基于5G、云網(wǎng)融合的新型城域網(wǎng)重構(gòu)分析

高巍，宋革聯(lián)，周君卿

（1.浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310053；2.華信咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

0 引言

為接應(yīng)5G、云網(wǎng)融合[1]業(yè)務(wù)需求和國(guó)家區(qū)域一體化發(fā)展戰(zhàn)略要求，更好協(xié)同MEC、VCDN等網(wǎng)元的就近接入，滿(mǎn)足2H/2C業(yè)務(wù)上云、遠(yuǎn)程醫(yī)療、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)需求，要求運(yùn)營(yíng)商城域網(wǎng)滿(mǎn)足云網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)接、固移融合、彈性擴(kuò)容、轉(zhuǎn)控分離等業(yè)務(wù)特性。

而當(dāng)前城域網(wǎng)設(shè)備剛性、業(yè)務(wù)煙囪式部署的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及復(fù)雜的運(yùn)維管理方式無(wú)法很好滿(mǎn)足上述需求[2]，亟待對(duì)城域網(wǎng)引入新興技術(shù)，打破原有基于網(wǎng)元的緊耦合模式，提升網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容能力，優(yōu)化架構(gòu)，提高業(yè)務(wù)端到端承載能力，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能化重構(gòu)。

1 城域網(wǎng)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.1 城域網(wǎng)現(xiàn)狀

運(yùn)營(yíng)商城域網(wǎng)經(jīng)過(guò)近幾年的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，基本形成核心層、業(yè)務(wù)控制層2層架構(gòu)，其中核心層負(fù)責(zé)全區(qū)域業(yè)務(wù)的內(nèi)部交互，并通過(guò)骨干網(wǎng)疏導(dǎo)IP網(wǎng)訪問(wèn)城域以外互聯(lián)網(wǎng)資源的流量；業(yè)務(wù)控制層主要負(fù)責(zé)用戶(hù)數(shù)據(jù)的匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)，城域骨干網(wǎng)的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 存在問(wèn)題

運(yùn)營(yíng)商城域網(wǎng)在過(guò)去數(shù)十年中取得巨大成績(jī)的同時(shí)，也面臨著一些根本性的困境。

（1）專(zhuān)業(yè)服務(wù)響應(yīng)慢、部署時(shí)間長(zhǎng)[3]：業(yè)務(wù)自動(dòng)化程度低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)一體端到端自動(dòng)開(kāi)通，導(dǎo)致業(yè)務(wù)開(kāi)通慢；缺乏云網(wǎng)統(tǒng)一業(yè)務(wù)編排能力，難以實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)靈活編排，敏捷部署、調(diào)度和優(yōu)化，定制化的運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)難以隨需而變。

（2）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復(fù)雜，單設(shè)備存在瓶頸：基于通信發(fā)展模式，以單一功能化設(shè)備建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)元采用軟硬件垂直一體化的封閉架構(gòu)，設(shè)備功能擴(kuò)展性差、資源難以協(xié)同，網(wǎng)絡(luò)缺乏靈活性。且由于網(wǎng)元類(lèi)型多，導(dǎo)致運(yùn)維，部署效率低，網(wǎng)絡(luò)建好后調(diào)整困難，且網(wǎng)元間復(fù)用難度大。

（3）業(yè)務(wù)煙囪：封閉的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模式導(dǎo)致業(yè)務(wù)創(chuàng)新愈加困難，新業(yè)務(wù)、新功能的提供需要不斷開(kāi)發(fā)新設(shè)備和新協(xié)議，不斷疊加的網(wǎng)元造成設(shè)備種類(lèi)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)量大量繁衍，形成大批煙囪群，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源不能共享，業(yè)務(wù)難以融合，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，難以滿(mǎn)足快速靈活的業(yè)務(wù)部署需要，用戶(hù)體驗(yàn)難以提升。

（4）運(yùn)維復(fù)雜，運(yùn)營(yíng)成本高：傳統(tǒng)架構(gòu)建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致網(wǎng)元功能單一，設(shè)備類(lèi)型眾多，整網(wǎng)運(yùn)維復(fù)雜，智能運(yùn)維能力弱，且不同廠家、大量類(lèi)型各異的專(zhuān)用設(shè)備/系統(tǒng)，規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)維導(dǎo)致端到端業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，運(yùn)營(yíng)成本居高不下。

2 城域網(wǎng)重構(gòu)架構(gòu)分析

2.1 城域網(wǎng)演進(jìn)原則

為順應(yīng)信息通信業(yè)智能化發(fā)展趨勢(shì)，城域網(wǎng)重構(gòu)實(shí)踐的建設(shè)目標(biāo)可細(xì)分為架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)、運(yùn)營(yíng)四大智能化重構(gòu)，滿(mǎn)足用戶(hù)隨需接入、自動(dòng)響應(yīng)、逼真體驗(yàn)、高性?xún)r(jià)比的服務(wù)需求。

（1）架構(gòu)重構(gòu)：以DC為核心建網(wǎng)，根據(jù)不同業(yè)務(wù)部署及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備承載的特點(diǎn)不同，分布選擇不同的DC機(jī)房設(shè)施承載，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)房（CO）向數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的方式改造，形成一體化資源池，統(tǒng)一集中調(diào)度。

（2）網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)：以“智能化”為牽引，通過(guò)引入SDN、NFV、云三大技術(shù)，推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型。包括CT網(wǎng)元虛擬化，實(shí)現(xiàn)NFV電信云集約部署和設(shè)備虛擬化，構(gòu)建SDN（overlay）智能彈性網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)業(yè)務(wù)量的變化自動(dòng)動(dòng)態(tài)伸縮，提高硬件利用率和靈活高效部署。在SDN/NFV新技術(shù)的引入過(guò)程中，新系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先基于SDN/NFV部署；老系統(tǒng)可逐步引入SDN/NFV。

（3）業(yè)務(wù)重構(gòu)：從傳統(tǒng)連接業(yè)務(wù)為主，轉(zhuǎn)變?yōu)橐栽品?wù)為主，實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)接入、全網(wǎng)提供。利用CT+IT取長(zhǎng)補(bǔ)短的原則，逐步實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)層IT化，支持業(yè)務(wù)靈活創(chuàng)新和連接層標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)而降低互通復(fù)雜度。

（4）運(yùn)營(yíng)重構(gòu)：應(yīng)對(duì)應(yīng)用多元化面臨的業(yè)務(wù)不確定性，重新定義運(yùn)營(yíng)模式，構(gòu)建支持海量用戶(hù)和海量業(yè)務(wù)的智能OSS系統(tǒng)，提升自動(dòng)化、可視化、自服務(wù)能力，打造業(yè)務(wù)隨選網(wǎng)絡(luò)。

2.2 城域網(wǎng)演進(jìn)架構(gòu)

為了適應(yīng)未來(lái)5G業(yè)務(wù)承載、固移融合、云網(wǎng)一體化場(chǎng)景需求，目標(biāo)城域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備如下的新特征。

（1）簡(jiǎn)潔：網(wǎng)絡(luò)的層級(jí)、種類(lèi)、類(lèi)型、數(shù)量和接口應(yīng)盡量減少，降低運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的復(fù)雜性和成本。

（2）敏捷：網(wǎng)絡(luò)提供軟件編程能力，資源具備彈性可伸縮能力，便于網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的快速部署和保障。

（3）開(kāi)放：網(wǎng)絡(luò)能夠形成豐富、便捷的開(kāi)放能力，主動(dòng)適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所需。

（4）集約：網(wǎng)絡(luò)資源應(yīng)能夠統(tǒng)一規(guī)劃、部署和端到端運(yùn)營(yíng)，改變分散、分域情況下高成本、低效率的狀況。

具體的城域網(wǎng)架構(gòu)如圖2所示。

（1）網(wǎng)絡(luò)DC化改造，適應(yīng)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的云化發(fā)展。以適應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展和DC演進(jìn)為導(dǎo)向，以DC為核心構(gòu)建新一代城域網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)不同業(yè)務(wù)部署及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備承載的特點(diǎn)不同，分布選擇不同的DC機(jī)房設(shè)施承載，以DC流量為主優(yōu)化調(diào)整城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

（2）簡(jiǎn)化城域網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，打造下一代新型城域網(wǎng)[4]。引入以云為核心，“積木式”模塊化架構(gòu)的新型城域網(wǎng)，基于Spine-Leaf兩層扁平化光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)高度扁平化及內(nèi)部流量無(wú)阻塞高速轉(zhuǎn)發(fā)。

（3）推進(jìn)SDN網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)敏捷的業(yè)務(wù)提供、靈活的資源調(diào)整及高效的業(yè)務(wù)保障。在區(qū)域DC中心引入SDN控制器，利用SDN集中控制，加速I(mǎi)P網(wǎng)和傳送網(wǎng)各自的端到端統(tǒng)一智能專(zhuān)線業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度，并通過(guò)與DC/云資源池統(tǒng)一協(xié)同編排，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)資源的統(tǒng)一指配[5]。

（4）多領(lǐng)域協(xié)同推進(jìn)NFV轉(zhuǎn)型，減少專(zhuān)用網(wǎng)元和系統(tǒng)。在城域網(wǎng)邊緣逐步實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元NFV化，基于NFV實(shí)現(xiàn)電信業(yè)務(wù)云化和業(yè)務(wù)服務(wù)模式創(chuàng)新，以NFV為主實(shí)現(xiàn)VBRAS、5G核心網(wǎng)、IMS和EPC網(wǎng)元的虛擬化，實(shí)現(xiàn)軟硬件解耦，降低設(shè)備采購(gòu)和維護(hù)成本，設(shè)備可根據(jù)業(yè)務(wù)需求按需擴(kuò)容或縮容，并基于業(yè)務(wù)鏈部署增值業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)城域網(wǎng)業(yè)務(wù)的靈活提供，提供未來(lái)新業(yè)務(wù)的快速交付能力。

（5）構(gòu)建智能OSS，提升業(yè)務(wù)承載效率。基于新一代OSS系統(tǒng)對(duì)實(shí)體網(wǎng)絡(luò)與虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)施統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)管理，推進(jìn)多專(zhuān)業(yè)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同和業(yè)務(wù)編排器，實(shí)現(xiàn)物理資源、虛擬資源與承載網(wǎng)絡(luò)的有效協(xié)同，以及對(duì)SDN/NFV的業(yè)務(wù)配置與資源調(diào)度等功能。

3 城域網(wǎng)重構(gòu)部署策略

根據(jù)上述分析，城域網(wǎng)的總體演進(jìn)思路應(yīng)逐步構(gòu)建以DC為核心，合理把握擴(kuò)容節(jié)奏，陸續(xù)引入新型城域網(wǎng)規(guī)模建設(shè)，實(shí)現(xiàn)固移融合、云網(wǎng)一體承載，并構(gòu)建新型云網(wǎng)控制平臺(tái)和運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)電信業(yè)務(wù)和新業(yè)務(wù)的快速上線和靈活調(diào)度?；谝陨习l(fā)展思路，可采用以下部署策略。

（1）城域網(wǎng)DC部署。結(jié)合虛擬化網(wǎng)元統(tǒng)一部署的要求，推動(dòng)部分具備條件的機(jī)房（CO）向數(shù)據(jù)中心架構(gòu)（DC）的方式改造，整體上可分為兩級(jí)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)：核心DC節(jié)點(diǎn)應(yīng)具備業(yè)務(wù)承載和業(yè)務(wù)備份兩種能力。針對(duì)業(yè)務(wù)承載，核心節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)如5GC、EPC、VBRAS控制面等需要和其他網(wǎng)元保持低延時(shí)無(wú)丟包連接的本地網(wǎng)級(jí)集中業(yè)務(wù)的部署，還可部署市本級(jí)的CDN平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在地市范圍內(nèi)的各類(lèi)視頻業(yè)務(wù)分發(fā)。針對(duì)業(yè)務(wù)備份，核心節(jié)點(diǎn)可作為邊緣節(jié)點(diǎn)各類(lèi)云業(yè)務(wù)網(wǎng)元的備份，提高城域網(wǎng)業(yè)務(wù)可靠性[6]。

邊緣DC節(jié)點(diǎn)包括了UPF、MEC、CDN等云內(nèi)需要下沉到邊緣以提升處理性能的VNF網(wǎng)元，給整個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)內(nèi)用戶(hù)提供視頻分發(fā)、本地化云服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)接入和城域網(wǎng)匯聚分流等業(yè)務(wù)。

（2）新型城域網(wǎng)部署。新型城域網(wǎng)模塊化組件包括城域POD、云網(wǎng)POP和POD出口功能區(qū)。

城域POD：采用Spine-Leaf架構(gòu)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)流量快速疏導(dǎo)與橫向彈性擴(kuò)展。A-Leaf提供固定/移動(dòng)用戶(hù)、邊緣云等全業(yè)務(wù)的就近接入；Spine實(shí)現(xiàn)Leaf匯聚與流量轉(zhuǎn)發(fā)。Leaf-Leaf之間通SRv6+EVPN實(shí)現(xiàn)入云、云間等流量快速轉(zhuǎn)發(fā)。

云網(wǎng)POP：部署DC-Leaf/S-Leaf實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與云資源池標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)接，接入Spine設(shè)備。

POD出口功能區(qū)：由Spine和Super-Spine/B-leaf組成，與骨干網(wǎng)、業(yè)務(wù)平臺(tái)/核心網(wǎng)等外部網(wǎng)絡(luò)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)差異化服務(wù)。國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)通過(guò)Spine直連骨干，Super-Spine只轉(zhuǎn)發(fā)多POD間互聯(lián)流量。初期考慮演進(jìn)復(fù)雜度，統(tǒng)一由Super-Spine直連骨干[7]。

新型城域網(wǎng)將打破傳統(tǒng)城域網(wǎng)集中出口的格局，采用分片區(qū)設(shè)置POD，流量較大的縣市設(shè)置獨(dú)立的Spine，滿(mǎn)足接入設(shè)備的Leaf節(jié)點(diǎn)就近接入Spine設(shè)備，有效減少網(wǎng)絡(luò)延時(shí)。各本地網(wǎng)POD數(shù)量可基于本地網(wǎng)用戶(hù)數(shù)進(jìn)行設(shè)置（表1）。

（3）SDN控制器部署。DC內(nèi)：通過(guò)引入SDN控制器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)/計(jì)算/存儲(chǔ)資源自動(dòng)化、統(tǒng)一發(fā)放、申請(qǐng)，為多業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供虛擬、隔離、可擴(kuò)展、自管理的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，包括跨DC形成大二層資源池，提升資源利用率；網(wǎng)絡(luò)部署自動(dòng)化，提升上線效率；網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)感知計(jì)算上下線、遷移，隨動(dòng)網(wǎng)絡(luò)配置等云網(wǎng)協(xié)同業(yè)務(wù)[8]。DC間：通過(guò)DC間互聯(lián)，構(gòu)建城域DCI屏幕，對(duì)DC間流量進(jìn)行智能疏導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)多DC互聯(lián)架構(gòu)。實(shí)現(xiàn)如省內(nèi)流量本地化、安全資源集中部署等，并可提高運(yùn)維效率，減少排障時(shí)間。

（4）NFV轉(zhuǎn)型部署。建設(shè)一套城域網(wǎng)NFVMANO，控制兩級(jí)DC架構(gòu)。其中NFV-MANO管理城域網(wǎng)所有的VNF網(wǎng)元，實(shí)時(shí)調(diào)度城域網(wǎng)各類(lèi)業(yè)務(wù)流量，提供業(yè)務(wù)統(tǒng)一界面和租戶(hù)級(jí)視圖。城域網(wǎng)NFV化應(yīng)采用“增量先行、老網(wǎng)逐步改造”的原則，采用“先增量后存量、先控制后轉(zhuǎn)發(fā)、先核心再邊緣”的演進(jìn)步驟，并結(jié)合NFV技術(shù)成熟度及部署周期，逐步引入。初期可選擇部分代表性網(wǎng)元和系統(tǒng)（如CPE、BRAS、IMS等），結(jié)合相關(guān)系統(tǒng)升級(jí)換代工作，引入NFV，待NFV基礎(chǔ)成熟后，統(tǒng)一全網(wǎng)云資源，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元硬件資源的通用化。

（5）運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)部署。初期引入網(wǎng)絡(luò)協(xié)同和業(yè)務(wù)編排器管理“新”網(wǎng)絡(luò)，并優(yōu)化現(xiàn)有OSS管理“老”網(wǎng)絡(luò)。重點(diǎn)強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可視化及統(tǒng)一的全網(wǎng)自動(dòng)化配置。后期部署統(tǒng)一的頂層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同和業(yè)務(wù)編排器，實(shí)現(xiàn)“新老”網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備協(xié)同和業(yè)務(wù)端到端一點(diǎn)提供；重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可編程，網(wǎng)絡(luò)資源可按需調(diào)用[9]。

4 結(jié)語(yǔ)

未來(lái)運(yùn)營(yíng)商城域網(wǎng)以云技術(shù)、SDN和NFV技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建，且傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)依然是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重要組成部分，但DC正在成為流量高地，并以云化網(wǎng)絡(luò)為核心牽引網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)。本文從城域網(wǎng)重構(gòu)演進(jìn)目標(biāo)、演進(jìn)架構(gòu)、實(shí)施策略等方面介紹城域網(wǎng)建設(shè)思路，提供了可行性較高的城域網(wǎng)重構(gòu)建設(shè)路徑，而為更好地適應(yīng)時(shí)代發(fā)展，相關(guān)技術(shù)和設(shè)備的深入研究必須得到重視。