IP網(wǎng)SDN+NFV云化能力探索

林嵐君（福建省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司， 福州 350003）

LIN Lan-jun（Fujian Post&Telecom Planning and Designing Institute， Fuzhou 350003， China）

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IP網(wǎng)SDN+NFV云化能力探索

林嵐君
（福建省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司， 福州 350003）

摘 要SDN/NFV逐漸成為新一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的核心技術(shù)，也為未來(lái)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)變革提供有力的技術(shù)支撐。SDN/ NFV在運(yùn)營(yíng)商IP網(wǎng)絡(luò)的引入促進(jìn)運(yùn)營(yíng)網(wǎng)向新的業(yè)務(wù)模式演進(jìn)，能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的部署、更便利的維護(hù)、更快速的靈活滿足業(yè)務(wù)變更需求和動(dòng)態(tài)的資源調(diào)整。為了搶占市場(chǎng)先機(jī)并提高用戶粘性，運(yùn)營(yíng)商將會(huì)持續(xù)進(jìn)行探索與嘗試，構(gòu)建新一代面向未來(lái)云化城域網(wǎng)絡(luò)。

關(guān)鍵詞SDN；NFV；城域網(wǎng)

1　引言

運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)多年的快速發(fā)展，多種業(yè)務(wù)不斷疊加，使得網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)綜復(fù)雜，為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)維排障等方面帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)。在這個(gè)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的時(shí)代，為了不被邊緣化和管道化，運(yùn)營(yíng)商需要在商業(yè)模式、業(yè)務(wù)內(nèi)容、服務(wù)方式，甚至在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)上需要進(jìn)行革新。因此，如何降低運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和運(yùn)維成本，讓傳統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)逐漸演進(jìn)到面向業(yè)務(wù)的新運(yùn)營(yíng)網(wǎng)，已經(jīng)成為各大運(yùn)營(yíng)商重點(diǎn)聚焦的一個(gè)問(wèn)題。

2　IP網(wǎng)轉(zhuǎn)型面臨各種挑戰(zhàn)

2.1IP網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)

隨著用戶體驗(yàn)的變化，運(yùn)營(yíng)商的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)已逐漸從“大（性能、容量、成本）”轉(zhuǎn)移到“快”，要快速業(yè)務(wù)創(chuàng)新、快速響應(yīng)客戶需求、快速開發(fā)業(yè)務(wù)、快速故障定位。而傳統(tǒng)的IP城域網(wǎng)已經(jīng)無(wú)法匹配新型業(yè)務(wù)的快速發(fā)展需求，主要存在如下幾方面的短板：

新業(yè)務(wù)上線慢：由于新的業(yè)務(wù)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)需要現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備長(zhǎng)周期調(diào)整，從而導(dǎo)致無(wú)法支撐有創(chuàng)意和短收益的業(yè)務(wù)產(chǎn)品。比如，近期中國(guó)電信集團(tuán)公司的悅ME和愛Wi-Fi業(yè)務(wù)產(chǎn)品產(chǎn)品設(shè)備測(cè)試配置達(dá)2～3個(gè)月。

資源利用率不均衡：由于地區(qū)經(jīng)濟(jì)以及市場(chǎng)推廣的差異化，導(dǎo)致城域網(wǎng)BAS利用資源不均衡（最小承載用戶數(shù)＜1千，最大達(dá)8萬(wàn)），致使部分網(wǎng)絡(luò)資源（用戶會(huì)話數(shù)、IP地址等）存在瓶頸，而部分節(jié)點(diǎn)又存在轉(zhuǎn)發(fā)能力過(guò)剩，導(dǎo)致資源浪費(fèi)。

運(yùn)營(yíng)維護(hù)復(fù)雜：寬帶業(yè)務(wù)經(jīng)過(guò)近十幾年的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也在不斷的更新?lián)Q代，現(xiàn)有城域網(wǎng)同時(shí)在網(wǎng)的設(shè)備型號(hào)和版本多達(dá)20種。由于各種設(shè)備的配置和維護(hù)命令不同，異廠家設(shè)備維護(hù)界面也不盡相同，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無(wú)法集中進(jìn)行統(tǒng)一控制。

持續(xù)較高的建網(wǎng)成本：現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)資源按區(qū)域配置，無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源彈性調(diào)度和按需分配。而隨著國(guó)家提速降價(jià)的政策要求以及各大運(yùn)營(yíng)商之間的競(jìng)爭(zhēng)加劇，導(dǎo)致對(duì)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本訴求更高，需要更低建網(wǎng)成本。

2.2SDN對(duì)于IP網(wǎng)的價(jià)值

SDN是一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，其核心技術(shù)是通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制面與數(shù)據(jù)面分離開來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，為核心網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用的創(chuàng)新提供了良好的平臺(tái)。SDN是適應(yīng)云計(jì)算在計(jì)算虛擬化后對(duì)網(wǎng)絡(luò)虛擬化的需求而發(fā)展起來(lái)的，是ICT產(chǎn)業(yè)軟件化的趨勢(shì)體現(xiàn)。將SDN應(yīng)用于城域網(wǎng)中，能夠解決目前網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的業(yè)務(wù)控制層瓶頸和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維復(fù)雜等許多問(wèn)題，大幅減少投資，快速部署新業(yè)務(wù)，推動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)發(fā)展。

SDN化帶來(lái)的好處：網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新快速驗(yàn)證平臺(tái)；網(wǎng)絡(luò)特性可編程，滿足云計(jì)算等業(yè)務(wù)的發(fā)展的新要求；簡(jiǎn)化超大型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)管理；網(wǎng)絡(luò)虛擬化，網(wǎng)絡(luò)資源按需分配；縮短業(yè)務(wù)部署周期；快速感知、快速調(diào)整、快速部署。

SDN帶給運(yùn)營(yíng)商的價(jià)值：

（1） 降低設(shè)備成本：設(shè)備數(shù)量減少，標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器因規(guī)模采購(gòu)價(jià)格低。

（2） 鼓勵(lì)更多創(chuàng)新：軟件開發(fā)門檻低，容易創(chuàng)新，將帶來(lái)新的服務(wù)和新的收入來(lái)源。

（3） 多租戶：?jiǎn)我黄脚_(tái)即可為不同用戶提供服務(wù)，使運(yùn)營(yíng)商能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享。

（4） 降低新產(chǎn)品、新業(yè)務(wù)上線周期：軟件開發(fā)的速度快于硬件產(chǎn)品，同時(shí)軟件升級(jí)方式也比硬件替換方式對(duì)運(yùn)營(yíng)商影響小。

（5） 快速推出有針對(duì)性的服務(wù)：可以根據(jù)地理位置和客戶需求快速推出有針對(duì)性的服務(wù)，同時(shí)快速實(shí)現(xiàn)性能的提升或者降低。

3　IP網(wǎng)SDN/NFV應(yīng)用探索

運(yùn)營(yíng)商在思考將x86這種具有更高計(jì)算能力和更標(biāo)準(zhǔn)靈活的硬件架構(gòu)引入到傳統(tǒng)城域網(wǎng)的業(yè)務(wù)邊緣層的可能性。通過(guò)部署x86架構(gòu)下的虛擬CPE（vCPE）、虛擬BRAS（vBRAS）和虛擬NAT（vCGN）等資源池，使得業(yè)務(wù)邊緣的用戶接入控制能力得以靈活擴(kuò)展。

3.1專線vCPE應(yīng)用

運(yùn)營(yíng)商首先在vCPE方向上進(jìn)行實(shí)踐探索，將原來(lái)散落在用戶家庭的接入網(wǎng)關(guān)的高級(jí)功能上收到匯聚節(jié)點(diǎn)，在家庭側(cè)只需要部署最簡(jiǎn)單的二層接入設(shè)備，大大的降低客戶端的投資和維護(hù)成本。vCPE部署在匯聚節(jié)點(diǎn)機(jī)房，旁掛在業(yè)務(wù)接入控制層設(shè)備邊上，使用vCPE可以在網(wǎng)絡(luò)側(cè)集中設(shè)置，按不同客戶對(duì)應(yīng)設(shè)置不同vCPE，并根據(jù)客戶需求靈活動(dòng)態(tài)調(diào)整對(duì)應(yīng)資源分配和管理。用戶側(cè)的Thin CPE只提供L2轉(zhuǎn)發(fā)，通過(guò)VxLAN技術(shù)與vCPE進(jìn)行互聯(lián)，通過(guò)二層回傳方式將用戶流量導(dǎo)入vCPE終結(jié)。圖1為VCPE部署示意圖。

這種部署模式絕不僅僅在于替代現(xiàn)有的家庭網(wǎng)關(guān)，而在于盯準(zhǔn)智能家庭路由器市場(chǎng)，作為新技術(shù)驅(qū)動(dòng)下的軟件終端，以其維護(hù)方便、升級(jí)靈活、新業(yè)務(wù)部署快速，符合云化技術(shù)潮流，再結(jié)合原有業(yè)務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速地推向市場(chǎng)。但優(yōu)勢(shì)發(fā)揮的關(guān)鍵在于軟件形態(tài)下新的業(yè)務(wù)模式的挖掘，提供客戶有價(jià)值服務(wù)。

3.2 IP城域網(wǎng)邊緣vBRAS應(yīng)用

傳統(tǒng)城域網(wǎng)業(yè)務(wù)邊緣設(shè)備是整個(gè)運(yùn)營(yíng)商IP城域網(wǎng)中業(yè)務(wù)部署最復(fù)雜的，運(yùn)營(yíng)商需要依靠這個(gè)層次完成用戶的接入、認(rèn)證、控制、策略部署等功能。在以帶寬出租為主要運(yùn)營(yíng)模式的傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)網(wǎng)中，業(yè)務(wù)邊緣節(jié)點(diǎn)設(shè)備基本能夠滿足運(yùn)營(yíng)需求。但在部分發(fā)達(dá)地區(qū)，傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)邊緣節(jié)點(diǎn)設(shè)備也已經(jīng)出現(xiàn)了計(jì)算能力和轉(zhuǎn)發(fā)能力的不匹配的問(wèn)題，當(dāng)邊緣設(shè)備的端口使用率才到20%，但是CPU的利用率已經(jīng)達(dá)到70%～80%了。并且隨著增值業(yè)務(wù)的部署，Session會(huì)話數(shù)隨著寬帶用戶增長(zhǎng)及多種業(yè)務(wù)疊加開展，導(dǎo)致傳統(tǒng)的老平臺(tái)城域網(wǎng)邊緣設(shè)備越來(lái)越凸顯出其業(yè)務(wù)特性開發(fā)響應(yīng)周期長(zhǎng)和業(yè)務(wù)能力偏弱的問(wèn)題。

在運(yùn)營(yíng)商IP城域網(wǎng)中，BRAS是最為關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和角色類型，以BRAS及其以下的接入網(wǎng)為模塊，不斷復(fù)制模塊擴(kuò)容的方式建設(shè)城域網(wǎng)是最為典型模式。這種模式網(wǎng)絡(luò)配置相對(duì)固定，可以很好的實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容，但是也存在非常明顯的問(wèn)題：城域網(wǎng)內(nèi)各個(gè)BRAS之間各自為政，無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源共享。這使得用戶多的地方只能多部署幾臺(tái)BRAS，多從接入網(wǎng)拉連一些光纖鏈路到BRAS機(jī)房，BRAS和鏈路的利用率都不高。另外，運(yùn)營(yíng)商也嘗試對(duì)業(yè)務(wù)大的BRAS節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)備熱備，這種網(wǎng)絡(luò)部署方案在一定程度上能提升業(yè)務(wù)保障能力，但對(duì)二層的網(wǎng)絡(luò)接入如光纜資源等造成極大的損耗。因此，城域網(wǎng)的邊緣業(yè)務(wù)設(shè)備BRAS也在嘗試向x86方向發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器可以通過(guò)平滑擴(kuò)展的方式增強(qiáng)計(jì)算和轉(zhuǎn)發(fā)能力，并且能夠更好地適應(yīng)L4～L7業(yè)務(wù)能力。

在x86的架構(gòu)下，vBRAS作為原有物理BRAS設(shè)備的虛擬化形態(tài)，采用NFV技術(shù)運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器虛擬機(jī)上，實(shí)現(xiàn)在城域網(wǎng)業(yè)務(wù)邊緣層形成一個(gè)新的vPOP。采用x86形態(tài)vBRAS服務(wù)器可以分布在不同的DC里，通過(guò)雙機(jī)房雙活負(fù)載分擔(dān)提高業(yè)務(wù)的保障性。同時(shí)可以將各種VNF（如NAT、DPI、CDN等）相對(duì)集中部署形成資源池，資源池內(nèi)可以面向用戶、面向業(yè)務(wù)靈活調(diào)整資源，從而提升全網(wǎng)使用效率。另外在城域網(wǎng)范圍內(nèi)集中部署vPOP的Controller，實(shí)現(xiàn)資源狀態(tài)的查看、配置、維護(hù)、調(diào)整等功能。圖2為vBRAS部署示意圖。

目前多家運(yùn)營(yíng)商均已展開對(duì)單機(jī)設(shè)備虛擬化（NFV）的測(cè)試工作，基本上完成了vBRAS基礎(chǔ)能力的功能驗(yàn)證。在完成初步階段的基礎(chǔ)上，后續(xù)將結(jié)合SDN實(shí)現(xiàn)城域網(wǎng)業(yè)務(wù)接入控制層的池化，在城域網(wǎng)業(yè)務(wù)邊緣層形成多個(gè)新的vPOP，實(shí)現(xiàn)和云化相關(guān)的功能，以及SDN集中控制的功能。

圖2　vBRAS部署示意圖

4　總結(jié)

SDN/NFV在運(yùn)營(yíng)商IP網(wǎng)絡(luò)的引入促進(jìn)運(yùn)營(yíng)網(wǎng)向新的業(yè)務(wù)模式演進(jìn)，能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的部署、更便利的維護(hù)、更快速的靈活滿足業(yè)務(wù)變更需求和動(dòng)態(tài)的資源調(diào)整。雖然新技術(shù)的部署將會(huì)對(duì)光纜網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)帶來(lái)一定的壓力，但是為了搶占市場(chǎng)先機(jī)并提高用戶粘性，運(yùn)營(yíng)商將會(huì)持續(xù)進(jìn)行探索與嘗試，構(gòu)建新一代面向未來(lái)云化城域網(wǎng)絡(luò)。

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LIN Lan-jun
（Fujian Post&Telecom Planning and Designing Institute， Fuzhou 350003， China）

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Research on IP network SDN+NFV cloud capability

KeywordsNFV； SDN； metropolitan area network

AbstractSDN/NFV gradually become the core technology of the new generation of network development， but also to provide a strong technical support for the future operators of network reconfi guration. SDN/NFV in IP network operators to promote the introduction of network operators to the evolution of a new business model to achieve more effi cient deployment and maintenance more convenient and more rapid fl exible to meet the change of business requirements and dynamic resource adjustment. In order to seize market opportunities and improve user stickiness， operators will continue to explore and try to build a new generation of future oriented cloud metropolitan area network.

中圖分類號(hào)TN929.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1008-5599（2016）05-0023-04

收稿日期：2016-04-13