融合智能的新型IP城域网建设方案分析

2022-11-27孙祥

通信电源技术 2022年8期

孙祥

（吉林吉大通信设计院股份有限公司，吉林长春 130012）

1 业务发展趋势及现网痛点

随着5G、虚拟现实（Virtual Reality，VR）/增强现实（Augmented Reality，AR）、移动边缘计算（Mobile Edge Computing，MEC）等新兴业务的发展，IP城域网中业务流量的数值与流向都在不断变化。目前运营商面临着巨大的压力，包括应对高速变化的网络带宽和海量数据、满足不同类型业务的服务质量要求以及保证网络安全稳定运营等。在既有网络布局上，互联网应用呈现集中高挂态势，互联网数据中心（Internet Data Center，IDC）、内容分发网络（Content Delivery Network，CDN）主要围绕省、地区以及地市进行布局，用户接入主要是出城域网（南北方向）的流量。目前运营商普遍采用同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）+混合光纤同轴电缆（Hybrid Fiber-Coaxial，HFC）混合组网模式，由于其设备资源利用率低，导致带宽浪费严重。同时光传送网多由传统电信部门投资建成，存在运营成本高、可靠性差等问题。随着MEC、VR/AR技术的进步，新服务提出了快速反应、灵活部署、不同负载以及高安全性的要求，这就对业务的发展、规划以及施工等工作带来诸多难题。一是网络结构不灵活，设备间缺乏联系，网络难以扩充，新业务难以部署且开通缓慢；二是在构建MEC/内容分发网络（Content Delivery Network，CDN）、边缘云的过程中，必须同时接入IP城域网和无线接入网IP化（IP Radio Access Network，IPRAN），接入情况复杂；三是IP城域网的建设费用昂贵，比IPRAN高出3～5倍；四是近年来新兴的基于IPv6的段路由（Segment Routing IPv6，SRv6）、用于二层互联网的VPN技术（Ethernet Virtral Private Network，EVPN）以及灵活以太网（Flexible Ethernet，FlexE）技术多集中于新建设备，现网设备多数无法支持或者升级难度较大[1]。

2 新型智能城域网部署目标和相关思路

新智能城域网正朝着网络功能虚拟化方向发展与过渡，以实现大带宽、业务开通快以及业务统一等目标。统一固移融合负载，单张网需实现移动基站回传及互联网负载，提升网络业务快速供给能力。在云网融合方面，网络及资源池协同工作，以“接入区-边缘DC-核心DC”为布局设计基础，采用SRv6加EVPN并利用路由协议进行分配及平面控制，SDN、网络功能虚拟化（Network Functions Virtualization，NFV）等网络资源统一开发调度，业务智能化快速开通及改进，打破了网络对单设备较为依赖、按需拓展以及按机拓展等难题。

3 新型智能城域网带来的运维挑战

由于采用了先进的网络结构和新的技术，因此新型城域网在原有的IP城域网中发生了巨大的变化，其中包括大量的固定用户和大量的通信业务，如何保证新型城域网安全有效运行是运营商需要研究的重点[2]。在新型城域网中，将重点放在5G规模布点、业务丰富以及业务开展状况良好的大城市或区域设施布置上，利旧原有设备，在物理基础设施资源池（Point Of Delivery，POD）的基础上推动新型城域网的发展。为了满足公共宽带用户的需要，中央部署和转移控制分开的vBRAS系统需得到有效规划。

为了确保新型城域网能够满足运营商需求，需要先做好规划，根据实际情况制定合理可行的方案。考虑到不同业务类型和等级对带宽的特殊要求，为了满足下一代业务体系结构的需要，可以采用新一代业务系统采集控制平台或者对现有的网管及其他业务系统进行改造，实现网络化、智能化管理。

随着国家经济建设不断发展，各行业信息化程度越来越高，基于虚拟化技术对网络资源进行有效利用，从提升服务质量、降低成本、减少故障发生次数以及应对网上运维带来的技术挑战等方面进行研究与分析。随着网络及相关设备数量的增加，以客户为中心的电子设备维修技术面临着严峻的考验，IT主机、云计算、磁阵列以及Linux操作系统等的基础维护技术也需要不断完善[3]。电信运营商设计并实现了一个面向企业开放流程的故障检测与定位系统，主要由客户端软件、服务端软件以及服务器程序3大部分组成。与此同时，Python、Java等现代编程语言在面向行业开放流程中得到广泛应用，使得故障排除与流程数据分析变得更加容易，减少了错误报文的产生。尽管Segment、Routing协议对多协议标签交换（Multi Protocol Label Switching，MPLS）的控制面有很大的提升，但仍需要维护管理人员对新协议有一个整体的把握，并且能在SRv6或者EVPN的基础上实现对各种业务的高效部署。

随着互联网行业的快速发展和用户需求的不断变化，IPv6时代的到来为我国电信运营商带来了更多的机遇[4]。对于现有IP运维业务员工进行技术转型时，需要从IT化转变的层面进行相关的技术储备工作，涵盖通用硬件设备工艺技术、网络系统的功能虚拟化应用工艺技术以及云网络平台工艺技术的信息化应用，并在此基础上培育下一代IT员工进行网络系统管理与服务。

4 新型城域网架构研究

4.1 设计原则

为了解决传统IP的传输痛点，更好地满足不断变化的服务需求，提出了一种新型的城域网，其基本原则如下文所述。

（1）融合接入。以城市为中心，固移融合接入，多业务融合载体。

（2）高敏捷性。模块网络以Spine-Leaf架构为基础，需具有较高的敏捷性。

（3）简洁。根据需要扩充，支持协议的简化，使用SRv6/EVPN。

（4）智能化。配置SDN控制器，实现选路和业务计划的灵活选择。采用精确的eDNS调度技术，实现CDN的精确调度。

（5）高安全性。按照服务类别设定访问设备，每个服务的虚拟专用网络（Virtual Private Network，VPN）相互独立，不影响服务之间的通信，支持流量清理和其他安全功能的动态负载，根据需求进行配置[5]。

4.2 设计思路

为了满足固移和云网结合的需求，新型城域网采用了模块化、标准化的构件结构[6]。通过分析研究新型城域网架构和关键技术，提出了基于SDH技术、光传送网（Optical Transport Network，OTN）技术以及MPLS技术等新一代承载方案的组网结构模型，并给出具体解决方案。新型城域网以城市区域为基础，包含城市POD、POD出口功能区以及云网网络服务提供点（Point Of Presence，POP）。

4.2.1 城域POD

随着业务需求不断变化，传统的单向传送网络已经无法满足日益增长的数据业务要求，对此需要引入新技术来适应未来发展。城市Spine设备可以实现低成本、高速率的数据传输，Leaf设备间的通信则由Spine完成。

4.2.2 POD出口功能区

POD出口功能区与外网相连，将业务接入到网络中。核心路由器（Core Router，CR）接受全球网卡，提供高品质、差异化、安全的服务，并提供细路由、策略路由连接ChinaNet，从而达到政府和企业之间的跨区域网络连接[7]。POD出口功能区构成如图1所示。

4.2.3 云网POP

云网POP是一个基于云服务网络与底层网之间的连接架构，部署在云资源池所在的位置。为了解决传统SDH组网中存在的设备多、运维复杂等问题，POP提供了一种新的组网方式。POP是在运营商现有网络上通过软件编程构建而成，通过云资源池的整合，云网POP可以预设资源、预设物理链路、部署Leaf和Spine的直连以及按需分配带宽等功能。

4.3 目标架构

采用积木式网络架构，基于城市POD、POD出口功能区、云网POP这3大模块，根据业务规模进行灵活扩充。采用Spine-Leaf体系结构构建城市区域POD，在每个POD中放置两个Spine设备，下面悬挂多对Leaf装置，由云网POP标准对接，将城市Leaf部署到云网POP上，并与云服务网元实现连接[8]。

5 新型城域网业务承载方案

5.1 公众业务

EVPN over SRv6搭载在Leaf上，用户完成了切换分离的vBRAS，并在vBRAS-C和AAA系统中完成了验证，通过vBRAS-U实现了对宽带服务或用户的集中控制。国内互联网服务通过Spine直接接入，而国际互联网服务则通过CR接入。流媒体应用的用户集中于Leaf，为了满足不同用户对网络带宽的要求，提出了一种基于网络虚拟化技术的虚拟服务器集群模型，并给出了相应的网络服务和带宽资源。用户在Leaf节点附近结束，使用非Session级别的IPoE（IP over Ethernet）访问，不需要再通过MSE转发。EVPN over SRv6负载的单播流量根据需要沉入边缘云（vCDN）中，组播业务使用NativeIPv6进行携带，并在Leaf装置或者更低级别的光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）中进行组播再现基于IP的语音传输（Voice over Internet Protocal，VoIP），Leaf上使用EVPN over SRv6进行携带，用户认证结束后由转控分离vBRAS完成，并将业务流量由Leaf（商业CE）转发给信息管理系统（Information Management System，IMS）平台。

5.2 移动业务

5G服务载体是将Leaf作为服务控制点，EVPN over SRv6在Leaf上根据需要部署FlexE，提供用于移动基站-用户平面功能（User Plane Function，UPF）、基站-5GC、因特网访问的端到端切片，在Leaf下仍然是现有网络的访问[9]。

5.3 政企业务

网络专用线路是指用户接入和公共网络接入的流量相同，用户终止于切换控制的vBRAS，可以实现对宽带服务或用户的集中监视。

5.4 云网融合业务

以云网POP为核心实现云与云之间的有效衔接，并满足云与云之间专线业务的承载。POP为具有云业务网络的出口网元与基础网络接入网元在云资源池所处局址进行布放的云接入架构，以达到云资源池的统一布放。在云时代，POP可以提供包括数据转发、流量汇聚等多种接入服务，为用户提供方便可靠的互联网应用服务，提升用户体验，同时降低运维成本。云网POP不仅是入云结束，更是云与云相互连接的开始[10,11]。