城域数据网vBRAS建设方案研究

张忠杰，韩 伟，乔海明

（吉林吉大通信设计院股份有限公司，吉林 长春 130012）

0 引 言

随着4G与固定网络技术的飞速扩展，互联网流量呈几何式增长，从骨干网络到城域数据网都在以堆叠方式拓展网络能力，疲于应对流量风暴带来的承载压力。因此，相关人员开始注重对网络架构升级的思索，推进网络扁平化和优化网络效率成为主要的研究方向。流量的激增代表着用户行为正在从最初以静态为主的互联网访问模式，向伴随着超媒体、大视频、4K高清影像以及AR虚拟现实等以动态为主的消费模式转变，业务类型层出不穷，但都具有大流量与高带宽需求的相同特征，传统网络架构无法应对，可实现智能化、动态、虚拟化、差异化以及能力共享的新型管道服务迫在眉睫。

在上述背景下，一种维护方便、能力开放且可快速规模化部署业务的网络架构应运而生。vBRAS转控分离技术已使网络智能化与精细化管理成为可能。同时，面对运营商投入成本的压力不断增加和盈利能力不断下降的趋势，系统迫切需要向vBRAS转控分离技术的网络架构演进。

1 vBRAS建设方案

1.1 vBRAS技术方案

vBRAS即虚拟化宽带城域接入网关，可通过SDN&NFV技术实现控制转发分离，软硬件解耦，实现控制面云化、新业务快速灵活部署与配置运维集中控制，有利于运营商向智能化、云化转型[1]。每个模块动态地申请虚拟机资源，为X86虚拟化服务器提供动力。vBRAS主要有三种技术方案。

（1）为紧耦合vBRAS设置虚拟化服务器，BRAS部署的全部业务功能均运行于该设备之上，完全实现网元级虚拟化。基于NFV架构的一体化vBRAS网元可实现对BRAS的控制与转发，但业务转发面和流程控制面未实现真正意义上的分离。该方案具有动态调整能力，NFV部署程度高，业务加载灵活性更强。但转发面和控制面仍紧耦合，vBRAS设备转发性能受影响较大，尤其在多类型业务同时负荷下性能急剧下降，无法并行配置控制和转发资源。该方案基本实现NFV功能，基本能够实现根据需求动态调整、灵活配置、业务的快速加载和业务模式的创新，但因转发面和控制面紧耦合，设备性能无法得到最大化发挥。

（2）vBRAS控制面和转发面解耦合方案。将BRAS控制面与转发面分离，使vBRAS-CP和vBRASUP分别基于NFV架构网元在不同虚拟化服务器上运行。传统BRAS的控制功能与转发功能都是先利用NFV架构实现网元虚拟化，进而解耦合传统BRAS的控制和转发功能。此外，应以软件功能对业务实施分类，保证每一个功能部署在一套相对独立的虚拟机，功能对应业务，实现类级虚拟化。该方案优势在于实现了控制面和转发面分别和全部虚拟化，可按需动态部署转发面和控制面，应用更加灵活，然而设备较传统BRAS在多业务叠加负荷下转发性能相对较差，性能下降明显，且未实现业务组件级虚拟化和定制。值得注意的是，该方案基本上实现NFV的业务创新和灵活扩展，为业务组件级虚拟化演进方向奠定了技术基础，适用于开通和创新新业务的应用场景。

（3）vBRAS控制和BRAS转发方案。基于转发面和控制面分离，传统BRAS设备被解耦合为转发面与控制面，转发平面采用传统BRAS设备，控制平面采用基于NFV架构的X86服务器实现vBRAS。转发面应用传统BRAS设备完成转发，可采用支持BRAS功能的软件定义网络（SDN）转发设备，控制面则主要基于NFV的虚拟化架构，将vBRAS控制面应用程序（APP）安装至X86服务器。该方案优势在于转发面采用转发性能强的传统物理BRAS设备，可充分利用BRAS设备资源。然而，其转发平面BRAS设备多为各厂商专用的转发设备，系统不开放，且转发面未采用虚拟化架构，云平台管控的统一纳入与在NFV架构下虚拟化的实现受限。此外，该方案NFV技术应用不充分，只有传统BRAS的控制平面被分离出来，且传统BRAS会话Session（64K）数与带宽不成比例，无法解决带宽与会话数冲突问题。

当前，各运营商试点多采用方案3，可最大限度保证网络在现网基础上平滑演进，实现投资利用最大化。

1.2 vBRAS建设方案

1.2.1 系统网络结构

vBRAS建设方案网络结构如图1所示。

网络结构具体组成如下：

（1）接入网保持现有网络结构，OLT接入家宽用户，上联接入vBRAS-UP。

（2）实体BRAS设备通过软件版本升级或替换将控制功能剥离，转变为vBRAS-UP网元，即转发面设备，网络结构则不做调整。

（3）集中或分布式部署x86化服务器虚拟化池，构成vBRAS-CP，即控制面设备，通过汇聚网络设备接至互联网网元实现控制信息在网络内路由可达。vBRAS-CP设备也应通过路由可达方式与宽带认证网元和DHCP网元实现对接。

图1 vBRAS建设方案网络结构图

1.2.2 系统业务配置

系统接口模型如图2所示。

图2 vBRAS系统接口模型

系统具体业务配置如下：

（1）vBRAS-UP将拨号报文上报至vBRAS-CP设备，在vBRAS-CP设备处理用户上线后，向vBRASUP下发用户转发表项，由vBRAS-UP独立运行路由器协议，生成网络转发表项。

（2）在vBRAS-CP上统一配置原有BRAS业务，保证Radius Server和DHCP Server等原有BRAS业务资源管理系统只能看到一个BRAS业务节点且原有SR业务在vBRAS-UP上实现独立配置。

（3）分别在vBRAS-CP和vBRAS-UP上实现原有BRAS和SR业务的维护与告警。

2 vBRAS架构网络性能测试方案

2.1 测试方案

vBRAS网络搭建完成后，需要对网络进行相关测试，以判断能否满足正常业务承载需要，并根据测试结果优化网络部署。测试主要内容如下：

（1）CU分离框架测试，包括BRAS-CP自动部署、CP管理UP、弹性扩缩容、UP托管、CP引用UP创建资源以及CP和UP可离线配置6项内容；

（2）接入基本功能测试，包括PPPOE接入用户功能、CGN相关功能、CP地址池共享以及域策略对所有UP生效4项内容；

（3）QOS测试，包括现网ACL基本功能、流分类功能与用户限速3项内容；

（4）可靠性测试，包括BRAS-CP服务器故障、BRAS-CP VM故障、UP重启、UP主备板倒换、延迟接入、openflow通道故障、VxLan通道故障、NetConf通道故障以及CP和UP通道保护9项内容。

2.2 测试结果

（1）通过查看云平台管理界面，获取控制面虚机自动增加或减少、网络建立成功、虚拟机建立和删除成功以及用户上线正常等信息；

（2）分别检查UP和CP上所有的OpenFlow channel和Vxlan隧道状态，访问网页，观察视频业务浏览是否正常；

（3）在CP上查看该UP子接口上报，双向用户访问网络正常；

（4）PPPOE上线和下线正常，可访问FTP服务器，做正常ALG穿越；

（5）用户1和用户2上线成功，查看地址池分配是否正常，在同个地址池中依据规则获取不同地址池段，若主机路由发布正常，用户可以正常下线，地址池释放，且在CP上可看到释放地址池；

（6）用户可以登录UP设备，对设备进行管理操作，UP完成重启后无需重新配置UP；

（7）用户流量进入默认或设置队列，流量统计准确，查看流量统计丢包正确；

（8）用户上线成功，查看用户详细信息可见用户上行及下行带宽50 M，下行流量限速可以达50 M；

（9）PC模拟用户保持在线，用户访问网络正常，记录CP探测到故障的时间。

3 结 论

当前，主要有vBRAS 控制和实体BRAS 转发、一体化vBRAS以及vBRAS的控制面和转发面分离3种vBRAS技术方案，通过搭建网络环境对vBRAS转控分离架构进行用户承载实测，从架构、性能以及可靠性等几方面对测试结果进行分析，得出vBRAS建设方案的可行性，为后续建设奠定基础。