未來運(yùn)營商城域網(wǎng)演進(jìn)將何去何從

福建電信│王福榮 鄭凱 林實(shí)踐

賽特斯軟件信息有限公司│方智淵

未來運(yùn)營商城域網(wǎng)演進(jìn)將何去何從

福建電信│王福榮 鄭凱 林實(shí)踐

賽特斯軟件信息有限公司│方智淵

盡管現(xiàn)網(wǎng)演進(jìn)中會(huì)遇到這樣或那樣的問題，但運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)面向業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)變的目標(biāo)是不會(huì)改變的，相信時(shí)間和技術(shù)發(fā)展會(huì)逐步解決這些問題，未來運(yùn)營商必將構(gòu)建出一張全新的電信運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)。

當(dāng)前，運(yùn)營商城域網(wǎng)面臨迅猛發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)壓力，需要提供超大容量、低時(shí)延、差異性的服務(wù)以及能夠靈活調(diào)度的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，在骨干、匯聚、接入幾個(gè)方面都需要充分結(jié)合現(xiàn)有存量設(shè)備的資源，利用新出現(xiàn)的技術(shù)，可靠、高效地實(shí)現(xiàn)對互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的支持以及對原有傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)的支持。

如何利用新近出現(xiàn)的SDN及 NFV技術(shù)，滿足互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對運(yùn)營商城域網(wǎng)建設(shè)的需求，成為運(yùn)營商的首要難題。

業(yè)務(wù)發(fā)展“倒逼”城域網(wǎng)創(chuàng)新

網(wǎng)絡(luò)流量持續(xù)增大、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用多元性、不同類型應(yīng)用對于網(wǎng)絡(luò)的不同要求，都對城域網(wǎng)架構(gòu)的演進(jìn)提出了很多挑戰(zhàn)。

一般運(yùn)營商在各省都建有城域網(wǎng)，典型的城域網(wǎng)分為核心層、業(yè)務(wù)控制層和接入層，以市為單位設(shè)置自治域，各市城域網(wǎng)核心層與運(yùn)營商骨干網(wǎng)及其他專業(yè)承載網(wǎng)互聯(lián)互通。

回顧城域網(wǎng)的建設(shè)，城域網(wǎng)源于企業(yè)局域網(wǎng)。最初，其主要出發(fā)點(diǎn)是以較少的成本快速建設(shè)一張聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供接入服務(wù)。

到了2004年以后，固網(wǎng)寬帶得到了較好普及，帶寬速率也得到了一定發(fā)展，以IPTV為代表的增值業(yè)務(wù)也有了長足進(jìn)步，同時(shí)對運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營保障的需求也越來越強(qiáng)——從原來的簡單帶寬發(fā)展為質(zhì)量保障、精細(xì)化運(yùn)營，對不同業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)能力調(diào)整需求。

在網(wǎng)絡(luò)靈活性方面，電信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)所承載的業(yè)務(wù)已經(jīng)從傳統(tǒng)的電子郵件、瀏覽、文件傳輸FTP，發(fā)展到專線、IPTV、視頻對話（VoIP）、電話會(huì)議、視頻點(diǎn)播（VOD）、社交網(wǎng)絡(luò)，一些新業(yè)務(wù)也在不斷涌現(xiàn)，例如虛擬現(xiàn)實(shí)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等。

從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)角度來看，基于SDH的MSTP對傳統(tǒng)的SDH設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)，在SDH幀格式中提供不同顆粒的多種業(yè)務(wù)、多種協(xié)議的接入、匯聚和傳輸能力，是目前城域傳送網(wǎng)絡(luò)最主要的實(shí)現(xiàn)方式之一。

隨著業(yè)務(wù)的深入開展，運(yùn)營商對網(wǎng)絡(luò)的要求也不斷提升，IP城域網(wǎng)必須能夠提供滿足高品質(zhì)電信業(yè)務(wù)的帶寬、轉(zhuǎn)發(fā)能力、QoS保障，運(yùn)營商也要針對單個(gè)用戶進(jìn)行精細(xì)化管理，需要對每一種業(yè)務(wù)具有識(shí)別分類、區(qū)分服務(wù)的控制能力。就此，中國電信集團(tuán)公司的指導(dǎo)意見是“網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化，實(shí)現(xiàn)城域骨干網(wǎng)的大容量、少節(jié)點(diǎn)、廣覆蓋，減少級聯(lián)級數(shù)”，其指導(dǎo)意見的出發(fā)點(diǎn)是基于集中控制、靈活簡單的思路。

從業(yè)務(wù)的需求角度看，對新一代城域網(wǎng)的要求主要是以下幾個(gè)方面：第一，支持多業(yè)務(wù)融合，一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)能夠支持所有業(yè)務(wù)接入，包括可管控且可運(yùn)營的數(shù)據(jù)、語音、專線等；第二，能支持大帶寬的用戶接入，目標(biāo)帶寬是20～100Mbit/s；第三，具備無線接入方式；第四，能夠提供不中斷的業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)可靠性高，故障恢復(fù)時(shí)間在毫秒級；第五，具有端到端的服務(wù)質(zhì)量（QoS）保障，保證語音視頻等業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量；第六，能夠提供基于策略的業(yè)務(wù)帶寬使用權(quán)限，控制不同等級業(yè)務(wù)用戶的請求，能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整；第七，能夠提供安全的網(wǎng)絡(luò)，保障網(wǎng)絡(luò)不受黑客和病毒影響。圖為扁平化城域網(wǎng)發(fā)展方向示意圖。

圖 中國聯(lián)通SD-UTN網(wǎng)絡(luò)邏輯架構(gòu)

一體化專有設(shè)備弊病凸顯

在接入網(wǎng)絡(luò)部分，業(yè)務(wù)增長帶來的BRAS逐步下沉，近期部分節(jié)點(diǎn)BRAS設(shè)備的上行改造對核心路由器造成擴(kuò)容壓力；單點(diǎn)BRAS壓力大，有些地區(qū)進(jìn)行BRAS設(shè)備裂變建設(shè)，部分節(jié)點(diǎn)有3～4臺(tái)BRAS，單節(jié)點(diǎn)BRAS設(shè)備整體槽位和端口利用率低，而且沒有熱備；BRAS和SR成對設(shè)置，尚未實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)融合?，F(xiàn)階段，BRAS設(shè)備是軟硬件一體化的專用設(shè)備，是典型的控制與轉(zhuǎn)發(fā)緊耦合網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。在設(shè)備規(guī)模應(yīng)用及業(yè)務(wù)運(yùn)營過程中，一系列問題逐漸浮現(xiàn)。

首先，設(shè)備資源難以復(fù)用及共享。單臺(tái)設(shè)備環(huán)境中，經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)面與控制面資源不協(xié)調(diào)的矛盾，部分高帶寬要求節(jié)點(diǎn)，如在承接光網(wǎng)城市的高速接入用戶區(qū)域，轉(zhuǎn)發(fā)端口及帶寬資源消耗殆盡，而用戶會(huì)話及QoS隊(duì)列、ACL隊(duì)列等控制面資源有余；部分節(jié)點(diǎn)承載著大量長時(shí)間在線業(yè)務(wù)，如IMS、ITMS等，用戶會(huì)話等控制面的資源耗光，而空閑端口資源卻十分豐富。此外，多臺(tái)BRAS設(shè)備之間無法形成負(fù)荷分擔(dān)，存在忙閑不均情況，導(dǎo)致投資資源未被充分利用。部份BRAS設(shè)備用戶量、數(shù)據(jù)流量已經(jīng)很高，面臨擴(kuò)容的壓力；但同時(shí)，部分BRAS設(shè)備用戶量、流量稀少，設(shè)備利用率非常低。

其次，設(shè)備能力提升與硬件強(qiáng)相關(guān)，升級困難。在硬件升級方面，從10G升級到40G、40G升級到100G、100G升級到400G、400G再到更高性能的硬件平臺(tái)，每次提升都需大量的投資，且低能力設(shè)備及板卡可利舊率較低。在軟件升級方面，業(yè)務(wù)功能實(shí)現(xiàn)與硬件相關(guān)，需要同時(shí)滿足特定的硬件及軟件升級才能達(dá)到相應(yīng)的水平，給新業(yè)務(wù)部署帶來極大的阻礙，拖延業(yè)務(wù)上線時(shí)間。

再次，設(shè)備配置與設(shè)備底層OS強(qiáng)相關(guān)，基本采用CLI方式，配置效率低；不同設(shè)備需預(yù)置大量用戶策略，運(yùn)維工作量大。每臺(tái)設(shè)備上線都需重新配置，無可重用性，對運(yùn)營工程師能力要求高。以目前國內(nèi)運(yùn)營商正在部署的智能提速業(yè)務(wù)為例，基本都是在BRAS上配置靜態(tài)策略模板，n種業(yè)務(wù)就在設(shè)備上配置2n-1個(gè)策略模板，模板數(shù)呈指數(shù)級增加，帶來巨大的運(yùn)維管理壓力。

最后，設(shè)備實(shí)現(xiàn)融合業(yè)務(wù)難度大，需要硬軟件同時(shí)升級。業(yè)務(wù)融合包括BRAS與SR的融合、與CGN的融合、與FW的融合、與DPI的融合等，需配置相應(yīng)的專用功能卡。此外，軟件功能需同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)業(yè)務(wù)模塊開發(fā)與整合，增加軟件版本復(fù)雜度，且?guī)碥浖环€(wěn)定、軟件開發(fā)成本急劇上升、軟件升級周期長等問題。

城域網(wǎng)在演進(jìn)過程中，必須同時(shí)考慮服務(wù)質(zhì)量、業(yè)務(wù)綜合調(diào)度管理能力、靈活開放架構(gòu)、安全保障、多廠商融合等方面的問題。同時(shí)需要跟蹤云計(jì)算技術(shù)的進(jìn)展，充分釋放云化資源池的優(yōu)勢，核心節(jié)點(diǎn)設(shè)備向集群、高可靠的方向發(fā)展。

新技術(shù)如何賦能城域網(wǎng)

原有的網(wǎng)絡(luò)由不同層級的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，當(dāng)業(yè)務(wù)需要有更大的容量和更高的轉(zhuǎn)發(fā)性能時(shí)，運(yùn)營商只能擴(kuò)容，而機(jī)房的空間和能耗方面的限制使得擴(kuò)容非常困難。不同類型業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)靈活性方面的要求也得不到滿足。

通信設(shè)備商長久以來所提供的均是傳統(tǒng)的控制和硬件一體的設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)通過設(shè)備與設(shè)備之間的各類協(xié)議進(jìn)行控制和管理。軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）是一種新興的、基于軟件的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及技術(shù)，其最大的特點(diǎn)在于控制平面與數(shù)據(jù)平面的分離、支持集中化的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)控制、實(shí)現(xiàn)底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)施對上層應(yīng)用的透明。SDN的產(chǎn)生對于設(shè)備商來說是革命性的改變，在未來SDN組網(wǎng)環(huán)境中，傳統(tǒng)設(shè)備已經(jīng)不具備成本優(yōu)勢。隨著SDN市場前景的日趨明確，為了在未來SDN網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)一席之地，各通信設(shè)備商也開始積極投入SDN技術(shù)、設(shè)備以及解決方案的探索和研究之中。

總之，SDN和NFV技術(shù)在運(yùn)營商IP網(wǎng)絡(luò)的引入將促進(jìn)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)向新的業(yè)務(wù)模式演進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)更高效的部署、更便利的維護(hù)、更快速的調(diào)度以滿足業(yè)務(wù)變更需求和動(dòng)態(tài)的資源調(diào)整。盡管現(xiàn)網(wǎng)演進(jìn)中會(huì)遇到這樣或者那樣的問題，但運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)面向業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)變的目標(biāo)是不會(huì)改變的，相信時(shí)間和技術(shù)發(fā)展會(huì)逐步解決這些問題，未來運(yùn)營商必將構(gòu)建出一張全新的電信運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)。

編輯｜張鵬 zhangpeng@bixintong.com.cn