超寬帶城域網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)思路和關(guān)鍵技術(shù)研究

黃 志

（中國聯(lián)通廣州分公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

在工業(yè)化發(fā)展過程中，以云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)為代表的信息技術(shù)不斷融入，綜合信息化服務(wù)水平的提高對(duì)網(wǎng)絡(luò)、寬帶的要求越來越高。在當(dāng)前寬帶網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中，必須突破傳統(tǒng)發(fā)展瓶頸，因此“十三五”背景下寬帶網(wǎng)絡(luò)發(fā)展也已經(jīng)成為國家層面的戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)。就目前ITU的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前全球已有超過100個(gè)國家開展“國家寬帶計(jì)劃”建設(shè)。而且在“十三五”規(guī)劃下我國十分注重信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，明確提出要加強(qiáng)此方面建設(shè)進(jìn)程，并不斷將信息化融入工業(yè)化當(dāng)中去，實(shí)現(xiàn)我國各領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)信息化發(fā)展目標(biāo)。寬帶城域網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中具有重要作用，在流量匯聚、用戶接入方面承擔(dān)著重要作用，目前也已經(jīng)成為了國家信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的關(guān)鍵組成部分，寬帶城域網(wǎng)發(fā)展水平直接決定著信息化普及程度。目前，高效超寬帶城域網(wǎng)是城域網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也具有明確要求，要求其必須具備綠色節(jié)能、超寬帶接入、全方位安全保障、平滑擴(kuò)展等典型優(yōu)勢(shì)。

1 “寬帶中國”戰(zhàn)略對(duì)寬帶城域網(wǎng)的影響

在我國國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)下，于2013年8月制定并發(fā)布了《“寬帶中國”戰(zhàn)略及實(shí)施方案》。該方案對(duì)我國2013—2022年寬帶發(fā)展進(jìn)行了規(guī)劃，并明確了寬帶網(wǎng)絡(luò)發(fā)展規(guī)劃的具體時(shí)間節(jié)點(diǎn)。其還要求我國2015年必須實(shí)現(xiàn)農(nóng)村和城市網(wǎng)絡(luò)建設(shè)到家到戶，城市光纖入樓、農(nóng)村寬帶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)村，對(duì)固定寬帶家庭普及率提出明確要求，必須超過50%；同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸能力也提出明確要求，城市網(wǎng)絡(luò)傳輸速率需達(dá)到20 Mb/s，農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)傳輸速率需達(dá)到4 Mb/s，以北京為代表的一線城市的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率必須達(dá)到100 Mb/s。同時(shí)，其還對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸能力提出明確要求，城市寬帶傳輸能力必須超過50 Mb/s，農(nóng)村的寬帶傳輸能力也必須達(dá)到12 Mb/s，以北京等為代表的一線城市寬帶傳輸速率應(yīng)該達(dá)到1 Gb/s。希望在該戰(zhàn)略引導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò)超前建設(shè)，實(shí)現(xiàn)我國寬帶網(wǎng)絡(luò)流量和用戶的高速增長。在該戰(zhàn)略的引導(dǎo)下，我國超寬帶城域網(wǎng)建設(shè)也取得了階段性成果[1]。

2 寬帶城域網(wǎng)的架構(gòu)演進(jìn)

我國寬帶城域網(wǎng)初期建設(shè)的架構(gòu)如圖1所示，采用“業(yè)務(wù)匯聚層+核心層+業(yè)務(wù)控制層”的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式。核心層的主要為業(yè)務(wù)控制層設(shè)備提供相應(yīng)的城域網(wǎng)出口，進(jìn)行核心路由器的部署。業(yè)務(wù)控制層主要由BRAS和SR（多臺(tái)）構(gòu)成，主要功能為提供差異化服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)寬帶網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)業(yè)務(wù)和用戶的控制、接入。其中，SR主要承接大客戶業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邊緣和用戶的連接；BRAS主要承載寬帶網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用接入網(wǎng)關(guān)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的管理與認(rèn)證，同時(shí)實(shí)現(xiàn)公共用戶業(yè)務(wù)功能。在業(yè)務(wù)控制層中，SR和BRAS相互部署、配合，保證寬帶城域網(wǎng)中各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)。業(yè)務(wù)匯聚層的功能實(shí)現(xiàn)一般由三層高端匯聚交換機(jī)進(jìn)行部署，同時(shí)在其相互協(xié)調(diào)配合下實(shí)現(xiàn)有線寬帶接入網(wǎng)業(yè)務(wù)的上行匯聚。結(jié)合我國寬帶城域網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程，對(duì)我國運(yùn)營商寬帶城域網(wǎng)機(jī)構(gòu)的演進(jìn)變化情況進(jìn)行總結(jié)分析。

圖1 寬帶城域網(wǎng)初期網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.1 網(wǎng)絡(luò)扁平化，逐步取消匯聚層

在寬帶城域網(wǎng)發(fā)展中，業(yè)務(wù)匯聚層不斷演進(jìn)，其功能主要是實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)上行數(shù)據(jù)電路、流量和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口的匯聚。在我國寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)起步期，我國的業(yè)務(wù)承載與負(fù)擔(dān)還相對(duì)較弱，因此業(yè)務(wù)匯聚層能較好地實(shí)現(xiàn)其匯聚作用，為電路資源傳輸和設(shè)備端口節(jié)約了大量資源。在 “寬帶中國”戰(zhàn)略的推動(dòng)下，我國網(wǎng)絡(luò)傳輸能力不斷提高，目前已經(jīng)達(dá)到10 Gb/s級(jí)別，這也標(biāo)志著我國寬帶接入網(wǎng)接入能力大幅度提高，在此背景下也導(dǎo)致匯聚層在寬帶城域網(wǎng)中的作用越來越弱[2]。

2.2 業(yè)務(wù)控制層功能網(wǎng)元合設(shè)，部署多業(yè)務(wù)邊緣路由器

在我國寬帶城域網(wǎng)及信息技術(shù)發(fā)展的背景下，用戶的業(yè)務(wù)需求不斷提高。為滿足用戶的業(yè)務(wù)需求，運(yùn)營商推出新的多業(yè)務(wù)融合方式，這就導(dǎo)致BRAS和SR的缺陷暴露出來。比如，BRAS在接入層的業(yè)務(wù)支持方面通過PPPoE實(shí)現(xiàn)接入，但SR卻不支持PPPoE，這導(dǎo)致業(yè)務(wù)控制層中的SR和BRAS相互制約，對(duì)當(dāng)前運(yùn)營商多業(yè)務(wù)融合發(fā)展造成極大阻礙。為滿足多業(yè)務(wù)融合需求，寬帶城域網(wǎng)業(yè)務(wù)控制層也進(jìn)行優(yōu)化與創(chuàng)新，MSE設(shè)備（多業(yè)務(wù)邊緣路由器）的引入取代了傳統(tǒng)業(yè)務(wù)控制層中的SR和BRAS，形成了新的業(yè)務(wù)控制層架構(gòu)模型。該MSE架構(gòu)模型實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)控制層精簡，為多業(yè)務(wù)融合提供了可能，也進(jìn)一步提升了網(wǎng)絡(luò)資源維護(hù)效率和網(wǎng)絡(luò)資源利用率[3]。

3 超寬帶城域網(wǎng)基本特征

傳統(tǒng)寬帶網(wǎng)絡(luò)發(fā)展建設(shè)要求其必須具備安全性、擴(kuò)展性等特征，而超寬帶城域網(wǎng)還有其特殊要求，包括智能性、高速性、綠色節(jié)能性等。因此，超寬帶城域網(wǎng)建設(shè)中必須在這幾個(gè)方面進(jìn)行跨越式突破，接下來就超寬帶城域網(wǎng)特征進(jìn)行詳細(xì)分析。

3.1 超大規(guī)模超寬帶接入

除“寬帶中國”戰(zhàn)略推進(jìn)之外，“感知中國”戰(zhàn)略也不斷推進(jìn)，“智慧城市”發(fā)展與建設(shè)也基于IP寬帶網(wǎng)絡(luò)不斷推進(jìn)。目前，我國東部發(fā)達(dá)地區(qū)的寬帶規(guī)模不斷擴(kuò)張，據(jù)統(tǒng)計(jì)，其終端過億、用戶過千萬。在“十三五”規(guī)劃中，我國提出“三網(wǎng)融合”的戰(zhàn)略，這對(duì)寬帶容量和寬帶傳輸速率提出了較高要求，未來寬帶用戶的基本需求要求其帶寬要超過100 Mb/s，超寬帶城域網(wǎng)的發(fā)展也必須滿足超大規(guī)模超寬帶計(jì)入。

3.2 全覆蓋型網(wǎng)絡(luò)

我國網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中大量路由的使用以及大量終端的引入，對(duì)信息服務(wù)提出明確要求，應(yīng)該保證寬帶用戶能借助任意終端以任意方式隨時(shí)隨地安全接入，這就要求超寬帶城域網(wǎng)必須實(shí)現(xiàn)物理空間和網(wǎng)絡(luò)空間的融合[4]。

3.3 IP融合承載

在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、用戶需求的不斷發(fā)展下，我國傳統(tǒng)“煙囪式”的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模式雖然實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的相互配合，但這種建設(shè)模式卻不能滿足當(dāng)前的需求，因此，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的真正融合也已經(jīng)成為必然發(fā)展趨勢(shì)。

3.4 綠色節(jié)能

綠色節(jié)能一直以來都是高效超寬帶城域網(wǎng)發(fā)展的最根本要求，為實(shí)現(xiàn)這一目的，必須從超寬帶城域網(wǎng)的各個(gè)單位入手，保證各個(gè)單位的低能耗，讓節(jié)能低能耗貫穿超寬帶城域網(wǎng)建設(shè)的各個(gè)單位和各個(gè)環(huán)節(jié)。

3.5 IPv6技術(shù)和業(yè)務(wù)使能

IPv4地址資源不僅已經(jīng)不能滿足當(dāng)前要求，而且日漸稀缺。為保證超寬帶城域網(wǎng)進(jìn)程有效推進(jìn)，必須加強(qiáng)IPv6的部署與建設(shè)，因此IPv6業(yè)務(wù)能力也成為超寬帶城域網(wǎng)建設(shè)的必備特征。

4 超寬帶城域網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文提出的超寬帶城域網(wǎng)體系如圖2所示，包括超寬帶承載層、超寬帶策略控制層、運(yùn)營支撐系統(tǒng)和超寬帶城域安全體系4部分。

圖2 超寬帶城域網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

4.1 超寬帶城域承載層

為保證大規(guī)模用戶和大量終端能夠以任意方式隨時(shí)隨地接入，因此采用All-IP架構(gòu)、結(jié)合多種接入方式來實(shí)現(xiàn)。希望該設(shè)計(jì)方法和架構(gòu)方式能解決超寬帶城域網(wǎng)中存在的問題，包括覆蓋范圍延伸、網(wǎng)絡(luò)容量擴(kuò)展等[5]。

4.1.1 減少網(wǎng)絡(luò)層次寬帶接入網(wǎng)

超寬帶中PON應(yīng)用的主要目的是滿足多場景接入需求。為簡化接入網(wǎng)絡(luò)層次，引入了OLT技術(shù)；為實(shí)現(xiàn)接入控制網(wǎng)-出口路由的直聯(lián)，在取消匯聚路由器的基礎(chǔ)上引入了OTN靈活組網(wǎng)技術(shù)；為實(shí)現(xiàn)雙棧協(xié)議并具備IPv6-Ready能力，引入了集群設(shè)備和大容量設(shè)備，以最終消除由于端口不足而產(chǎn)生的背靠背互聯(lián)現(xiàn)象。

4.1.2 優(yōu)化網(wǎng)元布局

大容量和融合化是接入控制網(wǎng)關(guān)的發(fā)展趨勢(shì)，網(wǎng)元數(shù)量的減少和有效集中是提升網(wǎng)絡(luò)效能的重要手段。

4.2 超寬帶策略控制層

超寬帶城域網(wǎng)發(fā)展中必須保證超寬帶策略控制層實(shí)現(xiàn)用戶-網(wǎng)絡(luò)-業(yè)務(wù)的有效協(xié)同，以此實(shí)現(xiàn)策略控制功能、流量管理和資源管理功能。另外，在控制層中還必須要求實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享，以保證用戶、業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)之間的有效溝通。

為保障超寬帶城域網(wǎng)的承載優(yōu)化，必須實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)-網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵是策略控制層的優(yōu)化。在超寬帶城域網(wǎng)中，若想實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)-網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，必須要保證業(yè)務(wù)信息、用戶信息和網(wǎng)絡(luò)資源之間的動(dòng)態(tài)決策和動(dòng)態(tài)調(diào)度。在對(duì)超寬帶城域網(wǎng)策略控制層的設(shè)計(jì)中，研究者建議引入云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)原有的承載控制層進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化，希望建設(shè)具有信息化和現(xiàn)代化的承載控制平臺(tái)。該設(shè)計(jì)中引入規(guī)范化接口，希望以此實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)和不同層之間的信息數(shù)據(jù)傳遞與共享，通過標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化建設(shè)保證系統(tǒng)的有效運(yùn)作。

4.3 運(yùn)營支撐系統(tǒng)

在超寬帶城域網(wǎng)建設(shè)中，為了實(shí)現(xiàn)用戶-網(wǎng)絡(luò)-業(yè)務(wù)的有效協(xié)同，不僅需要超寬帶策略控制層的優(yōu)化設(shè)計(jì)，而且必須要保障業(yè)務(wù)層、承載層等多個(gè)層面的協(xié)調(diào)配合，共同配合下實(shí)現(xiàn)超寬帶城域網(wǎng)的客戶服務(wù)等相關(guān)功能。同時(shí)，還應(yīng)該加強(qiáng)數(shù)據(jù)和信息資源的有效共享，以此保障用戶、業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)之間的信息傳遞、流轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)超寬帶城域網(wǎng)相關(guān)功能的自動(dòng)化部署。當(dāng)前超寬帶城域網(wǎng)的運(yùn)營支撐系統(tǒng)的建設(shè)必須進(jìn)行優(yōu)化，該操作可以在原有運(yùn)營支撐系統(tǒng)上進(jìn)行，進(jìn)行必要的改善和升級(jí)。

4.4 超寬帶城域安全體系

在超寬帶城域網(wǎng)建設(shè)中，必須要有一定的安全保障，尤其是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)化、信息化建設(shè)的背景下，對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全提出了更高的要求。為實(shí)現(xiàn)超寬帶城域網(wǎng)的安全保證，建議從一體化安全管理系統(tǒng)、DDoS攻擊防御系統(tǒng)以及異常流量監(jiān)控系統(tǒng)3個(gè)方面入手。

5 結(jié) 論

在當(dāng)前超寬帶城域網(wǎng)建設(shè)中需要綜合利用高速通道、IP-傳輸協(xié)同、業(yè)務(wù)-網(wǎng)絡(luò)-用戶協(xié)調(diào)等技術(shù)，同時(shí)還應(yīng)該引入安全防護(hù)技術(shù)，經(jīng)過科學(xué)籌劃和科學(xué)架構(gòu)之后，最終形成節(jié)能高效、高安全、高可信度和高擴(kuò)展性的超寬帶城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系，而超寬帶城域網(wǎng)的建設(shè)對(duì)于我國信息化程度和信息化安全均具有重要意義。