通信云DC資源規(guī)劃方法研究

胡 祎，邢向暉，劉廣紅，劉 海，文 濤（中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司鄭州分公司，河南鄭州450007）

1 網(wǎng)絡(luò)云化背景

數(shù)據(jù)流量的爆發(fā)式增長，要求通信網(wǎng)絡(luò)更加敏捷、彈性，互聯(lián)網(wǎng)新業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)，要求通信網(wǎng)絡(luò)更加智能、開放，運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型已經(jīng)勢(shì)在必行。

為應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型，以SDN、NFV等技術(shù)為基礎(chǔ)，全球運(yùn)營商紛紛提出了網(wǎng)絡(luò)云化轉(zhuǎn)型的目標(biāo)和架構(gòu)。2013年11月美國電信運(yùn)營商AT&T提出Domain2.0計(jì)劃，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)向云化演進(jìn)，計(jì)劃2020年實(shí)現(xiàn)75%的網(wǎng)絡(luò)功能軟件化。2015年7月中國移動(dòng)發(fā)布NovoNet2020愿景，提出中國移動(dòng)電信云的概念和架構(gòu)，以新型電信云數(shù)據(jù)中心為核心承載電信級(jí)業(yè)務(wù)。2016年7月中國電信發(fā)布《CTNet2025網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)白皮書》，全面啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)智能化重構(gòu)。2015年9月中國聯(lián)通發(fā)布《CUBE-Net 2.0白皮書》，提出了以云DC為核心的新一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

通信網(wǎng)絡(luò)的云化，需要構(gòu)建統(tǒng)一的通信云基礎(chǔ)設(shè)施，為所有的網(wǎng)絡(luò)功能提供通信云資源服務(wù)。通信云基于通用硬件部署，其對(duì)設(shè)備形態(tài)、尺寸、功耗的要求與傳統(tǒng)專用設(shè)備完全不同，對(duì)DC局房的要求相比傳統(tǒng)通信機(jī)房也有變化。通信云部署在即，因此亟需研究通信云DC資源的規(guī)劃方法，梳理出DC局房的資源需求，以便盡快對(duì)通信局房進(jìn)行DC化改造，滿足網(wǎng)絡(luò)云化演進(jìn)的需求。

2 通信云DC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.1 通信云DC布局架構(gòu)

通信云應(yīng)以集中化、集約化為目標(biāo)進(jìn)行構(gòu)建，同時(shí)也要充分考慮通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)控分離、流量就近疏導(dǎo)、接入靠近用戶的特點(diǎn)。

對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的主要網(wǎng)元進(jìn)行梳理，按網(wǎng)元功能大致可以分為以下幾類：業(yè)務(wù)類網(wǎng)元（業(yè)務(wù)平臺(tái)等）、用戶數(shù)據(jù)類網(wǎng)元（HSS、PCRF等）、控制面網(wǎng)元（核心網(wǎng)控制面網(wǎng)元、傳送網(wǎng)/數(shù)據(jù)網(wǎng)SDN控制器等）、轉(zhuǎn)發(fā)面網(wǎng)元（核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)面網(wǎng)元、vBRAS等）、邊緣接入類網(wǎng)元（CloudRAN-CU、MEC等）。

前面3類網(wǎng)元對(duì)時(shí)延、帶寬要求均不太高，原則上具備集中部署條件；后面2類網(wǎng)元對(duì)時(shí)延、帶寬比較敏感，應(yīng)按需下沉到地（市）邊緣節(jié)點(diǎn)。

另外，為實(shí)現(xiàn)云化網(wǎng)絡(luò)的編排管理，還需要部署相關(guān)管理組件，如業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)編排器、網(wǎng)元管理平臺(tái)、云管平臺(tái)等，這些管理組件對(duì)時(shí)延、帶寬要求也不高，適宜于集中部署。

云化的通信網(wǎng)絡(luò)以DC為中心構(gòu)建，在不同層級(jí)進(jìn)行分布式部署，以實(shí)現(xiàn)面向多業(yè)務(wù)的統(tǒng)一承載服務(wù)。通信云網(wǎng)絡(luò)從總體架構(gòu)上可以分為核心DC和邊緣DC 2級(jí)，如圖1所示。

圖1 通信云DC布局架構(gòu)圖

核心DC的部署位置主要集中在集團(tuán)級(jí)或者省級(jí)大型數(shù)據(jù)中心、核心樞紐樓，以集團(tuán)/大區(qū)/省級(jí)管理、調(diào)度和編排功能為核心，如NFVO、VNFM、OSS等，主要承載集團(tuán)/大區(qū)/省級(jí)層面控制面、用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類、業(yè)務(wù)平臺(tái)類、SDN控制器等網(wǎng)元，如IMS、GW-C、MME、AMF、SMF。

邊緣DC部署位置在地（市）層級(jí)，主要包含地（市）核心、匯聚以及部分綜合接入機(jī)房，用于部署低時(shí)延高帶寬需求的用戶面、轉(zhuǎn)發(fā)面、邊緣計(jì)算以及接入類網(wǎng)元，如 GW-U、UPF、MEC、BRAS、CloudRANCU。

2.2 通信云DC內(nèi)部架構(gòu)

通信云DC內(nèi)部邏輯架構(gòu)從上至下主要包含虛擬網(wǎng)絡(luò)功能層、通信云資源層、DC基礎(chǔ)設(shè)施層（見圖2）。

圖2 通信云DC內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

虛擬網(wǎng)絡(luò)功能層：通信網(wǎng)絡(luò)云化后，每個(gè)物理網(wǎng)元映射為1個(gè)虛擬網(wǎng)元VNF，VNF根據(jù)業(yè)務(wù)需求部署到不同層級(jí)DC中。此外為靈活調(diào)度、配置和管理網(wǎng)絡(luò)，還需要部署管理編排域功能包括NFVO、VNFM和統(tǒng)一云管平臺(tái)等。

通信云資源層：基于通用硬件平臺(tái)，利用虛擬化技術(shù)，將計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)等物理資源虛擬化，然后在虛擬化資源上承載各類網(wǎng)絡(luò)功能軟件，從而支撐網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化。同時(shí)，通過VIM/PIM實(shí)現(xiàn)硬件資源、虛擬資源的監(jiān)控管理。

DC基礎(chǔ)設(shè)施層：為承載高密度、通用化、虛擬化的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源，傳統(tǒng)通信機(jī)房將逐步向數(shù)據(jù)中心架構(gòu)演進(jìn)，需要改造現(xiàn)有通信機(jī)房空間、電源、空調(diào)等配套設(shè)施以適配未來通信云的需求。

3 DC資源規(guī)劃方法思路

根據(jù)通信云的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，DC資源規(guī)劃原則上可以分為4步，業(yè)務(wù)規(guī)劃→網(wǎng)元布局規(guī)劃→通信云資源規(guī) 劃→DC局房規(guī)劃，如圖3所示。

圖3 通信云DC資源規(guī)劃方法圖

首先要有業(yè)務(wù)規(guī)劃，根據(jù)業(yè)務(wù)需求規(guī)劃云化網(wǎng)元規(guī)模；其次根據(jù)DC的整體布局，將相應(yīng)的網(wǎng)元部署在不同層級(jí)的DC；然后根據(jù)每個(gè)DC的網(wǎng)元部署規(guī)模容量，基于選定的硬件類型匡算出硬件資源需求，進(jìn)而提出對(duì)DC的資源需求；最后對(duì)標(biāo)DC資源需求，匹配現(xiàn)有局房情況，規(guī)劃選擇合適的DC局房。

3.1 業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃

業(yè)務(wù)規(guī)劃主要聚焦移動(dòng)網(wǎng)、固定網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)三大基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展策略，輸出業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)需求、業(yè)務(wù)規(guī)模預(yù)測(cè)，并根據(jù)業(yè)務(wù)體驗(yàn)需求，分析業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的需求，同時(shí)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)部署策略，考慮網(wǎng)元云化比例，推導(dǎo)出網(wǎng)元云化部署規(guī)模。

以某省為例，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃輸入內(nèi)容如下。

a）業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)：由市場部門提供。

b）部署策略：考慮有云化需求的網(wǎng)元，如移動(dòng)網(wǎng)vEPC、固定網(wǎng)vBRAS、物聯(lián)網(wǎng)vEPC等。

c）云化比例：新增網(wǎng)元采用云化部署，云化比例取100%。

d）用戶模型：移動(dòng)網(wǎng)取50 kbit/s，固定網(wǎng)取2 Mbit/s，物聯(lián)網(wǎng)取30 kbit/s。

假設(shè)根據(jù)市場部門提的業(yè)務(wù)發(fā)展需求，規(guī)劃云化網(wǎng)絡(luò)規(guī)模需求如表1所示。

表1 云化網(wǎng)元規(guī)模

3.2 網(wǎng)元布局規(guī)劃

根據(jù)前面討論的DC布局架構(gòu)，該省DC劃分為核心DC和邊緣DC 2級(jí)，核心DC部署在省會(huì)，邊緣DC部署在各地（市），其中省會(huì)的核心DC可以兼做邊緣DC。核心DC部署覆蓋全省業(yè)務(wù)的控制面網(wǎng)元，邊緣DC部署覆蓋本地業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)面網(wǎng)元。

根據(jù)云化網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，同時(shí)考慮不同網(wǎng)元的部署策略，如分裂門限、容災(zāi)關(guān)系、網(wǎng)元架構(gòu)等，將云化網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃到具體網(wǎng)元顆粒度，同時(shí)將每個(gè)網(wǎng)元規(guī)劃到相應(yīng)的DC里面，具體的云化網(wǎng)元布局如表2所示。

3.3 通信云資源規(guī)劃

通信云資源規(guī)劃思路如圖4所示，具體說明如下：

a）以DC為單位，統(tǒng)一規(guī)劃通信云資源池。

b）綜合評(píng)估各廠家各VNF的虛擬資源需求，建立虛擬資源估算模型，估算各專業(yè)網(wǎng)元的虛擬資源需求。需要注意，同類型網(wǎng)元由于模型不同對(duì)資源的需求也不相同，比如移網(wǎng)vEPC的模型比物聯(lián)網(wǎng)vEPC的模型大，其對(duì)資源的需求也較大。

c）確定硬件配置模型，主要包括服務(wù)器、交換機(jī)、存儲(chǔ)等硬件設(shè)備配置。以服務(wù)器配置為例說明，具體包括CPU型號(hào)及核數(shù)、內(nèi)存容量、磁盤容量和網(wǎng)卡數(shù)量等。服務(wù)器的配置應(yīng)該達(dá)到VNF部署的最低要求以及特殊硬件資源要求。

d）根據(jù)虛擬資源需求和硬件配置模型，結(jié)合實(shí)際部署的策略（親和性、反親和性、容災(zāi)備份、彈性冗余等），規(guī)劃所需的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)的物理服務(wù)器資源。

圖4 通信云資源規(guī)劃思路圖

e）根據(jù)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以及交換機(jī)與服務(wù)器端口配比關(guān)系，考慮業(yè)務(wù)流量、端口冗余等因素，配置接入交換機(jī)和核心交換機(jī)。

f）根據(jù)DC內(nèi)各網(wǎng)元以及管理組件對(duì)存儲(chǔ)資源的需求，配置相應(yīng)的存儲(chǔ)設(shè)備。

g）綜合考慮服務(wù)器、交換機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)量、規(guī)格尺寸以及部署策略（如散熱要求等），提出對(duì)DC局房機(jī)架、面積、功耗的需求。

根據(jù)通信云資源規(guī)劃思路，匡算出該省DC資源需求如表3所示。

表3 DC資源需求

3.4 DC局房規(guī)劃

對(duì)現(xiàn)有通信局房以及IDC的現(xiàn)狀包括空調(diào)、電力、承重以及空間進(jìn)行評(píng)估，結(jié)合通信云對(duì)DC資源的需求，對(duì)標(biāo)現(xiàn)有局房資源情況，選擇合適的DC局房。原則上來說，核心DC一般從集團(tuán)級(jí)或省級(jí)通信樞紐樓、核心局房以及大型IDC中選取，邊緣DC一般從地（市）核心局房、匯聚局房中選取，盡量優(yōu)選現(xiàn)有條件相對(duì)較好的機(jī)房，在位置布局上盡量均勻分布，避免過度集中。

4 結(jié)束語

由于云化網(wǎng)絡(luò)尚未開始規(guī)模部署，不同運(yùn)營商對(duì)于通信云DC的架構(gòu)、層級(jí)的理解并不完全一致，對(duì)網(wǎng)元云化的策略、節(jié)奏考慮也不盡相同，不同專業(yè)、不同廠家網(wǎng)元對(duì)通信云資源的需求模型也有一定的差異，很難用一種放之四海而皆準(zhǔn)的模式去規(guī)劃通信云DC資源。本文在現(xiàn)階段也只是以一個(gè)省網(wǎng)為例來探討研究通信云DC的規(guī)劃方法論，提出了DC資源規(guī)劃的思路和步驟，以后隨著5G的到來、邊緣云的興起以及網(wǎng)絡(luò)能力開放，通信云的內(nèi)涵還會(huì)進(jìn)一步豐富、延伸，通信云DC的資源規(guī)劃方法還需進(jìn)一步研究和完善。