超宽带城域网架构设计思路和关键技术研究

黄 志

（中国联通广州分公司，广东 广州 510000）

0 引 言

在工业化发展过程中，以云计算、物联网为代表的信息技术不断融入，综合信息化服务水平的提高对网络、宽带的要求越来越高。在当前宽带网络发展中，必须突破传统发展瓶颈，因此“十三五”背景下宽带网络发展也已经成为国家层面的战略驱动。就目前ITU的统计数据显示，目前全球已有超过100个国家开展“国家宽带计划”建设。而且在“十三五”规划下我国十分注重信息基础设施建设，明确提出要加强此方面建设进程，并不断将信息化融入工业化当中去，实现我国各领域产业信息化发展目标。宽带城域网在网络建设中具有重要作用，在流量汇聚、用户接入方面承担着重要作用，目前也已经成为了国家信息基础设施建设的关键组成部分，宽带城域网发展水平直接决定着信息化普及程度。目前，高效超宽带城域网是城域网发展的必然趋势，也具有明确要求，要求其必须具备绿色节能、超宽带接入、全方位安全保障、平滑扩展等典型优势。

1 “宽带中国”战略对宽带城域网的影响

在我国国务院领导下，于2013年8月制定并发布了《“宽带中国”战略及实施方案》。该方案对我国2013—2022年宽带发展进行了规划，并明确了宽带网络发展规划的具体时间节点。其还要求我国2015年必须实现农村和城市网络建设到家到户，城市光纤入楼、农村宽带网络进村，对固定宽带家庭普及率提出明确要求，必须超过50%；同时对网络传输能力也提出明确要求，城市网络传输速率需达到20 Mb/s，农村网络传输速率需达到4 Mb/s，以北京为代表的一线城市的网络传输速率必须达到100 Mb/s。同时，其还对网络传输能力提出明确要求，城市宽带传输能力必须超过50 Mb/s，农村的宽带传输能力也必须达到12 Mb/s，以北京等为代表的一线城市宽带传输速率应该达到1 Gb/s。希望在该战略引导下实现宽带网络超前建设，实现我国宽带网络流量和用户的高速增长。在该战略的引导下，我国超宽带城域网建设也取得了阶段性成果[1]。

2 宽带城域网的架构演进

我国宽带城域网初期建设的架构如图1所示，采用“业务汇聚层+核心层+业务控制层”的网络架构模式。核心层的主要为业务控制层设备提供相应的城域网出口，进行核心路由器的部署。业务控制层主要由BRAS和SR（多台）构成，主要功能为提供差异化服务，实现对宽带网络中相关业务和用户的控制、接入。其中，SR主要承接大客户业务，实现网络边缘和用户的连接；BRAS主要承载宽带网络应用接入网关功能，实现对用户的管理与认证，同时实现公共用户业务功能。在业务控制层中，SR和BRAS相互部署、配合，保证宽带城域网中各项功能的实现。业务汇聚层的功能实现一般由三层高端汇聚交换机进行部署，同时在其相互协调配合下实现有线宽带接入网业务的上行汇聚。结合我国宽带城域网的发展进程，对我国运营商宽带城域网机构的演进变化情况进行总结分析。

图1 宽带城域网初期网络架构

2.1 网络扁平化，逐步取消汇聚层

在宽带城域网发展中，业务汇聚层不断演进，其功能主要是实现接入网上行数据电路、流量和网络设备端口的汇聚。在我国宽带网络建设起步期，我国的业务承载与负担还相对较弱，因此业务汇聚层能较好地实现其汇聚作用，为电路资源传输和设备端口节约了大量资源。在 “宽带中国”战略的推动下，我国网络传输能力不断提高，目前已经达到10 Gb/s级别，这也标志着我国宽带接入网接入能力大幅度提高，在此背景下也导致汇聚层在宽带城域网中的作用越来越弱[2]。

2.2 业务控制层功能网元合设，部署多业务边缘路由器

在我国宽带城域网及信息技术发展的背景下，用户的业务需求不断提高。为满足用户的业务需求，运营商推出新的多业务融合方式，这就导致BRAS和SR的缺陷暴露出来。比如，BRAS在接入层的业务支持方面通过PPPoE实现接入，但SR却不支持PPPoE，这导致业务控制层中的SR和BRAS相互制约，对当前运营商多业务融合发展造成极大阻碍。为满足多业务融合需求，宽带城域网业务控制层也进行优化与创新，MSE设备（多业务边缘路由器）的引入取代了传统业务控制层中的SR和BRAS，形成了新的业务控制层架构模型。该MSE架构模型实现了业务控制层精简，为多业务融合提供了可能，也进一步提升了网络资源维护效率和网络资源利用率[3]。

3 超宽带城域网基本特征

传统宽带网络发展建设要求其必须具备安全性、扩展性等特征，而超宽带城域网还有其特殊要求，包括智能性、高速性、绿色节能性等。因此，超宽带城域网建设中必须在这几个方面进行跨越式突破，接下来就超宽带城域网特征进行详细分析。

3.1 超大规模超宽带接入

除“宽带中国”战略推进之外，“感知中国”战略也不断推进，“智慧城市”发展与建设也基于IP宽带网络不断推进。目前，我国东部发达地区的宽带规模不断扩张，据统计，其终端过亿、用户过千万。在“十三五”规划中，我国提出“三网融合”的战略，这对宽带容量和宽带传输速率提出了较高要求，未来宽带用户的基本需求要求其带宽要超过100 Mb/s，超宽带城域网的发展也必须满足超大规模超宽带计入。

3.2 全覆盖型网络

我国网络发展中大量路由的使用以及大量终端的引入，对信息服务提出明确要求，应该保证宽带用户能借助任意终端以任意方式随时随地安全接入，这就要求超宽带城域网必须实现物理空间和网络空间的融合[4]。

3.3 IP融合承载

在网络应用、用户需求的不断发展下，我国传统“烟囱式”的网络建设模式虽然实现了网络和业务的相互配合，但这种建设模式却不能满足当前的需求，因此，实现网络和业务的真正融合也已经成为必然发展趋势。

3.4 绿色节能

绿色节能一直以来都是高效超宽带城域网发展的最根本要求，为实现这一目的，必须从超宽带城域网的各个单位入手，保证各个单位的低能耗，让节能低能耗贯穿超宽带城域网建设的各个单位和各个环节。

3.5 IPv6技术和业务使能

IPv4地址资源不仅已经不能满足当前要求，而且日渐稀缺。为保证超宽带城域网进程有效推进，必须加强IPv6的部署与建设，因此IPv6业务能力也成为超宽带城域网建设的必备特征。

4 超宽带城域网架构设计

本文提出的超宽带城域网体系如图2所示，包括超宽带承载层、超宽带策略控制层、运营支撑系统和超宽带城域安全体系4部分。

图2 超宽带城域网架构设计图

4.1 超宽带城域承载层

为保证大规模用户和大量终端能够以任意方式随时随地接入，因此采用All-IP架构、结合多种接入方式来实现。希望该设计方法和架构方式能解决超宽带城域网中存在的问题，包括覆盖范围延伸、网络容量扩展等[5]。

4.1.1 减少网络层次宽带接入网

超宽带中PON应用的主要目的是满足多场景接入需求。为简化接入网络层次，引入了OLT技术；为实现接入控制网-出口路由的直联，在取消汇聚路由器的基础上引入了OTN灵活组网技术；为实现双栈协议并具备IPv6-Ready能力，引入了集群设备和大容量设备，以最终消除由于端口不足而产生的背靠背互联现象。

4.1.2 优化网元布局

大容量和融合化是接入控制网关的发展趋势，网元数量的减少和有效集中是提升网络效能的重要手段。

4.2 超宽带策略控制层

超宽带城域网发展中必须保证超宽带策略控制层实现用户-网络-业务的有效协同，以此实现策略控制功能、流量管理和资源管理功能。另外，在控制层中还必须要求实现数据信息共享，以保证用户、业务、网络之间的有效沟通。

为保障超宽带城域网的承载优化，必须实现业务-网络协同，而实现这一目标的关键是策略控制层的优化。在超宽带城域网中，若想实现业务-网络协同，必须要保证业务信息、用户信息和网络资源之间的动态决策和动态调度。在对超宽带城域网策略控制层的设计中，研究者建议引入云计算技术、大数据技术，对原有的承载控制层进行科学优化，希望建设具有信息化和现代化的承载控制平台。该设计中引入规范化接口，希望以此实现不同系统和不同层之间的信息数据传递与共享，通过标准化和模块化建设保证系统的有效运作。

4.3 运营支撑系统

在超宽带城域网建设中，为了实现用户-网络-业务的有效协同，不仅需要超宽带策略控制层的优化设计，而且必须要保障业务层、承载层等多个层面的协调配合，共同配合下实现超宽带城域网的客户服务等相关功能。同时，还应该加强数据和信息资源的有效共享，以此保障用户、业务和网络之间的信息传递、流转，最终实现超宽带城域网相关功能的自动化部署。当前超宽带城域网的运营支撑系统的建设必须进行优化，该操作可以在原有运营支撑系统上进行，进行必要的改善和升级。

4.4 超宽带城域安全体系

在超宽带城域网建设中，必须要有一定的安全保障，尤其是当前网络化、信息化建设的背景下，对网络安全、信息安全提出了更高的要求。为实现超宽带城域网的安全保证，建议从一体化安全管理系统、DDoS攻击防御系统以及异常流量监控系统3个方面入手。

5 结 论

在当前超宽带城域网建设中需要综合利用高速通道、IP-传输协同、业务-网络-用户协调等技术，同时还应该引入安全防护技术，经过科学筹划和科学架构之后，最终形成节能高效、高安全、高可信度和高扩展性的超宽带城域网网络体系，而超宽带城域网的建设对于我国信息化程度和信息化安全均具有重要意义。