面向云网一体的新型城域云网部署研究

2022-12-17陈邦文

广东通信技术 2022年11期

［陈邦文］

1 引言

在传统的数据承载网中，云数据中心高挂骨干网，数据承载网主要进行城域至骨干的南北走向流量的疏导。随着5G 和算力时代的到来，包括安全能力池、边缘云、UPF（用户平面功能）、MEC（移动边缘计算）等算力资源不断往深、浅边缘下沉，流量流向的疏导需求逐渐向城域内的东西向访问转变，云和网络的融合趋势日渐明显。数字产业的发展也对云和网提出了快速部署、灵活调度、路径随选等差异化服务需求。因此，运营商亟需构建面向5G 和算力云网一体化承载的新型承载网络，实现2B（政企）/2C（移动）/2H（家庭）用户业务综合承载，支撑算力下沉及边缘生态的构建，打造边缘核心竞争力，为用户提供多样化、差异化、定制化的云网能力。本文重点研究运营商新型城域云网架构、部署方案及其演进策略建议。

2 新型城域网网络架构

2.1 网络现状

现有城域内网络包括IP 城域网与STN/IPRAN 移动承载网。其中IP 城域网负责家庭客户、政企客户等固网用户接入，提供宽带上网、天翼高清、互联网专线接入等业务，STN/IPRAN 网络负责移动用户接入，其中4G 用户通过IPRAN 接入，5G 用户通过STN 接入。上层骨干网区分公众平面和精品网平面，分别由Chinanet 网络和CN2-DCI（中国电信下一代承载网）组成。网络现状如图1 所示。

IP 城域网分为两层架构，包括用户接入设备MSE 和城域出口设备CR。其中CR 一般按本地网设置2 台；MSE（多业务边缘路由器）承载用户不超过3 万，采用分布式部署。

STN/IPRAN 网络分为三层架构，包括A 接入路由器、B 汇聚路由器和城域ER 核心路由器。其中ER 一般按本地网设置2台；B设备成对部署，主要用于分区汇聚接入环，采用分布式方式部署；接入层由A 设备组成，主要用于基站业务和政企专线业务接入，采用环型组网为主。

图1 承载网网络架构示意图

现有网络架构存在的主要问题：

（1）宽带用户、移动用户分网承载，利用率低，互访低效，难以保障固移融合场景一致性体验；

（2）难以适应算力下沉，难以满足边缘云泛在接入的需求；

（3）难以兼顾降本增效，网络功能与设备紧耦合，新业务上线慢，缺乏快速自动化开通、智能化运维等能力。

2.2 网络演进思路

面向5G 和云网融合，云业务下沉到城域网内，要求网络为固移用户提供一致性业务体验，网络固移融合承载。云网超宽带等新型业务对网络提出了大带宽、低时延、快速响应、差异化承载、安全可靠等方面的需求。新型城余网应以打造融合、敏捷、简洁、云化、智能、安全的网络为目标，坚持多业务融合承载，构建能够快速提供业务的的新型网络。

（1）以新架构、新协议、新运营、先进性为原则重构城域网；

（2）统一架构承载固定宽带、无线、政企专线、政企上云、多云访问、云间互联、内部IT 云等云网融合业务；

（3）保障用户固定和无线接入体验一致性，满足未来个人用户和政企、垂直行业、物联网业务的海量连接及高体验需求；

（4）基于Spine（脊路由器）-Leaf（叶路由器）架构灵活扩展，以“乐高积木式”模块化组网，提升网络的扩展性、可靠性，提升网络自动化和智能化能力。

2.3 新型城域网架构

新型城域网采用“乐高积木式”架构，以地市为单位建设，满足固移融合接入、多业务融合承载，能够基于模块化组件实现架构弹性扩展、云网标准化对接、用户集中式处理。

网络架构：城域POD 以云为中心组建，根据云资源池和边缘云所在机房设置Spine 和Leaf 节点。同时按照每POD 覆盖用户数约80 万宽带用户为基准，大中型城市设置多个POD，小型地市可设置单个POD。固、移、云业务通过不同Leaf 接入，全业务融合承载。

功能云化：IP 网元功能云化，部署转控分离vBRAS（虚拟宽带远程接入服务器），控制面CP 云化，转发面UP 池化，推动云网一体。

云网对接：城域Leaf 作为云网POP，与云业务网络网元对接，实现云资源池的标准化对接。扁平化设计，实现流量快速疏导和横向弹性扩展。

图2 大、中型本地承载网示意图

图3 小型本地承载网示意图

新型技术：全面引入SRv6 业务路径可编程新技术，为云网业务提供低时延高保障切片、弹性大带宽切片等差异化服务。并通过基站识别码向云商及骨干网开放差异化网络能力调用。实现了多种业务融合承载所需的协议栈的统一。具备端到端跨域一跳直达业务组网及入云能力。

3 部署方案及演进策略

3.1 关键网元演进策略

面向全业务的新型城域网基于STN 平滑演进。新型城域网中Spine 及Leaf 节点，可由现网STN-ER 和STN-B进行演进，实现固移动融合、一体承载。在出口区，可采用城域网 CR 兼做 Super Spine，作为统一出口，上联ChinaNet/CN2-DCI；同时随着新城业务割接，可盘活现网能力具备条件的现网MSE 作为专用硬件转发池设备（vBRAS-pUP）。

（1）IP 城域网CR

城域网CR 原设备定位为固网城域出口，目前主要采用1.6T/800G/400G 平台，集群/背靠背/单机等型态。根据城域宽带用户数，城域网CR 向以下方向演进：在用户数少于80 万的本地网，城域网CR 由Spine 替代，逐步退网；在用户数大于80 万的本地网，城域网CR 演进为新型城域网Super Spine，依然负责固网业务出口。

（2）IP 城域网MSE

城域网MSE 原设备定位为业务接入控制，实现宽带上网、专线接入等业务接入控制。新型城域网的重要作用之一就是实现网络转控分离。其转发层面功能由新城Up池替代，控制层面的功能由新城CP 池替代。为充分节约资源，保护现网投资，符合UP 池硬件标准的MSE 可以通过软件升级作为新城转发面UP 设备使用，不符合标准的老旧MSE 结合新城的部署，逐步退网。

（3）STN ER

STN ER 原设备定位为移动承载城域出口，根据城域宽带用户数，STN ER 向以下方向演进：在用户数少于80万的本地网，ER 将作为固移融合的统一出口；在用户数大于80 万的本地网，其定位保持不变，依然负责移动业务出口。

（4）STN B

STN B 原设备定位为移动业务区域汇聚收敛，演进后将作为固移融合节点，承载区域移动和固网业务。

3.2 关键网元选址策略

为满足服务边缘云网算力的需求，新型城域网中的关键网元选址应与DC 规划、基础网络规划布局协同考虑，从满足深边缘、浅边缘客户的云网资源、时延等需求出发，进行网元的合理布局。

（1）Spine 网元

Spine设备主要用于对Leaf设备进行流量汇聚和转发，根据业务类型分流到Super Spine。原则上每个城域POD设置一对Spine 设备，要求部署在不同局点机楼。Spine网元选址应重点考虑以下因素：

①节点是否属于边缘DC 节点；

② 节点是否所划分POD 的光缆汇聚点/传输汇聚点；

③节点是否具备部署设备所需的基础设施能力；

（2）A-leaf 网元

A-Leaf 原则上设置一级，以用户/业务规模、覆盖范围为基础部署，成对水平扩展。同一个POD 内根据业务需求设置多对Leaf，同一对Leaf 要求部署在相同的局点机楼。A-Leaf 以STN B 设备为基础，在现有架构上，适当优化补点。

（3）UP 网元

vBRAS-UP 池包括专用硬件转发池（vBRAS-pUP）和虚拟化X86 转发池（vBRAS-vUP）。vBRAS-pUP 负责宽带公众上网业务处理；vBRAS-vUP 承载VoIP/ITMS 等大session 小流量业务。vBRAS-UP 网元原则上与Spine 节点同局址，部署在不同的局点机楼。vBRAS-vUP 与vBRASCP 同CT 云部署。

（4）CP 网元

vBRAS-CP 可部署在独享硬件资源池或CT 云资源上，具备弹性扩展能力。每城域网设置两个vBRAS-CP池节点，具备异地容灾、弹性扩容能力；同一vBRASCP 内各组件提供冗余备份能力。建议部署在城域核心DC 节点。

3.3 关键业务部署规范

（1）宽带业务：在A-Leaf 和S-Leaf部署L2 EVPN over SRv6，承载PPPoE 段的信令和数据流量，L2 EVPN 可以为VPWS（虚拟专用线路业务）或VPLS（虚拟专用局域网业务）。在S-Leaf 和Spine 部署PI-0 VPN。UP 上行流量在S-Leaf 进入PI-0 VPN，经Spine访问互联网。

图4 家宽业务部署方案

（2）基站业务：基站业务采用PW+L3 VPN 方案，STN-A 到A-Leaf 采用PW 二层伪线接入，PW 网关收敛采用1:1 方式，A-Leaf 以上采用SRv6+EVPN 和MPLS（多协议标签交换）+VPN（虚拟专网）双转发平面承载。

（3）政企互联网专线部署方案：客户CPE 的网关在A-leaf 上，为客户分配静态公网IP，在A-leaf 进入PI-0 VPN。流量到Spine 脱离VPN 通过Native IP 进入CR。

（4）入云专线：PON（无源光纤网络）入云专线网关在A-leaf 上，在A-leaf 和B-leaf 部署L3 EVPN over SRv6（客户EVPN）实现三层入云。

3.4 总体演进策略建议

在新型城域云网实规模推进过程中，目前面临的主要问题是如何快速平稳地推进存量用户的全量业务迁移工作。经过了近二十年的高速发展，传统IP 城域网综合承载了家庭宽带、IPTV、政企专线等2B/2C 业务。全量业务迁移的历史包袱大，对运营系统、维护支撑、人才队伍等都提出了全新的要求和挑战。因此有如下演进策略建议：

图5 政企互联网专线部署方案

图6 入云专线部署方案

牢牢把握新型城域云网服务云资源、算力下沉的定位，以STN 承载网为基础，构建新型城域域网。采用2B 业务迁移优先，2C 业务（VBRAS 部分）稳步推进的总体演进策略：优先在城域汇聚层面A-Leaf 实现PON、LAN、STN-A 等接入方式的统一承载。以云为核心，合理设置云POP 为业务锚点，连接云网。推进2B 需求旺盛局点的OLT 优先直挂A-Leaf 设备，同步开展新城2B业务穿测部署。发挥SRv6+EVPN 的新技术优势，快速供给基于新型城域云网的2B 组网和入云专线产品。2C 业务方面按节奏稳步推进。