建設云時代的5G承載網

上海諾基亞貝爾股份有限公司IP和光傳送部門網絡方案和SDN負責人|倪斌

5G這樣典型的云化部署業務迫切需要承載網能夠實現分布式數據中心和廣域網的無縫整合，從而實現基于服務質量協定SLA的自動化動態連接，以便滿足5G中不同的業務切片要求，這是5G對于承載網最關鍵的挑戰！

5G對承載網不僅提出了更大的帶寬、更短的時延、更高精度的時鐘同步的要求，同時5G云化部署的特性也對承載網的現有組網架構以及運維方式提出了挑戰。

云時代下的5G承載需求

為了獲得更好的業務部署靈活性以及更快速的新業務引入能力，云化部署被認為是5G的一個重要特征。在云化的環境下，一些對時延要求高的業務會以虛擬網絡功能VNF（vBBU、vMEC等）的方式部署到距離用戶比較近的接入云或者邊際云中。這樣一來，一方面用戶的體驗得以提升，另一方面用戶數據流被引導到分布式的數據中心中，回傳網絡的帶寬壓力也得以降低。

從另一個角度看，這種云化部署對傳統承載網提出了巨大挑戰：這些VNF未來可能繼續擴展并向網絡邊緣下沉，最終承載網將可能需要連接數以百萬計的服務接入點，端到端業務的建立需要近乎實時、零接觸地動態連接分布式的數據中心中的不同VNF，而且這些連接需要能夠滿足電信級的可靠性和服務質量協定。

此外，我們還面臨著IT與IP間的屏障：當網絡功能被虛擬化后，它們將工作于電信云的虛機上，這傳統上是IT的領域。這些網絡功能連接的網絡接口已經不再是傳統多業務路由器上的物理接口，而是一個虛擬網口。連接這些虛擬網絡功能，我們就需要把傳統廣域網的數據通道擴展到數據中心內的虛機上，并遵守原來的服務質量協定。這種擴展需要克服大量的IP和IT兩個不同領域間的文化和技術的屏障：

● IP是根據連接需求和擁塞情況設計的，考慮的是協議、端口、鏈路、流、隧道等對象，云服務對它來說就是一個普通的IP流；

● IT是基于計算和存儲資源的，考慮的是虛機、容器、應用等，廣域網對于它來說就是一根網線一樣的透明管道。

這種IP和IT域間的屏障導致了兩個孤島——它們使用不同的業務策略，用戶無法獲得真正無縫的端到端業務自動建立和優化的能力。

5G這樣典型的云化部署業務迫切需要承載網能夠實現分布式數據中心和廣域網的無縫整合，從而實現基于服務質量協定SLA的自動化動態連接，以便滿足5G中不同的業務切片要求，這是5G對于承載網最關鍵的挑戰！

總結一下，諾基亞貝爾認為5G時代的承載網應該具備以下4個特性：

● 面向基于原生云的VNF的連接——將傳統廣域網的數據通道無縫拓展到分布式數據中心內的VNF間；

● 業務服務質量的確定性——按照約定的服務質量協定提供低時延、超可靠的連接；

● 融合的統一承載——統一的IP+Optics的承載網絡通過網絡切片滿足5G三大類業務的不同需求；

● 自動業務開通——滿足數量巨大的VNF間動態的連接請求，從而降低運營成本。

5G承載新架構——NF-IX

為了能滿足上述5G承載的四大關鍵特性，諾基亞提出了NF-IX（Network Function Interconnection，網絡功能互聯）的5G承載新架構，其框架如圖1所示。

NF-IX是一個針對任意網絡（WAN、DC、MBH等）連接的創新解決方案。它將服務質量協定SLA映射為特定的“顏色”（TE policy color），并通過一定的SR-TE策略模板建立起一條端到端無縫的數據轉發通道（SR-TE Policy），中間無需轉換，并提供確定的業務服務質量。

NF-IX使用了一些成熟的技術和協議，它使用基于MP-BGP的EVPN（RFC7432）構建疊加的虛擬網絡，使用SR-TE構建底層的IP/MPLS傳送網。

NF-IX打破了IT與IP間的屏障，使廣域網的數據通道被擴展到了數據中心內部，從而實現基于端到端拓撲發現和業務感知的全局控制，同時提供端到端的流量工程。

如圖2所示，NSP作為一個SR全局控制器將某種SLA（比如時延、帶寬、多路徑要求等）映射為特定的“顏色”，根據給定的SR-TE策略模板（比如累積的度量值、最大的SID數等），分配相應軟硬件資源，在任意的下層網絡上以BGP或PCEP下發創建SR-TE通道。同時，NSP通過BGP擴展將帶“顏色”的SR通道通告給數據中心內的控制器VSC，將終點的OVS（圖中的Leaf節點）壓入堆棧，從而建立起一條無縫的數據轉發通道。這個通道可以用來映射為5G網絡中不同的網絡切片，然后通過VLAN、源/目的地址、DSCP/802．1q等來識別屬于不同網絡切片的業務流量，并將它們映射到相應的SR-TE通道中。

圖1 NG-IX架構

圖2 NF-IX實現DC與廣域網的無縫互聯

同時，控制器實時地通過Telemetry/Netflow監控關鍵參數（比如時延、鏈路利用率、統計值等），比較數據和服務協定的門限，在偏離服務協定時執行資源再優化（業務重路由、帶寬調整等）。

表1 NF-IX架構的關鍵技術

圖3 NF-IX在5G承載中的實現

NF-IX在5G承載中的實現

NF-IX架構通過一些成熟技術實現，從而最大程度地降低投資和技術風險。這些技術包括表1中所列的技術。

NF-IX事實上是一個通用的任意網絡功能到任意網絡功能的連接架構，可以應用于數據中心互聯，構建基于云的VNF功能塊等各種應用，也非常適合應用于云化部署的5G承載網。

圖4 基于Telemetry和網絡透視的自動優化

在5G承載中，整個用戶從gNE到云化核心網的連接可以由圖3表示，包括左側的MBH網絡、中間的核心承載網以及右側數據中心內的云化核心網。用戶流量只需要在CSR（相當于IPRAN中的A路由器）壓入最小的標簽棧，MLS可以擴展綁定標簽棧指示核心承載網的路徑，滿足端對端路徑的選擇，最終構建成一條或多條（對應不同的“顏色”）端到端的從CSR到Accessleaf（OVS）的轉發通道。

在建立端到端數據轉發通道后，運營商還需要對網絡進行實時的可視化監測，并希望能基于網絡應用感知的前提下對網絡進行優化和調整。目前諾基亞提供的基于Telemetry和網絡透視能力的資源實時可視及自動優化可以滿足這個要求。Telemetry的訂閱機制可以實現對網絡資源的秒級監控，將原來網絡中有限的統計值收集和事后分析轉變為近乎實時的監測和分析，并為操作員提供可視化的監測結果；同時，Telemetry收集的數據可以和基準數據進行關聯，送入Deepfield這樣的分析軟件進行分析，使操作員獲得應用感知的能力，最后分析軟件將輸出可執行的智能優化指令，并通過SDN控制器動態下發指令到網元完成網絡的優化，這個閉環的控制機制可以由圖4描述。

總結

諾基亞提出的NF-IX架構無縫連接任意網絡功能，它將服務質量協定SLA映射為特定的“顏色”（TE policy color），并通過一定的SR-TE策略模板建立起一條端到端無縫的數據轉發通道（SR-TE Policy），中間無需轉換，并提供確定的業務服務質量。這使得它可以輕松實現5G承載網統一承載、網絡切片、確定的服務質量、自動開通等要求，是云化部署環境下5G網絡的理想承載網架構。