王樹平，張勇，高榮昊，劉萌

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)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(lián)通運營商的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷增加的同時，各式各樣的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)運營都在蓬勃發(fā)展，其中城域網(wǎng)是一項十分新穎的技術(shù)，也是一個需要較高難度技術(shù)的全業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)。為保證連通智能城域網(wǎng)能夠在下一張架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中保持良好的固移融合、全方位承載的優(yōu)勢，需要對路徑進(jìn)行多方位的靈活選擇，并將多種業(yè)務(wù)分別應(yīng)用在支持網(wǎng)絡(luò)中，進(jìn)行編程設(shè)計。此時，SRV6 為其提供了技術(shù)保障。但是現(xiàn)有的智能城域網(wǎng)平面方法選擇很難保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的質(zhì)量。文獻(xiàn)[1]通過MPLS VPN 業(yè)務(wù)，對運營商與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)在城域網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，同步構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的智能選擇模型，并將電子業(yè)務(wù)的重點轉(zhuǎn)移到組網(wǎng)方案的設(shè)計中。文獻(xiàn)[2]則是研究了城域網(wǎng)中量子與經(jīng)典光共纖傳輸技術(shù)，在兩字信號的干擾下，通過密鑰分發(fā)，獲取了大量的光線消耗資源，并結(jié)合經(jīng)典的傳輸方案，實現(xiàn)了兩字信號的經(jīng)典建模。結(jié)合BB84 協(xié)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(xiàn)[3]則是結(jié)合C-CMTS 技術(shù)，對廣西廣電南寧分公司的城域網(wǎng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，在IP 城域網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸中，提高了網(wǎng)絡(luò)智能的吞吐量。結(jié)合以上文獻(xiàn)，本文基于SRV6技術(shù)的規(guī)劃，可以在平面智能方法的選擇中進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的質(zhì)量。

1 基于SRV6 技術(shù)設(shè)計聯(lián)通智能城域網(wǎng)平面智能方法

1.1 基于SRV6 技術(shù)建立聯(lián)通智能城域網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

SRV6 技術(shù)是一種以可編程能力為基礎(chǔ)的指令表達(dá)方法，在各類網(wǎng)絡(luò)功能場景的基礎(chǔ)上，可以令轉(zhuǎn)發(fā)層與路由保護(hù)機(jī)制同步確定網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的服務(wù)保護(hù)意識，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)故障監(jiān)測草案，制定其性能的幅值與異常探測流程。本文的SRV6 技術(shù)不但是一種基于數(shù)據(jù)平面的分段路由技術(shù)，還可以通過中間節(jié)點不斷變更地址路徑，并在不斷偏移的節(jié)點中完成逐級跳躍，從而實現(xiàn)對全網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的兼容。該技術(shù)還簡化了大量的頭節(jié)點與尾節(jié)點維護(hù)工程，將流量因公寓調(diào)度優(yōu)化中，保證了連通智能城域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以在任何互聯(lián)終端場景中實現(xiàn)信息互通。依據(jù)備份路由的選擇機(jī)制，又可以將其分為本地連接網(wǎng)絡(luò)與全局連接網(wǎng)絡(luò)。每一條連接網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)狀態(tài)。在負(fù)責(zé)路徑指令的基礎(chǔ)上，可以選擇不同的數(shù)據(jù)平面作為實現(xiàn)機(jī)制，如圖1所示。

圖1 智能城域網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

如圖1所示，在交換路徑的控制端口，通過可以表達(dá)豐富指令的編程能力，令所有虛擬化的場景轉(zhuǎn)化為已有的路徑，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平臺中的服務(wù)、轉(zhuǎn)發(fā)與保護(hù)工作。因此么可以在確定性網(wǎng)絡(luò)中，將封裝窗口與終端顯示器連接起來，形成一個以網(wǎng)絡(luò)敏感發(fā)動端口和接受端口為可信的網(wǎng)絡(luò)故障監(jiān)測與路由保護(hù)機(jī)制。在數(shù)據(jù)平面的L2 區(qū)間內(nèi)，可以使用TSN 作為分那段路由采集的服務(wù)區(qū)，其中的轉(zhuǎn)發(fā)層與分段表連接在一起，形成運營商的邊緣設(shè)備。傳統(tǒng)的路由器內(nèi)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(fā)動與接受端口中得到結(jié)構(gòu)的交換與實現(xiàn)。傳統(tǒng)的智能城域網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在建立的過程中，需要不斷向硬件部分發(fā)動命令，并在軟件部分返回命令，而此時在SRV6技術(shù)的支持下，可以節(jié)省這個步驟，極大地節(jié)省了維護(hù)過程的工作，提高運行效率。

1.2 城域網(wǎng)智能分區(qū)

在新型城域網(wǎng)中，SRV6 技術(shù)主要以一種可以實現(xiàn)業(yè)務(wù)段到需求端的網(wǎng)絡(luò)穿越流量的方式呈現(xiàn)，在轉(zhuǎn)化網(wǎng)絡(luò)資源的同時，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)流量的路徑選擇機(jī)制，同時提高流量運行的服務(wù)效率。為更大程度地優(yōu)化城域網(wǎng)的平面方法選擇能力，可以以POD 作為基本單元，將網(wǎng)絡(luò)與運網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)私有云、天依云的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)接。在保證確定性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的同時，還需要將網(wǎng)絡(luò)分為三類，分別是嚴(yán)格確定性網(wǎng)絡(luò)、一般確定性網(wǎng)絡(luò)、難以確定性網(wǎng)絡(luò)。因此在各個智能城域網(wǎng)的分區(qū)中，可以使用不同類型的服務(wù)，輔助SRV6 技術(shù)提高服務(wù)策略的性能。其中，嚴(yán)格確定性網(wǎng)絡(luò)一般將時延性、可靠性作為主要性能參數(shù)，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(wǎng)絡(luò)流量的初級處理機(jī)制，并在相同服務(wù)等級的保護(hù)機(jī)制中，建立嚴(yán)格確定性網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流。一般確定性網(wǎng)絡(luò)同樣具備低時延、高可靠性的優(yōu)勢，在相同等級的保護(hù)機(jī)制中，由于難以將雙倍帶寬換算成相應(yīng)的成本數(shù)據(jù)，導(dǎo)致用戶備份的路徑難以保留預(yù)算帶寬，進(jìn)而無法在主路徑中運行相應(yīng)的保障機(jī)制。相應(yīng)的，難以確定性網(wǎng)絡(luò)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(wù)，實現(xiàn)預(yù)留帶寬的啟用，并在服務(wù)資源被丟棄或者緩存的同時，將所有現(xiàn)有的資源被一一利用。

1.3 建立聯(lián)通智能城域網(wǎng)平面方法選擇模型

如果想要建立聯(lián)通智能城域網(wǎng)平面方法選擇模型，還需要在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的目標(biāo)以及通信部署下，實現(xiàn)有需求建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)安全連接。如果想要保證方法選擇的有效性與準(zhǔn)確性，就需要設(shè)計一個需求預(yù)測方法。結(jié)合上行端口中的業(yè)務(wù)覆蓋范圍，可以在相應(yīng)的范圍內(nèi)匯聚端口規(guī)劃需求，并保證城域網(wǎng)的流量可以結(jié)合帶寬利用率流動到相應(yīng)的計算窗口中。在跨網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)端口內(nèi)，可以將現(xiàn)有的需求端口與業(yè)務(wù)覆蓋范圍相連，將需求網(wǎng)絡(luò)與智能城域網(wǎng)的匯聚設(shè)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(shè)定網(wǎng)絡(luò)流量的路徑限制函數(shù)：

式中，和分別表示二元變量在確定性網(wǎng)絡(luò)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(shè)置備份流量，可以得到備份路徑的不相交保護(hù)措施，其條件為：

式中，和分別表示同一網(wǎng)絡(luò)連接路徑中不相交的主路徑與備份路徑。在共享連接保護(hù)機(jī)制的同時，還可以將住路徑經(jīng)過的部分轉(zhuǎn)換成具備連接保護(hù)機(jī)制的確定性帶寬網(wǎng)絡(luò)，并將同時流經(jīng)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(wǎng)絡(luò)的限制條件，并通過資源共享措施，實現(xiàn)資源利用率的提高。一般情況下，需要將所有的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換成確定性網(wǎng)絡(luò)模型，才可以實現(xiàn)的安全數(shù)據(jù)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(jī)制在主路徑中的間隙時長；T則表示該機(jī)制在備份路徑中的往返時長。因此可以在保證網(wǎng)絡(luò)時延的同時，優(yōu)化自身的主路徑和備份路徑帶寬，目標(biāo)函數(shù)為：

式中，δ一般表示主路徑與備份路徑的帶寬優(yōu)化權(quán)重，一般可以將共享機(jī)制作為較長路徑的帶寬消耗，同時還可以在聯(lián)通智能城域網(wǎng)中實現(xiàn)平面方法的選擇。

2 實驗設(shè)計

2.1 實驗環(huán)境配置

本實驗通過SRV6 技術(shù)，獲取了一個離散模擬器作為城域網(wǎng)平面智能方法性能的評估指標(biāo)，該模擬器的開發(fā)語言使用python，該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的連接節(jié)點如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

如圖2所示，該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中共包含9 個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與23 條網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)組成。每個連接結(jié)構(gòu)的帶寬為200 bit/s，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈g隙長度為1 ms。對比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，該技術(shù)在智能城域網(wǎng)平面選擇中的主要目的就是提升網(wǎng)絡(luò)的運行效率。本實驗通過不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的傳輸吞吐量，以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的往返時間作為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)運輸效率的評價機(jī)制。其中吞吐量以bps 作為單位，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)往返時間以ms 作為單位，計算不同網(wǎng)絡(luò)實驗節(jié)點中吞吐量和往返時間的平均值。此時網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)包從一個主機(jī)移動到另一個主機(jī)所需要的往返時間計算公式為：

式中，表示所有拓?fù)涔?jié)點中總的節(jié)點往返時間；t和t分別表示數(shù)據(jù)包從起始點到兩個主機(jī)節(jié)點所需時間。在確定網(wǎng)絡(luò)流量隨機(jī)產(chǎn)生的同時，還可以將間隔符作為每個確定性網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求參數(shù)。其中設(shè)定流量帶寬為[20，40] Mbit/s，往返時間的服從參數(shù)以指數(shù)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(jié)合表1中的控制器配置，可以在開通業(yè)務(wù)的過程中，直接計算網(wǎng)絡(luò)資源的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并依據(jù)路徑內(nèi)源節(jié)點控制器與終點控制器的路程進(jìn)行調(diào)整，整體以變動最小原則為依據(jù)，僅調(diào)整帶寬與鏈路的時延劣化現(xiàn)象。

表1 控制器配置

2.2 實驗結(jié)果分析

結(jié)合以上實驗方法，可以測試文中設(shè)計的SRV6 技術(shù)與“VPN 技術(shù)”“量子與經(jīng)典光共纖傳輸技術(shù)”“C-CMTS 技術(shù)”三種傳統(tǒng)方法的對比結(jié)果，如表2和表3所示。

表2 不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點吞吐量對比

如表2所示，在8 個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中，SRV6 技術(shù)的平均吞吐量為33.09 Gbps，VPN 技術(shù)的平均吞吐量為557.47 Mbps，量子與經(jīng)典光共纖傳輸技術(shù)的平均吞吐量為473.78 Mbps，C-CMTS 技術(shù)吞吐量的平均值為844 Mbps。由此可見，本文設(shè)計的SRV6 技術(shù)在四種方法的對比中效果最好。

如表3所示，SRV6 技術(shù)在8 個網(wǎng)絡(luò)節(jié)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(wǎng)絡(luò)節(jié)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(wǎng)絡(luò)節(jié)點往返時間對比（ms）

結(jié)合表1和表2中的數(shù)據(jù)可知，本文設(shè)計的SRV6 技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)運行效率方面均高于傳統(tǒng)的三種對比方法。

3 結(jié) 論

本文基于SRV6 技術(shù)對連通智能城域網(wǎng)平面智能方法的選擇進(jìn)行研究，在建立聯(lián)通智能城域網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)之后，將所有智能城域網(wǎng)分區(qū)處理，并得到了聯(lián)通智能城域網(wǎng)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(xiàn)有的三種方法對比，得到不通過拓?fù)涔?jié)點中吞吐量與往返時間的實驗結(jié)果，由數(shù)據(jù)可知，在所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中，SRV6 技術(shù)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(shè)計的SRV6 技術(shù)是四種對比方法下的最優(yōu)解。