IP+光在智慧淮安城域網建設中的應用研究*

孟祥迪，牟 勇

（1.中興通訊股份有限公司，廣東 深圳 518057；2.大連海事大學 信息科學技術學院，遼寧 大連 116026）

0 引 言

隨著智慧城市相關數據業務的不斷增長，骨干城域網和業務接入網出現了較大的技術與性能瓶頸。盡管集群路由技術的發展解決了網絡設備性能和交換容量問題，光傳輸網絡解決了大容量、超長距的傳送，且通過控制平面技術實現了智能化[1]，但是IP層與光傳輸層的獨立發展，使得骨干網建設維護復雜度、成本、功耗越來越高。以IP+光網絡技術為核心的全光網絡解決方案，可以很好地滿足智慧城市城域網建設要求的高帶寬、低時延的骨干傳輸網絡。因此，智慧城市城域網建設采用IP和光網絡智能融合方案，提升了城域網節點能力，實現了全業務統一承載，協同規劃，解決了骨干網的流量瓶頸，提升了網絡效率，降低了網絡成本，滿足了網絡性能和管理能力不斷增長的要求，支撐著電子政務外網與智慧城市的建設與發展[2]。

在物聯網、云計算、大數據和空間地理信息等超大數據劇增的趨勢下，骨干城域網承受著重大壓力。為了解決城域網壓力，智能傳輸解決方案引入城域網建設。IP網絡業務的靈活調度與傳輸網絡通道采用搭積木方式組網，使網絡缺少相互的協同工作能力，很難解決當前急迫的城域網瓶頸問題。因此，快速實現IP+光網絡深度智能融合，成為未來網絡演進的主要趨勢[3]。

1 IP+光組網技術優勢

一般來說，智慧城市城域網承載不同流向的業務。整體業務流向不均衡，導致部分網絡帶寬擁塞、部分出現帶寬空閑。IP+光網絡融合解決方案可以完美實現流量均衡，解決業務不均衡導致的帶寬浪費，不但降低了建設成本，還提高了網絡效率[4]。

IP+光網絡智能融合設備提供開放的SDN接口。在智慧城市城域網范圍部署智能網絡控制器并增加APP應用，可以實現SDN業務部署，推動城域網實現網絡從封閉到開放的轉變，使網絡更智能、高效。IP+光網絡方案實施部署建議從城域網的骨干核心節點到網絡匯聚節點再延展到接入層，逐步實現智慧城市城域網建設的深度融合。隨著技術的不斷加強，需逐步實現控制管理，構建城域網虛擬化，提供IAAS/NAAS全功能虛擬網絡，實現網絡的高帶寬和高性能互通，形成急速信息管道，滿足智慧城市海量信息承載和傳遞需求[5]。

2 IP+光融合方式

2.1 靜態融合

靜態融合解決方案作為IP網絡數據層與光傳輸層的靜態融合，首先通過網管系統在城域網基礎網絡架構上建立光傳輸通路；其次，頭結點IP數據設備在光傳輸通路上建立數據LSP通道，如圖1所示。

圖1 IP層與光傳輸層的靜態融合方案

目前，網絡設備基本完全支持該方案的實施部署，但需要在整個城域網離線靜態手動配置，操作復雜，對運維人員的要求高，需熟悉現網拓撲。同時，該方案不能動態適應網絡業務分流的需求，無法動態調整帶寬，部署成本大，且不能動態更新。針對新增業務或網絡異常時，網絡維護性較差。

2.2 GMPLS UNI動態融合

GMPLS是傳統的MPLS VPN技術進行的功能擴展和更新，是適應未來智能融合光網絡動態網絡資源需求的發展趨勢。在GMPLS支持傳統的分組交換、波長交換、光纖交換和時分交換的基礎上，對原有的路由協議等也做了重要的修改和擴展。

在IP+光網絡解決方案中，IP網絡數據層與光傳輸層部署GMPLS UNI功能，實現業務數據從傳統的IP層開始，同時建立IP層和光傳輸層的LSP，不需要通過子接口方式映射，直接實現網絡帶寬動態調整。IP和光網絡資源以及分流流量，如圖2所示。

圖2 GMPLS UNI動態融合方案

此方案充分利用了IP層和光傳輸層的統一智能業務控制技術，對業務層的恢復與保護提供了更加完善的解決方案。在傳統城域網骨干層，通過光傳輸層自身的保護機制，可以解決傳送網的多點故障，但無法提供和IP路由層的智能化控制，造成業務保護恢復不理想。IP+光網絡采用GMPLS UNI技術，實現了IP網絡數據層與光傳輸層的協同保護。一方面，可以加大業務保護速度，另一方面，節省了不必要的保護資源。

GMPLS UNI技術，協議標準，技術成熟度高，實現了IP網絡數據層與光傳輸層的統一調度，而且對現網設備要求不高，僅需要完成現網設備的軟件升級。因此，該方案部署成本較低，為后續網絡的維護帶來了便利。

2.3 IP+光網絡設備融合

無論采用靜態融合還是采取動態融合技術，在設備形態上，主要分為IP網絡數據設備和光傳輸的OTN設備。如果在去除成本因素的情況下，IP+光網絡設備統一融合路由器和OTN設備為“邊界路由器”，如圖3所示的Border Router設備，集成IP網絡數據路由器、ODUk交叉、OCC（Optical Connection Controller）三大模塊。其中，OCC模塊實現IP層路由、交換信令和鏈路資源管理。Border Router集成了路由器和光交換功能，同時采用了安全方式存儲IP網絡數據和光網絡的相關信息，獨立的數據庫存儲，防止了網絡信息的泄露。

圖3 IP+光網絡設備融合方案

Border Router集成UNI接口，可以直接部署在IP MPLS域和光網絡邊界實現MPLS VPN報文到GMPLS域的映射。該方案統一了IP網絡數據層和光傳輸層的設備功能，在網絡維護上提供了一定的方便，但是IP+光網絡融合設備的成本高，且需要城域網整體替換設備，建設時機尚不成熟。

結合“IP+光”城域網建設需求和對三種方案的對比分析，從網絡規劃、建設、部署與后期的運維成本考慮，IP+光網絡建議采用GMPLS UNI的動態融合方式統一承載城域網骨干業務。

3 智慧淮安城域網設計方案

《“十二五”國家政務信息化工程建設規劃》指出：當前我國政務信息化建設中依然存在一些突出矛盾和問題，需要盡快加以研究解決。規劃中提出了信息化工程建設目標，即到“十二五”期末，形成統一完整的國家基礎城域網網絡，基本滿足政務應用需要；基本建成網絡信息安全基礎設施，網絡信息安全保障作用明顯增強。在認真分析淮安市城域網基本現狀和發展狀況的基礎上，采用IP+光網絡模式建設。

3.1 智慧淮安城域網帶寬設計原則

淮安智慧城市城域網整體設計要切合業務現狀需求和業務發展需要，并具有一定的技術前瞻性和網絡可持續發展性。根據淮安市城域網通信網絡設計原則和各智慧城市的業務需求分析，波分骨干網采用10GE端口匯聚各智慧類業務，保證網絡技術的先進性，滿足智慧城市業務日益增長的發展需要。IP+光網絡骨干城域網帶寬需求見表1。其中，匯聚節點按照淮安智慧城市行政區域劃分，而經濟開發區和生態新城的等淮安區節點進行覆蓋接入。智慧城市接入區域采用GPON模式帶寬共享方式實現網絡組網，具體實現根據各智慧城市業務需求決定。

表1 IP+光網絡骨干城域網帶寬需求

3.2 智慧淮安IP+光網絡總體架構設計

淮安市智慧城市城域網上連江蘇省，下接各縣區，橫向連通全省內各地市、市直部門的信息高速通道和交換樞紐，可打造成淮安市智慧城市的安全、可靠的骨干城域網。為了保證網絡的穩定和高效運行，城域網IP+光網絡應采用獨享光纖建設，總體網絡結構如圖4所示。

圖4 IP+光網絡總體架構

隨著視頻、圖片和VR技木的應用，數據業務呈現爆炸式增長。未來，淮安市智慧城市業務對帶寬的需求很大，當前的城域網帶寬與性能已經無法完全滿足不斷增長的智慧業務需求。新建波分骨干網面向全市提供公共基礎骨干網絡，承視頻監控、物聯感知等各類智慧類業務，實現全市光纖資源的集約共享，保證不同業務之間的物理隔離，實現了不同業務帶寬的彈性擴容，現統一管理、靈活控制，實現了政務IP+光網絡光協同調度和管理，建設成了高帶寬、低時延、高可靠和更安全高效的智慧城市骨干網絡。

根據淮安市行政區域劃分，新建5個波分骨干網培節點，分部部署在清江浦區節點1（原清河區，包括開發區）、清江區節點2（原清區）、淮安區、淮陰區和生態新城的大數據中心。城域骨干網建設選用以100 Gb/s為基礎速率的單纖單向C波段40波的OTN系統。全程段落均選用1TU-TG.6E光纖，工作波長采用1 550 nm窗口。利用G.652的2芯光纖開通城域網光傳輸系統，系統提供支持平滑升級80波的能力。按照實際傳輸距離和光線資源情況，各部署站點合理部署線路放大站點需求。系統波長間隔為50 GHz。各區至大數據中心分別開通8個100G業務，通過波道隔離技術分別匯聚接入各智慧交通、智能社區、學校及醫院等不同業務，并提供OUk1+1保護，如圖5所示。

圖5 全業務IP+光網絡架構

通過新建100G波分骨干層網絡，不僅可以實現為市內所有外延網絡單位提供獨立統一的承載平臺，而且達到了節省光線資源和提升傳輸效率的目的。同時，可以為未來的智慧城市不斷發展的業務數據模塊提供堅實穩定的骨干傳輸通道，提供高安全的IP+光網絡的多層安全隔離功能、完善的保護功能和強大的業務調度能力，有效降低客戶OPEX，保護網絡建設投資。

4 結 語

基于SDN的IP+光網絡協同方案的網絡建設方案，可以根據不同智慧類業務需要，深度融合光傳輸層的保護機制和IP層的保護機制，將IP網絡數據層的彈性分組優勢與光傳輸層的剛性管道特點智能融合，提供一套安全穩定、可平滑升級的統一智能系統。智慧淮安IP+光網絡的建設，為客戶提供了定制化的基礎骨干網絡，通過隨選網絡技術，可按流量、時段動態調整專線帶寬，以滿足智慧業務不斷發展的需要。