城域網vBRAS應用研究

◆馮南梓

(廣東省電信規劃設計院有限公司 廣東 510630)

城域網vBRAS應用研究

◆馮南梓

(廣東省電信規劃設計院有限公司 廣東 510630)

隨著互聯網業務在電信網絡的廣泛應用和寬帶互聯網用戶的快速發展，城域網作為重要的承載網絡，對運營商業務發展和用戶體驗起關鍵作用。本文從城域網網絡現狀入手，分析城域網業務控制層現面臨的問題，提出城域網vBRAS優化建議。

城域網；vBRAS；虛擬化

0 引言

隨著互聯網業務已經成為網絡流量的主體，互聯網業務已經從簡單的網頁瀏覽，不斷豐富到高速下載、高清視頻、在線游戲、電子商務、金融交易等，業務類型不斷細分，不同業務對網絡質量要求差異化也更加明顯，當前粗放式經營的寬帶 IP城域網無法滿足管道智能化、運營差異化、能力開放化的新型寬帶服務需求。本文主要對城域網現狀和面臨的挑戰進行分析，對城域網vBRAS演進方案進行論述。

1 城域網網絡架構現狀分析

城域網是在城域范圍內組建的，用于實現個人和企業用戶的語音、視頻、數據等多種業務接入、匯聚和轉發，包括城域骨干網、業務控制層和寬帶接入網。

城域骨干網：由城域核心路由器負責對業務控制層設備進行端口和流量匯聚，并作為IP 城域網到IP骨干網的流量轉發出口。

業務控制層：由多業務邊緣服務器（包括BRAS、SR、MSE等）作為業務接入控制點組成，主要負責業務接入與控制。

寬帶接入網：是業務控制層以下，用戶家庭網關以上（不含CPE）的二層接入網絡。

2 城域網業務控制層面臨挑戰

城域網業務控制層作為城域網業務的接入和控制節點，由BRAS、SR或MSE組成。就城域網業務控制層設備而言，目前主要存在以下幾方面問題：

2.1 設備數量眾多

隨著城域網內的業務類型不斷增加，運營商為降低各類業務對網絡設備的壓力，通常部署多邏輯平面和多邊緣以承載業務，包括專線業務路由器、寬帶業務路由器、視訊業務路由器等，隨著業務的不斷發展，平面和邊緣還將不斷增加。

2.2 設備轉發能力弱

現網有大量的 20G/40G平臺設備，由于接入層全面提速，OLT由原來的GE PON升級為10G PON,產生了大量的OLT 10G顆粒度的上聯需求，需要向更高的平臺升級改造，造成投資成本急劇上升。

2.3 業務靈活性差

新增業務特性依賴專用硬件，如設備廠商采用專用的 CGN板卡，通過隧道和地址翻譯實現IPv4/IPv6雙棧部署。但專用硬件開發復雜，異廠商協議互通困難，業務部署慢等，造成網絡升級復雜、建設成本高等情況。

2.4 設備分散，管理維護復雜

由于每臺業務控制層設備覆蓋的物理范圍和用戶不同，存在設備間負載不均衡、部分設備負載偏大、而部分設備負載偏小、需要維護人員不斷反復割接業務，用戶體驗較差。而且每一個設備都是獨立的系統，實際使用中需要對每臺BRAS單獨配置大量而復雜的用戶策略，缺乏統一管理控制平臺，管理運維復雜。

3 vBRAS關鍵技術

為了應對互聯網業務需求，逐步解決基礎網絡問題，vBRAS智能化和虛擬化的轉型需求越來越迫切，vBRAS關鍵技術有：

3.1 vBRAS云化設計

目前vBRAS正在由軟件化向云化階段演進，軟件化方案由多臺服務器組成軟化的 vBRAS群，每臺服務器包括若干個vBRAS。而vBRAS云化方案由若干個服務器云化對外組成一臺vBRAS，控制轉發分離，控制轉發彈性伸縮，以此克服 vBRAS軟化的不足，對外呈現較少的網元，彈性伸縮對周邊配套服務器不可見，彈性伸縮也不依賴控制器。

圖1 vBRAS軟件化與云化示意圖

3.2 vBRAS自動彈性伸縮

自動彈性伸縮是vBRAS的關鍵能力，根據負載情況動態擴展資源，創建和回收vBRAS，基于CPU、利用率、用戶數、轉發容量等自動負載均衡算法，實現MANO自動感知調度系統，資源動態均衡，業務無感知。自動彈性伸縮較原來傳統BRAS軟硬件一體的方式，能夠最大限度地提升硬件資源的利用效率。

圖2 vBRAS彈性擴容示意

3.3 vBRAS可靠性設計

vBRAS的可靠性設計將繼承傳統BRAS的可靠性技術，比如Trunk、雙主控和雙機熱備等，同時將傳統的可靠性技術應用到云環境，以應對VM故障、服務器故障、機架故障和機房故障等，尤其是基于云的特點，vBRAS提供VM級的故障自愈，自動恢復技術。

4 vBRAS引入思路

現階段，vBRAS部署還在發展和完善中，在實驗室相關功能和性能驗證情況如下：

（1）PPPoE用戶接入功能支持完善，在AAA處理方面與傳統設備實現一致。

（2）用戶QoS只能實現簡單用戶和業務標識。

（3）CGN實現簡單的地址轉換功能，但未考慮溯源等運營管理要求。

（4）暫未考慮IPv6功能。

（5）vBRAS性能與x86服務器性能強相關，轉發能力較弱。

vBRAS是IP寬帶城域網業務控制層演進的方向，在實驗室驗證基礎上，探討vBRAS引入方案時還應多方面考慮：

（1）vBRAS需要在規劃、建設、維護等方面同時做好充分準備，在組織適配、流程適配上做好相應的提前準備；

（2）要充分考慮新技術與原有業務、網絡的無縫銜接，通過局部試點，經過充分驗證后，再進行大規模部署。

表1 物理BRAS與vBRAS性能對比

5 vBRAS階段建設方案

考慮現有網絡和 vBRAS的技術演進因素，IP寬帶城域網vBRAS方案演進分3個階段。

（1）基于設備的虛擬化

BRAS設備虛擬化，局部引入替代原節點物理BRAS設備，負責用戶的接入認證、業務功能。

（2）基于資源池化

利用NFV虛擬層的能力，統籌調度BRAS池和vBRAS x86設備池，在vBRAS的基礎上提取控制信息，比如IP POOL、策略控制、AAA、DNS等傳統控制功能以及新的產品及業務控制功能，形成SDN控制單元，形成網絡對用戶及業務的感知和控制能力。

（3）基于業務自定制

利用NFV實現虛擬服務鏈資源池；配合服務鏈代理技術，在服務鏈中引入第三方設備，實現標準開放的業務資源池。

6 未來展望

隨著SDN和NFV技術不斷完善，業務控制層設備能以高質量網絡匹配業務應用發展對網絡的需求，網絡質量將會更加優化，大大提升用戶體驗，為業務規模化運營打下提供良好基礎。