IP+光在智慧淮安城域网建设中的应用研究*

孟祥迪，牟 勇

（1.中兴通讯股份有限公司，广东 深圳 518057；2.大连海事大学 信息科学技术学院，辽宁 大连 116026）

0 引 言

随着智慧城市相关数据业务的不断增长，骨干城域网和业务接入网出现了较大的技术与性能瓶颈。尽管集群路由技术的发展解决了网络设备性能和交换容量问题，光传输网络解决了大容量、超长距的传送，且通过控制平面技术实现了智能化[1]，但是IP层与光传输层的独立发展，使得骨干网建设维护复杂度、成本、功耗越来越高。以IP+光网络技术为核心的全光网络解决方案，可以很好地满足智慧城市城域网建设要求的高带宽、低时延的骨干传输网络。因此，智慧城市城域网建设采用IP和光网络智能融合方案，提升了城域网节点能力，实现了全业务统一承载，协同规划，解决了骨干网的流量瓶颈，提升了网络效率，降低了网络成本，满足了网络性能和管理能力不断增长的要求，支撑着电子政务外网与智慧城市的建设与发展[2]。

在物联网、云计算、大数据和空间地理信息等超大数据剧增的趋势下，骨干城域网承受着重大压力。为了解决城域网压力，智能传输解决方案引入城域网建设。IP网络业务的灵活调度与传输网络通道采用搭积木方式组网，使网络缺少相互的协同工作能力，很难解决当前急迫的城域网瓶颈问题。因此，快速实现IP+光网络深度智能融合，成为未来网络演进的主要趋势[3]。

1 IP+光组网技术优势

一般来说，智慧城市城域网承载不同流向的业务。整体业务流向不均衡，导致部分网络带宽拥塞、部分出现带宽空闲。IP+光网络融合解决方案可以完美实现流量均衡，解决业务不均衡导致的带宽浪费，不但降低了建设成本，还提高了网络效率[4]。

IP+光网络智能融合设备提供开放的SDN接口。在智慧城市城域网范围部署智能网络控制器并增加APP应用，可以实现SDN业务部署，推动城域网实现网络从封闭到开放的转变，使网络更智能、高效。IP+光网络方案实施部署建议从城域网的骨干核心节点到网络汇聚节点再延展到接入层，逐步实现智慧城市城域网建设的深度融合。随着技术的不断加强，需逐步实现控制管理，构建城域网虚拟化，提供IAAS/NAAS全功能虚拟网络，实现网络的高带宽和高性能互通，形成急速信息管道，满足智慧城市海量信息承载和传递需求[5]。

2 IP+光融合方式

2.1 静态融合

静态融合解决方案作为IP网络数据层与光传输层的静态融合，首先通过网管系统在城域网基础网络架构上建立光传输通路；其次，头结点IP数据设备在光传输通路上建立数据LSP通道，如图1所示。

图1 IP层与光传输层的静态融合方案

目前，网络设备基本完全支持该方案的实施部署，但需要在整个城域网离线静态手动配置，操作复杂，对运维人员的要求高，需熟悉现网拓扑。同时，该方案不能动态适应网络业务分流的需求，无法动态调整带宽，部署成本大，且不能动态更新。针对新增业务或网络异常时，网络维护性较差。

2.2 GMPLS UNI动态融合

GMPLS是传统的MPLS VPN技术进行的功能扩展和更新，是适应未来智能融合光网络动态网络资源需求的发展趋势。在GMPLS支持传统的分组交换、波长交换、光纤交换和时分交换的基础上，对原有的路由协议等也做了重要的修改和扩展。

在IP+光网络解决方案中，IP网络数据层与光传输层部署GMPLS UNI功能，实现业务数据从传统的IP层开始，同时建立IP层和光传输层的LSP，不需要通过子接口方式映射，直接实现网络带宽动态调整。IP和光网络资源以及分流流量，如图2所示。

图2 GMPLS UNI动态融合方案

此方案充分利用了IP层和光传输层的统一智能业务控制技术，对业务层的恢复与保护提供了更加完善的解决方案。在传统城域网骨干层，通过光传输层自身的保护机制，可以解决传送网的多点故障，但无法提供和IP路由层的智能化控制，造成业务保护恢复不理想。IP+光网络采用GMPLS UNI技术，实现了IP网络数据层与光传输层的协同保护。一方面，可以加大业务保护速度，另一方面，节省了不必要的保护资源。

GMPLS UNI技术，协议标准，技术成熟度高，实现了IP网络数据层与光传输层的统一调度，而且对现网设备要求不高，仅需要完成现网设备的软件升级。因此，该方案部署成本较低，为后续网络的维护带来了便利。

2.3 IP+光网络设备融合

无论采用静态融合还是采取动态融合技术，在设备形态上，主要分为IP网络数据设备和光传输的OTN设备。如果在去除成本因素的情况下，IP+光网络设备统一融合路由器和OTN设备为“边界路由器”，如图3所示的Border Router设备，集成IP网络数据路由器、ODUk交叉、OCC（Optical Connection Controller）三大模块。其中，OCC模块实现IP层路由、交换信令和链路资源管理。Border Router集成了路由器和光交换功能，同时采用了安全方式存储IP网络数据和光网络的相关信息，独立的数据库存储，防止了网络信息的泄露。

图3 IP+光网络设备融合方案

Border Router集成UNI接口，可以直接部署在IP MPLS域和光网络边界实现MPLS VPN报文到GMPLS域的映射。该方案统一了IP网络数据层和光传输层的设备功能，在网络维护上提供了一定的方便，但是IP+光网络融合设备的成本高，且需要城域网整体替换设备，建设时机尚不成熟。

结合“IP+光”城域网建设需求和对三种方案的对比分析，从网络规划、建设、部署与后期的运维成本考虑，IP+光网络建议采用GMPLS UNI的动态融合方式统一承载城域网骨干业务。

3 智慧淮安城域网设计方案

《“十二五”国家政务信息化工程建设规划》指出：当前我国政务信息化建设中依然存在一些突出矛盾和问题，需要尽快加以研究解决。规划中提出了信息化工程建设目标，即到“十二五”期末，形成统一完整的国家基础城域网网络，基本满足政务应用需要；基本建成网络信息安全基础设施，网络信息安全保障作用明显增强。在认真分析淮安市城域网基本现状和发展状况的基础上，采用IP+光网络模式建设。

3.1 智慧淮安城域网带宽设计原则

淮安智慧城市城域网整体设计要切合业务现状需求和业务发展需要，并具有一定的技术前瞻性和网络可持续发展性。根据淮安市城域网通信网络设计原则和各智慧城市的业务需求分析，波分骨干网采用10GE端口汇聚各智慧类业务，保证网络技术的先进性，满足智慧城市业务日益增长的发展需要。IP+光网络骨干城域网带宽需求见表1。其中，汇聚节点按照淮安智慧城市行政区域划分，而经济开发区和生态新城的等淮安区节点进行覆盖接入。智慧城市接入区域采用GPON模式带宽共享方式实现网络组网，具体实现根据各智慧城市业务需求决定。

表1 IP+光网络骨干城域网带宽需求

3.2 智慧淮安IP+光网络总体架构设计

淮安市智慧城市城域网上连江苏省，下接各县区，横向连通全省内各地市、市直部门的信息高速通道和交换枢纽，可打造成淮安市智慧城市的安全、可靠的骨干城域网。为了保证网络的稳定和高效运行，城域网IP+光网络应采用独享光纤建设，总体网络结构如图4所示。

图4 IP+光网络总体架构

随着视频、图片和VR技木的应用，数据业务呈现爆炸式增长。未来，淮安市智慧城市业务对带宽的需求很大，当前的城域网带宽与性能已经无法完全满足不断增长的智慧业务需求。新建波分骨干网面向全市提供公共基础骨干网络，承视频监控、物联感知等各类智慧类业务，实现全市光纤资源的集约共享，保证不同业务之间的物理隔离，实现了不同业务带宽的弹性扩容，现统一管理、灵活控制，实现了政务IP+光网络光协同调度和管理，建设成了高带宽、低时延、高可靠和更安全高效的智慧城市骨干网络。

根据淮安市行政区域划分，新建5个波分骨干网培节点，分部部署在清江浦区节点1（原清河区，包括开发区）、清江区节点2（原清区）、淮安区、淮阴区和生态新城的大数据中心。城域骨干网建设选用以100 Gb/s为基础速率的单纤单向C波段40波的OTN系统。全程段落均选用1TU-TG.6E光纤，工作波长采用1 550 nm窗口。利用G.652的2芯光纤开通城域网光传输系统，系统提供支持平滑升级80波的能力。按照实际传输距离和光线资源情况，各部署站点合理部署线路放大站点需求。系统波长间隔为50 GHz。各区至大数据中心分别开通8个100G业务，通过波道隔离技术分别汇聚接入各智慧交通、智能社区、学校及医院等不同业务，并提供OUk1+1保护，如图5所示。

图5 全业务IP+光网络架构

通过新建100G波分骨干层网络，不仅可以实现为市内所有外延网络单位提供独立统一的承载平台，而且达到了节省光线资源和提升传输效率的目的。同时，可以为未来的智慧城市不断发展的业务数据模块提供坚实稳定的骨干传输通道，提供高安全的IP+光网络的多层安全隔离功能、完善的保护功能和强大的业务调度能力，有效降低客户OPEX，保护网络建设投资。

4 结 语

基于SDN的IP+光网络协同方案的网络建设方案，可以根据不同智慧类业务需要，深度融合光传输层的保护机制和IP层的保护机制，将IP网络数据层的弹性分组优势与光传输层的刚性管道特点智能融合，提供一套安全稳定、可平滑升级的统一智能系统。智慧淮安IP+光网络的建设，为客户提供了定制化的基础骨干网络，通过随选网络技术，可按流量、时段动态调整专线带宽，以满足智慧业务不断发展的需要。