融合智能的新型IP城域網(wǎng)建設(shè)方案分析

孫 祥

（吉林吉大通信設(shè)計(jì)院股份有限公司，吉林 長春 130012）

1 業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢及現(xiàn)網(wǎng)痛點(diǎn)

隨著5G、虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）、移動邊緣計(jì)算（Mobile Edge Computing，MEC）等新興業(yè)務(wù)的發(fā)展，IP城域網(wǎng)中業(yè)務(wù)流量的數(shù)值與流向都在不斷變化。目前運(yùn)營商面臨著巨大的壓力，包括應(yīng)對高速變化的網(wǎng)絡(luò)帶寬和海量數(shù)據(jù)、滿足不同類型業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求以及保證網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定運(yùn)營等。在既有網(wǎng)絡(luò)布局上，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用呈現(xiàn)集中高掛態(tài)勢，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（Internet Data Center，IDC）、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（Content Delivery Network，CDN）主要圍繞省、地區(qū)以及地市進(jìn)行布局，用戶接入主要是出城域網(wǎng)（南北方向）的流量。目前運(yùn)營商普遍采用同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）+混合光纖同軸電纜（Hybrid Fiber-Coaxial，HFC）混合組網(wǎng)模式，由于其設(shè)備資源利用率低，導(dǎo)致帶寬浪費(fèi)嚴(yán)重。同時光傳送網(wǎng)多由傳統(tǒng)電信部門投資建成，存在運(yùn)營成本高、可靠性差等問題。隨著MEC、VR/AR技術(shù)的進(jìn)步，新服務(wù)提出了快速反應(yīng)、靈活部署、不同負(fù)載以及高安全性的要求，這就對業(yè)務(wù)的發(fā)展、規(guī)劃以及施工等工作帶來諸多難題。一是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不靈活，設(shè)備間缺乏聯(lián)系，網(wǎng)絡(luò)難以擴(kuò)充，新業(yè)務(wù)難以部署且開通緩慢；二是在構(gòu)建MEC/內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（Content Delivery Network，CDN）、邊緣云的過程中，必須同時接入IP城域網(wǎng)和無線接入網(wǎng)IP化（IP Radio Access Network，IPRAN），接入情況復(fù)雜；三是IP城域網(wǎng)的建設(shè)費(fèi)用昂貴，比IPRAN高出3～5倍；四是近年來新興的基于IPv6的段路由（Segment Routing IPv6，SRv6）、用于二層互聯(lián)網(wǎng)的VPN技術(shù)（Ethernet Virtral Private Network，EVPN）以及靈活以太網(wǎng)（Flexible Ethernet，F(xiàn)lexE）技術(shù)多集中于新建設(shè)備，現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備多數(shù)無法支持或者升級難度較大[1]。

2 新型智能城域網(wǎng)部署目標(biāo)和相關(guān)思路

新智能城域網(wǎng)正朝著網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化方向發(fā)展與過渡，以實(shí)現(xiàn)大帶寬、業(yè)務(wù)開通快以及業(yè)務(wù)統(tǒng)一等目標(biāo)。統(tǒng)一固移融合負(fù)載，單張網(wǎng)需實(shí)現(xiàn)移動基站回傳及互聯(lián)網(wǎng)負(fù)載，提升網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)快速供給能力。在云網(wǎng)融合方面，網(wǎng)絡(luò)及資源池協(xié)同工作，以“接入?yún)^(qū)-邊緣DC-核心DC”為布局設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，采用SRv6加EVPN并利用路由協(xié)議進(jìn)行分配及平面控制，SDN、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV）等網(wǎng)絡(luò)資源統(tǒng)一開發(fā)調(diào)度，業(yè)務(wù)智能化快速開通及改進(jìn)，打破了網(wǎng)絡(luò)對單設(shè)備較為依賴、按需拓展以及按機(jī)拓展等難題。

3 新型智能城域網(wǎng)帶來的運(yùn)維挑戰(zhàn)

由于采用了先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和新的技術(shù)，因此新型城域網(wǎng)在原有的IP城域網(wǎng)中發(fā)生了巨大的變化，其中包括大量的固定用戶和大量的通信業(yè)務(wù)，如何保證新型城域網(wǎng)安全有效運(yùn)行是運(yùn)營商需要研究的重點(diǎn)[2]。在新型城域網(wǎng)中，將重點(diǎn)放在5G規(guī)模布點(diǎn)、業(yè)務(wù)豐富以及業(yè)務(wù)開展?fàn)顩r良好的大城市或區(qū)域設(shè)施布置上，利舊原有設(shè)備，在物理基礎(chǔ)設(shè)施資源池（Point Of Delivery，POD）的基礎(chǔ)上推動新型城域網(wǎng)的發(fā)展。為了滿足公共寬帶用戶的需要，中央部署和轉(zhuǎn)移控制分開的vBRAS系統(tǒng)需得到有效規(guī)劃。

為了確保新型城域網(wǎng)能夠滿足運(yùn)營商需求，需要先做好規(guī)劃，根據(jù)實(shí)際情況制定合理可行的方案?？紤]到不同業(yè)務(wù)類型和等級對帶寬的特殊要求，為了滿足下一代業(yè)務(wù)體系結(jié)構(gòu)的需要，可以采用新一代業(yè)務(wù)系統(tǒng)采集控制平臺或者對現(xiàn)有的網(wǎng)管及其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理。

隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)不斷發(fā)展，各行業(yè)信息化程度越來越高，基于虛擬化技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行有效利用，從提升服務(wù)質(zhì)量、降低成本、減少故障發(fā)生次數(shù)以及應(yīng)對網(wǎng)上運(yùn)維帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)等方面進(jìn)行研究與分析。隨著網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)設(shè)備數(shù)量的增加，以客戶為中心的電子設(shè)備維修技術(shù)面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)，IT主機(jī)、云計(jì)算、磁陣列以及Linux操作系統(tǒng)等的基礎(chǔ)維護(hù)技術(shù)也需要不斷完善[3]。電信運(yùn)營商設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個面向企業(yè)開放流程的故障檢測與定位系統(tǒng)，主要由客戶端軟件、服務(wù)端軟件以及服務(wù)器程序3大部分組成。與此同時，Python、Java等現(xiàn)代編程語言在面向行業(yè)開放流程中得到廣泛應(yīng)用，使得故障排除與流程數(shù)據(jù)分析變得更加容易，減少了錯誤報(bào)文的產(chǎn)生。盡管Segment、Routing協(xié)議對多協(xié)議標(biāo)簽交換（Multi Protocol Label Switching，MPLS）的控制面有很大的提升，但仍需要維護(hù)管理人員對新協(xié)議有一個整體的把握，并且能在SRv6或者EVPN的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對各種業(yè)務(wù)的高效部署。

隨著互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的快速發(fā)展和用戶需求的不斷變化，IPv6時代的到來為我國電信運(yùn)營商帶來了更多的機(jī)遇[4]。對于現(xiàn)有IP運(yùn)維業(yè)務(wù)員工進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)型時，需要從IT化轉(zhuǎn)變的層面進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)儲備工作，涵蓋通用硬件設(shè)備工藝技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能虛擬化應(yīng)用工藝技術(shù)以及云網(wǎng)絡(luò)平臺工藝技術(shù)的信息化應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上培育下一代IT員工進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理與服務(wù)。

4 新型城域網(wǎng)架構(gòu)研究

4.1 設(shè)計(jì)原則

為了解決傳統(tǒng)IP的傳輸痛點(diǎn)，更好地滿足不斷變化的服務(wù)需求，提出了一種新型的城域網(wǎng)，其基本原則如下文所述。

（1）融合接入。以城市為中心，固移融合接入，多業(yè)務(wù)融合載體。

（2）高敏捷性。模塊網(wǎng)絡(luò)以Spine-Leaf架構(gòu)為基礎(chǔ)，需具有較高的敏捷性。

（3）簡潔。根據(jù)需要擴(kuò)充，支持協(xié)議的簡化，使用SRv6/EVPN。

（4）智能化。配置SDN控制器，實(shí)現(xiàn)選路和業(yè)務(wù)計(jì)劃的靈活選擇。采用精確的eDNS調(diào)度技術(shù)，實(shí)現(xiàn)CDN的精確調(diào)度。

（5）高安全性。按照服務(wù)類別設(shè)定訪問設(shè)備，每個服務(wù)的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN）相互獨(dú)立，不影響服務(wù)之間的通信，支持流量清理和其他安全功能的動態(tài)負(fù)載，根據(jù)需求進(jìn)行配置[5]。

4.2 設(shè)計(jì)思路

為了滿足固移和云網(wǎng)結(jié)合的需求，新型城域網(wǎng)采用了模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件結(jié)構(gòu)[6]。通過分析研究新型城域網(wǎng)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，提出了基于SDH技術(shù)、光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network，OTN）技術(shù)以及MPLS技術(shù)等新一代承載方案的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型，并給出具體解決方案。新型城域網(wǎng)以城市區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)，包含城市POD、POD出口功能區(qū)以及云網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供點(diǎn)（Point Of Presence，POP）。

4.2.1 城域POD

隨著業(yè)務(wù)需求不斷變化，傳統(tǒng)的單向傳送網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無法滿足日益增長的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)要求，對此需要引入新技術(shù)來適應(yīng)未來發(fā)展。城市Spine設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)低成本、高速率的數(shù)據(jù)傳輸，Leaf設(shè)備間的通信則由Spine完成。

4.2.2 POD出口功能區(qū)

POD出口功能區(qū)與外網(wǎng)相連，將業(yè)務(wù)接入到網(wǎng)絡(luò)中。核心路由器（Core Router，CR）接受全球網(wǎng)卡，提供高品質(zhì)、差異化、安全的服務(wù)，并提供細(xì)路由、策略路由連接ChinaNet，從而達(dá)到政府和企業(yè)之間的跨區(qū)域網(wǎng)絡(luò)連接[7]。POD出口功能區(qū)構(gòu)成如圖1所示。

4.2.3 云網(wǎng)POP

云網(wǎng)POP是一個基于云服務(wù)網(wǎng)絡(luò)與底層網(wǎng)之間的連接架構(gòu)，部署在云資源池所在的位置。為了解決傳統(tǒng)SDH組網(wǎng)中存在的設(shè)備多、運(yùn)維復(fù)雜等問題，POP提供了一種新的組網(wǎng)方式。POP是在運(yùn)營商現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上通過軟件編程構(gòu)建而成，通過云資源池的整合，云網(wǎng)POP可以預(yù)設(shè)資源、預(yù)設(shè)物理鏈路、部署Leaf和Spine的直連以及按需分配帶寬等功能。

4.3 目標(biāo)架構(gòu)

采用積木式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，基于城市POD、POD出口功能區(qū)、云網(wǎng)POP這3大模塊，根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)模進(jìn)行靈活擴(kuò)充。采用Spine-Leaf體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建城市區(qū)域POD，在每個POD中放置兩個Spine設(shè)備，下面懸掛多對Leaf裝置，由云網(wǎng)POP標(biāo)準(zhǔn)對接，將城市Leaf部署到云網(wǎng)POP上，并與云服務(wù)網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)連接[8]。

5 新型城域網(wǎng)業(yè)務(wù)承載方案

5.1 公眾業(yè)務(wù)

EVPN over SRv6搭載在Leaf上，用戶完成了切換分離的vBRAS，并在vBRAS-C和AAA系統(tǒng)中完成了驗(yàn)證，通過vBRAS-U實(shí)現(xiàn)了對寬帶服務(wù)或用戶的集中控制。國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)通過Spine直接接入，而國際互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)則通過CR接入。流媒體應(yīng)用的用戶集中于Leaf，為了滿足不同用戶對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的虛擬服務(wù)器集群模型，并給出了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和帶寬資源。用戶在Leaf節(jié)點(diǎn)附近結(jié)束，使用非Session級別的IPoE（IP over Ethernet）訪問，不需要再通過MSE轉(zhuǎn)發(fā)。EVPN over SRv6負(fù)載的單播流量根據(jù)需要沉入邊緣云（vCDN）中，組播業(yè)務(wù)使用NativeIPv6進(jìn)行攜帶，并在Leaf裝置或者更低級別的光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）中進(jìn)行組播再現(xiàn)基于IP的語音傳 輸（Voice over Internet Protocal，VoIP），Leaf上使用EVPN over SRv6進(jìn)行攜帶，用戶認(rèn)證結(jié)束后由轉(zhuǎn)控分離vBRAS完成，并將業(yè)務(wù)流量由Leaf（商業(yè)CE）轉(zhuǎn)發(fā)給信息管理系統(tǒng)（Information Management System，IMS）平臺。

5.2 移動業(yè)務(wù)

5G服務(wù)載體是將Leaf作為服務(wù)控制點(diǎn)，EVPN over SRv6在Leaf上根據(jù)需要部署FlexE，提供用于移動基站-用戶平面功能（User Plane Function，UPF）、基站-5GC、因特網(wǎng)訪問的端到端切片，在Leaf下仍然是現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的訪問[9]。

5.3 政企業(yè)務(wù)

網(wǎng)絡(luò)專用線路是指用戶接入和公共網(wǎng)絡(luò)接入的流量相同，用戶終止于切換控制的vBRAS，可以實(shí)現(xiàn)對寬帶服務(wù)或用戶的集中監(jiān)視。

5.4 云網(wǎng)融合業(yè)務(wù)

以云網(wǎng)POP為核心實(shí)現(xiàn)云與云之間的有效銜接，并滿足云與云之間專線業(yè)務(wù)的承載。POP為具有云業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的出口網(wǎng)元與基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)元在云資源池所處局址進(jìn)行布放的云接入架構(gòu)，以達(dá)到云資源池的統(tǒng)一布放。在云時代，POP可以提供包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、流量匯聚等多種接入服務(wù)，為用戶提供方便可靠的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)，提升用戶體驗(yàn)，同時降低運(yùn)維成本。云網(wǎng)POP不僅是入云結(jié)束，更是云與云相互連接的開始[10,11]。

6 結(jié) 論

智能IP城域網(wǎng)的出現(xiàn)極大地改善了傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)所面臨的各類技術(shù)問題，提高了IP網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量和智能安全性，簡化了運(yùn)行步驟，并節(jié)省了投資。智能IP城域網(wǎng)構(gòu)建過程中不可避免地會出現(xiàn)與已有的商業(yè)體系和業(yè)務(wù)流程不相適應(yīng)的問題，未來需要進(jìn)一步完善。