城域網(wǎng)BRAS演進(jìn)及部署新思路探討

河南省信息咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究有限公司 宋美芳 彭麗杰 王蓓蓓

隨著5G行業(yè)應(yīng)用的蓬勃發(fā)展，承載網(wǎng)絡(luò)面臨著巨大的壓力，而行業(yè)應(yīng)用與傳統(tǒng)2C/2H用戶需求不同，BRAS位于城域網(wǎng)邊緣，是用戶實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)的入口，需要滿足各種業(yè)務(wù)場(chǎng)景的不同需求。

1 當(dāng)前傳統(tǒng)BRAS設(shè)備存在的問題

傳統(tǒng)BRAS設(shè)備既具有高速的路由交換能力，又能夠終結(jié)各式各樣的接入業(yè)務(wù)，身兼路由交換和業(yè)務(wù)處理于一身，高性能軟件處理和高性能硬件轉(zhuǎn)發(fā)并存，曾一度是數(shù)通設(shè)備的明星產(chǎn)品，隨著技術(shù)進(jìn)步、應(yīng)用更新，目前傳統(tǒng)BRAS設(shè)備存在以下四個(gè)方面問題。

1.1 資源利用率低

當(dāng)前傳統(tǒng)BRAS主要是全分布式部署，下沉至各個(gè)匯聚機(jī)房，目前BRAS設(shè)備數(shù)量較多，且沒有形成池組，造成利用率不均衡。尤其是寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展不充分的地區(qū)，單臺(tái)BRAS承載用戶數(shù)較少，由于BRAS設(shè)備控制與轉(zhuǎn)發(fā)緊耦合，用戶數(shù)差異大，其承載業(yè)務(wù)、流量差異也很大。每臺(tái)物理設(shè)備負(fù)責(zé)IP地址分配、session license管理，IP地址和license浪費(fèi)嚴(yán)重，無法全局調(diào)配，利用率低，資源存在很大的浪費(fèi)。

1.2 可靠性較差、容易被廠商捆綁

每臺(tái)設(shè)備之間相互獨(dú)立，業(yè)務(wù)單元相對(duì)封閉復(fù)雜，無法實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備，現(xiàn)階段多采用溫備方式進(jìn)行保護(hù)，單臺(tái)設(shè)備故障需手動(dòng)將業(yè)務(wù)切至另外一臺(tái)設(shè)備，中斷業(yè)務(wù)時(shí)間較長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)可靠性較差。由于設(shè)備功能復(fù)雜（PPPoE/IPoE、NAT、VPN、點(diǎn)播、組播），不同廠家設(shè)備之間配置參數(shù)差異較大、不解耦，網(wǎng)絡(luò)容易被設(shè)備廠商捆綁，后期設(shè)備擴(kuò)容成本較高。

1.3 運(yùn)維管理復(fù)雜、成本較高

設(shè)備分布式部署，地理位置分散，不同廠家匹配與對(duì)接相對(duì)復(fù)雜，運(yùn)維管理工作量較大，配置維護(hù)工作對(duì)專業(yè)人員依賴較強(qiáng)。為保持網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)力，需要一支穩(wěn)定專業(yè)且經(jīng)驗(yàn)豐富的運(yùn)維管理人員隊(duì)伍，人員成本較高。為提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，目前多采用溫備保護(hù)、板卡級(jí)1+1保護(hù)，兩種保護(hù)均存在一半的板卡未利用，設(shè)備擴(kuò)容成本較高。

1.4 新業(yè)務(wù)部署復(fù)雜、周期長(zhǎng)

目前BRAS所在城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化能力低、智能化不足，業(yè)務(wù)管理和開通效率均較低，功能更新速度慢。新業(yè)務(wù)的部署往往涉及到全網(wǎng)升級(jí)，全網(wǎng)整機(jī)軟件升級(jí)影響面大，軟硬件之間的匹配、對(duì)接較為復(fù)雜，除此之外各廠商之間不能解耦，以上這些因素導(dǎo)致新業(yè)務(wù)部署上線周期較長(zhǎng)，業(yè)務(wù)辦理不靈活。無法支撐智能化業(yè)務(wù)快速部署、開通、調(diào)整，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來說將會(huì)錯(cuò)失5G大發(fā)展帶來的行業(yè)機(jī)遇。

2 演進(jìn)方向及部署新思路

以上討論的一系列問題，原因比較復(fù)雜：有的是因?yàn)閺S商技術(shù)封鎖，有的是由于關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展進(jìn)度緩慢造成。隨著近幾年技術(shù)的推進(jìn)，不少關(guān)鍵技術(shù)已在應(yīng)用實(shí)踐中不斷成熟，各種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議也初具規(guī)模，接下來我們針對(duì)目前BRAS存在的問題，從不同的解決方式進(jìn)行演進(jìn)方向及部署新思路的探討。

2.1 BRAS池組化部署

在一些業(yè)務(wù)量大的地區(qū)，每個(gè)匯聚區(qū)至少有兩臺(tái)BRAS設(shè)備，由于業(yè)務(wù)開通習(xí)慣等問題，匯聚區(qū)內(nèi)存在設(shè)備間業(yè)務(wù)不均衡的情況，造成資源浪費(fèi)。單臺(tái)設(shè)備下掛業(yè)務(wù)也容易出現(xiàn)單機(jī)故障等。針對(duì)這種情況，目前運(yùn)營(yíng)商多采用的模式為交換機(jī)交叉雙上聯(lián)至兩臺(tái)BRAS，既間接實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備，解決了單機(jī)故障問題，又能使每臺(tái)BRAS的資源利用率相當(dāng)。但是這種實(shí)現(xiàn)方式在OLT設(shè)備與BRAS之間加了一層匯聚交換機(jī)，時(shí)延增加，故障點(diǎn)增加，增加了維護(hù)工作的難度。

解決雙機(jī)或多機(jī)熱備還有另外一種解決方案，將兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的BRAS組成池組，組成1+1或者N+1備份。該方案降低了時(shí)延、減少故障點(diǎn)，單臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障不影響業(yè)務(wù)，可以在用戶無感知的情況下實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)切換至其他設(shè)備。雙機(jī)熱備和池組化雖然能夠解決單機(jī)故障的問題，但是會(huì)帶來其他棘手的問題，例如增加運(yùn)維工作的復(fù)雜度，增加了網(wǎng)絡(luò)層級(jí)，浪費(fèi)。

2.2 BRAS云化、虛擬化部署

伴隨技術(shù)的發(fā)展，vBRAS技術(shù)日趨成熟，通過SDN&NFV技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制轉(zhuǎn)發(fā)分離、軟硬件解耦等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)控制面云化、新業(yè)務(wù)快速靈活部署、配置運(yùn)維集中控制，克服了傳統(tǒng)BRAS設(shè)備業(yè)務(wù)控制層資源利用率不均、新業(yè)務(wù)部署周期長(zhǎng)、分散配置運(yùn)維工作量大的缺點(diǎn)。

（1）基于SDN/NFV兩種技術(shù)的vBRAS架構(gòu)

一種是基于專用硬件轉(zhuǎn)發(fā)的轉(zhuǎn)控分離的vBRAS部署策略，基于SDN技術(shù)。另一種是基于X86一體化架構(gòu)的vBRAS部署策略，基于NFV技術(shù)。

SDN控制下的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于上層應(yīng)用來說，復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)是不可見的。只需要做出相應(yīng)的軟件配置即可進(jìn)行簡(jiǎn)單部署，實(shí)現(xiàn)新的路由轉(zhuǎn)發(fā)策略。而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都需要單獨(dú)配置，操作復(fù)雜，容易出現(xiàn)人員疏漏造成故障。采用SDN可以大幅提升整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴(kuò)展性。并且SDN簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)配置、降低對(duì)運(yùn)維人員的要求，節(jié)約運(yùn)維成本。

采用NFV技術(shù)，將通信設(shè)備網(wǎng)元云化，可以實(shí)現(xiàn)軟件和硬件的徹底解耦。運(yùn)營(yíng)商無需購買專用硬件設(shè)備，只需購買通用設(shè)備，很大程度上與廠商解綁，大幅降低了硬件資金的投入。NFV還具備自動(dòng)部署、彈性伸縮、故障隔離和自愈等優(yōu)點(diǎn)，可以大幅提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維效率、降低風(fēng)險(xiǎn)和能耗。

SDN技術(shù)的目的：實(shí)現(xiàn)控制/轉(zhuǎn)發(fā)分離、網(wǎng)絡(luò)集中控制、網(wǎng)絡(luò)虛擬化。NFV技術(shù)的目的：實(shí)現(xiàn)軟件/硬件分離、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化/軟件化、硬件通用化。它們的共同追求是從封閉走向開放、從獨(dú)享的硬件到共享的軟件。差異在于網(wǎng)絡(luò)虛擬化還是網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，SDN側(cè)重L4以下流量的調(diào)度控制而NFV適用于L2～L7的業(yè)務(wù)功能。

（2）SDN/NFV兩種模式存在的問題

現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)流量的控制和轉(zhuǎn)發(fā)都依賴于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)，且設(shè)備中集成了與業(yè)務(wù)特性緊耦合的操作系統(tǒng)與專用硬件，這些操作系統(tǒng)與專用硬件都是各個(gè)廠家自己開發(fā)和設(shè)計(jì)的，不同廠家的設(shè)備之間未解耦。在SDN中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只負(fù)責(zé)單純的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，采用通用的硬件，這就存在和傳統(tǒng)設(shè)備融合的問題。如何合理利用存量設(shè)備，減少投資的浪費(fèi)，是SDN模式首要解決的問題。

NFV存在性能跟不上的問題，目前NFV架構(gòu)主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、邊緣計(jì)算的場(chǎng)景中，多采用X86架構(gòu)服務(wù)器做虛擬云資源池，相對(duì)于專用設(shè)備BRAS電信級(jí)的轉(zhuǎn)發(fā)能力，X86架構(gòu)下的服務(wù)器能力不足。先SDN后NFV，還是先NFV后SDN，還是雙管齊下，業(yè)界遍布不同的聲音。

（3）新思路下的融合架構(gòu)探討

數(shù)通路由交換和業(yè)務(wù)處理，從來就不是井水不犯河水，而是有交疊重合的。BRAS設(shè)備是非常典型的跨界產(chǎn)品，處在骨干網(wǎng)邊緣位置，要求能夠終結(jié)各式各樣的接入業(yè)務(wù)，同時(shí)具有高速的路由交換能力。

既要克服上述單個(gè)技術(shù)模式下的問題，又要滿足BRAS的交換和業(yè)務(wù)處理能力，采用SDN與NFV的融合方案進(jìn)行vBRAS方案部署。C面使用X86架構(gòu)提供千萬級(jí)用戶接入能力，可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的彈性伸縮。U面支持傳統(tǒng)基于NP的高性能轉(zhuǎn)發(fā)池，無懼未來網(wǎng)絡(luò)大帶寬高轉(zhuǎn)發(fā)需求的挑戰(zhàn)。

兩種技術(shù)融合下可采用轉(zhuǎn)控分離的架構(gòu)，控制面vBRAS-C負(fù)責(zé)BRAS業(yè)務(wù)的控制與管理，主要包含：用戶接入控制、協(xié)議報(bào)文處理、用戶AAA管理以及地址管理等功能；轉(zhuǎn)發(fā)面vBRASU負(fù)責(zé)執(zhí)行用戶策略、流量轉(zhuǎn)發(fā)和流量統(tǒng)計(jì)等。vBRAS在控制面與轉(zhuǎn)發(fā)面分離后，控制面集中云化提供強(qiáng)大的計(jì)算資源，打破了傳統(tǒng)BRAS設(shè)備上的主控板的資源限制，使硬件轉(zhuǎn)發(fā)池在同等條件下支持的用戶會(huì)話數(shù)得到大幅提升。

vBRAS的轉(zhuǎn)發(fā)面工作在池備份模式下，依靠控制面的檢測(cè)及協(xié)同處理即可完成故障切換，降低可靠性的部署成本。vBRAS控制面不僅實(shí)現(xiàn)了平面內(nèi)組件備份，也實(shí)現(xiàn)了多平面的跨局址備份，最大程度地保障了寬帶業(yè)務(wù)的可靠性。同時(shí)極大縮短新業(yè)務(wù)上線時(shí)間，傳統(tǒng)BRAS模式下，寬帶新業(yè)務(wù)的上線涉及到業(yè)務(wù)系統(tǒng)與BRAS的對(duì)接升級(jí)、BRAS本身的軟硬件升級(jí)，往往要完成一個(gè)城域網(wǎng)內(nèi)所有BRAS設(shè)備的升級(jí)改造，需要數(shù)月的時(shí)間。vBRAS只需要控制面與業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)接，再通過控制面集中下發(fā)策略至轉(zhuǎn)發(fā)面，因此對(duì)新業(yè)務(wù)的支持僅需要對(duì)vBRAS-C進(jìn)行軟件升級(jí)，縮短了業(yè)務(wù)部署周期。

每一種新型模式的引入也都伴隨著相應(yīng)的問題需要解決，vBRAS架構(gòu)同樣存在待解決問題，總體來講主要有三方面的問題：

（1）由于信令、流量在C-U之間存在繞轉(zhuǎn)，導(dǎo)致用戶業(yè)務(wù)各方面時(shí)延會(huì)有所增加。

（2）BRAS-U至OLT，走二層EVPN通道，無法在VPN上部署組播協(xié)議，將組播復(fù)制點(diǎn)設(shè)置在匯聚設(shè)備上，造成大量重復(fù)組播流。

（3）后期業(yè)務(wù)部署時(shí)需考慮區(qū)域地址管理規(guī)劃、radius等配套資源的改造，尤其是BRAS-U面集中部署后，承載用戶量過大，需要大量的私網(wǎng)地址（用于設(shè)備管理、IPTV、NAT用戶），目前現(xiàn)有私網(wǎng)地址無法滿足。

vBRAS架構(gòu)本身在部署方面沒有太大的技術(shù)問題，只是當(dāng)單個(gè)U面所帶業(yè)務(wù)范圍廣、用戶量大的時(shí)候IP地址問題成為暫時(shí)無法突破的瓶頸。由于目前IP地址問題尚未找到合理的解決方案，不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模部署，各大運(yùn)營(yíng)商只是初步試點(diǎn)，尚未大規(guī)模商用。

小結(jié)：隨著5G行業(yè)應(yīng)用的蓬勃發(fā)展，承載網(wǎng)絡(luò)面臨巨大的壓力，面對(duì)BRAS存在的各種問題，采用云化部署，轉(zhuǎn)控分離的vBRAS部署策略，能夠充分的解決資源利用率、設(shè)備單點(diǎn)故障、網(wǎng)絡(luò)不智能、新業(yè)務(wù)部署復(fù)雜周期長(zhǎng)等一系列問題，是未來網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)部署的新方向。