中国联通智能城域网架构探讨与实践

2021-03-13屠礼彪马季春中国联合网络通信集团有限公司北京000中讯邮电咨询设计院有限公司北京00048中国联通智网创新中心北京00048

邮电设计技术 2021年2期

屠礼彪，宋盈，马季春，李彤（.中国联合网络通信集团有限公司，北京 000；.中讯邮电咨询设计院有限公司，北京 00048；.中国联通智网创新中心，北京 00048）

1 城域网业务的演进和对承载要求的变化

随着中国经济和科技的进步，城域网承载的业务有了新的变化。

从市场层面来看，家庭宽带光纤到户的渗透率已经趋近饱和，业务收入进入稳定期，同时提速降费和4K 高清视频的普及对于家宽业务的带宽提出了更高的要求。大量政企客户启动了上云和移动优先的战略，企业ICT 云化服务不断涌现（如混合云、云联网、SDWAN、云安全等），这些对运营商ICT 业务开通的敏捷性以及企业到云端的体验和业务服务质量都提出了更高的要求。4G 移网业务也已经趋近饱和，ARPU值已接近甚至低于家宽业务的收入。

从国家战略层面看，5G 是未来几年驱动经济发展的新动力，运营商需要把5G承载作为新的战略研究方向。但随着各运营商不限量流量套餐的普及，传统3G/4G 时代的流量经营模式已不再适用，因此全球运营商基本确立了5G新赢利模式即政企行业应用、差异化体验（如超低延时）和云化即需即供。

5G 时代的新商业模式对承载网提出了更多新的需求，具体如表1所示。

图1 是5G 承载网络架构示意图，和4G 网络相比，大带宽、云网融合、网络SDN能力是5G承载的关键。

表1 5G架构特性与需求表

2 新型城域网架构的探讨

现有城域层面存在多张网，每张网承载的业务也不同，其网络架构如图2 所示。IP 城域网是互联网业务的承载网络，主要承载业务包括家庭宽带、互联网专线等；IPRAN 是承载移动网基站回传流量的网络，也用于承载大客户数据专线接入业务；CE网络主要用于核心网等专业的业务网元间业务承载、流量疏通。因此现有的城域网络架构在承载5G 大带宽、云化、云网融合、SDN 业务时面临许多挑战，如成本高、业务编排复杂、难以实现云网融合承载等。

图1 5G承载网络架构

图2 现有城域网络架构图

为解决以上挑战，中国联通提出了面向5G时代的固移融合、云网一体、物理+虚拟的新型城域网架构。新架构的设计思路是在城域层面构建一张“网络结构简化、网络协议简化、网络设备简化、网络控制和网络管理智能化”的面向5G业务的融合承载的新型智能城域网络。

a）简化的网络协议：采用SR/EVPN 协议，简化设备技术要求。

b）简化的网络设备：引入通用芯片的SR 转发设备，大幅降低建设成本，提供网络流量疏通能力，同时减少对局房资源的需求。

c）简化的网络结构：采用类似Spine-Leaf 的架构，降低网络复杂度。

d）智能化的网络管控：构建智能化、自动化、开放化的网络管控系统，实现端到端的业务自动开通，支撑智能化运维和互联网化运营，提升用户体验。

新型城域网架构将打破独立烟囱式的网络架构，建设融合承载网络平台，图3 为独立烟囱式网络架构与融合承载网络平台对比图，融合承载具有综合成本低、便于实现云网融合和云网协同、业务开通速度快和业务维护复杂度低等优点。

新型智能城域网以运营商数据中心（DC）为核心模块，通过引入城域Fabric将多个DC构建成一个三级Spine-Leaf 架构的综合业务承载超级数据中心，移动、家宽和政企就近接入DC，从而实现家宽、政企、移动业务的融合承载。新型智能城域网架构图如图4 所示，该架构具备以下优点。

图3 独立烟囱式网络架构与融合承载网络平台对比图

图4 新型城域网架构图

a）完全满足业务云化、DC化的承载要求。

b）采用标准模块DC 架构，规划简单、上线速度快。

c）架构可以根据业务发展按需分裂扩容。

d）灵活南北向（橙色链路）、东西向流量（绿色链路）规划和扩容。

e）灵活的业务布放。业务可以布放到任意DC。

f）边缘计算就绪。边缘云DC 和本地云DC 融合管理、可与MANO平台集成编排。

g）向自动化运维演进。标准化DC 模块架构便于实现维护自动化。

城域网业务初期（到2020年底）5G 还未大规模商用，边缘云的业务场景还不明确，城域网业务主要在本地DC 中完成终结，所以智能城域网初期主要建设重点在以本地DC 为核心的城域Fabric 系统，边缘DC位置主要部署流量汇聚设备，将固网、移网业务流量接入本地DC 模块。本地DC 模块数量根据城域网规模进行相应建设，大型城域网4～8 个，小型城域网2 个即可。

2021 年以后，随着5G 的大规模商用，智能城域网将实现业务的融合承载，形成如图5 所示的智能城域网架构。融合网络可以体现在固移网络的融合和统一，管控和调度的融合和统一，运维服务的融合和统一，业务的融合和统一以及数据信令和协议的融合和统一几个方面。融合网络的优势体现在以下3方面。

a）降低建网成本。融合网络减少了不同割裂网络间的背靠背设备和链路，增加东西流量减少南北流量，降低核心路由器CR端口的利用率，减少CR投资。

b）提升网络运营能力。融合网络使用统一的数据信令和协议，开通业务不需要进行多协议拼接和信令转换，使跨域和端到端调度不再成为开通业务的难题。

c）提升网络开放能力。融合网络将网络打造成统一平台、统一信令、统一拓扑的模式，为部署统一的SDN控制器和编排器提供了网络基础。

3 智能城域网新技术

智能城域网在大带宽低成本承载的情况下为了满足SDN 的控制需求，引入了新的底层传送技术分段路由（SR——Segment Routing）、业务承载技术EVPN和网络SDN控制器。

3.1 分段路由

图5 智能城域网目标架构

分段路由是一种新型路由技术，具有网络协议简化、SDN 流量调度能力强、网络保护速度快等优点（见图6），已经得到众多运营商和设备厂商的支持。

2018 年SR 技术在中国联通产业互联网（CUII）商用。作为开放多厂商混合组网的核心技术，SR 能够为中国联通带来差异化即需即供的云联网服务。企业通过自服务门户按需实现不同带宽、时延的云联网业务订购服务，即时生效，广受客户好评。城域网引入SR技术风险小，同时可以满足综合业务SDN网络的要求。

图6 SR技术特点图

3.2 业务综合承载EVPN技术

传统数据业务分为二层专线、二层多点VPN 和三层VPN 等多种形态，每种业务都采用不同的承载技术方案实现，二层专线（VPWS）、二层VPN（VPLS）和三层VPN（MPLS L3VPN）的业务部署及维护都很复杂。

近几年发展起来的EVPN 可以实现3 种业务的统一承载（见图7），可大幅降低网络协议的复杂度，加快业务的发展。同时EVPN 技术还带来一些额外的创新业务，如二、三层混合VPN，二层VPN 多活接入能力等。

图7 EVPN技术介绍图

3.3 网络控制器

新型城域网如果要实现快速的业务编排，控制器起关键作用。控制器可以把上层业务的需求转换为抽象化的业务模型（基于YANG 模型），并通过南向接口将业务需求转化为设备配置下发到多厂家的物理或虚拟化网元。

中国联通产业互联网2018 年完成了自研网络控制器的商用，已经可以实现异厂家控制器控制多厂家设备，即控制器和SDN 网络设备双解耦、双备份。通过在城域网引入控制器配合骨干网控制器和跨域的业务编排器就可以实现城域网内部、城域网之间的业务统一编排。网络控制器通过北向接口为政企、移动等业务的切片提供能力开放和自动化编排。

4 业务的承载

新型智能城域网传送层面采用端到端SR技术，业务层面采用端到端的L3VPN/EVPN 技术，新型城域网对于二、三层业务的承载不需要像传统城域网那样进行多段不同技术的拼接，业务开通更方便，故障维护更容易。

以5G行业应用业务编排为例，传统城域网需要将接入、边缘云、城域网、本地云、骨干IP 承载网、区域云等多个由不同技术实现的网络进行拼接，业务编排和业务维护均非常复杂。如图8 所示，新型城域网架构传送平面采用端到端的SR，业务层面采用端到端EVPN/L3VPN，所有业务终结点之间均可以直接到达，无需拼接，业务开通和维护会方便很多。对比传统城域网的技术拼接方案，新型智能城域网端到端的承载模式会更具优势。