未來運營商城域網演進將何去何從

福建電信│王福榮 鄭凱 林實踐

賽特斯軟件信息有限公司│方智淵

未來運營商城域網演進將何去何從

福建電信│王福榮 鄭凱 林實踐

賽特斯軟件信息有限公司│方智淵

盡管現網演進中會遇到這樣或那樣的問題，但運營商網絡面向業(yè)務轉變的目標是不會改變的，相信時間和技術發(fā)展會逐步解決這些問題，未來運營商必將構建出一張全新的電信運營網絡。

當前，運營商城域網面臨迅猛發(fā)展的互聯(lián)網業(yè)務壓力，需要提供超大容量、低時延、差異性的服務以及能夠靈活調度的基礎網絡，在骨干、匯聚、接入幾個方面都需要充分結合現有存量設備的資源，利用新出現的技術，可靠、高效地實現對互聯(lián)網業(yè)務的支持以及對原有傳統(tǒng)電信業(yè)務的支持。

如何利用新近出現的SDN及 NFV技術，滿足互聯(lián)網業(yè)務對運營商城域網建設的需求，成為運營商的首要難題。

業(yè)務發(fā)展“倒逼”城域網創(chuàng)新

網絡流量持續(xù)增大、互聯(lián)網應用多元性、不同類型應用對于網絡的不同要求，都對城域網架構的演進提出了很多挑戰(zhàn)。

一般運營商在各省都建有城域網，典型的城域網分為核心層、業(yè)務控制層和接入層，以市為單位設置自治域，各市城域網核心層與運營商骨干網及其他專業(yè)承載網互聯(lián)互通。

回顧城域網的建設，城域網源于企業(yè)局域網。最初，其主要出發(fā)點是以較少的成本快速建設一張聯(lián)通網絡，為用戶提供接入服務。

到了2004年以后，固網寬帶得到了較好普及，帶寬速率也得到了一定發(fā)展，以IPTV為代表的增值業(yè)務也有了長足進步，同時對運營商網絡運營保障的需求也越來越強——從原來的簡單帶寬發(fā)展為質量保障、精細化運營，對不同業(yè)務的網絡能力調整需求。

在網絡靈活性方面，電信運營商網絡所承載的業(yè)務已經從傳統(tǒng)的電子郵件、瀏覽、文件傳輸FTP，發(fā)展到專線、IPTV、視頻對話（VoIP）、電話會議、視頻點播（VOD）、社交網絡，一些新業(yè)務也在不斷涌現，例如虛擬現實、遠程醫(yī)療等。

從網絡結構角度來看，基于SDH的MSTP對傳統(tǒng)的SDH設備進行了改進，在SDH幀格式中提供不同顆粒的多種業(yè)務、多種協(xié)議的接入、匯聚和傳輸能力，是目前城域傳送網絡最主要的實現方式之一。

隨著業(yè)務的深入開展，運營商對網絡的要求也不斷提升，IP城域網必須能夠提供滿足高品質電信業(yè)務的帶寬、轉發(fā)能力、QoS保障，運營商也要針對單個用戶進行精細化管理，需要對每一種業(yè)務具有識別分類、區(qū)分服務的控制能力。就此，中國電信集團公司的指導意見是“網絡結構扁平化，實現城域骨干網的大容量、少節(jié)點、廣覆蓋，減少級聯(lián)級數”，其指導意見的出發(fā)點是基于集中控制、靈活簡單的思路。

從業(yè)務的需求角度看，對新一代城域網的要求主要是以下幾個方面：第一，支持多業(yè)務融合，一個IP網絡能夠支持所有業(yè)務接入，包括可管控且可運營的數據、語音、專線等；第二，能支持大帶寬的用戶接入，目標帶寬是20～100Mbit/s；第三，具備無線接入方式；第四，能夠提供不中斷的業(yè)務，網絡可靠性高，故障恢復時間在毫秒級；第五，具有端到端的服務質量（QoS）保障，保證語音視頻等業(yè)務的傳輸質量；第六，能夠提供基于策略的業(yè)務帶寬使用權限，控制不同等級業(yè)務用戶的請求，能夠動態(tài)調整；第七，能夠提供安全的網絡，保障網絡不受黑客和病毒影響。圖為扁平化城域網發(fā)展方向示意圖。

圖 中國聯(lián)通SD-UTN網絡邏輯架構

一體化專有設備弊病凸顯

在接入網絡部分，業(yè)務增長帶來的BRAS逐步下沉，近期部分節(jié)點BRAS設備的上行改造對核心路由器造成擴容壓力；單點BRAS壓力大，有些地區(qū)進行BRAS設備裂變建設，部分節(jié)點有3～4臺BRAS，單節(jié)點BRAS設備整體槽位和端口利用率低，而且沒有熱備；BRAS和SR成對設置，尚未實現業(yè)務融合。現階段，BRAS設備是軟硬件一體化的專用設備，是典型的控制與轉發(fā)緊耦合網絡設備。在設備規(guī)模應用及業(yè)務運營過程中，一系列問題逐漸浮現。

首先，設備資源難以復用及共享。單臺設備環(huán)境中，經常出現轉發(fā)面與控制面資源不協(xié)調的矛盾，部分高帶寬要求節(jié)點，如在承接光網城市的高速接入用戶區(qū)域，轉發(fā)端口及帶寬資源消耗殆盡，而用戶會話及QoS隊列、ACL隊列等控制面資源有余；部分節(jié)點承載著大量長時間在線業(yè)務，如IMS、ITMS等，用戶會話等控制面的資源耗光，而空閑端口資源卻十分豐富。此外，多臺BRAS設備之間無法形成負荷分擔，存在忙閑不均情況，導致投資資源未被充分利用。部份BRAS設備用戶量、數據流量已經很高，面臨擴容的壓力；但同時，部分BRAS設備用戶量、流量稀少，設備利用率非常低。

其次，設備能力提升與硬件強相關，升級困難。在硬件升級方面，從10G升級到40G、40G升級到100G、100G升級到400G、400G再到更高性能的硬件平臺，每次提升都需大量的投資，且低能力設備及板卡可利舊率較低。在軟件升級方面，業(yè)務功能實現與硬件相關，需要同時滿足特定的硬件及軟件升級才能達到相應的水平，給新業(yè)務部署帶來極大的阻礙，拖延業(yè)務上線時間。

再次，設備配置與設備底層OS強相關，基本采用CLI方式，配置效率低；不同設備需預置大量用戶策略，運維工作量大。每臺設備上線都需重新配置，無可重用性，對運營工程師能力要求高。以目前國內運營商正在部署的智能提速業(yè)務為例，基本都是在BRAS上配置靜態(tài)策略模板，n種業(yè)務就在設備上配置2n-1個策略模板，模板數呈指數級增加，帶來巨大的運維管理壓力。

最后，設備實現融合業(yè)務難度大，需要硬軟件同時升級。業(yè)務融合包括BRAS與SR的融合、與CGN的融合、與FW的融合、與DPI的融合等，需配置相應的專用功能卡。此外，軟件功能需同時進行相應業(yè)務模塊開發(fā)與整合，增加軟件版本復雜度，且?guī)碥浖环€(wěn)定、軟件開發(fā)成本急劇上升、軟件升級周期長等問題。

城域網在演進過程中，必須同時考慮服務質量、業(yè)務綜合調度管理能力、靈活開放架構、安全保障、多廠商融合等方面的問題。同時需要跟蹤云計算技術的進展，充分釋放云化資源池的優(yōu)勢，核心節(jié)點設備向集群、高可靠的方向發(fā)展。

新技術如何賦能城域網

原有的網絡由不同層級的網絡設備組成，當業(yè)務需要有更大的容量和更高的轉發(fā)性能時，運營商只能擴容，而機房的空間和能耗方面的限制使得擴容非常困難。不同類型業(yè)務對網絡靈活性方面的要求也得不到滿足。

通信設備商長久以來所提供的均是傳統(tǒng)的控制和硬件一體的設備，網絡通過設備與設備之間的各類協(xié)議進行控制和管理。軟件定義網絡（SDN）是一種新興的、基于軟件的網絡架構及技術，其最大的特點在于控制平面與數據平面的分離、支持集中化的網絡狀態(tài)控制、實現底層網絡設施對上層應用的透明。SDN的產生對于設備商來說是革命性的改變，在未來SDN組網環(huán)境中，傳統(tǒng)設備已經不具備成本優(yōu)勢。隨著SDN市場前景的日趨明確，為了在未來SDN網絡中占據一席之地，各通信設備商也開始積極投入SDN技術、設備以及解決方案的探索和研究之中。

總之，SDN和NFV技術在運營商IP網絡的引入將促進運營商網絡向新的業(yè)務模式演進，從而實現更高效的部署、更便利的維護、更快速的調度以滿足業(yè)務變更需求和動態(tài)的資源調整。盡管現網演進中會遇到這樣或者那樣的問題，但運營商網絡面向業(yè)務轉變的目標是不會改變的，相信時間和技術發(fā)展會逐步解決這些問題，未來運營商必將構建出一張全新的電信運營網絡。

編輯｜張鵬 zhangpeng@bixintong.com.cn