智能城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)原子能力資源池測(cè)試與應(yīng)用

王 路，方 超，王宏鼎，耿子元，李勝光（.中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司，北京 00033；.中訊郵電咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)院有限公司，北京 00048）

1 概述

現(xiàn)階段，運(yùn)營(yíng)商互聯(lián)網(wǎng)向著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡(jiǎn)化、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備簡(jiǎn)化、網(wǎng)絡(luò)控制和網(wǎng)絡(luò)管理智能化的目標(biāo)發(fā)展。城域網(wǎng)作為運(yùn)營(yíng)商互聯(lián)網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，也正由傳統(tǒng)的城域網(wǎng)向新型的智能城域網(wǎng)演進(jìn)。新型的智能城域網(wǎng)將以實(shí)現(xiàn)通信云、移動(dòng)業(yè)務(wù)、政企客戶(hù)接入以及固網(wǎng)寬帶等業(yè)務(wù)的綜合承載為目標(biāo)，引入簡(jiǎn)化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，提升網(wǎng)絡(luò)流量疏導(dǎo)能力，構(gòu)建一張以通信云數(shù)據(jù)中心為核心的智能城域網(wǎng)。

通過(guò)簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、標(biāo)準(zhǔn)化的架構(gòu)，在減少建設(shè)成本的同時(shí)便于維護(hù)和擴(kuò)展。采用SR/EVPN 協(xié)議，簡(jiǎn)化設(shè)備技術(shù)要求，降低設(shè)備成本。引入通用芯片的SR 轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，提供網(wǎng)絡(luò)流量疏通能力，同時(shí)減少對(duì)機(jī)房資源的需求。構(gòu)建智能化、自動(dòng)化、開(kāi)放化的網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)端到端的業(yè)務(wù)自動(dòng)開(kāi)通，支撐智能化運(yùn)維和互聯(lián)網(wǎng)化運(yùn)營(yíng)，提升用戶(hù)體驗(yàn)。

2 網(wǎng)絡(luò)原子能力資源池方案

2.1 網(wǎng)絡(luò)方案

簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的主要方式是以通信云數(shù)據(jù)中心為核心，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)原子能力資源池。通過(guò)將寬帶接入服務(wù)器（BRAS）、路由器（Router）、防火墻（Firewalls）等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備虛擬化，以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力解耦，形成簡(jiǎn)易的、原子化的網(wǎng)絡(luò)能力，通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)化的原子能力進(jìn)行統(tǒng)一編排，實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)化，同時(shí)構(gòu)建了spine-leaf 架構(gòu)多業(yè)務(wù)多服務(wù)承載能力，為智能城域網(wǎng)提供精簡(jiǎn)的業(yè)務(wù)網(wǎng)元，建設(shè)以網(wǎng)絡(luò)能力為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)原子能力資源池，為業(yè)務(wù)發(fā)展提供保障，促進(jìn)云網(wǎng)融合。

智能城域網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)示意如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)原子能力資源池是智能城域網(wǎng)的重要組成部分，可以為智能城域網(wǎng)提供家庭寬帶業(yè)務(wù)服務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)服務(wù)、IPTV業(yè)務(wù)服務(wù)、大客戶(hù)專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)服務(wù)、VoIP電話(huà)業(yè)務(wù)服務(wù)、防火墻業(yè)務(wù)服務(wù)、人工智能類(lèi)業(yè)務(wù)服務(wù)和各種云服務(wù)等。

圖1 智能城域網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)示意圖

網(wǎng)絡(luò)原子能力資源池是智能城域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)承載的關(guān)鍵部分。目前，智能城域網(wǎng)已實(shí)現(xiàn)全面SDN化，提供了端到端網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化開(kāi)通能力。網(wǎng)絡(luò)原子能力資源池實(shí)現(xiàn)了面向資源、服務(wù)和業(yè)務(wù)的統(tǒng)一管理和自動(dòng)配置，在完成業(yè)務(wù)承載的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)端到端協(xié)同。

2.2 原子能力構(gòu)建

網(wǎng)絡(luò)能力資源池規(guī)劃建設(shè)的原子能力主要包括如下內(nèi)容（見(jiàn)圖2）。

圖2 原子能力種類(lèi)

a）基礎(chǔ)通信能力的PPPoE、IPoE、NAT、AAA 能力等。

b）安全能力的DDoS清洗、防火墻能力等。

c）云基礎(chǔ)能力的虛機(jī)服務(wù)、容器服務(wù)等。

d）AI能力的圖像識(shí)別、語(yǔ)言識(shí)別、文字識(shí)別等。

2.3 網(wǎng)元服務(wù)編排

網(wǎng)絡(luò)原子能力資源池的建設(shè)，除了原子能力的建設(shè)之外，網(wǎng)元服務(wù)編排器的建設(shè)也非常重要。網(wǎng)元服務(wù)編排器編排原子能力形成不同的虛擬網(wǎng)元，網(wǎng)絡(luò)能力資源池以不同的虛擬網(wǎng)元對(duì)外開(kāi)放能力及提供服務(wù)。網(wǎng)元服務(wù)編排器的NFVO 模塊通過(guò)配置模板的方式對(duì)原子能力的北向接口進(jìn)行適配，實(shí)現(xiàn)不同廠(chǎng)商原子能力的解耦及原子能力的SDN化配置。

網(wǎng)元服務(wù)編排器SDN 可編程配置方案如圖3 所示。首先在網(wǎng)元服務(wù)編排器中根據(jù)不同場(chǎng)景，預(yù)置配置命令模板；然后，網(wǎng)元服務(wù)編排器北向接口在接收智能城域網(wǎng)控制器下發(fā)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和配置命令模板時(shí)，自動(dòng)生成原子能力配置命令，并通過(guò)netconf 接口以SDN自動(dòng)化方式下發(fā)到原子能力中。

圖3 網(wǎng)元服務(wù)編排器SDN可編程配置方案

3 家寬業(yè)務(wù)承載方案測(cè)試

目前通過(guò)在某市云資源池集中部署的網(wǎng)元服務(wù)編排器和省內(nèi)集中部署的原子能力資源池，驗(yàn)證了vPPPoE 及vNAT 原子能力的自動(dòng)下發(fā)功能，并完成了家寬業(yè)務(wù)承載方案的現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試。

3.1 流量方案及業(yè)務(wù)流程

網(wǎng)絡(luò)原子能力資源池承載家寬業(yè)務(wù)的流量方案如圖4所示，各模塊具體承載功能如下。

圖4 網(wǎng)絡(luò)原子能力資源池承載家寬業(yè)務(wù)的流量方案

a）智能城域網(wǎng)控制器。家寬業(yè)務(wù)需求配置命令下發(fā)；資源池網(wǎng)絡(luò)互通，MER作為leaf節(jié)點(diǎn)與物理機(jī)互聯(lián)；原子能力引流及原子能力負(fù)載分擔(dān)。

b）網(wǎng)元服務(wù)編排器。vPPPoE 原子和vNAT 原子進(jìn)行編排及家寬業(yè)務(wù)配置模板下發(fā)，形成家寬業(yè)務(wù)虛擬網(wǎng)元；接收智能城域網(wǎng)業(yè)務(wù)配置需求，并向其通告業(yè)務(wù)經(jīng)過(guò)主機(jī)路徑。

c）網(wǎng)絡(luò)原子能力資源池。建設(shè)基于X86 架構(gòu)的vPPPoE和vNAT原子。

家寬業(yè)務(wù)流程如圖5所示。

圖5 網(wǎng)絡(luò)原子能力資源池承載家寬業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)流程

用戶(hù)撥號(hào)后，根據(jù)負(fù)載分擔(dān)機(jī)制，將用戶(hù)的認(rèn)證報(bào)文或流量報(bào)文發(fā)送至本地原子能力池的vPPPoE，vPPPoE判斷收到的報(bào)文是認(rèn)證報(bào)文還是流量報(bào)文。

若收到是認(rèn)證報(bào)文，vPPPoE 將攜帶用戶(hù)信息的報(bào)文發(fā)給本地IP可達(dá)AAA服務(wù)器進(jìn)行認(rèn)證處理，認(rèn)證通過(guò)后回復(fù)vPPPoE 原子單元。vPPPoE 請(qǐng)求本地IP可達(dá)DHCP 獲取IP 地址，DHCP 從地址池中分配IP 給PPPoE 原子單元，vPPPoE 將獲取的IP 地址轉(zhuǎn)發(fā)給用戶(hù)，vPPPoE存儲(chǔ)用戶(hù)表，用戶(hù)進(jìn)行上網(wǎng)業(yè)務(wù)。

若收到是流量報(bào)文，vPPPoE 查找路由引流到vNAT，vNAT 將用戶(hù)私網(wǎng)地址轉(zhuǎn)換為公網(wǎng)地址并轉(zhuǎn)發(fā)到Internet。vPPPoE 接受AAA 系統(tǒng)用戶(hù)策略調(diào)整，如：業(yè)務(wù)質(zhì)量QoS策略和訪(fǎng)問(wèn)控制列表ACL策略。

3.2 測(cè)試結(jié)果

表1為網(wǎng)絡(luò)原子能力資源池承載家寬業(yè)務(wù)現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試結(jié)果。從表1 可以看出，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)原子能力資源池承載家寬業(yè)務(wù)時(shí)：

表1 網(wǎng)絡(luò)原子能力資源池承載家寬業(yè)務(wù)現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試結(jié)果

a）網(wǎng)元服務(wù)編排器平臺(tái)滿(mǎn)足創(chuàng)建vPPPoE、vNAT網(wǎng)元需求，包括服務(wù)器的納管及系統(tǒng)部署、原子能力和虛擬網(wǎng)元模板的制作、虛擬網(wǎng)元的部署及配置下發(fā)、服務(wù)器和虛擬網(wǎng)元的監(jiān)控。

b）網(wǎng)絡(luò)原子能力資源池滿(mǎn)足普通家庭寬帶上網(wǎng)功能需求，包括公私網(wǎng)單棧/雙棧功能、在線(xiàn)/離線(xiàn)調(diào)速功能、異常用戶(hù)計(jì)費(fèi)終止功能。測(cè)試的業(yè)務(wù)平均時(shí)延為30 ms 左右，抖動(dòng)為10 ms 左右，丟包率為0%，游戲時(shí)延為20 ms 左右，實(shí)測(cè)的上下行帶寬與遠(yuǎn)程用戶(hù)撥號(hào)認(rèn)證系統(tǒng)下發(fā)帶寬完全匹配，滿(mǎn)足用戶(hù)基本需求。

網(wǎng)絡(luò)原子能力資源池承載家寬業(yè)務(wù)與傳統(tǒng)方式相比，業(yè)務(wù)部署的自動(dòng)化程度高，且能高效地利用網(wǎng)絡(luò)計(jì)算資源。在性能方面，雖然資源池方案比傳統(tǒng)方式在業(yè)務(wù)承載的過(guò)程中流量經(jīng)過(guò)的網(wǎng)元數(shù)量要多，但測(cè)試結(jié)果表明2 種方案在網(wǎng)絡(luò)時(shí)延等性能上差別不大。除此之外，用網(wǎng)絡(luò)原子能力資源池承載家寬業(yè)務(wù)的優(yōu)點(diǎn)如下。

a）根據(jù)網(wǎng)元服務(wù)編排器平臺(tái)配置下發(fā)的不同，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元故障靈活切換，測(cè)試中vPPPoE1 發(fā)生故障后，用戶(hù)在1 min內(nèi)可正常切換到vPPPoE2繼續(xù)上網(wǎng)。

b）在服務(wù)器資源足夠的情況下，網(wǎng)元服務(wù)編排器平臺(tái)是可以靈活快速地進(jìn)行網(wǎng)元擴(kuò)容以滿(mǎn)足業(yè)務(wù)增長(zhǎng)的需求。

表2為2種方案承載家寬業(yè)務(wù)的對(duì)比。

表2 2種方案承載家寬業(yè)務(wù)的對(duì)比

4 應(yīng)用與展望

隨著智能城域網(wǎng)的大規(guī)模部署，以及SDN/NFV 技術(shù)的成熟，網(wǎng)絡(luò)正加速向云化、虛擬化轉(zhuǎn)型，以服務(wù)器承載的虛擬化原子功能將適合越來(lái)越多的應(yīng)用場(chǎng)景。虛擬化原子功能在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境具備的情況下，可以快速實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程部署，在資源充足的情況下，可以隨時(shí)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的擴(kuò)容，特殊需求下也可以隨時(shí)進(jìn)行縮容，釋放多余資源。隨著業(yè)務(wù)及網(wǎng)絡(luò)功能的原子化解耦，可以構(gòu)建相互解耦的原子能力，針對(duì)不同業(yè)務(wù)或場(chǎng)景可共用一類(lèi)原子能力，形成資源復(fù)用，做到一次性建設(shè)，多次應(yīng)用。目前基于資源池的網(wǎng)絡(luò)原子能力的應(yīng)用已經(jīng)在現(xiàn)網(wǎng)中得到了驗(yàn)證，如對(duì)家寬業(yè)務(wù)的承載已經(jīng)可以滿(mǎn)足現(xiàn)階段業(yè)務(wù)的需求。

在未來(lái)，資源池中的原子能力將不局限于基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)能力，還會(huì)向城域網(wǎng)邊緣算力資源池的方向發(fā)展，除了承載基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)接入業(yè)務(wù)之外，還將具備安全、AI 以及行業(yè)應(yīng)用等原子能力，承載更多樣更全面的用戶(hù)側(cè)業(yè)務(wù)。