孫 祥

（吉林吉大通信設計院股份有限公司，吉林 長春 130012）

1 業(yè)務發(fā)展趨勢及現(xiàn)網(wǎng)痛點

隨著5G、虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）/增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）、移動邊緣計算（Mobile Edge Computing，MEC）等新興業(yè)務的發(fā)展，IP城域網(wǎng)中業(yè)務流量的數(shù)值與流向都在不斷變化。目前運營商面臨著巨大的壓力，包括應對高速變化的網(wǎng)絡帶寬和海量數(shù)據(jù)、滿足不同類型業(yè)務的服務質(zhì)量要求以及保證網(wǎng)絡安全穩(wěn)定運營等。在既有網(wǎng)絡布局上，互聯(lián)網(wǎng)應用呈現(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（Content Delivery Network，CDN）主要圍繞省、地區(qū)以及地市進行布局，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，由于其設備資源利用率低，導致帶寬浪費嚴重。同時光傳送網(wǎng)多由傳統(tǒng)電信部門投資建成，存在運營成本高、可靠性差等問題。隨著MEC、VR/AR技術的進步，新服務提出了快速反應、靈活部署、不同負載以及高安全性的要求，這就對業(yè)務的發(fā)展、規(guī)劃以及施工等工作帶來諸多難題。一是網(wǎng)絡結構不靈活，設備間缺乏聯(lián)系，網(wǎng)絡難以擴充，新業(yè)務難以部署且開通緩慢；二是在構建MEC/內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡（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），接入情況復雜；三是IP城域網(wǎng)的建設費用昂貴，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（Ethernet Virtral Private Network，EVPN）以及靈活以太網(wǎng)（Flexible Ethernet，F(xiàn)lexE）技術多集中于新建設備，現(xiàn)網(wǎng)設備多數(shù)無法支持或者升級難度較大[1]。

2 新型智能城域網(wǎng)部署目標和相關思路

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

3 新型智能城域網(wǎng)帶來的運維挑戰(zhàn)

由于采用了先進的網(wǎng)絡結構和新的技術，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，如何保證新型城域網(wǎng)安全有效運行是運營商需要研究的重點[2]。在新型城域網(wǎng)中，將重點放在5G規(guī)模布點、業(yè)務豐富以及業(yè)務開展狀況良好的大城市或區(qū)域設施布置上，利舊原有設備，在物理基礎設施資源池（Point Of Delivery，POD）的基礎上推動新型城域網(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)能夠滿足運營商需求，需要先做好規(guī)劃，根據(jù)實際情況制定合理可行的方案。考慮到不同業(yè)務類型和等級對帶寬的特殊要求，為了滿足下一代業(yè)務體系結構的需要，可以采用新一代業(yè)務系統(tǒng)采集控制平臺或者對現(xiàn)有的網(wǎng)管及其他業(yè)務系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)網(wǎng)絡化、智能化管理。

隨著國家經(jīng)濟建設不斷發(fā)展，各行業(yè)信息化程度越來越高，基于虛擬化技術對網(wǎng)絡資源進行有效利用，從提升服務質(zhì)量、降低成本、減少故障發(fā)生次數(shù)以及應對網(wǎng)上運維帶來的技術挑戰(zhàn)等方面進行研究與分析。隨著網(wǎng)絡及相關設備數(shù)量的增加，以客戶為中心的電子設備維修技術面臨著嚴峻的考驗，IT主機、云計算、磁陣列以及Linux操作系統(tǒng)等的基礎維護技術也需要不斷完善[3]。電信運營商設計并實現(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、服務端軟件以及服務器程序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，減少了錯誤報文的產(chǎn)生。盡管Segment、Routing協(xié)議對多協(xié)議標簽交換（Multi Protocol Label Switching，MPLS）的控制面有很大的提升，但仍需要維護管理人員對新協(xié)議有一個整體的把握，并且能在SRv6或者EVPN的基礎上實現(xiàn)對各種業(yè)務的高效部署。

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營商帶來了更多的機遇[4]。對于現(xiàn)有IP運維業(yè)務員工進行技術轉型時，需要從IT化轉變的層面進行相關的技術儲備工作，涵蓋通用硬件設備工藝技術、網(wǎng)絡系統(tǒng)的功能虛擬化應用工藝技術以及云網(wǎng)絡平臺工藝技術的信息化應用，并在此基礎上培育下一代IT員工進行網(wǎng)絡系統(tǒng)管理與服務。

4 新型城域網(wǎng)架構研究

4.1 設計原則

為了解決傳統(tǒng)IP的傳輸痛點，更好地滿足不斷變化的服務需求，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)務融合載體。

（2）高敏捷性。模塊網(wǎng)絡以Spine-Leaf架構為基礎，需具有較高的敏捷性。

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

（4）智能化。配置SDN控制器，實現(xiàn)選路和業(yè)務計劃的靈活選擇。采用精確的eDNS調(diào)度技術，實現(xiàn)CDN的精確調(diào)度。

（5）高安全性。按照服務類別設定訪問設備，每個服務的虛擬專用網(wǎng)絡（Virtual Private Network，VPN）相互獨立，不影響服務之間的通信，支持流量清理和其他安全功能的動態(tài)負載，根據(jù)需求進行配置[5]。

4.2 設計思路

為了滿足固移和云網(wǎng)結合的需求，新型城域網(wǎng)采用了模塊化、標準化的構件結構[6]。通過分析研究新型城域網(wǎng)架構和關鍵技術，提出了基于SDH技術、光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network，OTN）技術以及MPLS技術等新一代承載方案的組網(wǎng)結構模型，并給出具體解決方案。新型城域網(wǎng)以城市區(qū)域為基礎，包含城市POD、POD出口功能區(qū)以及云網(wǎng)網(wǎng)絡服務提供點（Point Of Presence，POP）。

4.2.1 城域POD

隨著業(yè)務需求不斷變化，傳統(tǒng)的單向傳送網(wǎng)絡已經(jīng)無法滿足日益增長的數(shù)據(jù)業(yè)務要求，對此需要引入新技術來適應未來發(fā)展。城市Spine設備可以實現(xiàn)低成本、高速率的數(shù)據(jù)傳輸，Leaf設備間的通信則由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)務接入到網(wǎng)絡中。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，并提供細路由、策略路由連接ChinaNet，從而達到政府和企業(yè)之間的跨區(qū)域網(wǎng)絡連接[7]。POD出口功能區(qū)構成如圖1所示。

4.2.3 云網(wǎng)POP

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

4.3 目標架構

采用積木式網(wǎng)絡架構，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)務規(guī)模進行靈活擴充。采用Spine-Leaf體系結構構建城市區(qū)域POD，在每個POD中放置兩個Spine設備，下面懸掛多對Leaf裝置，由云網(wǎng)POP標準對接，將城市Leaf部署到云網(wǎng)POP上，并與云服務網(wǎng)元實現(xiàn)連接[8]。

5 新型城域網(wǎng)業(yè)務承載方案

5.1 公眾業(yè)務

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)中完成了驗證，通過vBRAS-U實現(xiàn)了對寬帶服務或用戶的集中控制。國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)服務通過Spine直接接入，而國際互聯(lián)網(wǎng)服務則通過CR接入。流媒體應用的用戶集中于Leaf，為了滿足不同用戶對網(wǎng)絡帶寬的要求，提出了一種基于網(wǎng)絡虛擬化技術的虛擬服務器集群模型，并給出了相應的網(wǎng)絡服務和帶寬資源。用戶在Leaf節(jié)點附近結束，使用非Session級別的IPoE（IP over Ethernet）訪問，不需要再通過MSE轉發(fā)。EVPN over SRv6負載的單播流量根據(jù)需要沉入邊緣云（vCDN）中，組播業(yè)務使用NativeIPv6進行攜帶，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進行攜帶，用戶認證結束后由轉控分離vBRAS完成，并將業(yè)務流量由Leaf（商業(yè)CE）轉發(fā)給信息管理系統(tǒng)（Information Management System，IMS）平臺。

5.2 移動業(yè)務

5G服務載體是將Leaf作為服務控制點，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)絡的訪問[9]。

5.3 政企業(yè)務

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

5.4 云網(wǎng)融合業(yè)務

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

6 結 論

智能IP城域網(wǎng)的出現(xiàn)極大地改善了傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡所面臨的各類技術問題，提高了IP網(wǎng)絡的服務質(zhì)量和智能安全性，簡化了運行步驟，并節(jié)省了投資。智能IP城域網(wǎng)構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)務流程不相適應的問題，未來需要進一步完善。