STN向城域云網(wǎng)演進(jìn)淺析

馬培勇，楊廣銘，吳偉

（1.中國電信股份有限公司研究院，廣東 廣州 510630）2.中國電信股份有限公司，北京 100033）

0 引言

隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，企業(yè)在云端部署信息系統(tǒng)已經(jīng)成為了一種趨勢，企業(yè)對網(wǎng)絡(luò)的需求也在不斷變化，單純的大帶寬、低時延網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足企業(yè)的“多系統(tǒng)、多場景、多業(yè)務(wù)”上云要求，促使云網(wǎng)融合成為一種必然趨勢。對于運營商而言，業(yè)務(wù)需求與技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動云和網(wǎng)高度協(xié)同融合，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施需要更好地適應(yīng)云服務(wù)應(yīng)用的需求，要求網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)各類云服務(wù)需求按需開放網(wǎng)絡(luò)能力，實現(xiàn)與云的敏捷打通、按需互聯(lián)，并體現(xiàn)出智能化、自服務(wù)、高速、靈活等特性。

當(dāng)前中國電信城域內(nèi)的承載網(wǎng)包括移動承載網(wǎng)STN和IP城域網(wǎng)，STN和IP城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)都采用三層架構(gòu)（核心、匯聚、接入），每個層面的設(shè)備部署位置也逐漸趨同，這為城域內(nèi)承載網(wǎng)的融合提供了有利條件。因此，本文主要研究如何基于現(xiàn)有的STN和IP城域網(wǎng)，以STN承載網(wǎng)為主，對承載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重構(gòu)與優(yōu)化，實現(xiàn)多業(yè)務(wù)融合承載，構(gòu)建一張云網(wǎng)融合的城域云網(wǎng)。

1 STN架構(gòu)和能力分析

SA階段的5G核心網(wǎng)實現(xiàn)了云化架構(gòu)并分散部署，中國電信5G承載網(wǎng)STN已初步具備云網(wǎng)融合特征，并可進(jìn)一步向城域云網(wǎng)演進(jìn)，因此，首先需要對STN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及能力進(jìn)行分析。STN（Smart Transport Network，智能傳送網(wǎng)）是中國電信為滿足5G承載需求，在IPRAN的基礎(chǔ)上引入大容量STN設(shè)備和SRv6/Flex-E等新技術(shù)構(gòu)建的承載網(wǎng)，其定位為實現(xiàn)3G/4G/5G等移動回傳業(yè)務(wù)、政企以太專線、云專線等多業(yè)務(wù)的融合承載網(wǎng)絡(luò)。

如圖1所示，STN網(wǎng)絡(luò)以本地網(wǎng)為單位組網(wǎng)，城域內(nèi)分成核心ER、匯聚B、接入A三層。STN具備與第三方網(wǎng)管/控制器對接、網(wǎng)絡(luò)能力抽象和開放能力；支持IPv6、EVPN、FlexE、SRv6、性能檢測等能力；支持網(wǎng)絡(luò)切片，具備業(yè)務(wù)快速開通、SLA質(zhì)量保障、自動化管理和配置等智能化能力，滿足5G業(yè)務(wù)大帶寬、低延時、安全可靠的差異化承載需求，已具備固移融合承載網(wǎng)雛形。STN網(wǎng)絡(luò)已實現(xiàn)以省為單位的海量設(shè)備集約化維護(hù)管理，運維體系具備集中管控能力，具備通過平滑升級以支持SDN控制器和智能排障的能力[1-2]。

圖1 中國電信STN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

當(dāng)前的STN網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)具備如下幾個方面的網(wǎng)絡(luò)能力：

（1）具備大容量、低時延、高安全可信、高可靠性和低成本等特性，滿足5G 2C和2B業(yè)務(wù)的承載需求；

（2）ER和B設(shè)備間鏈路可敏捷地擴(kuò)展成雙上聯(lián)，具備演進(jìn)到spine-leaf架構(gòu)的能力；

（3）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)易于擴(kuò)展，可敏捷地進(jìn)行橫向設(shè)備擴(kuò)展。

從上述論述分析可以得出，STN網(wǎng)絡(luò)具備大容量、低時延、高安全可信、高可靠性和低成本等特性，滿足多業(yè)務(wù)承載需求，具備演進(jìn)到spine-leaf架構(gòu)的能力，同時支持IPv6、EVPN、FlexE、SRv6等新技術(shù)，具備演進(jìn)到城域云網(wǎng)的能力[3-4]。

2 城域云網(wǎng)需求分析

2.1 云網(wǎng)業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的需求

中國電信云網(wǎng)基礎(chǔ)場景如圖2所示，在城域內(nèi)提供多種政企業(yè)務(wù)上云（如天翼云、三方云、多云接入）的能力，同時，通過城域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)與骨干網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同，提供天翼云與天翼云、私有云與天翼云、天翼云與三方云的云間高速互聯(lián)業(yè)務(wù)。

圖2 云網(wǎng)基礎(chǔ)場景總體圖

無論2B行業(yè)業(yè)務(wù)，還是2C/2H的業(yè)務(wù)，未來都可能會帶來端-云、端-邊（邊緣云）、邊-邊、云-邊等通信需求。但由于2B行業(yè)和2C/2H業(yè)務(wù)的差異化較大，對網(wǎng)絡(luò)的SLA保障和安全要求差異化也較大，需要云網(wǎng)具備差異化SLA和安全保障的能力，云網(wǎng)需要按需開啟網(wǎng)絡(luò)切片能力才能更好地承載垂直行業(yè)類的業(yè)務(wù)[5-6]。

總體來看，政企上云、多云接入、云間互聯(lián)業(yè)務(wù)對承載網(wǎng)的需求主要聚焦在承載網(wǎng)端到端業(yè)務(wù)敏捷性開通、政企上云業(yè)務(wù)與2C業(yè)務(wù)切片隔離、確保專線帶寬和安全保障、SLA保障、檢測和可視化等方面，這些特征也是相比OTT的競爭優(yōu)勢。

2.2 城域云網(wǎng)的定義

中國電信根據(jù)云網(wǎng)融合的發(fā)展趨勢及對網(wǎng)絡(luò)的需求，率先在業(yè)界提出了城域云網(wǎng)的概念，城域云網(wǎng)是云網(wǎng)融合的城域網(wǎng)，是云網(wǎng)業(yè)務(wù)的入口，是云網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展的主戰(zhàn)場，是推進(jìn)云網(wǎng)融合的關(guān)鍵和抓手，是中國電信著力打造的云網(wǎng)融合下一代城域網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，是未來業(yè)務(wù)發(fā)展和核心競爭力的基石。

城域云網(wǎng)架構(gòu)的核心思想是推動業(yè)務(wù)及網(wǎng)元云化部署，并構(gòu)建云網(wǎng)融合的統(tǒng)一承載網(wǎng)絡(luò)，采用控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離架構(gòu)，實現(xiàn)對固移業(yè)務(wù)、政企組網(wǎng)專線、上云專線和多云接入、云間高速互聯(lián)等業(yè)務(wù)的統(tǒng)一承載。城域云網(wǎng)由Spine和Leaf設(shè)備、云資源、云網(wǎng)運營系統(tǒng)組成。

Spine為城域云網(wǎng)的核心節(jié)點，用于提供高速轉(zhuǎn)發(fā)功能，通過高速接口匯聚各類Leaf節(jié)點，并上聯(lián)移動和固定核心網(wǎng)、骨干網(wǎng)[7]。

Leaf為城域云網(wǎng)邊緣節(jié)點，包括業(yè)務(wù)匯聚和云資源接入兩大功能。其中業(yè)務(wù)匯聚功能指通過OLT、移動承載A設(shè)備等接入的家寬、政企客戶、移動等各類業(yè)務(wù)，經(jīng)Leaf設(shè)備匯聚后接入Spine節(jié)點；同時，Leaf設(shè)備作為云資源池網(wǎng)關(guān)設(shè)備，還負(fù)責(zé)各類云資源的接入[7]。

云資源包括移動核心網(wǎng)、固網(wǎng)核心網(wǎng)、天翼云、三方云，以及各種不同場景下靈活部署的邊緣云。

云網(wǎng)運營系統(tǒng)，通過統(tǒng)一的框架來管理云網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、服務(wù)控制和業(yè)務(wù)端到端編排，實現(xiàn)云網(wǎng)一體化管理。

2.3 城域云網(wǎng)的優(yōu)點

城域云網(wǎng)要求滿足以下特征：

（1）統(tǒng)一的城域云網(wǎng)架構(gòu)承載固定寬帶、無線寬帶、政企專線、政企上云、多云訪問、云間互聯(lián)、電信云（5GC/UPF/MEC/vBAS等）、物聯(lián)網(wǎng)云、內(nèi)部IT云等云網(wǎng)融合業(yè)務(wù)。

（2）保障用戶固定和無線接入體驗一致性，滿足未來個人用戶和政企、垂直行業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的海量連接及高體驗需求。

（3）基于Spine-Leaf架構(gòu)靈活擴(kuò)展，以“樂高積木式”模塊化組網(wǎng)，提升網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性、可靠性，提升網(wǎng)絡(luò)自動化和智能化能力。

（4）匹配產(chǎn)業(yè)發(fā)展，分享技術(shù)發(fā)展紅利，減低建網(wǎng)成本，提升運營效率。

城域云網(wǎng)采用了“網(wǎng)業(yè)分離”的架構(gòu)，相比傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，需具備以下幾方面的優(yōu)勢：

（1）固移業(yè)務(wù)的控制面與轉(zhuǎn)發(fā)面分離，城域云網(wǎng)Spine和Leaf節(jié)點僅僅提供業(yè)務(wù)傳送的快速管道，不進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，可形象地視作業(yè)務(wù)連接提供了“超高速公路”，通過采用大容量、高密度的設(shè)備，借助SRv6天然優(yōu)勢，實現(xiàn)業(yè)務(wù)快速敏捷建立連接，路徑優(yōu)化和流量調(diào)度。業(yè)務(wù)平臺資源（UPF/MEC、vBAS、vCDN）分布式部署，有利于實現(xiàn)業(yè)務(wù)扁平化、本地化，滿足高價值的5G及視頻業(yè)務(wù)需求。

（2）引入SRv6+FlexE新技術(shù)，滿足垂直行業(yè)2B業(yè)務(wù)靈活定制入云需求，統(tǒng)一承載政企專線、云專線/云專網(wǎng)/多云接入、云間高速互聯(lián)等業(yè)務(wù)，SRv6對原有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行簡化，避免了原有網(wǎng)絡(luò)多段拼接、跨域配置的復(fù)雜性，業(yè)務(wù)部署和開通更加方便。基于FlexE切片實現(xiàn)2C和2B業(yè)務(wù)的安全隔離和差異化承載。

（3）統(tǒng)一的固移融合承載網(wǎng)絡(luò)，可保障固移融合業(yè)務(wù)體驗一致性，并降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資和運營成本。

2.4 城域云網(wǎng)能力需求

Spine-Leaf架構(gòu)是城域云網(wǎng)的核心組成部分，是城域云網(wǎng)的骨架。如表1所示，通過對Spine和Leaf節(jié)點能力需求進(jìn)行梳理，可以看出現(xiàn)網(wǎng)STN設(shè)備功能方面已經(jīng)全面滿足城域云網(wǎng)需求，性能方面也可以滿足絕大部分需求，通過軟件升級或采用新設(shè)備則可以完全滿足性能需求。

表1 城域云網(wǎng)能力需求與STN能力對比

因此，可以參考STN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和STN設(shè)備進(jìn)行城域云網(wǎng)建設(shè)。城域云網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)部分建設(shè)模式有兩種，第一種模式是完全新建一張基于Spine-Leaf架構(gòu)的新型承載網(wǎng)絡(luò)，并將移動和固網(wǎng)業(yè)務(wù)逐步割接到新網(wǎng)絡(luò)上；第二種模式是基于現(xiàn)有STN升級改造為Spine-Leaf架構(gòu)，將固網(wǎng)業(yè)務(wù)逐步割接到新網(wǎng)絡(luò)上。通過對城域云網(wǎng)的需求和STN能力分析，建議選擇第二種模式，即在STN的基礎(chǔ)上構(gòu)建城域云網(wǎng)，既可以充分利用現(xiàn)有設(shè)備、節(jié)省成本投入，又可以縮短建設(shè)周期、以最快速度提供城域云網(wǎng)服務(wù)能力。

3 城域云網(wǎng)演進(jìn)路線及目標(biāo)

3.1 STN演進(jìn)到城域云網(wǎng)的路線

基于現(xiàn)網(wǎng)STN進(jìn)行城域云網(wǎng)演進(jìn)可最大程度地在滿足5G業(yè)務(wù)規(guī)模發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)初期演進(jìn)新舊設(shè)備之間的平衡，可讓中國電信在不影響業(yè)務(wù)發(fā)展的同時，以最小代價實現(xiàn)云網(wǎng)融合的革命性變革。STN向城域云網(wǎng)演進(jìn)可分兩步進(jìn)行，如圖3所示。

圖3 STN至城域云網(wǎng)演進(jìn)路線

近期STN可通過鏈路調(diào)整，敏捷平滑演進(jìn)到Spine-Leaf架構(gòu)；通過FlexE硬切片技術(shù)，為關(guān)鍵2B業(yè)務(wù)提供充分可靠的保障；可選擇引入SDN控制器、NETCONF/YANG、EVPN和SRv6等技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能管控和能力開放。

中遠(yuǎn)期，按需部署vBAS-C和vBAS-U，可將新的家寬業(yè)務(wù)接入融合承載網(wǎng)。在Leaf上部署L2 EVPN，用于OLT與vBAS互通，確保互聯(lián)網(wǎng)流量與5G等高價值業(yè)務(wù)流量的安全隔離；STN以VPN方式引入公網(wǎng)路由，確保不會受到各種路由異常攻擊。

3.2 城域云網(wǎng)的目標(biāo)架構(gòu)

基于STN演進(jìn)的城域云網(wǎng)目標(biāo)架構(gòu)如圖4所示，城域云網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)是以云為中心進(jìn)行組網(wǎng)，5GC、UPF/MEC、vBAS等均在DC內(nèi)云化部署，滿足5G及家寬業(yè)務(wù)承載需求。城域云網(wǎng)具備全業(yè)務(wù)承載和差異化保障能力，具備為政企和5G專線業(yè)務(wù)按需提供端到端的軟切片/硬切片保障能力，以及下沉到邊緣DC的MEC/vCDN進(jìn)行流量本地化終結(jié)能力。云網(wǎng)運營系統(tǒng)具備海量設(shè)備集中管控、性能/告警采集、網(wǎng)絡(luò)資源抽象/開放、網(wǎng)絡(luò)切片管理、集中路徑計算下發(fā)和智能故障檢測排除等能力。

圖4 城域云網(wǎng)目標(biāo)架構(gòu)

總體來看，城域云網(wǎng)目標(biāo)架構(gòu)的主要能力包含：

（1）融合：以城域為單位，面向固移融合、云網(wǎng)一體化業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載，可保障固移業(yè)務(wù)體驗一致性，并降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資和運營成本。

（2）敏捷：基于Spine-Leaf架構(gòu)，采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的組件方式構(gòu)建，靈活匹配不同規(guī)模的城域網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)需求，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)彈性擴(kuò)展、業(yè)務(wù)快速提供；基于新一代云網(wǎng)運營系統(tǒng)，實現(xiàn)自動化開通和動態(tài)調(diào)整。

（3）簡潔：設(shè)備功能簡化，按需擴(kuò)展；承載協(xié)議簡化，采用SRv6/EVPN協(xié)議提供所有業(yè)務(wù)的統(tǒng)一承載。

（4）云化：固定和移動業(yè)務(wù)控制面云化、轉(zhuǎn)發(fā)面池化，標(biāo)準(zhǔn)化對接城域各級云資源池，實現(xiàn)入云、云間業(yè)務(wù)敏捷接入和快速提供。

（5）智能：部署SDN控制器，支持靈活選路和流量調(diào)度，支持業(yè)務(wù)可視、智能運維。

（6）安全：按業(yè)務(wù)類型設(shè)置接入設(shè)備，提供VPN和FlexE硬切片級安全隔離，業(yè)務(wù)間無干擾。

3.3 城域云網(wǎng)的業(yè)務(wù)方案

城域云網(wǎng)是構(gòu)建云網(wǎng)融合的統(tǒng)一承載網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)桃茦I(yè)務(wù)、政企組網(wǎng)專線、上云專線和多云接入、云間高速互聯(lián)等業(yè)務(wù)的統(tǒng)一承載，然而不同種類的業(yè)務(wù)承載方式不太一樣，需采用不同的承載方案或技術(shù)加以隔離。

（1）5G業(yè)務(wù)云網(wǎng)方案

5G業(yè)務(wù)包括三大場景：增強(qiáng)的移動寬帶業(yè)務(wù)（eMBB）、超高可靠低時延業(yè)務(wù)（uRLLC）、海量機(jī)器通信（mMTC）。其中eMBB一般為5G個人用戶，主要需求為大帶寬，通過2C硬切片實現(xiàn)業(yè)務(wù)從基站-承載網(wǎng)-163的端到端承載，可將全網(wǎng)鏈路70%～80%的容量劃分為2C硬切片，以保障eMBB大帶寬需求。uRLLC和mMTC都屬于政企客戶，采用2B硬切片承載保障其高可靠性。uRLLC的低時延采用邊緣計算MEC下移靠近用戶的方式實現(xiàn)，城域云網(wǎng)在2B硬切片中將uRLLC業(yè)務(wù)從基站以最短路徑接入MEC。mMTC主要是海量的機(jī)器終端，對時延要求一般不高，其計算、存儲等服務(wù)一般位于省或地市的核心DC云資源池，mMTC業(yè)務(wù)以2B切片，通過基站-承載網(wǎng)接入mMTC云服務(wù)。

因此，針對5G業(yè)務(wù)云網(wǎng)方案如圖5所示，在城域云網(wǎng)設(shè)置專用的多云接入網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)接入各類云資源和CN2，多云接入網(wǎng)關(guān)通過CN2來實現(xiàn)跨省流量互通。

圖5 5G業(yè)務(wù)云網(wǎng)方案

轉(zhuǎn)發(fā)層面：通過部署基于FlexE的網(wǎng)絡(luò)切片，在一張網(wǎng)絡(luò)上分別承載2C和2B業(yè)務(wù)，同時為2B垂直行業(yè)及多云接入產(chǎn)品提供高質(zhì)量承載、為2C個人業(yè)務(wù)提供高效率承載的服務(wù)。

協(xié)議層面：部署新一代IP技術(shù)SRv6協(xié)議，統(tǒng)一傳統(tǒng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡化，打通端、管、云，實現(xiàn)應(yīng)用級的SLA保障。實現(xiàn)一點接入、一跳入云、極速開通（跨域）、云網(wǎng)協(xié)同，打造云網(wǎng)一體服務(wù)能力優(yōu)勢，為行業(yè)客戶提供云專線、云專網(wǎng)、多云接入、云間互聯(lián)等產(chǎn)品最佳體驗。

（2）家寬業(yè)務(wù)方案

近年來，家寬業(yè)務(wù)面臨AR/VR等新業(yè)務(wù)的大帶寬、流量模型本地化的沖擊，傳統(tǒng)承載方案面臨如下3個關(guān)鍵問題：

1）網(wǎng)業(yè)不分離，設(shè)備需同時承擔(dān)業(yè)務(wù)控制和轉(zhuǎn)發(fā)功能；

2）設(shè)備協(xié)議過重，如PPPoE/Radius等；

3）現(xiàn)有session級IPOE需進(jìn)一步輕量化[7]。

基于上述問題，云網(wǎng)寬帶業(yè)務(wù)的方案見圖6所示，其思路主要是推進(jìn)轉(zhuǎn)控分離，業(yè)務(wù)控制面vMSE-C集中云化處理，轉(zhuǎn)發(fā)面去PPPOE化，做IPOE輕量化處理。高速上網(wǎng)業(yè)務(wù)IPOE session終結(jié)點可選擇在Leaf設(shè)備或集中到邊緣vBAS池。IPTV點播業(yè)務(wù)可采用非seesion化或簡化的session級IPOE，業(yè)務(wù)控制點可下沉到Leaf設(shè)備。

圖6 家寬業(yè)務(wù)方案

4 結(jié)束語

云網(wǎng)融合是承載網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢，由于STN組網(wǎng)架構(gòu)天然具備Spine-Leaf架構(gòu)演進(jìn)基礎(chǔ)，同時具備SRv6+EVPN和FlexE新技術(shù)，可以通過對現(xiàn)有STN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級改造，演進(jìn)為云網(wǎng)融合的城域云網(wǎng)。本文通過分析現(xiàn)有STN網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)及所具備的能力，研究城域云網(wǎng)建設(shè)需求，得出城域云網(wǎng)建設(shè)模式和演進(jìn)路線，并給出城域云網(wǎng)的目標(biāo)架構(gòu)及各類業(yè)務(wù)實現(xiàn)方案。接下來研究方向可以是進(jìn)行方案驗證測試，在實驗室搭建跨廠家融合組網(wǎng)，組織各廠家人員進(jìn)行方案驗證性測試，測試通過后，最后在現(xiàn)網(wǎng)上實施基于STN的城域云網(wǎng)演進(jìn)方案。