新型智能城域網(wǎng)5G承載方案淺析

劉德才，遲曉玲，劉立剛（.中國聯(lián)通青島市分公司，山東青島66000；.中國聯(lián)通山東省分公司，山東濟(jì)南50000）

1 新型智能城域網(wǎng)架構(gòu)背景

傳統(tǒng)軟硬件一體化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備給網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)帶來了一系列的挑戰(zhàn)，比如利用率低，成本居高不下，業(yè)務(wù)開通周期很長(zhǎng)，不夠開放，缺乏全局的協(xié)同與自動(dòng)化等等，這些弊端嚴(yán)重制約了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力。另一方面，云服務(wù)和傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)正推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)SDN化，流量向DC集中，以DC為中心成為業(yè)務(wù)發(fā)展的趨勢(shì)。借鑒數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)提供模式，類Fabric架構(gòu)的思想逐步滲入到傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)領(lǐng)域，并開啟了政企（E-CORD）、移動(dòng)（M-CORD）、固網(wǎng)（R-CORD）三大業(yè)務(wù)領(lǐng)域方面的重構(gòu)嘗試。構(gòu)建新的云網(wǎng)融合的城域網(wǎng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)與優(yōu)化，成為下一代城域網(wǎng)演進(jìn)的方向。

2 智能城域網(wǎng)基本理念與架構(gòu)分析

2.1 智能城域網(wǎng)DC架構(gòu)

智能城域網(wǎng)架構(gòu)基本思想是建設(shè)云網(wǎng)一體化承載網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)固移業(yè)務(wù)及DC業(yè)務(wù)的承載，如圖1所示，DC網(wǎng)絡(luò)由Spine和Leaf設(shè)備組成，分為業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)和資源池區(qū)。

a）Spine為DC核心節(jié)點(diǎn)，用于提供高速轉(zhuǎn)發(fā)功能，通過高速接口上聯(lián)城域網(wǎng)CR和CUII/B網(wǎng)，下聯(lián)各類Leaf節(jié)點(diǎn)。

b）Leaf為智能城域網(wǎng)邊緣節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行各種業(yè)務(wù)和云資源接入，包括HSI、IPTV、政企大客戶、無線、云存儲(chǔ)、計(jì)算以及各種虛擬化VNF組件vBRAS、vCPE等接入。

圖1 智能城域網(wǎng)DC架構(gòu)

2.2 智能城域網(wǎng)總體架構(gòu)

智能城域網(wǎng)采用多DC組網(wǎng)模式，總體架構(gòu)如圖2所示。不同DC之間通過核心P-Spine實(shí)現(xiàn)互通。建議每個(gè)DC設(shè)置連接骨干網(wǎng)的直連鏈路，特殊情況比如DC規(guī)模很小時(shí)，也可與本地核心DC共享出口連接。具體到每個(gè)城市來說，DC設(shè)置需要考慮以下幾個(gè)因素。

a）可供部署DC的機(jī)房以及改造成本。一般來說DC規(guī)模越大，單位供電、維護(hù)成本越低，資源利用率越高。

b）分布式DC模式帶來的整體成本。對(duì)于分布式的DC模式，流量終結(jié)點(diǎn)越低，傳輸成本會(huì)越低；但是另外一方面，DC擴(kuò)建及服務(wù)器的成本可能會(huì)增加，需要綜合考量。

c）業(yè)務(wù)傳輸時(shí)延帶來的體驗(yàn)效果。2個(gè)業(yè)務(wù)端點(diǎn)之間的距離決定時(shí)延大小，目前城域網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時(shí)延影響較小，傳輸距離和服務(wù)器處理占據(jù)了大部分時(shí)延開銷，業(yè)務(wù)點(diǎn)服務(wù)器下沉有助于提升體驗(yàn)，當(dāng)集中式的DC模式無法滿足業(yè)務(wù)需求時(shí)，需要考慮DC本地化，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的本地訪問。

d）DC的設(shè)置應(yīng)該遵循5G等業(yè)務(wù)云化節(jié)奏，逐步實(shí)現(xiàn)分布式部署，從當(dāng)前業(yè)務(wù)發(fā)展來看，部署過多的邊緣DC并不經(jīng)濟(jì)。因此中小城市建議只部署核心DC；大型本地網(wǎng)建議采用雙核心加少數(shù)邊緣DC模式，通過邊緣DC部署，重點(diǎn)滿足eMBB、uRLLC以及MEC邊緣計(jì)算本地化訪問需求。

2.3 智能城域網(wǎng)架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

智能城域網(wǎng)采用了“業(yè)網(wǎng)分離”的架構(gòu)，相比傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：

a）智能城域網(wǎng)Spine和Leaf節(jié)點(diǎn)僅僅提供業(yè)務(wù)傳送的快速管道，不進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，可形象地視作業(yè)務(wù)連接提供了“超高速公路”，采用大容量、高密度的設(shè)備，借助SR天然優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)SR-TE快速路徑優(yōu)化和流量調(diào)度。業(yè)務(wù)平臺(tái)資源（vBRAS、vCPE、MEC等）分布式部署，有利于實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)扁平化、本地化，滿足高價(jià)值的5G及視頻業(yè)務(wù)需求。

圖2 智能城域網(wǎng)總體架構(gòu)

b）采用統(tǒng)一的SR+EVPN技術(shù)，對(duì)原有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行簡(jiǎn)化，避免了原有網(wǎng)絡(luò)多段拼接、多套管理系統(tǒng)、多種技術(shù)混合的復(fù)雜性，業(yè)務(wù)部署和開通更加方便。

c）相比原有的IP RAN網(wǎng)絡(luò)，智能城域網(wǎng)絡(luò)不再呈環(huán)形，更加扁平化，降低了移動(dòng)業(yè)務(wù)路徑跳數(shù)，提升了用戶體驗(yàn)。

3 智能城域網(wǎng)5G業(yè)務(wù)承載方案

3.1 5G業(yè)務(wù)對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)的要求

新型智能城域網(wǎng)是一個(gè)全業(yè)務(wù)承載的網(wǎng)絡(luò)，5G業(yè)務(wù)尤為關(guān)鍵，未來5G業(yè)務(wù)對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)的要求主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面：

a）新型RAN架構(gòu)演進(jìn)支撐能力。5G時(shí)代，基站密度和單站能力都將提升10倍以上，密切的站點(diǎn)協(xié)同、更廣泛密集的覆蓋以及核心網(wǎng)層面虛擬化和C/U分離要求承載網(wǎng)提供更高帶寬、更廣覆蓋和更靈活連接的傳輸通道，滿足云化核心網(wǎng)演進(jìn)以及按需部署的需求。

b）差異化服務(wù)能力。5G時(shí)代將有3類典型的應(yīng)用：eMBB、uRLLC以及IoT，不同類型業(yè)務(wù)的特性和需求迥異，這都要求網(wǎng)絡(luò)能提供契合業(yè)務(wù)特征需求的網(wǎng)絡(luò)虛擬資源以及相應(yīng)的差異化服務(wù)能力。

c）低時(shí)延業(yè)務(wù)服務(wù)能力。未來，不管是固網(wǎng)還是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，其視頻流量將占50%以上，高體驗(yàn)的視頻將是5G的重要業(yè)務(wù)，其要求無卡頓、無花屏，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需滿足視頻的本地化需求。即將低時(shí)延的服務(wù)器資源部署在更接近最終用戶的地方，用戶可直接訪問與這些服務(wù)相關(guān)的應(yīng)用，無需將所有的流量都路由到高置集中部署的移動(dòng)核心網(wǎng)位置，盡可能減少長(zhǎng)距離傳輸數(shù)據(jù)所帶來的時(shí)延。

3.2 智能城域網(wǎng)承載5G方案

考慮上述的綜合需求，智能城域網(wǎng)承載5G方案建議如圖3所示。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用核心DC+邊緣DC的組網(wǎng)模式，不同DC之間通過P-spine進(jìn)行多DC互聯(lián)。單個(gè)DC中，Spine節(jié)點(diǎn)兼做網(wǎng)關(guān)border-leaf，固移業(yè)務(wù)及資源池組件都通過城域網(wǎng)邊緣各類Leaf節(jié)點(diǎn)進(jìn)行接入。

3.2.1 5G核心網(wǎng)側(cè)接入

5G核心網(wǎng)側(cè)接入：以雙上行方式上聯(lián)C-Leaf節(jié)點(diǎn)。

前期階段，可采用集中部署模式，5G-CP和5GUP所有組件處于核心DC資源池中。

后期，隨著5G的逐步云化，考慮5G UPF下沉，eMBB、MEC等低時(shí)延要求業(yè)務(wù)，建議服務(wù)器下沉到邊緣機(jī)房，實(shí)現(xiàn)本地化訪問；5G控制面流量以及業(yè)務(wù)需求較低的業(yè)務(wù)，如5G-C及mMTC，建議只在核心機(jī)房集中部署。

圖3 智能城域網(wǎng)5G承載方案

3.2.2 5G基站側(cè)接入

5G基站側(cè)接入：B-leaf為智能城域網(wǎng)業(yè)務(wù)接入的邊緣點(diǎn)。

a）對(duì)于新建基站，基站就近布放小型接入設(shè)備上聯(lián)B-leaf節(jié)點(diǎn)（B-leaf視地域及規(guī)模大小情況可以與Spine合設(shè)，或設(shè)置專門的設(shè)備作為接入5G業(yè)務(wù)的邊緣Leaf接入點(diǎn)），直接采用SR接入方式。

b）對(duì)于現(xiàn)有IPRAN 2.0基站，建議從接入環(huán)匯聚節(jié)點(diǎn)提供接入，EPE設(shè)備上聯(lián)Spine/B-leaf，進(jìn)行SR或者非SR接入。

3.2.3 智能城域網(wǎng)的5G業(yè)務(wù)部署

通過上述智能城域網(wǎng)邊緣Leaf節(jié)點(diǎn)接入，智能城域網(wǎng)可滿足5G業(yè)務(wù)的S1及Xn承載需求。對(duì)新建5G站點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)端到端的SR+EVPN部署與承載；對(duì)現(xiàn)有的IP RAN接入，可保持現(xiàn)有的接入環(huán)內(nèi)配置，僅在匯聚點(diǎn)EPE設(shè)備上實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的拼接，與智能城域網(wǎng)遠(yuǎn)端設(shè)備建立BGP L3 VPN連接，實(shí)現(xiàn)S1及Xn業(yè)務(wù)。

5G前期，5G核心網(wǎng)集中部署，業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)集中式訪問；后期，5G逐漸云化，隨著UPF下沉，逐步實(shí)現(xiàn)視頻、邊緣計(jì)算等業(yè)務(wù)本地化訪問，mMTC、5G控制面流量集中訪問。基于用戶或者業(yè)務(wù)視角，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)軟切片或硬切片，并結(jié)合SDN以及SR policy，為不同業(yè)務(wù)配置不同的資源，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的差異化承載以及業(yè)務(wù)優(yōu)化重新選路等功能。

4 青島智能城域網(wǎng)5G實(shí)施方案案例

青島聯(lián)通率先參與智能城域網(wǎng)試點(diǎn)，并進(jìn)行了異廠家之間的方案對(duì)接與實(shí)施。如圖4所示，智能城域網(wǎng)采用Spine-Leaf結(jié)構(gòu)。

a）Spine節(jié)點(diǎn)互聯(lián)各個(gè)Leaf節(jié)點(diǎn)，作為整個(gè)DC交換核心。

b）C-Leaf負(fù)責(zé)接入計(jì)算資源，如NFV化網(wǎng)元的X86服務(wù)器集群、控制器、物理網(wǎng)元設(shè)備等。

c）A-Leaf節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)連接用戶資源，如OLT等接入設(shè)備。

d）P-Leaf節(jié)點(diǎn)是Provider leaf，負(fù)責(zé)和網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備互聯(lián)，上行接入城域網(wǎng)CR、MCE等設(shè)備，下行接入移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備CSG。

接入設(shè)備CSG與智能城域網(wǎng)Spine和Leaf設(shè)備分別為不同廠家的設(shè)備。整體通過SR/EVPN技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)S1和Xn業(yè)務(wù)的傳輸，具體實(shí)施方案如圖5所示。

a）IGP協(xié)議使用ISIS SR，5G接入網(wǎng)絡(luò)與智能城域網(wǎng)分別為獨(dú)立的ISIS進(jìn)程。P-Leaf節(jié)點(diǎn)運(yùn)行多進(jìn)程，互聯(lián)鏈路劃分子接口分別屬于接入環(huán)IGP和智能城域網(wǎng)IGP。

b）業(yè)務(wù)層面，使用BGP EVPN宣告業(yè)務(wù)路由，網(wǎng)絡(luò)部署兩級(jí)RR，P-Leaf設(shè)備做二級(jí)RR，vRR路由器做一級(jí)RR，負(fù)責(zé)為本路由域client提供BGP路由反射。

圖4 青島智能城域網(wǎng)試點(diǎn)架構(gòu)

圖5 青島智能城域網(wǎng)5G對(duì)接方案

b）P-Leaf節(jié)點(diǎn)上設(shè)置Anycast網(wǎng)關(guān)，同時(shí)在接入和智能城域網(wǎng)IGP域廣播Anycast地址。

c）CSG與智能城域網(wǎng)遠(yuǎn)端路由器設(shè)備建立跨IGP域L3 VPN，P-Leaf向CSG路由器分發(fā)相應(yīng)VRF內(nèi)的缺省路由，CSG向P-Leaf發(fā)送VPNV4明細(xì)路由，CSG路由器之間分發(fā)VPNV4明細(xì)路由，從而實(shí)現(xiàn)同環(huán)X2就近轉(zhuǎn)發(fā)以及跨環(huán)S1/X2流量的轉(zhuǎn)發(fā)。

5 結(jié)束語

智能城域網(wǎng)總體架構(gòu)是云網(wǎng)一體化的承載網(wǎng)絡(luò)，基于智能城域網(wǎng)的5G承載多個(gè)試點(diǎn)正在進(jìn)行。智能城域網(wǎng)采用統(tǒng)一的SR+EVPN技術(shù)，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向更加靈活和智能的方向轉(zhuǎn)型，天然適應(yīng)5G業(yè)務(wù)的靈活性，是5G承載的研究方向。