基于5G业务承载的新型智能城域网重构探讨

朱成斌

（中国联合网络通信有限公司武汉市分公司，湖北 武汉 430000）

0 引 言

现阶段本地网层面各运营商均存在多张网络，如本地承载网、IPRAN回传网、IP城域网，但随着网络发展进程的不断推进，传统通信网络逐渐无法满足社会大众的网络需求。为推进业务创新，基于5G业务承载的新型智能城域网引起业界重视，相关理论研究和实践探索也大量涌现[1]。本文简要分析了新环境中城域网运行5G业务面临的承载问题，给出了支持5G业务高效运行的新型城域网构建方法，借助新型组网体系，加强城域网覆盖能力，保证5G业务运行顺利。

1 现网业务承载现状及问题

传统网络主要分为：承载公众用户宽带业务为主的互联网协议地址（IP）城域网，采用高端路由器和交换机设备组网，网络架构多为树型或口字型的扁平化架构，以及综合承载3G/4G移动回传业务和政企专线的IP无线接入网（RAN）/分组传送（PTN）网络，采用IPRAN/PTN设备组网，网络架构多为环型或口字型架构[2]。网络架构如图1所示。

图1 网络架构

城域网运行常见问题如下文所述。

（1）城域网内部含有较多数量的层级与设备。如果对城域网承载容量进行扩建，所需网络运行、后期运维各项成本较高，还会产生较高的系统能耗等问题。

（2）业务部署表现出流程繁琐、耗时等特点。部署BGP、LDP等多类协议，在用户开通对应服务时，由人工登录CLI接口完成协议配置，或者发出网管指令，比如信息回传、网络接入等各类指令。在协议加载、人工配置和指令传送的过程中会形成较大时耗问题。

（3）设备跳数增加，转发存在时延问题。比如在基站反馈主业务信息时，构建区域与跨IP的组网，在建网时融合承载网，便于区域承载中心有效连接IPRAN，使设备跳数增加至6，延长网络转发所用时间，形成多种故障问题。

（4）无法及时进行DC类业务的通信升级。在5G业务发展背景下，最新城域网试点开始运行，现有的网络体系难以顺应DC业务的通信需求，无法进行通信体系的自动升级。

2 5G及云时代对城域网络的诉求

2.1 大视频、多媒体业务对内容源下沉的需求

以4K视频为例，其用户体验的KQI主要包括首次点播加载时间、快进快退时间和卡顿率，而对于承载需求，带宽是基础，同时网络时延和丢包也是影响用户体验的关键指标。随着视频体验的不断升级，对于内容源下沉的需求开始凸显，内容源下沉后，命中下沉CDN数据流的业务可以直接在本地获取视频源，有效减少时延、抖动、丢包并提升初始加载速率、减少初始等待时间等，未命中下沉CDN回源数据继续访问传统CDN[3]。本质上，CDN下沉是用存储换带宽，随着带宽需求增大，下沉也能够有效降低建网成本，是大视频时代城域网投资、体验、效率之间博弈的必然选择。

2.2 5G时代eMBB/uRLLC/mMTC业务对网络的带宽、时延等要求差异化巨大

以自动驾驶为代表的超低时延业务要求时延在毫秒级，以AR/VR为代表的超高带宽业务带宽需求可能在Gbps以上，传统的核心网集中高置的方式无法满足低时延业务需求，也会带来传输带宽的浪费[4]。

2.3 灵活的端到端整网运营不足引发SDN、CU分离的需求

这里分两个部分：一部分源于BRAS，传统BRAS烟囱状建网，现网设备形态、版本众多，设备独立配置，扩容升级复杂。这种静态网络，上线新业务周期长，无法支撑有创意和短收益的业务产品与定制化开发；同时，还会带来用户Session、IP地址等资源不均等问题，设备连接拓扑固化，整体利用率不高。另一部分来源于5GMEC的下沉，核心网云化下移给承载网带来巨大的连接变化。在4G时代，基站到核心网的连接呈汇聚型，网络的流量以S1流量为主，占流量的95%左右，所有的S1流量由成千上万基站汇聚到部署在核心层的若干套核心网。而5G核心网下移以后，单个基站存在到不同核心网的流量，如自动驾驶业务在边缘的MEC处理，视频类等业务则在本地DC处终结等，而内容备份、虚机迁移等需要，不同层级核心网之间也存在流量，导致整个网络的流量呈现MESH化。无论是BRAS的业务发展需要还是核心网下移带来的东西向协同控制需求，均可以通过CU分离的方式予以解决，最终实现转控分离，控制面NFV化集中管理[5]。

2.4 网络云化的需求

5G的基础是云化，未来互联网业务发展趋势也是云化。当前数字化的应用领域正从互联网行业向政府、金融零售、农业、工业、交通、物流、医疗健康等行业深入，未来3到5年数字化程度有望达到70%至80%。云化意味着网络要具备开源、快速开通、灵活调度等能力。对于网络架构上来说需要引入3点变化。

（1）需要在控制面引入NFV，将网络能力虚拟化，实现架构开源，将传统烟囱式架构横向拉通，通过不同的NFV实现不同业务的隔离。

（2）需要增加协同层，在SR+L3VPAN的基础上通过增加SDN控制器将网络统一协同纳管，实现跨域自动协同、资源动态调整、最优路径调度、业务最速开通。

（3）云平台引入，包括运营商自己的电信云、业务云、合营云以及面向第三方的政务云、行业云。从位置上又可以根据业务设置骨干云、区域云、边缘云，最后形成纵向逐级深入，横向设置分布式DC将平台能力集约化部署，实现云＋网＋应用的总集成，形成运营商新的竞争力。

3 新架构下5G云网融合承载的可行性分析

对于5G云网融合来说，从网络架构来看需要新增落地PE与省网/城域网自治域，省内CMNet从纯IP的架构进行转型，变成VPN+IP综合承载网络架构，增加的落地PE作为ASBR与集团网PE对接，该方式对省内网络架构无影响，可以与固移融合后的新型城域网完美结合。从协同和控制角度看，云协同的核心是SDN控制器，需要在省网/城域网新增SDN控制器，使之能实现业务自动开通、选路调优、可视化等能力，这就要求承载设备具备基于SRV6-BE实现VPN业务快速自动开通的能力。SRV6通过IPV6协议扩展SRH头的方式，统一了SR、BGP tunnel和IPV6协议，可直接标识L3和L2VPN，比MPLSSR更节省标签资源（N+AVSNA2），支持云网协同业务，极大简化了协议和大规模路径调优的复杂性，是最适合云化加融合化新型城域网的协议技术。MER（多业务边缘路由器）兼具PTN/IPRAN/BRAS/SR的能力，具备SRV6的能力，支持SDN管理和能力开发，可以兼容满足云业务对快速开通的需求。因此，只要通过设置统一网管和控制器对全网MER/MCR设备进行协同管理即可满足云网融合承载的能力。此时新型城域网以DC为中心的建设理念进一步促进政务云、私有云下沉部署到边缘DC内，进而围绕着部署在外省资源中心的集团公有云、省内核心DC部署的合营云/自建公有云以及下沉后的私有云和政务云，形成分级能力中心，打造支撑用户云业务快速上线的敏捷网络。考虑云网融合需要增设一对ASBR设备和一套统一的SDN控制器，完善后组网架构如图2所示。

图2 面向5G和云化的新型城域网理想架构

4 构建新型智能城域网，有效支持5G业务设计方法

4.1 设计目标

（1）集中承载。使用同一个网络体系，集中完成信息回传、网络连接、各类专线组网，从而形成整体的承载机制。

（2）优化协议。融合SR-EVPN技术，规范调整路由协议，进行标签配置，提升MPLS界面的优化效果。

（3）互联转型。使用SDN、NFV各项技术，确保网络资源处于集中调用状态，在业务编排程序的辅助下，给予用户自助操作便利条件，使城域网具备业务自助操作的功能。

4.2 组网方案

在重新构建新型城域网时，设定中心组网功能为DC，使用Spineleaf网络体系，积极发挥SR+EVPN技术功能，使网络协议获得优化。围绕SDN构建的调控设备，能够有效进行转发信息的分离处理，给予网络合理定义。

（1）组网框架。组网体系与DC架构具有相似性，本地网络的整体框架可视为一组AS，IGP位于AS框架时，可使用配置方案为“IS-IS”。与此同时，启动segment协议，使MPLS层中承载的各类协议获得简化处理，以设备为中心进行设备调控、信息转发时，从而进行业务分离。在区域网体系中，给出SDN控制程序的部署，便于网络框架中各类设备处于智能管理状态，结合业务的信息需求、设备情况，智能转发流量。

（2）业务承载。在网络体系中各类业务接入时，统一使用Leaf节点，接入的业务类型包括信息回传和专线组网等。5G业务在进行接入时，一般采取端与端的连接方式，确保基站、DC平台之间信息的互通效果。

（3）流量模型。回传业务信息时，在Leaf节点的辅助下，5G业务能够顺利接入网络，启用L3EVPN协议，完成无线业务办理。在业务封装后，将其回传至DC云存储空间，使网络平台与核心通信模块形成顺畅的信息交互体系。

（4）业务添加。结合城域网各类主流产品的使用情况进行业务添加、位置设定，形成区域内功能完善、运行高效的业务模板。在设计业务时，可连接BSS订单处理平台的对应接口，确保业务订单信息的互通顺利。

（5）云网协同。结合能力开放需求，在组网中增加业务自助操作服务，提升网络便民性。在平台中，可申请各类智能云服务，比如主机、硬盘和网络地址等，组网一侧接口在连接时，确保平台信息开放性，组网另一侧接口，使用CLI形式，进行设备连接与调控，构建以SDN技术为主体的云网协同体系，协同项目包括资料存储、资源交互等。

（6）运营建议。为较好地服务于新型智能城域网重构，相应运营工作也需要针对性优化，具体优化需关注运维人员的转型。这种转型需依托技术开展能力储备与技术培训，应涉及云平台技术、网络功能虚拟化技术、服务化应用等，同时开展网络和业务能力培训，为新型智能城域网的建设奠定基础。

此外，还应使运维人员参与到新型智能城域网建设的全过程中，如规划、建设、测试等，以此保证业务探讨的深入开展，保障网络演进计划制定的合理性，更好地完成政企、5G业务落地承载规划。

5 结 论

综上所述，运营商正面临云战略转型，如无法走出传统服务思维，将失去管道话语权。在城域网重构时，初期以5G业务顺畅运行为构建方向，给予用户优质的用网服务，中期加强业务安全监管，后期拓展城域网覆盖面积，加强各类业务运行，从而形成网络一体化承载机制。