基于SRV6技術的聯通智能城域網平面智能方法選擇研究

王樹平，張勇，高榮昊，劉萌

（中國聯合網絡通信有限公司 泰安市分公司核心承載運營中心，山東 泰安 271000）

0 引 言

在聯通運營商的網絡規模不斷增加的同時，各式各樣的網絡技術和網絡運營都在蓬勃發展，其中城域網是一項十分新穎的技術，也是一個需要較高難度技術的全業務承載網絡。為保證連通智能城域網能夠在下一張架構網絡中保持良好的固移融合、全方位承載的優勢，需要對路徑進行多方位的靈活選擇，并將多種業務分別應用在支持網絡中，進行編程設計。此時，SRV6 為其提供了技術保障。但是現有的智能城域網平面方法選擇很難保證網絡服務的質量。文獻[1]通過MPLS VPN 業務，對運營商與企業網絡在城域網中的應用進行了優化，同步構建網絡業務的智能選擇模型，并將電子業務的重點轉移到組網方案的設計中。文獻[2]則是研究了城域網中量子與經典光共纖傳輸技術，在兩字信號的干擾下，通過密鑰分發，獲取了大量的光線消耗資源，并結合經典的傳輸方案，實現了兩字信號的經典建模。結合BB84 協議，在不同的光功率信號中測試了誤碼率和成碼率對傳輸速度影響。文獻[3]則是結合C-CMTS 技術，對廣西廣電南寧分公司的城域網進行了優化設計，在IP 城域網絡的信息傳輸中，提高了網絡智能的吞吐量。結合以上文獻，本文基于SRV6技術的規劃，可以在平面智能方法的選擇中進一步提高網絡服務的質量。

1 基于SRV6 技術設計聯通智能城域網平面智能方法

1.1 基于SRV6 技術建立聯通智能城域網絡架構

SRV6 技術是一種以可編程能力為基礎的指令表達方法，在各類網絡功能場景的基礎上，可以令轉發層與路由保護機制同步確定網絡數據的服務保護意識，并結合網絡故障監測草案，制定其性能的幅值與異常探測流程。本文的SRV6 技術不但是一種基于數據平面的分段路由技術，還可以通過中間節點不斷變更地址路徑，并在不斷偏移的節點中完成逐級跳躍，從而實現對全網絡系統的兼容。該技術還簡化了大量的頭節點與尾節點維護工程，將流量因公寓調度優化中，保證了連通智能城域網的網絡結構可以在任何互聯終端場景中實現信息互通。依據備份路由的選擇機制，又可以將其分為本地連接網絡與全局連接網絡。每一條連接網絡都可以針對性地從一個初始端口移動到另一個端口，并提供不同的備份路徑，作為確定性城域網絡的架構狀態。在負責路徑指令的基礎上，可以選擇不同的數據平面作為實現機制，如圖1所示。

圖1 智能城域網絡架構

如圖1所示，在交換路徑的控制端口，通過可以表達豐富指令的編程能力，令所有虛擬化的場景轉化為已有的路徑，可以實現網絡數據平臺中的服務、轉發與保護工作。因此么可以在確定性網絡中，將封裝窗口與終端顯示器連接起來，形成一個以網絡敏感發動端口和接受端口為可信的網絡故障監測與路由保護機制。在數據平面的L2 區間內，可以使用TSN 作為分那段路由采集的服務區，其中的轉發層與分段表連接在一起，形成運營商的邊緣設備。傳統的路由器內可以分為軟件部分和硬件部分兩類工程類型，而此時的軟件部分需要通過路由選擇裝置處理，硬件部分則是在發動與接受端口中得到結構的交換與實現。傳統的智能城域網絡架構在建立的過程中，需要不斷向硬件部分發動命令，并在軟件部分返回命令，而此時在SRV6技術的支持下，可以節省這個步驟，極大地節省了維護過程的工作，提高運行效率。

1.2 城域網智能分區

在新型城域網中，SRV6 技術主要以一種可以實現業務段到需求端的網絡穿越流量的方式呈現，在轉化網絡資源的同時，優化網絡流量的路徑選擇機制，同時提高流量運行的服務效率。為更大程度地優化城域網的平面方法選擇能力，可以以POD 作為基本單元，將網絡與運網絡組成一個特殊的核心云資源處理器，在多個云端口的收斂下，實現私有云、天依云的業務轉接。在保證確定性網絡服務的同時，還需要將網絡分為三類，分別是嚴格確定性網絡、一般確定性網絡、難以確定性網絡。因此在各個智能城域網的分區中，可以使用不同類型的服務，輔助SRV6 技術提高服務策略的性能。其中，嚴格確定性網絡一般將時延性、可靠性作為主要性能參數，在保證低時延和高可靠性的同時，還可以利用原點與重點的連接路徑形成一個傳遞網絡流量的初級處理機制，并在相同服務等級的保護機制中，建立嚴格確定性網絡的數據流。一般確定性網絡同樣具備低時延、高可靠性的優勢，在相同等級的保護機制中，由于難以將雙倍帶寬換算成相應的成本數據，導致用戶備份的路徑難以保留預算帶寬，進而無法在主路徑中運行相應的保障機制。相應的，難以確定性網絡則是通過利用鏈路限制傳輸，將備份路徑換算成高等級的備份服務，實現預留帶寬的啟用，并在服務資源被丟棄或者緩存的同時，將所有現有的資源被一一利用。

1.3 建立聯通智能城域網平面方法選擇模型

如果想要建立聯通智能城域網平面方法選擇模型，還需要在網絡規劃的目標以及通信部署下，實現有需求建設的網絡安全連接。如果想要保證方法選擇的有效性與準確性，就需要設計一個需求預測方法。結合上行端口中的業務覆蓋范圍，可以在相應的范圍內匯聚端口規劃需求，并保證城域網的流量可以結合帶寬利用率流動到相應的計算窗口中。在跨網絡的互聯端口內，可以將現有的需求端口與業務覆蓋范圍相連，將需求網絡與智能城域網的匯聚設備整合在一起，得到了一個5G 的上下行接入窗口。因此可以設定網絡流量的路徑限制函數：

式中，和分別表示二元變量在確定性網絡中的連接路徑；和則分別表示兩個相鄰的限制條件。同理，在相同的二元變量中設置備份流量，可以得到備份路徑的不相交保護措施，其條件為：

式中，和分別表示同一網絡連接路徑中不相交的主路徑與備份路徑。在共享連接保護機制的同時，還可以將住路徑經過的部分轉換成具備連接保護機制的確定性帶寬網絡，并將同時流經帶寬資源的共享需求，作為最大備份的帶寬路徑之和。此時需要同步更新帶寬網絡的限制條件，并通過資源共享措施，實現資源利用率的提高。一般情況下，需要將所有的網絡轉換成確定性網絡模型，才可以實現的安全數據傳輸。因此在本文中，可以得到一般性的時延條件：

式中，T表示共享機制在主路徑中的間隙時長；T則表示該機制在備份路徑中的往返時長。因此可以在保證網絡時延的同時，優化自身的主路徑和備份路徑帶寬，目標函數為：

式中，δ一般表示主路徑與備份路徑的帶寬優化權重，一般可以將共享機制作為較長路徑的帶寬消耗，同時還可以在聯通智能城域網中實現平面方法的選擇。

2 實驗設計

2.1 實驗環境配置

本實驗通過SRV6 技術，獲取了一個離散模擬器作為城域網平面智能方法性能的評估指標，該模擬器的開發語言使用python，該網絡拓撲結構的連接節點如圖2所示。

圖2 網絡拓撲結構

如圖2所示，該網絡拓撲結構中共包含9 個網絡節點與23 條網絡連接結構組成。每個連接結構的帶寬為200 bit/s，其數據傳輸的間隙長度為1 ms。對比傳統網絡，該技術在智能城域網平面選擇中的主要目的就是提升網絡的運行效率。本實驗通過不同拓撲結構下的傳輸吞吐量，以及網絡數據的往返時間作為網絡數據運輸效率的評價機制。其中吞吐量以bps 作為單位，網絡數據往返時間以ms 作為單位，計算不同網絡實驗節點中吞吐量和往返時間的平均值。此時網絡數據中的數據包從一個主機移動到另一個主機所需要的往返時間計算公式為：

式中，表示所有拓撲節點中總的節點往返時間；t和t分別表示數據包從起始點到兩個主機節點所需時間。在確定網絡流量隨機產生的同時，還可以將間隔符作為每個確定性網絡的帶寬需求參數。其中設定流量帶寬為[20，40] Mbit/s，往返時間的服從參數以指數分布為核心，模擬的總時間為1 000 單位。此時控制器的配置如表1所示。

結合表1中的控制器配置，可以在開通業務的過程中，直接計算網絡資源的轉發路徑，并依據路徑內源節點控制器與終點控制器的路程進行調整，整體以變動最小原則為依據，僅調整帶寬與鏈路的時延劣化現象。

表1 控制器配置

2.2 實驗結果分析

結合以上實驗方法，可以測試文中設計的SRV6 技術與“VPN 技術”“量子與經典光共纖傳輸技術”“C-CMTS 技術”三種傳統方法的對比結果，如表2和表3所示。

表2 不同網絡節點吞吐量對比

如表2所示，在8 個網絡節點中，SRV6 技術的平均吞吐量為33.09 Gbps，VPN 技術的平均吞吐量為557.47 Mbps，量子與經典光共纖傳輸技術的平均吞吐量為473.78 Mbps，C-CMTS 技術吞吐量的平均值為844 Mbps。由此可見，本文設計的SRV6 技術在四種方法的對比中效果最好。

如表3所示，SRV6 技術在8 個網絡節點中的往返時間平均值為0.056 ms，而其他三種方法在這些網絡節點的往返時間中平均值分別為0.161 ms、0.158 ms、0.151 ms。

表3 不同網絡節點往返時間對比（ms）

結合表1和表2中的數據可知，本文設計的SRV6 技術在網絡運行效率方面均高于傳統的三種對比方法。

3 結 論

本文基于SRV6 技術對連通智能城域網平面智能方法的選擇進行研究，在建立聯通智能城域網絡架構之后，將所有智能城域網分區處理，并得到了聯通智能城域網平面方法的選擇模型。通過實驗驗證了該方法的有效性，將其與現有的三種方法對比，得到不通過拓撲節點中吞吐量與往返時間的實驗結果，由數據可知，在所有網絡節點中，SRV6 技術均可以得到相同條件下吞吐量的最大值以及往返時間的最小值。因此，可以確定本文設計的SRV6 技術是四種對比方法下的最優解。