CMNet vBRAS现网应用方案探讨

2018-05-04刘波万昕杨合林

移动通信 2018年3期

刘波，万昕，杨合林

（中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司，山东济南 250100）

1 引言

当前，随着互联网+、OTT运营模式的迅速发展，网络流量呈井喷式增长，网络规模越趋复杂，运维成本也节节升高。不仅如此，由于互联网新业务的层出不穷，各种业务对带宽资源以及推出速度等要求越来越高，而城域网边缘的BRAS设备作为实现各种用户业务接入的网关，一直以来是一种软硬件一体化设备，并采用典型的控制与转发紧耦合的方式，面对运营商城域网新业务和新功能的不断丰富，一体化的BRAS设备已经无法满足需求。因此，构建资源灵活、操作快捷的城域网边缘虚拟化已迫在眉睫。本文通过研究vBRAS的整体架构和总体应用方案，结合移动城域网现状，提出如何在移动城域网内部署vBRAS。

2 CMNet网络现状及问题分析

CMNet定位于开放的公众互联网，是全球互联网的一部分，承载互联网相关业务。山东移动互联网业务主要由CMNet承载，按照接入对象可分为家庭宽带（含和TV）、WLAN热点、集团客户专线和4G用户等。

经过多年的网络优化建设，移动CMNet无论在网络结构、网络负载、成本控制还是新技术应用等方面，都处于业内比较优秀的水平，可以满足当前业务的发展需求。但随着业务的不断发展，网络仍存在一下问题：

（1）资源利用不均

传统BRAS控制面软件与转发面硬件资源不相匹配，在大并发用户、大并发流量的运营商网络场景下（如HSI、IPTV和OTT等），BRAS的控制面资源使用殆尽，但转发面资源却只使用了一小部分，大部分处于空闲状态。

（2）新业务部署慢

传统BRAS设备为软硬件一体的封闭系统，扩展性较差，设备能力的提升通过硬件的更新换代实现，直接导致新业务开展的部署周期长，比如在BRAS上支持智能应用提速增值业务，需要对现网设备进行软件甚至硬件上的升级，现网大量设备升级周期较长。

（3）运维量大复杂

由于传统BRAS设备在网络中位置逐渐下沉，设备多而分散，而且每台BRAS设备都是一个独立的系统单元，导致现网中BRAS设备策略配置分散，需要预先配置大量的复杂的用户策略，且不同厂家配置不一致，运维及与策略服务器对接工作量巨大。

如图1所示，以山东公司为例，城域网地市核心机房/区县机房均部署BRAS，分布相对零散，全省近500台。

图1 山东公司BRAS分布情况

3 vBRAS整体部署方案

3.1 vBRAS架构

当前业界vBRAS产品的架构有图2所示三种。

图2 业界vBRAS产品架构

（1）架构1为转发与控制采用一体化模块，部署在同一VM上；转发能力、QoS能力弱。

（2）架构2为转发与控制模块各自独立，部署在不同VM上；转发能力、QoS能力弱，适用于大并发用户数、小并发流量的场景。

（3）架构3将负责BRAS用户控制管理的部分与转发面解耦，并虚拟化部署在VM之上，转发面采用高性能专用硬件实现；转发能力、QoS能力强，适用于大并发用户数、大并发流量的运营商网络场景。

架构1中控制和转发仍为一体化设计，未实现转控分离，不利于与SDN技术的融合。架构2、3都实现了转控分离，差别在于架构2的转发采用通用X86服务器实现，而架构3的转发采用传统的基于NP的高性能专用硬件实现。

3.2 vBRAS总体应用方案

通过在CMNet城域网上部署vBRAS，实现控制转发解耦，充分发挥转发面性能极限，降低成本。

（1）控制转发分离：

控制面集中化：位于核心机房，由NFV实现灵活控制、弹性扩展。

转发面本地化：位于汇聚机房，由专用硬件或X86实现大流量转发。

（2）采用SDN架构：

控制面（BRAS-CP）：集中的控制面，标准化南北向接口。

转发面（BRAS-UP）：执行路由转发、ACL及队列调度功能。

vBRAS总体应用方案如图3所示。

图3 vBRAS总体应用方案

（1）部署原则：BRAS-UP部署于边缘机房；BRAS-CP部署于核心机房。

（2）分流原则：由汇聚交换机通过不同vlan实现分流，部分流量切入转控分离vBRAS。

（3）保护方式：用户同时连接传统BRAS和转控分离vBRAS，当转控分离vBRAS故障后，用户需重新拨号接入传统BRAS。

（4）网络通道：BRAS-CP与BRAS-UP之间的通信流量在CMNet承载；用户流量在CMNet承载。

4 移动CMNet省网vBRAS应用方案

针对移动城域网现网情况，vBRAS部署采用架构三进行组网，可分为近期、中期和远期三种方案。

4.1 近期方案

vBRAS转发池采用现网BRAS硬件实现；vBRAS-C采用X86通用服务器+软件形式部署。

（1）规模部署建议

按照一个vPOP点10万并发用户，每用户4个Session、每用户带宽按照100 M计算。则一个vPOP点总带宽为10 T。基于这个业务模型一个vPOP点采用2～3台M6000-S转发设备成池。vBRAS控制面集中部署在城域网核心DC，转发面部署在现有BRAS机房，2～3台转发设备成池。

（2）vBRAS近期组网架构如图4所示：

图4 vBRAS近期组网架构

vBRAS转发池部署在地市核心节点机房，采用现网BRAS硬件实现；vBRAS-C和管理域建议部署在省级数据中心机房，采用X86通用服务器+软件形式部署。对局两个省级中心的地市，可将省级地市1 vBRAS-C和省级地市2 vBRAS-C互为容灾节点，当其中一个vBRAS-C出现故障，另一个vBRAS-C承担起全部业务。

这种方案最大地保持了现网城域网架构不变，同时利旧现网BRAS设备，节省了投资。同时实现了BRAS的转发面/控制面分离，解决现网BRAS资源利用不均、新业务部署周期长、运维复杂等问题。

由于移动现网BRAS设备数量众多，且分别零散，近期方案建议分两步进行：

第一步：同局址内有多台BRAS设备的进行vBRAS池化，减少同一机房内BRAS设备的数量。

第二步：根据传输资源覆盖范围和用户规模，调整用户的机房归属，减少局址数量，迎合“大容量，少局所”的发展趋势。

近期方案需要验证现网BRAS如下功能：IPoE/PPPoE用户接入功能、QoS功能、IPTV业务、可靠性（符合分担、备份）、CGN功能和地址池化集中管理功能。

4.2 中期方案

如图5所示，vBRAS转发池采用现网BRAS硬件+X86通用服务器形式实现；vBRAS-C采用X86通用服务器+软件形式部署。

vBRAS-C和管理域依然建议部署在省级数据中心机房；采用X86通用服务器+软件形式部署；对局两个省级中心的地市，可将省级地市1 vBRAS-C和省级地市2 vBRAS-C互为容灾节点。

vBRAS-U转发池采用两种方式部署：

（1）部署在地市核心节点机房，采用现网BRAS硬件实现（高性能专用硬件），利旧现网BRAS硬件设备；

（2）部署在地市数据中心机房，采用X86通用服务器+软件形式实现。

两种vBRAS-U转发池进行组合：

1）高性能转发池承载高带宽、强QoS的业务（如HSI、IPTV和OTT等）；

2）X86转发池承载低带宽、弱QoS的业务（如TR069、VOIP和WLAN等）。

中期方案具备如下优势：

1）两种转发池采用统一的VBRAS控制面，实现集中统一管理；

2）X86转发池分担了部分session，降低对高性能转发池的流表开销；

3）无需改动网络架构，业务无缝迁移。

中期方案需要验证现网BRAS如下功能：IPoE/PPPoE大容量业务承载和低速、大session容量业务上移DC处理。

4.3 远期方案

如图6所示，在中期方案基础上，vBRAS-C采用二级架构模式。

vBRAS-C采用二级架构模式，将计算节点和控制节点分为省中心和地市二级部署模式；省中心仍建议部署在省级数据中心机房；地市的计算节点和控制节点部署在地市数据中心机房；一级节点对二级节点进行控制和下发策略；二级节点对本地市的进行调度。

为了适应大视频、5G和物联网应用对网络带来的冲击，互联网需要面向宽带化、扁平化和智能化方向发展。本文通过研究vBRAS架构和应用方案，提出在移动城域网内部署vBRAS的具体方案分为三步走，稳步地在移动城域网内部署，从而实现业务自动灵活部署和多业务融合管理，解决建设成本高和网络扩展性差的问题，使承载网网络和服务达到更高水平。