面向云網(wǎng)一體的新型城域云網(wǎng)部署研究

［陳邦文］

1 引言

在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)承載網(wǎng)中，云數(shù)據(jù)中心高掛骨干網(wǎng)，數(shù)據(jù)承載網(wǎng)主要進(jìn)行城域至骨干的南北走向流量的疏導(dǎo)。隨著5G 和算力時(shí)代的到來，包括安全能力池、邊緣云、UPF（用戶平面功能）、MEC（移動(dòng)邊緣計(jì)算）等算力資源不斷往深、淺邊緣下沉，流量流向的疏導(dǎo)需求逐漸向城域內(nèi)的東西向訪問轉(zhuǎn)變，云和網(wǎng)絡(luò)的融合趨勢(shì)日漸明顯。數(shù)字產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也對(duì)云和網(wǎng)提出了快速部署、靈活調(diào)度、路徑隨選等差異化服務(wù)需求。因此，運(yùn)營(yíng)商亟需構(gòu)建面向5G 和算力云網(wǎng)一體化承載的新型承載網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)2B（政企）/2C（移動(dòng)）/2H（家庭）用戶業(yè)務(wù)綜合承載，支撐算力下沉及邊緣生態(tài)的構(gòu)建，打造邊緣核心競(jìng)爭(zhēng)力，為用戶提供多樣化、差異化、定制化的云網(wǎng)能力。本文重點(diǎn)研究運(yùn)營(yíng)商新型城域云網(wǎng)架構(gòu)、部署方案及其演進(jìn)策略建議。

2 新型城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.1 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

現(xiàn)有城域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)包括IP 城域網(wǎng)與STN/IPRAN 移動(dòng)承載網(wǎng)。其中IP 城域網(wǎng)負(fù)責(zé)家庭客戶、政企客戶等固網(wǎng)用戶接入，提供寬帶上網(wǎng)、天翼高清、互聯(lián)網(wǎng)專線接入等業(yè)務(wù)，STN/IPRAN 網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)移動(dòng)用戶接入，其中4G 用戶通過IPRAN 接入，5G 用戶通過STN 接入。上層骨干網(wǎng)區(qū)分公眾平面和精品網(wǎng)平面，分別由Chinanet 網(wǎng)絡(luò)和CN2-DCI（中國(guó)電信下一代承載網(wǎng)）組成。網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀如圖1 所示。

IP 城域網(wǎng)分為兩層架構(gòu)，包括用戶接入設(shè)備MSE 和城域出口設(shè)備CR。其中CR 一般按本地網(wǎng)設(shè)置2 臺(tái)；MSE（多業(yè)務(wù)邊緣路由器）承載用戶不超過3 萬，采用分布式部署。

STN/IPRAN 網(wǎng)絡(luò)分為三層架構(gòu)，包括A 接入路由器、B 匯聚路由器和城域ER 核心路由器。其中ER 一般按本地網(wǎng)設(shè)置2臺(tái)；B設(shè)備成對(duì)部署，主要用于分區(qū)匯聚接入環(huán)，采用分布式方式部署；接入層由A 設(shè)備組成，主要用于基站業(yè)務(wù)和政企專線業(yè)務(wù)接入，采用環(huán)型組網(wǎng)為主。

圖1 承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)存在的主要問題：

（1）寬帶用戶、移動(dòng)用戶分網(wǎng)承載，利用率低，互訪低效，難以保障固移融合場(chǎng)景一致性體驗(yàn)；

（2）難以適應(yīng)算力下沉，難以滿足邊緣云泛在接入的需求；

（3）難以兼顧降本增效，網(wǎng)絡(luò)功能與設(shè)備緊耦合，新業(yè)務(wù)上線慢，缺乏快速自動(dòng)化開通、智能化運(yùn)維等能力。

2.2 網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)思路

面向5G 和云網(wǎng)融合，云業(yè)務(wù)下沉到城域網(wǎng)內(nèi)，要求網(wǎng)絡(luò)為固移用戶提供一致性業(yè)務(wù)體驗(yàn)，網(wǎng)絡(luò)固移融合承載。云網(wǎng)超寬帶等新型業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出了大帶寬、低時(shí)延、快速響應(yīng)、差異化承載、安全可靠等方面的需求。新型城余網(wǎng)應(yīng)以打造融合、敏捷、簡(jiǎn)潔、云化、智能、安全的網(wǎng)絡(luò)為目標(biāo)，堅(jiān)持多業(yè)務(wù)融合承載，構(gòu)建能夠快速提供業(yè)務(wù)的的新型網(wǎng)絡(luò)。

（1）以新架構(gòu)、新協(xié)議、新運(yùn)營(yíng)、先進(jìn)性為原則重構(gòu)城域網(wǎng)；

（2）統(tǒng)一架構(gòu)承載固定寬帶、無線、政企專線、政企上云、多云訪問、云間互聯(lián)、內(nèi)部IT 云等云網(wǎng)融合業(yè)務(wù)；

（3）保障用戶固定和無線接入體驗(yàn)一致性，滿足未來個(gè)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(yàn)需求；

（4）基于Spine（脊路由器）-Leaf（葉路由器）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(dòng)化和智能化能力。

2.3 新型城域網(wǎng)架構(gòu)

新型城域網(wǎng)采用“樂高積木式”架構(gòu)，以地市為單位建設(shè)，滿足固移融合接入、多業(yè)務(wù)融合承載，能夠基于模塊化組件實(shí)現(xiàn)架構(gòu)彈性擴(kuò)展、云網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)接、用戶集中式處理。

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：城域POD 以云為中心組建，根據(jù)云資源池和邊緣云所在機(jī)房設(shè)置Spine 和Leaf 節(jié)點(diǎn)。同時(shí)按照每POD 覆蓋用戶數(shù)約80 萬寬帶用戶為基準(zhǔn)，大中型城市設(shè)置多個(gè)POD，小型地市可設(shè)置單個(gè)POD。固、移、云業(yè)務(wù)通過不同Leaf 接入，全業(yè)務(wù)融合承載。

功能云化：IP 網(wǎng)元功能云化，部署轉(zhuǎn)控分離vBRAS（虛擬寬帶遠(yuǎn)程接入服務(wù)器），控制面CP 云化，轉(zhuǎn)發(fā)面UP 池化，推動(dòng)云網(wǎng)一體。

云網(wǎng)對(duì)接：城域Leaf 作為云網(wǎng)POP，與云業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元對(duì)接，實(shí)現(xiàn)云資源池的標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)接。扁平化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)流量快速疏導(dǎo)和橫向彈性擴(kuò)展。

圖2 大、中型本地承載網(wǎng)示意圖

圖3 小型本地承載網(wǎng)示意圖

新型技術(shù)：全面引入SRv6 業(yè)務(wù)路徑可編程新技術(shù)，為云網(wǎng)業(yè)務(wù)提供低時(shí)延高保障切片、彈性大帶寬切片等差異化服務(wù)。并通過基站識(shí)別碼向云商及骨干網(wǎng)開放差異化網(wǎng)絡(luò)能力調(diào)用。實(shí)現(xiàn)了多種業(yè)務(wù)融合承載所需的協(xié)議棧的統(tǒng)一。具備端到端跨域一跳直達(dá)業(yè)務(wù)組網(wǎng)及入云能力。

3 部署方案及演進(jìn)策略

3.1 關(guān)鍵網(wǎng)元演進(jìn)策略

面向全業(yè)務(wù)的新型城域網(wǎng)基于STN 平滑演進(jìn)。新型城域網(wǎng)中Spine 及Leaf 節(jié)點(diǎn)，可由現(xiàn)網(wǎng)STN-ER 和STN-B進(jìn)行演進(jìn)，實(shí)現(xiàn)固移動(dòng)融合、一體承載。在出口區(qū)，可采用城域網(wǎng) CR 兼做 Super Spine，作為統(tǒng)一出口，上聯(lián)ChinaNet/CN2-DCI；同時(shí)隨著新城業(yè)務(wù)割接，可盤活現(xiàn)網(wǎng)能力具備條件的現(xiàn)網(wǎng)MSE 作為專用硬件轉(zhuǎn)發(fā)池設(shè)備（vBRAS-pUP）。

（1）IP 城域網(wǎng)CR

城域網(wǎng)CR 原設(shè)備定位為固網(wǎng)城域出口，目前主要采用1.6T/800G/400G 平臺(tái)，集群/背靠背/單機(jī)等型態(tài)。根據(jù)城域?qū)拵в脩魯?shù)，城域網(wǎng)CR 向以下方向演進(jìn)：在用戶數(shù)少于80 萬的本地網(wǎng)，城域網(wǎng)CR 由Spine 替代，逐步退網(wǎng)；在用戶數(shù)大于80 萬的本地網(wǎng)，城域網(wǎng)CR 演進(jìn)為新型城域網(wǎng)Super Spine，依然負(fù)責(zé)固網(wǎng)業(yè)務(wù)出口。

（2）IP 城域網(wǎng)MSE

城域網(wǎng)MSE 原設(shè)備定位為業(yè)務(wù)接入控制，實(shí)現(xiàn)寬帶上網(wǎng)、專線接入等業(yè)務(wù)接入控制。新型城域網(wǎng)的重要作用之一就是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)控分離。其轉(zhuǎn)發(fā)層面功能由新城Up池替代，控制層面的功能由新城CP 池替代。為充分節(jié)約資源，保護(hù)現(xiàn)網(wǎng)投資，符合UP 池硬件標(biāo)準(zhǔn)的MSE 可以通過軟件升級(jí)作為新城轉(zhuǎn)發(fā)面UP 設(shè)備使用，不符合標(biāo)準(zhǔn)的老舊MSE 結(jié)合新城的部署，逐步退網(wǎng)。

（3）STN ER

STN ER 原設(shè)備定位為移動(dòng)承載城域出口，根據(jù)城域?qū)拵в脩魯?shù)，STN ER 向以下方向演進(jìn)：在用戶數(shù)少于80萬的本地網(wǎng)，ER 將作為固移融合的統(tǒng)一出口；在用戶數(shù)大于80 萬的本地網(wǎng)，其定位保持不變，依然負(fù)責(zé)移動(dòng)業(yè)務(wù)出口。

（4）STN B

STN B 原設(shè)備定位為移動(dòng)業(yè)務(wù)區(qū)域匯聚收斂，演進(jìn)后將作為固移融合節(jié)點(diǎn)，承載區(qū)域移動(dòng)和固網(wǎng)業(yè)務(wù)。

3.2 關(guān)鍵網(wǎng)元選址策略

為滿足服務(wù)邊緣云網(wǎng)算力的需求，新型城域網(wǎng)中的關(guān)鍵網(wǎng)元選址應(yīng)與DC 規(guī)劃、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃布局協(xié)同考慮，從滿足深邊緣、淺邊緣客戶的云網(wǎng)資源、時(shí)延等需求出發(fā)，進(jìn)行網(wǎng)元的合理布局。

（1）Spine 網(wǎng)元

Spine設(shè)備主要用于對(duì)Leaf設(shè)備進(jìn)行流量匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)，根據(jù)業(yè)務(wù)類型分流到Super Spine。原則上每個(gè)城域POD設(shè)置一對(duì)Spine 設(shè)備，要求部署在不同局點(diǎn)機(jī)樓。Spine網(wǎng)元選址應(yīng)重點(diǎn)考慮以下因素：

①節(jié)點(diǎn)是否屬于邊緣DC 節(jié)點(diǎn)；

② 節(jié)點(diǎn)是否所劃分POD 的光纜匯聚點(diǎn)/傳輸匯聚點(diǎn)；

③節(jié)點(diǎn)是否具備部署設(shè)備所需的基礎(chǔ)設(shè)施能力；

（2）A-leaf 網(wǎng)元

A-Leaf 原則上設(shè)置一級(jí)，以用戶/業(yè)務(wù)規(guī)模、覆蓋范圍為基礎(chǔ)部署，成對(duì)水平擴(kuò)展。同一個(gè)POD 內(nèi)根據(jù)業(yè)務(wù)需求設(shè)置多對(duì)Leaf，同一對(duì)Leaf 要求部署在相同的局點(diǎn)機(jī)樓。A-Leaf 以STN B 設(shè)備為基礎(chǔ)，在現(xiàn)有架構(gòu)上，適當(dāng)優(yōu)化補(bǔ)點(diǎn)。

（3）UP 網(wǎng)元

vBRAS-UP 池包括專用硬件轉(zhuǎn)發(fā)池（vBRAS-pUP）和虛擬化X86 轉(zhuǎn)發(fā)池（vBRAS-vUP）。vBRAS-pUP 負(fù)責(zé)寬帶公眾上網(wǎng)業(yè)務(wù)處理；vBRAS-vUP 承載VoIP/ITMS 等大session 小流量業(yè)務(wù)。vBRAS-UP 網(wǎng)元原則上與Spine 節(jié)點(diǎn)同局址，部署在不同的局點(diǎn)機(jī)樓。vBRAS-vUP 與vBRASCP 同CT 云部署。

（4）CP 網(wǎng)元

vBRAS-CP 可部署在獨(dú)享硬件資源池或CT 云資源上，具備彈性擴(kuò)展能力。每城域網(wǎng)設(shè)置兩個(gè)vBRAS-CP池節(jié)點(diǎn)，具備異地容災(zāi)、彈性擴(kuò)容能力；同一vBRASCP 內(nèi)各組件提供冗余備份能力。建議部署在城域核心DC 節(jié)點(diǎn)。

3.3 關(guān)鍵業(yè)務(wù)部署規(guī)范

（1）寬帶業(yè)務(wù)：在A-Leaf 和S-Leaf部署L2 EVPN over SRv6，承載PPPoE 段的信令和數(shù)據(jù)流量，L2 EVPN 可以為VPWS（虛擬專用線路業(yè)務(wù)）或VPLS（虛擬專用局域網(wǎng)業(yè)務(wù)）。在S-Leaf 和Spine 部署PI-0 VPN。UP 上行流量在S-Leaf 進(jìn)入PI-0 VPN，經(jīng)Spine訪問互聯(lián)網(wǎng)。

圖4 家寬業(yè)務(wù)部署方案

（2）基站業(yè)務(wù)：基站業(yè)務(wù)采用PW+L3 VPN 方案，STN-A 到A-Leaf 采用PW 二層偽線接入，PW 網(wǎng)關(guān)收斂采用1:1 方式，A-Leaf 以上采用SRv6+EVPN 和MPLS（多協(xié)議標(biāo)簽交換）+VPN（虛擬專網(wǎng)）雙轉(zhuǎn)發(fā)平面承載。

（3）政企互聯(lián)網(wǎng)專線部署方案：客戶CPE 的網(wǎng)關(guān)在A-leaf 上，為客戶分配靜態(tài)公網(wǎng)IP，在A-leaf 進(jìn)入PI-0 VPN。流量到Spine 脫離VPN 通過Native IP 進(jìn)入CR。

（4）入云專線：PON（無源光纖網(wǎng)絡(luò)）入云專線網(wǎng)關(guān)在A-leaf 上，在A-leaf 和B-leaf 部署L3 EVPN over SRv6（客戶EVPN）實(shí)現(xiàn)三層入云。

3.4 總體演進(jìn)策略建議

在新型城域云網(wǎng)實(shí)規(guī)模推進(jìn)過程中，目前面臨的主要問題是如何快速平穩(wěn)地推進(jìn)存量用戶的全量業(yè)務(wù)遷移工作。經(jīng)過了近二十年的高速發(fā)展，傳統(tǒng)IP 城域網(wǎng)綜合承載了家庭寬帶、IPTV、政企專線等2B/2C 業(yè)務(wù)。全量業(yè)務(wù)遷移的歷史包袱大，對(duì)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)、維護(hù)支撐、人才隊(duì)伍等都提出了全新的要求和挑戰(zhàn)。因此有如下演進(jìn)策略建議：

圖5 政企互聯(lián)網(wǎng)專線部署方案

圖6 入云專線部署方案

牢牢把握新型城域云網(wǎng)服務(wù)云資源、算力下沉的定位，以STN 承載網(wǎng)為基礎(chǔ)，構(gòu)建新型城域域網(wǎng)。采用2B 業(yè)務(wù)遷移優(yōu)先，2C 業(yè)務(wù)（VBRAS 部分）穩(wěn)步推進(jìn)的總體演進(jìn)策略：優(yōu)先在城域匯聚層面A-Leaf 實(shí)現(xiàn)PON、LAN、STN-A 等接入方式的統(tǒng)一承載。以云為核心，合理設(shè)置云POP 為業(yè)務(wù)錨點(diǎn)，連接云網(wǎng)。推進(jìn)2B 需求旺盛局點(diǎn)的OLT 優(yōu)先直掛A-Leaf 設(shè)備，同步開展新城2B業(yè)務(wù)穿測(cè)部署。發(fā)揮SRv6+EVPN 的新技術(shù)優(yōu)勢(shì)，快速供給基于新型城域云網(wǎng)的2B 組網(wǎng)和入云專線產(chǎn)品。2C 業(yè)務(wù)方面按節(jié)奏穩(wěn)步推進(jìn)。

4 結(jié)束語

5G 和云網(wǎng)融合時(shí)代，牽引城域網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，新型城域網(wǎng)以云為核心組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)架構(gòu)彈性擴(kuò)展、云網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)接、用戶集中式處理，滿足固移融合、云網(wǎng)融合發(fā)展需求。支撐2B/2C/2H 邊緣云應(yīng)用生態(tài)的建立，構(gòu)建了全業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型升級(jí)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。