城域网建设中的常见技术

李 亭

（河南省通信建设监理有限公司，河南 郑州 450008）

0 引 言

城域网是一种覆盖范围介于广域网与局域网之间，能够同时连接多个局域网，支持语音、视频及数据综合业务，并且实现高宽带传输的数据通信网络。现阶段城域网上智慧家庭、政企专线、VPN等业务的承载量不断提升，对城域网建设提出了更高要求。因此，如何有效推进城域网建设成为当前亟待解决的问题。

1 城域网的基本概念与关键技术分析

1.1 城域网

1.1.1 基本概念

城域网是覆盖在50～100 km城市范围内，光纤传输速率在45～150 Mb/s，支持语音、视频、图形及数据等综合业务，实现高宽带传输的数据通信网络。

1.1.2 逻辑结构

城域网的逻辑结构大体包含3个层级。一是核心层，能够同时与多个汇聚层连接、转发数据，为数据传输提供网络环境，并实现与主干网的连接，具有开放性、可扩展性特点；二是汇聚层，用于汇聚用户流量，并实现对接入层数据的汇聚、交换与转发；三是接入层，通常与终端用户相连，能够为用户提供收发数据、浏览网络信息等服务功能，满足用户的业务需求。

1.2 城域网建设中的关键技术

1.2.1 多业务传送节点技术（MSTP）

MSTP技术以同步数字体系为基础，针对SDH设备进行改造，基于SDH帧格式完成多种协议的接入、汇聚与传输。它的业务接口的设计可满足图像、以太网、ATM等多种业务系统的接入需求，提供虚级联处理、连续级联等交叉连接功能，并依据业务需求的变化进行接口模块的调整与替换，依托匹配的宽带链路，在以太网、ATM业务系统间建立交换、传输通道，满足数据交换与传输需求。同时，MSTP技术可提供统计复用、流量控制、汇聚等功能，依托一定的保护机制实现灵活组网，更好地实现智能化网络管理，具备良好的可操作性与兼容性。

1.2.2 波分复用技术（WDM）

（1）CWDM技术。该技术将系统的波长间隔控制在10～20 nm，可提供4波、8波，波长数量控制在16波之内，应用于城域网建设中能够最大限度提升光纤基础设施的应用性能，有效节约建设成本。同时，CWDM技术在SDH接口上设置了ATM over SDH网路与IP/Ethernet over SDH网路形式，可有效满足多种业务需求，并且依托光纤直连接口为路由器与ATM交换机的运行创设保障，有效达成ATM over Optical、IP/Ethernet over Optical的效果。

（2）OADM技术。该技术基于开放式系统结构，由波长转换器、合波器、分波器等单元组成系统结构，涵盖串行、并行以及串并行结合3种结构方式。其中，串行结构基于节点进行上下路波长的处理，串并行结合结构在子波带滤波、合波器处理后进行直通。将OADM环网结构应用于城域网建设，通常其环长不超过100 km。每个OADM环网上包含4～6个节点，需参考节点总数、各节点的上下波长数目、环网保护以及系统中光通路数量等信息完成具体参数的设计，并完成城域网承载业务类型的规划设计[1]。

1.2.3 无源光网络技术（GPON）

GPON技术采用单光纤接入方式，具有高带宽、高传输速率、覆盖范围广以及接口数量多等特点，适用于接入网业务改造。将GPON技术应用于城域网建设，能够有效提升资金利用率，节约成本投入，满足多种宽带业务的发展需求。

1.2.4 IP+光组网技术

IP+光网络技术可提供全光网络解决方案，提供开放SDN接口，支持智能网络控制器与APP应用的部署需求，围绕核心节点、网络汇聚节点与接入层实现统一部署，并且提供IAAS/NAAS全功能虚拟网络，实现城域网的开放性、智能化建设，有效适应智慧城市建设模式下的海量数据承载与传输需求[2]。

1.2.5 其他新技术

（1）软件定义网络（SDN）。该技术将控制、转发进行分离，利用开放性接口进行网络抽象处理，借助软件编程实现对网络的控制，实现网络云化目标，提供包括“最后一公里接入”“多云接入”等服务功能。

（2）网络功能虚拟化（NFV）。该技术致力于解除硬件设备与软件程序间的耦合关系，基于虚拟化技术设置通用网元，减少物理设备数量，提高设备利用率，更加灵活地调整系统结构，以满足业务需求。

（3）云计算技术。基于资源共享理念实现硬件设备的通用化设计，有效扩展网络，节约运营成本。例如，“天翼云3.0”“大云4.0”等产品现已基本实现规模化部署。

2 城域网建设中常见技术的具体应用探讨

2.1 基于移动数据的城域数据网建设

城域数据网是CMNET骨干网、省网在城域范围内的延伸，向下可与宽带接入网、城域传送网建立连接关系，接入用户终端，并实现组网的传输承载。以中国移动公司的城域数据网为例，它承载的业务类型主要包含以下3种：互联网接入业务，包括宽带、WLAN以及IDC等接入业务；虚拟专线业务，主要面向政企等客户群体，为其提供虚拟专线互联业务，强化业务的安全保密性；语音、多媒体接入业务，涵盖VoIP、IPTV以及多媒体会议等。

在城域数据网的组网结构设计上，城域数据网主要分为核心层、业务接入控制层和汇聚层3个层级。其中，核心层由核心路由器组成，可与省网汇接路由器实现直接连接；业务接入控制层由BRAS、SR以及BEAS/SR设备组成，设备布设在核心节点机房内，实现对用户的接入认证控制、QoS策略控制以及计费统计等，满足业务承载需求，提高设备利用率；汇聚层由多个以太汇聚交换机组成，主要将交换机布设在OLT所处机房中。为解决以太网广播泛滥问题，需加强对级数的调节，将汇聚交换机、接入交换机级数控制在两级以内，且交换机数量不小于BRAS、SR设备数量，借此削弱单点设备故障的影响，保障设备运行的可靠性。在城域数据网与PON设备的连接标准设计上，应选用WDM技术进行不同机房的连接。在符合双上联条件的情况下，应将OLT双上联至成对汇聚交换机处[3]。

2.2 基于新技术的IP城域网建设

2.2.1 IP城域网演进目标

首先，从智慧家庭业务入手，确保IP城域网能够满足多种业务的独立部署需求，基于SDN技术进行网络处理，利用NFV技术布设虚拟网元，借此有效减少网络设备数量，提高设备利用率；其次，从政企专线业务入手，基于云技术在现有云资源池的基础上，利用DC作为核心组网，借此满足专线业务的高速率、便捷性开通需求；最后，从VR、8K等业务入手，需针对CDN流量进行逐步下沉，实现合理分流，有效满足大带宽业务的接入需求。

2.2.2 IP城域网建设策略

（1）依照分阶段原则进行网络演进策略的设计，在现有网络设备的基础上，针对虚拟、专用与通用网元进行协调整合，综合考虑不同业务场景的应用需求，适当增加虚拟网元与通用网元的比重，借此节约城域网建设成本，提升应用效益。

（2）由于当前城域网利用MSE承载业务、单台设备的用户数量与会话规模较大，为降低设备运行风险，可在保持MSE所在局点位置不变的基础上，选用vBRAS承载ITMS、VoIP、VPDN等小流量、大并发业务，并将其虚拟网元部署在边缘DC，仍由MSE承载PPPoE类大流量、大并发的上网业务[4]。

（3）考虑到SD-WAN网络覆盖范围持续扩大和现有专用SR设备在扩容上存在的局限性，应逐步将专线业务从SR设备迁移至MSE上，或建立包含虚拟局域网功能的专用ASBR设备，为大二层网络的建构与业务需求的满足创设充足空间。

（4）当前互动电视业务已在市场上得到逐步推广，考虑到未来VR、8K等大流量业务的接入需求，应注重将互动电视业务部署在边缘DC处，配合逻辑下沉实现对CDN的优化，起到良好的分流效果。

（5）将网络控制器运用在城域网多链路间的流量调度中，依据不同业务的流量需求进行流量调度与智能分配，实现对链路的充分利用，并注重将Overlay网络逐步应用于业务部署场景，提升设备转发能力。

2.3 基于GPON技术的智慧家庭建设

考虑到智能小区的宽带接入需求，应利用GPON技术为小区宽带接入与智慧家庭建设提供支持。将GPON技术应用于智能小区建设中，首先针对现有小区物业管理系统进行优化，基于智能网络设计小区物业管理系统、门禁系统以及安防系统，为小区内居民日常生活与出行提供技术服务。其次，应开通VLAN系统，为小区宽带接入创设条件。最后，应针对小区范围内的智能网络结构进行优化设计，为小区内的网络电视、家庭宽带等创设基础保障，促使网络与服务器实现良好结合[5]。

GPON技术具有高带宽、传输速率快、下行线路速率大等特点，可利用加密算法实现对网络的严格管控，支持多种不同业务需求，并且易于维护管理，可实现全套FCAPS。将该技术应用于智能社区的网络接入业务，与智慧家庭建设相融合，可利用网络与信息技术手段实现对家庭智能设备的远程控制和自动化控制，结合物联网、云计算等技术保障家庭居住环境的安全性，迎合用户日常生活需要实现对智能设备的自动调控，更好地建立不同智能设备、系统间的良好交互关系，为智慧家庭、智能城市建设提供有力的技术支持。

2.4 基于VMware虚拟化技术部署城域网

2.4.1 前期部署

在虚拟化平台建设前，需针对现有IP城域网中运营的业务系统及应用进行整合评估，统计内容包括投入使用年限超过6年、故障高频发生、运维成本消耗较大的物理服务器，系统并发数低、服务器资源闲置率较高的系统，因突发性高并发量致使业务中断、硬件性能无法满足承载需求的服务器，以及部分供临时性测试使用的业务系统。在完成服务器虚拟化整合统计的基础上，需针对现有服务器、存储系统、I/O卡设备等硬件资源的性能进行综合评估。其中，在处理器评估上，应尽量选取运行速率快、支持更大高速缓存的处理器，保障满足VMware平台搭建后的虚拟系统兼容性需求；在内存设备评估上，针对各主机均需配置256 GB内存，为主机功能的实现与虚拟机联合运行创设良好环境；在网卡评估上，配置8个千兆网卡与4个FC HBA卡，用于提高虚拟机的吞吐量；在存储设备评估上，配备2台双冗余控制器、4块SAS硬盘与16个主机接口。

2.4.2 虚拟化平台搭建

在完成硬件资源评估与优化配置的基础上，针对VMware平台进行组网规划，基于VMware ESXi6.0操作系统进行业务处理，结合城域网承载的具体业务类型分别搭建IP城域网、业务测试以及集团业务3种集群，并在后台完成AD域控/DNS服务器、Server服务器以及SQL数据库的部署，完成虚拟化平台拓扑结构的设计。在网络虚拟化部署上，在各服务器上均设有8个千兆网口，用于连接服务器与上游交换机，将主机上的不同网络流量进行隔离处理，各采用2块网卡进行网络、虚拟机、FT的管理，并且依托分布式交换机建立数据资源及业务的共享机制。在存储虚拟化部署上，利用FC SAN的存储模块连接各服务器，基于2台存储与2块FC HBA卡满足存储冗余性需求。

2.4.3 部署效果分析

通过将规划设计后的VMware虚拟化平台应用于实际城域网建设，观察其运行效果可以发现如下内容。首先，该虚拟化平台可实现对各类硬件设备资源的整合，完成资源池的建构，并且基于虚拟软件特性为虚拟机分配资源，促使服务器资源的闲置率大幅下降。其次，基于虚拟化平台中vMotion与FT等特性，可在故障发生时实现零宕机时间与零数据损失，为业务的安全可靠运行提供技术支持。再次，满足新业务的部署需求，可在5～10 min内完成新服务器的部署，促使部署进度显著加快。最后，在运维管理层面，采用虚拟化平台可有效节约以往生产、开发测试的时长，降低系统运维成本，提高经济效益。

3 结 论

2016年7月《中国电信CTNet2025网络架构白皮书》的发布开启了网络重构进程，致力于克服传统网络架构下存在的缺陷，提升智能化网络的开放性和便捷化水平。城域网是当前城市建设中承担多项业务功能的综合承载网，需引入SDN、NFV、云计算以及GPON等关键技术来推动城域网建设，从而达到网络重构的目标。