基于SDN技術的IP城域網(wǎng)BRAS改造思路研究

曾楚軒

摘要：文章主要是對廣東聯(lián)通IP城域網(wǎng)的建設現(xiàn)狀進行分析，從SDN技術引入和發(fā)展角度，對IP城域網(wǎng)BRAS（寬帶接入設備）的下一步改造方向繼續(xù)年探討研究。

關鍵詞：城域網(wǎng)；軟件定義網(wǎng)絡；寬帶接入設備；改造

1背景概述

廣東聯(lián)通數(shù)據(jù)網(wǎng)絡經過多年的建設和積累，但現(xiàn)有建設的網(wǎng)絡相對來說比較僵化，管道是硬管道，資源是孤島。無法滿足用戶越來越動態(tài)化、越來越差異化的需求；無法實現(xiàn)網(wǎng)絡資源復用；無法真正的按需擴展；無法實現(xiàn)快速的業(yè)務交付；無法支撐固網(wǎng)業(yè)務的快速發(fā)展。只有從提供差異化服務、降低網(wǎng)絡建設成本、提升網(wǎng)絡運維效率等方面著手進行網(wǎng)絡重構。

廣東聯(lián)通IP城域網(wǎng)全省BRAS數(shù)量超過300臺，全省各BRAS負荷利用率差異較大。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)BRAS設備上的IP地址池固定配置導致IP利用率參差不齊，IP地址浪費嚴重加劇了IPv4地址不足的矛盾；另一方面，BRAS上聯(lián)帶寬利用率差異較大導致城域網(wǎng)CR側端口整體投資效率降低。

隨著SDN技術的不斷成熟完善，接入網(wǎng)的光纖不斷豐富，采用SDN技術將城域網(wǎng)內多臺BRAS進行組池化變得更加容易可行。通過BRAS池組化，一是提高BRAS綜合IP地址利用率釋放出大量IPv4地址資源，二是提高了設備及光纜故障時業(yè)務自愈能力，單BRAS的業(yè)務負荷預警門限因安全性提高可大幅提升，用戶感知也隨著故障率降低將大幅提升。

2現(xiàn)狀調研

目前BRAS組池化已成熟的做法采用BRAS雙機熱備或一主一備方式，業(yè)界未有進行多BRAS組池的商用案例。各廠家的多BRAS組池主要采用私有協(xié)議，且必須光纖網(wǎng)狀直連，也只處于研發(fā)測試階段。隨著SDN技術的成熟，跨廠家的多BRAS組池及非光纖直連組池變的靈活及可能性更大。

3實現(xiàn)方案

3.1組網(wǎng)方案

如圖1所示，SDN BRAS通過SDN控制器（SNC）將多個BRAS統(tǒng)一成一個邏輯BRAS池化管理，實現(xiàn)對BRAS資源的共享利用。這些資源包括IP地址、session資料、BRAS CPU板塊能力、VAS業(yè)務能力等；同時SDN控制器要實現(xiàn)引流機制，確保將相應的流量引入不同的BRAS，實現(xiàn)資源共享。vBNG部署在當前物理BNG位置，下層二層鏈路雙歸或者多歸（pool方式）。

3.2業(yè)務流程

3.2.1 SDN控制器統(tǒng)一進行地址池發(fā)放

動態(tài)規(guī)劃地址池，BRAS上不用單獨配置地址池段，統(tǒng)一由控制器管理地址資源，根據(jù)地址池使用率情況，動態(tài)申請、釋放地址子網(wǎng)段，優(yōu)化地址資源的管理和部署，節(jié)省地址空間。

3.2.2 SDN控制器控制用戶上線路徑，負載均衡

BRAS將資源使用情況上報SDN控制器，系統(tǒng)支持基于延遲的接入控制，SDN控制器分析資源使用情況，動態(tài)控制用戶上線路徑，實現(xiàn)資源負載均衡。包括domian粒度、接口粒度、單板粒度、整機粒度。業(yè)務流程如圖2所示。

3.3主要技術原理及思路

在目前網(wǎng)絡迅速發(fā)展，IP地址資源緊缺的形勢下，傳統(tǒng)的地址池需要手動配置靜態(tài)地址段，SDN BRAS方案可以實現(xiàn)地址規(guī)劃的集中化管理，根據(jù)BRAS地址池使用率情況，動態(tài)申請、釋放地址段，節(jié)省地址空間，使路由信息的維護更加高效，并簡化大型網(wǎng)絡的配置。提供了一種更為靈活的地址池管理和部署方式。一個網(wǎng)段的地址可以分成多個子網(wǎng)分配給多臺設備共同使用，能夠更充分利用地址資源。

SDN BRAs提供了一種動態(tài)調整地址池地址容量的機制。動態(tài)地址池配置完成后，BRAS根據(jù)動態(tài)地址池的地址使用率自動向SDN控制器發(fā)起地址段的申請和釋放請求，并可以向DHCP或PPP用戶提供地址分配功能。

BRAS每隔10分鐘檢查一次動態(tài)地址池的地址使用率，當動態(tài)地址池的地址使用率高于上限閾值時發(fā)起新地址段的申請請求；低于下限閡值時發(fā)起地址段的釋放請求，釋放動態(tài)地址池中空閑的地址段。

BRAS對申請到的地址段定期做探測以確保地址段的可用性。當達到探測周期時，BRAS向SDN控制器發(fā)起地址段的探測。如果SDN控制器允許繼續(xù)使用該地址段，則發(fā)送探測成功消息，否則發(fā)送探測拒絕消息。

SDN控制器下發(fā)地址段后，如果SDN控制器與BRAS設備之間鏈路異常導致報文丟棄，SDN控制器分配的地址段將無人使用。此時需要SDN控制器能夠基于地址段進行探測，確認對應地址段是否還在使用，如果沒有使用則需要釋放，以提高地址段的使用率。

4建設方案的效果

4.1為城域網(wǎng)目標演進方向進行改造

為了優(yōu)化網(wǎng)絡架構，提升業(yè)務部署靈活性，實現(xiàn)以云化端局為目標，由剛性管道轉換為高效、彈性、按需自服務的業(yè)務網(wǎng)絡，廣東聯(lián)通數(shù)據(jù)網(wǎng)采用SDN/NFV技術重構網(wǎng)絡架構，分別由VXLAN交換機、云資源池、SDNController，X86標準服務器、OpenStack云管理平臺等各功能組件，構建新型城域網(wǎng)架構如圖3所示。

BRAS池組化改造，符合CT網(wǎng)向IT網(wǎng)發(fā)展的方向和集中的原則，為網(wǎng)絡的統(tǒng)一管理和業(yè)務快速部署提供了便利。

4.2經濟與實用價值

在IPv4地址方面，使用本方案普通寬帶接入IPv4地址利用率至少可提升10個以上百分點，以廣東聯(lián)通為例，全省可釋放現(xiàn)有的IPv4地址達到20萬個。按每個IP年租金100元計算，節(jié)約的IP地址年直接經濟價值數(shù)千萬元。

在設備利用率方面，通過池組化可縮減現(xiàn)有BRAS局點，將部分低負荷及老舊的BRAS進行退網(wǎng)或片區(qū)化集中化提高服務，可節(jié)約局房動力、租金及廠家的維保費用，以廣東聯(lián)通全網(wǎng)改造為例，每年節(jié)約運維成本及城域網(wǎng)投資數(shù)百萬元。

在網(wǎng)絡安全及運維搶修方面，使用SDN技術提高了網(wǎng)絡的利用率及安全性，可以將原來BRAS重大單點故障的處理幾小時級壓縮到幾分鐘級，將大大提升寬帶用戶的網(wǎng)絡感知。

5結語

BRAS池組化后，未來將采用云技術建構vBRAS資源池，相對于城域網(wǎng)原來BRAS設備的單機故障，大大提升了系統(tǒng)的可靠性。通過資源池內部可以輕松實現(xiàn)vBRAS的1：1熱備、n：1備份、快速擴容部署、業(yè)務快速割接、快速全資源池版本升級等需求。資源池具備集中承載較大規(guī)模（10～50萬）用戶接入的能力，具備支持資源池向邊緣DC演進的能力。vBRAS除了能夠滿足城域網(wǎng)目前各項業(yè)務，更因其輕量、彈性的特點，將來在支持新業(yè)務能力更是比現(xiàn)網(wǎng)硬件BRAS更有優(yōu)勢。