倒換原理示意圖如圖3所示。業(yè)務(wù)是選發(fā)選收和保護(hù)主用，即在網(wǎng)絡(luò)發(fā)端源節(jié)點(diǎn)A，主用路徑正常時(shí)，業(yè)務(wù)只發(fā)到主用路徑，圖(a)中綠色實(shí)線，收端(目的端)節(jié)點(diǎn)Z正常接收主用路徑過(guò)來(lái)的業(yè)務(wù)；一旦主用工作路徑發(fā)生故障，根據(jù)提前配置好的APS協(xié)議，觸發(fā)源端A節(jié)點(diǎn)和宿端Z節(jié)點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)倒換動(dòng)作，宿端Z節(jié)點(diǎn)先將反向的流量發(fā)送到備用路徑上，發(fā)端切換到備用通道發(fā)，收端倒換到備用收，圖(a)中紅色虛線，具體倒換動(dòng)作如圖3(b)所示。同理，圖1中南北向業(yè)務(wù)隧道保護(hù)，通過(guò)備用SR-TP隧道保護(hù)主用SR-TP隧道上傳送的業(yè)務(wù)，當(dāng)主用SR-TP隧道故障時(shí)，業(yè)務(wù)倒換到備用SR-TP隧道，保證業(yè)務(wù)正常傳送。SR-TP 1∶1保護(hù)通過(guò)虛通道OAM檢測(cè)SR-TP隧道的連通性來(lái)判斷是否進(jìn)行保護(hù)倒換。

圖3 SR-TP 1∶1保護(hù)倒換示意圖

(3) 保護(hù)倒換機(jī)制為OAM檢測(cè)觸發(fā)，OAM協(xié)議數(shù)據(jù)單元(Protocal Data Unit，PDU)編碼沿用MPLS-TP通用關(guān)聯(lián)信道編碼格式和國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)局 G.8113.1要求，SR源路由隧道具備端到端OAM能力，需要在SR-TP鄰接標(biāo)簽棧和OAM PDU間增加一層標(biāo)識(shí)業(yè)務(wù)的端到端MPLS標(biāo)簽，標(biāo)簽區(qū)域?yàn)橥ㄓ藐P(guān)聯(lián)隧道標(biāo)簽,SR-TP OAM 幀結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 SR-TP OAM幀結(jié)構(gòu)

TLV為類型、長(zhǎng)度、值。

SR-TP OAM幀結(jié)構(gòu)為4個(gè)字節(jié)，表1中關(guān)聯(lián)通道頭區(qū)域的前4個(gè)比特為0001，OAM PDU包括SR Adj 標(biāo)簽，在該OAM包所對(duì)應(yīng)的時(shí)間周期內(nèi)，檢查該標(biāo)簽的下層標(biāo)簽是否含有GAL Label(13)，如果是，則進(jìn)行相應(yīng)的OAM處理，從而實(shí)現(xiàn)了端站向特定的站點(diǎn)發(fā)送OAM包的功能。S值為0時(shí)，代表外層標(biāo)簽；S值為1，代表內(nèi)層標(biāo)簽，根據(jù)鏈路跳數(shù)可以“壓入”多層標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽嵌套。使用TLV三元組來(lái)編碼其通告中的信息，通過(guò)定義新TLV實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。SR-TP隧道由鄰接標(biāo)簽棧指示報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)路徑，即端到端業(yè)務(wù)路徑標(biāo)簽，由SR-TP隧道宿節(jié)點(diǎn)分配給源節(jié)點(diǎn)，用于端到端性能監(jiān)控和運(yùn)維。

2.2 基于SR-BE隧道的TI-LFA FRR保護(hù)技術(shù)

針對(duì)5G承載網(wǎng)絡(luò)中面向無(wú)連接的eX2等業(yè)務(wù)承載[6]，設(shè)計(jì)基于SR-BE的TI-LFA FRR保護(hù)技術(shù)承載。SR-BE隧道通過(guò)IGP自動(dòng)擴(kuò)散SR節(jié)點(diǎn)段標(biāo)識(shí)生成，可在IGP域內(nèi)生成全互聯(lián)的隧道連接。

(1) TI-LFA保護(hù)示意圖如圖4所示。保護(hù)過(guò)程如下：節(jié)點(diǎn) A到節(jié)點(diǎn)F的數(shù)據(jù)包，原路徑按照節(jié)點(diǎn)A→節(jié)點(diǎn)B→節(jié)點(diǎn)E→節(jié)點(diǎn)F(圖中淺黃色實(shí)線)轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)B與E之間發(fā)生故障后，原路徑失效，觸發(fā)TI-LFA協(xié)議動(dòng)作，網(wǎng)絡(luò)中開(kāi)始計(jì)算P空間，即節(jié)點(diǎn)B基于最短路徑優(yōu)先(Shortest Path First，SPF)算法能到達(dá)節(jié)點(diǎn)的集合(不經(jīng)過(guò)故障鏈路、排除ECMP)為C節(jié)點(diǎn)；計(jì)算Q空間，即節(jié)點(diǎn)F基于SPF算法能到達(dá)節(jié)點(diǎn)的集合(不經(jīng)過(guò)故障鏈路、排除ECMP)為E和D節(jié)點(diǎn)；計(jì)算擴(kuò)展P空間：以節(jié)點(diǎn)B的鄰居A和C為根節(jié)點(diǎn)來(lái)計(jì)算出的P空間，計(jì)算并找到PQ點(diǎn)即P空間(或擴(kuò)展P空間)與Q空間的交集就是PQ點(diǎn)，然后據(jù)此計(jì)算備份出接口和修復(fù)清單，P節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽103+P至Q的鄰接16 001，B直接啟用TI-LFA FRR備份表項(xiàng)，給數(shù)據(jù)包增加新的路徑信息(C節(jié)點(diǎn)的SID 103，C和D節(jié)點(diǎn)之間的鄰接SID 16 001)，保證數(shù)據(jù)包可以沿著備份路徑節(jié)點(diǎn)A→節(jié)點(diǎn)B→節(jié)點(diǎn)C→節(jié)點(diǎn)D節(jié)點(diǎn)E→節(jié)點(diǎn)F(圖中紅色實(shí)線)轉(zhuǎn)發(fā)，從而完成業(yè)務(wù)快速切換。

圖4 TI-LFA保護(hù)示意圖

(2) SR-BE隧道產(chǎn)生及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，即SR LSP創(chuàng)建過(guò)程如下：目的節(jié)點(diǎn)通過(guò)IGP發(fā)布拓?fù)湫畔?、前綴信息SID、SR全局標(biāo)簽(Segment Routing Global Block，SRGB)和標(biāo)簽信息的通告，得到節(jié)點(diǎn)入標(biāo)簽=前綴SID+本地SRGB起始值，用于向上游站點(diǎn)通告，節(jié)點(diǎn)出標(biāo)簽=前綴SID+下一跳SRGB起始值，用于向下游站點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。上游過(guò)程為發(fā)布前綴SID和SRGB，下游計(jì)算入標(biāo)簽和出標(biāo)簽，首節(jié)點(diǎn)執(zhí)行標(biāo)簽壓入，中間節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽替換，末節(jié)點(diǎn)執(zhí)行標(biāo)簽彈出，過(guò)程標(biāo)簽處理動(dòng)作分別為壓入、替換和彈出，從而完成整個(gè)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)簽處理動(dòng)作過(guò)程。

SR-BE隧道保護(hù)倒換過(guò)程如下：通過(guò)備用SR-BE隧道保護(hù)主用SR-BE隧道上傳送的業(yè)務(wù)，如圖1中東西向業(yè)務(wù)隧道保護(hù)，當(dāng)主用SR-BE隧道故障時(shí)，依據(jù)TI-LFA保護(hù)規(guī)則，業(yè)務(wù)倒換到備用SR-BE隧道，保證業(yè)務(wù)正常傳送，TI-LFA FRR保護(hù)通過(guò)對(duì) OAM和BFD檢測(cè)SR-BE隧道的連通性來(lái)判斷是否進(jìn)行保護(hù)倒換。

(3) SR-TP和SR-BE隧道的主要區(qū)別：兩者都是隧道擴(kuò)展技術(shù)，但SR-TP隧道用于面向連接的、點(diǎn)到點(diǎn)業(yè)務(wù)承載，提供基于連接的端到端監(jiān)控運(yùn)維能力；SR-BE隧道用于面向無(wú)連接的、全網(wǎng)狀型業(yè)務(wù)承載，提供任意拓?fù)錁I(yè)務(wù)連接并簡(jiǎn)化隧道規(guī)劃和部署，同樣提供實(shí)時(shí)的監(jiān)控運(yùn)維能力。

3 SR保護(hù)技術(shù)在5G eMBB業(yè)務(wù)場(chǎng)景中的應(yīng)用

根據(jù)圖1中5G承載網(wǎng)模型，為盡量貼近工程實(shí)際，搭建了系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境示意圖，如圖5所示，圖中各節(jié)點(diǎn)均為烽火SPN設(shè)備。節(jié)點(diǎn)A-C、F、W-Z和M-P為接入層小型化緊湊型SPN設(shè)備，節(jié)點(diǎn)D、E、L和Q為匯聚型中大型SPN設(shè)備，節(jié)點(diǎn)G、H、J和K為核心層大型或者超大型SPN設(shè)備，接入環(huán)為50 GE端口互聯(lián)，匯聚核心為100 GE端口互聯(lián)，各節(jié)點(diǎn)間均使用短距離光纖連接，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求分別采用以太網(wǎng)測(cè)試儀掛表測(cè)試。

圖5 系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境示意圖

3.1 SR-TP隧道保護(hù)應(yīng)用

5G eMBB南北向業(yè)務(wù)場(chǎng)景：南北向承載S1/N2/N3業(yè)務(wù)，根據(jù)圖5簡(jiǎn)化出實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景如圖6所示。業(yè)務(wù)類型配置為層次化VPN(Hierarchy of VPN，HoVPN)，隧道類型設(shè)置成接入設(shè)備和匯聚設(shè)備均為SR-TP，保護(hù)方式設(shè)置為接入設(shè)備SR-TP 1∶1和匯聚設(shè)備SR-TP 1∶1，在節(jié)點(diǎn)A和K的L3 用戶網(wǎng)絡(luò)接口(User Network Interface，UNI)掛以太網(wǎng)測(cè)試儀表，測(cè)試5G eMBB南北向場(chǎng)景業(yè)務(wù)正常收發(fā)和故障情況如下：

(1) 當(dāng)接入層故障發(fā)生在圖6(a)中B節(jié)點(diǎn)①處時(shí)，主用SR-TP隧道節(jié)點(diǎn)A→節(jié)點(diǎn)B→節(jié)點(diǎn)C→節(jié)點(diǎn)D故障不可用(圖中綠色實(shí)線)，故障點(diǎn)以及相鄰設(shè)備A和C會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)告警，根據(jù)OAM PDU檢測(cè)報(bào)文觸發(fā)APS保護(hù)協(xié)議產(chǎn)生倒換請(qǐng)求，原宿節(jié)點(diǎn)A和D產(chǎn)生倒換動(dòng)作，業(yè)務(wù)倒換到備用路徑節(jié)點(diǎn)A→節(jié)點(diǎn)F→節(jié)點(diǎn)E→節(jié)點(diǎn)D(圖中紅色虛線)，完成業(yè)務(wù)無(wú)損切換。SR-TP 1∶1保護(hù)是一條備用 LSP 為一條主用 LSP 提供保護(hù)。在節(jié)點(diǎn) A分別建立好一條主用 LSP 和備用 LSP，在鏈路狀態(tài)正常的情況下，節(jié)點(diǎn)A將流量發(fā)送到主用 LSP 上，此時(shí)備用 LSP上沒(méi)有主用LSP發(fā)出的流量。當(dāng)節(jié)點(diǎn) D檢測(cè)到主用 LSP上鏈路失效后，節(jié)點(diǎn)D先將反向的流量發(fā)送到備用 LSP上，再通過(guò)反向通道向節(jié)點(diǎn)A發(fā)送遠(yuǎn)端缺陷指示(Remote defect indication，BDI)檢測(cè)報(bào)文，通知節(jié)點(diǎn) A進(jìn)行切換，節(jié)點(diǎn)A接收到 BDI檢測(cè)報(bào)文后，將主用 LSP 的流量旁路倒換到備用LSP上，從而完成SR-TP 1∶1模式的主備保護(hù)切換。

(2) 為了抵抗匯聚以上D和G之間匯聚鏈路故障，如圖6(b)中②處所示，業(yè)務(wù)類型配置為HoVPN，隧道類型設(shè)置成接入設(shè)備和匯聚設(shè)備均為SR-TP，保護(hù)方式設(shè)置為接入設(shè)備SR-TP 1∶1、匯聚設(shè)備SR-TP 1∶1，匯聚以上鏈路故障發(fā)生在②處時(shí)，主用SR-TP隧道節(jié)點(diǎn)A→節(jié)點(diǎn)B→節(jié)點(diǎn)C→節(jié)點(diǎn)D→節(jié)點(diǎn)G→節(jié)點(diǎn)K故障不可用(圖中綠色實(shí)線)，故障點(diǎn)以及相鄰設(shè)備會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)告警，觸發(fā)保護(hù)協(xié)議啟動(dòng)，業(yè)務(wù)倒換到備用路徑節(jié)點(diǎn)A→節(jié)點(diǎn)B→節(jié)點(diǎn)C→節(jié)點(diǎn)D→節(jié)點(diǎn)E→節(jié)點(diǎn)H→節(jié)點(diǎn)J→節(jié)點(diǎn)K(圖中紅色虛線)，完成業(yè)務(wù)無(wú)損切換，倒換原理同①，從而完成南北向業(yè)務(wù)匯聚以上鏈路故障的保護(hù)倒換。

圖6 eMBB業(yè)務(wù)場(chǎng)景南北向業(yè)務(wù)保護(hù)

(3) 為了抵抗匯聚節(jié)點(diǎn)D故障，如圖6(c)中③處所示，隧道類型設(shè)置成接入設(shè)備和匯聚設(shè)備均為SR-TP，保護(hù)方式設(shè)置成接入設(shè)備VPN-FRR，匯聚設(shè)備VPN-FRR，故障發(fā)生在③節(jié)點(diǎn)D處時(shí)，主用SR-TP隧道節(jié)點(diǎn)A→節(jié)點(diǎn)B→節(jié)點(diǎn)C→節(jié)點(diǎn)D→節(jié)點(diǎn)G→節(jié)點(diǎn)K故障不可用(圖中綠色實(shí)線)，故障點(diǎn)以及相鄰設(shè)備會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)告警，觸發(fā)VPN-FRR保護(hù)協(xié)議起效，業(yè)務(wù)倒換到備用路徑節(jié)點(diǎn)A→節(jié)點(diǎn)F→節(jié)點(diǎn)E→節(jié)點(diǎn)H→節(jié)點(diǎn)J→節(jié)點(diǎn)K(圖中紅色虛線)，完成業(yè)務(wù)無(wú)損切換，倒換原理同①，從而完成南北向業(yè)務(wù)匯聚節(jié)點(diǎn)故障時(shí)的保護(hù)倒換，實(shí)測(cè)業(yè)務(wù)保護(hù)倒換均在20～40 ms之內(nèi)完成，如表2所示。

表2 eMBB業(yè)務(wù)場(chǎng)景：南北向和東西向業(yè)務(wù)承載保護(hù)比較表

3.2 SR-BE隧道保護(hù)應(yīng)用

根據(jù)圖5簡(jiǎn)化出實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景如圖7所示，在節(jié)點(diǎn)A、B、Z、Y和N的L3 UNI端口掛以太網(wǎng)測(cè)試儀表，測(cè)試5G eMBB東西向場(chǎng)景業(yè)務(wù)正常收發(fā)和故障情況如下：

(1) eMBB東西向業(yè)務(wù)場(chǎng)景：東西向承載eX2業(yè)務(wù)，如圖7所示，業(yè)務(wù)類型配置為層次化L3 VPN。同域同環(huán)(接入層故障)、同域異環(huán)(接入層故障)和同域異環(huán)匯聚節(jié)點(diǎn)故障，隧道類型設(shè)置成接入設(shè)備和匯聚設(shè)備均為SR-BE，保護(hù)方式設(shè)置為接入設(shè)備和匯聚設(shè)備TI-LFA保護(hù)，詳見(jiàn)表2所示。同域同環(huán)接入層、同域異環(huán)接入層故障和同域異環(huán)匯聚節(jié)點(diǎn)故障發(fā)生時(shí)如圖7中(a)～(c)所示，主用SR-BE隧道故障不可用(圖中綠色實(shí)線)，故障點(diǎn)以及相鄰設(shè)備會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)告警，觸發(fā)保護(hù)協(xié)議生效，業(yè)務(wù)倒換到備用路徑(圖中橙色虛線)，完成業(yè)務(wù)無(wú)損切換，從而完成SR-BE隧道TI-LFA保護(hù)應(yīng)用模式的主備保護(hù)切換。

(2) 為了抵抗異域異環(huán)接入層故障，如圖7(d)中①處所示，節(jié)點(diǎn)A和B之間①處故障，隧道類型設(shè)置成接入設(shè)備SR-TP，匯聚設(shè)備為SR-BE，保護(hù)方式設(shè)置成接入設(shè)備SR-TP 1∶1。故障發(fā)生在圖7(d)中節(jié)點(diǎn)A和B間①處位置時(shí)，主用SR-BE隧道節(jié)點(diǎn)A→節(jié)點(diǎn)B→節(jié)點(diǎn)C→節(jié)點(diǎn)D→節(jié)點(diǎn)G→節(jié)點(diǎn)L→節(jié)點(diǎn)M→節(jié)點(diǎn)N故障不可用(圖中綠色實(shí)線)，故障點(diǎn)以及相鄰設(shè)備會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)告警，觸發(fā)保護(hù)協(xié)議啟動(dòng)，業(yè)務(wù)倒換到備用路徑節(jié)點(diǎn)A→節(jié)點(diǎn)F→節(jié)點(diǎn)E→節(jié)點(diǎn)D→節(jié)點(diǎn)G→節(jié)點(diǎn)L→節(jié)點(diǎn)M→節(jié)點(diǎn)N(圖中橙色長(zhǎng)虛線)，完成業(yè)務(wù)無(wú)損切換，

(3) 為了抵抗異域異環(huán)匯聚節(jié)點(diǎn)D故障，圖7(d)中②處所示，隧道類型設(shè)置成接入設(shè)備為SR-TP，匯聚設(shè)備均為SR-BE，保護(hù)方式設(shè)置成接入設(shè)備VPN-FRR保護(hù)，匯聚設(shè)備也為VPN-FRR保護(hù)。故障發(fā)生在節(jié)點(diǎn)D所處位置時(shí)，主用SR-BE隧道節(jié)點(diǎn)A→節(jié)點(diǎn)B→節(jié)點(diǎn)C→節(jié)點(diǎn)D→節(jié)點(diǎn)G→節(jié)點(diǎn)L→節(jié)點(diǎn)M→節(jié)點(diǎn)N故障不可用(圖中綠色實(shí)線)，故障點(diǎn)以及相鄰設(shè)備會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)告警，觸發(fā)VPN-FRR保護(hù)協(xié)議起效，業(yè)務(wù)倒換到備用路徑節(jié)點(diǎn)A→節(jié)點(diǎn)F→節(jié)點(diǎn)E→節(jié)點(diǎn)H→節(jié)點(diǎn)G→節(jié)點(diǎn)L→節(jié)點(diǎn)M→節(jié)點(diǎn)N(圖中紅色短虛線)，完成業(yè)務(wù)無(wú)損切換，從而完成東西向業(yè)務(wù)異域異環(huán)匯聚節(jié)點(diǎn)故障時(shí)的VPN-FRR保護(hù)倒換。

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)得出5G eMBB業(yè)務(wù)場(chǎng)景中南北向和東西向業(yè)務(wù)承載保護(hù)詳細(xì)比較如表2所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所有業(yè)務(wù)保護(hù)倒換均在20～40 ms內(nèi)完成，完全滿足5G業(yè)務(wù)承載電信級(jí)保護(hù)倒換50 ms需求。

4 結(jié)束語(yǔ)

SR基于源路由技術(shù)，簡(jiǎn)化控制平面協(xié)議，通過(guò)源節(jié)點(diǎn)控制和調(diào)整業(yè)務(wù)路徑，同時(shí)可以更好地與SDN相結(jié)合，保持集中式控制和分布式之間的平衡，并且通過(guò)與1∶1、VPN-FRR和TI-LFA等多種保護(hù)技術(shù)深度結(jié)合的方式，理論上可對(duì)各種場(chǎng)景提供多方位的保護(hù)。文中采用的SR-TP 1∶1隧道保護(hù)技術(shù)和SR-BE模型TI-LFA FRR保護(hù)技術(shù)能夠滿足5G eMBB業(yè)務(wù)場(chǎng)景各種需求，實(shí)測(cè)均在50 ms內(nèi)完成業(yè)務(wù)保護(hù)倒換，達(dá)到了電信級(jí)保護(hù)倒換要求，并且能夠平滑升級(jí)，對(duì)研究當(dāng)前的通信承載網(wǎng)具有重要參考價(jià)值。