城域網(wǎng)建設中的常見技術

李 亭

（河南省通信建設監(jiān)理有限公司，河南 鄭州 450008）

0 引 言

城域網(wǎng)是一種覆蓋范圍介于廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)之間，能夠同時連接多個局域網(wǎng)，支持語音、視頻及數(shù)據(jù)綜合業(yè)務，并且實現(xiàn)高寬帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通信網(wǎng)絡?，F(xiàn)階段城域網(wǎng)上智慧家庭、政企專線、VPN等業(yè)務的承載量不斷提升，對城域網(wǎng)建設提出了更高要求。因此，如何有效推進城域網(wǎng)建設成為當前亟待解決的問題。

1 城域網(wǎng)的基本概念與關鍵技術分析

1.1 城域網(wǎng)

1.1.1 基本概念

城域網(wǎng)是覆蓋在50～100 km城市范圍內(nèi)，光纖傳輸速率在45～150 Mb/s，支持語音、視頻、圖形及數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務，實現(xiàn)高寬帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通信網(wǎng)絡。

1.1.2 邏輯結構

城域網(wǎng)的邏輯結構大體包含3個層級。一是核心層，能夠同時與多個匯聚層連接、轉發(fā)數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)傳輸提供網(wǎng)絡環(huán)境，并實現(xiàn)與主干網(wǎng)的連接，具有開放性、可擴展性特點；二是匯聚層，用于匯聚用戶流量，并實現(xiàn)對接入層數(shù)據(jù)的匯聚、交換與轉發(fā)；三是接入層，通常與終端用戶相連，能夠為用戶提供收發(fā)數(shù)據(jù)、瀏覽網(wǎng)絡信息等服務功能，滿足用戶的業(yè)務需求。

1.2 城域網(wǎng)建設中的關鍵技術

1.2.1 多業(yè)務傳送節(jié)點技術（MSTP）

MSTP技術以同步數(shù)字體系為基礎，針對SDH設備進行改造，基于SDH幀格式完成多種協(xié)議的接入、匯聚與傳輸。它的業(yè)務接口的設計可滿足圖像、以太網(wǎng)、ATM等多種業(yè)務系統(tǒng)的接入需求，提供虛級聯(lián)處理、連續(xù)級聯(lián)等交叉連接功能，并依據(jù)業(yè)務需求的變化進行接口模塊的調(diào)整與替換，依托匹配的寬帶鏈路，在以太網(wǎng)、ATM業(yè)務系統(tǒng)間建立交換、傳輸通道，滿足數(shù)據(jù)交換與傳輸需求。同時，MSTP技術可提供統(tǒng)計復用、流量控制、匯聚等功能，依托一定的保護機制實現(xiàn)靈活組網(wǎng)，更好地實現(xiàn)智能化網(wǎng)絡管理，具備良好的可操作性與兼容性。

1.2.2 波分復用技術（WDM）

（1）CWDM技術。該技術將系統(tǒng)的波長間隔控制在10～20 nm，可提供4波、8波，波長數(shù)量控制在16波之內(nèi)，應用于城域網(wǎng)建設中能夠最大限度提升光纖基礎設施的應用性能，有效節(jié)約建設成本。同時，CWDM技術在SDH接口上設置了ATM over SDH網(wǎng)路與IP/Ethernet over SDH網(wǎng)路形式，可有效滿足多種業(yè)務需求，并且依托光纖直連接口為路由器與ATM交換機的運行創(chuàng)設保障，有效達成ATM over Optical、IP/Ethernet over Optical的效果。

（2）OADM技術。該技術基于開放式系統(tǒng)結構，由波長轉換器、合波器、分波器等單元組成系統(tǒng)結構，涵蓋串行、并行以及串并行結合3種結構方式。其中，串行結構基于節(jié)點進行上下路波長的處理，串并行結合結構在子波帶濾波、合波器處理后進行直通。將OADM環(huán)網(wǎng)結構應用于城域網(wǎng)建設，通常其環(huán)長不超過100 km。每個OADM環(huán)網(wǎng)上包含4～6個節(jié)點，需參考節(jié)點總數(shù)、各節(jié)點的上下波長數(shù)目、環(huán)網(wǎng)保護以及系統(tǒng)中光通路數(shù)量等信息完成具體參數(shù)的設計，并完成城域網(wǎng)承載業(yè)務類型的規(guī)劃設計[1]。

1.2.3 無源光網(wǎng)絡技術（GPON）

GPON技術采用單光纖接入方式，具有高帶寬、高傳輸速率、覆蓋范圍廣以及接口數(shù)量多等特點，適用于接入網(wǎng)業(yè)務改造。將GPON技術應用于城域網(wǎng)建設，能夠有效提升資金利用率，節(jié)約成本投入，滿足多種寬帶業(yè)務的發(fā)展需求。

1.2.4 IP+光組網(wǎng)技術

IP+光網(wǎng)絡技術可提供全光網(wǎng)絡解決方案，提供開放SDN接口，支持智能網(wǎng)絡控制器與APP應用的部署需求，圍繞核心節(jié)點、網(wǎng)絡匯聚節(jié)點與接入層實現(xiàn)統(tǒng)一部署，并且提供IAAS/NAAS全功能虛擬網(wǎng)絡，實現(xiàn)城域網(wǎng)的開放性、智能化建設，有效適應智慧城市建設模式下的海量數(shù)據(jù)承載與傳輸需求[2]。

1.2.5 其他新技術

（1）軟件定義網(wǎng)絡（SDN）。該技術將控制、轉發(fā)進行分離，利用開放性接口進行網(wǎng)絡抽象處理，借助軟件編程實現(xiàn)對網(wǎng)絡的控制，實現(xiàn)網(wǎng)絡云化目標，提供包括“最后一公里接入”“多云接入”等服務功能。

（2）網(wǎng)絡功能虛擬化（NFV）。該技術致力于解除硬件設備與軟件程序間的耦合關系，基于虛擬化技術設置通用網(wǎng)元，減少物理設備數(shù)量，提高設備利用率，更加靈活地調(diào)整系統(tǒng)結構，以滿足業(yè)務需求。

（3）云計算技術?；谫Y源共享理念實現(xiàn)硬件設備的通用化設計，有效擴展網(wǎng)絡，節(jié)約運營成本。例如，“天翼云3.0”“大云4.0”等產(chǎn)品現(xiàn)已基本實現(xiàn)規(guī)模化部署。

2 城域網(wǎng)建設中常見技術的具體應用探討

2.1 基于移動數(shù)據(jù)的城域數(shù)據(jù)網(wǎng)建設

城域數(shù)據(jù)網(wǎng)是CMNET骨干網(wǎng)、省網(wǎng)在城域范圍內(nèi)的延伸，向下可與寬帶接入網(wǎng)、城域傳送網(wǎng)建立連接關系，接入用戶終端，并實現(xiàn)組網(wǎng)的傳輸承載。以中國移動公司的城域數(shù)據(jù)網(wǎng)為例，它承載的業(yè)務類型主要包含以下3種：互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務，包括寬帶、WLAN以及IDC等接入業(yè)務；虛擬專線業(yè)務，主要面向政企等客戶群體，為其提供虛擬專線互聯(lián)業(yè)務，強化業(yè)務的安全保密性；語音、多媒體接入業(yè)務，涵蓋VoIP、IPTV以及多媒體會議等。

在城域數(shù)據(jù)網(wǎng)的組網(wǎng)結構設計上，城域數(shù)據(jù)網(wǎng)主要分為核心層、業(yè)務接入控制層和匯聚層3個層級。其中，核心層由核心路由器組成，可與省網(wǎng)匯接路由器實現(xiàn)直接連接；業(yè)務接入控制層由BRAS、SR以及BEAS/SR設備組成，設備布設在核心節(jié)點機房內(nèi)，實現(xiàn)對用戶的接入認證控制、QoS策略控制以及計費統(tǒng)計等，滿足業(yè)務承載需求，提高設備利用率；匯聚層由多個以太匯聚交換機組成，主要將交換機布設在OLT所處機房中。為解決以太網(wǎng)廣播泛濫問題，需加強對級數(shù)的調(diào)節(jié)，將匯聚交換機、接入交換機級數(shù)控制在兩級以內(nèi)，且交換機數(shù)量不小于BRAS、SR設備數(shù)量，借此削弱單點設備故障的影響，保障設備運行的可靠性。在城域數(shù)據(jù)網(wǎng)與PON設備的連接標準設計上，應選用WDM技術進行不同機房的連接。在符合雙上聯(lián)條件的情況下，應將OLT雙上聯(lián)至成對匯聚交換機處[3]。

2.2 基于新技術的IP城域網(wǎng)建設

2.2.1 IP城域網(wǎng)演進目標

首先，從智慧家庭業(yè)務入手，確保IP城域網(wǎng)能夠滿足多種業(yè)務的獨立部署需求，基于SDN技術進行網(wǎng)絡處理，利用NFV技術布設虛擬網(wǎng)元，借此有效減少網(wǎng)絡設備數(shù)量，提高設備利用率；其次，從政企專線業(yè)務入手，基于云技術在現(xiàn)有云資源池的基礎上，利用DC作為核心組網(wǎng)，借此滿足專線業(yè)務的高速率、便捷性開通需求；最后，從VR、8K等業(yè)務入手，需針對CDN流量進行逐步下沉，實現(xiàn)合理分流，有效滿足大帶寬業(yè)務的接入需求。

2.2.2 IP城域網(wǎng)建設策略

（1）依照分階段原則進行網(wǎng)絡演進策略的設計，在現(xiàn)有網(wǎng)絡設備的基礎上，針對虛擬、專用與通用網(wǎng)元進行協(xié)調(diào)整合，綜合考慮不同業(yè)務場景的應用需求，適當增加虛擬網(wǎng)元與通用網(wǎng)元的比重，借此節(jié)約城域網(wǎng)建設成本，提升應用效益。

（2）由于當前城域網(wǎng)利用MSE承載業(yè)務、單臺設備的用戶數(shù)量與會話規(guī)模較大，為降低設備運行風險，可在保持MSE所在局點位置不變的基礎上，選用vBRAS承載ITMS、VoIP、VPDN等小流量、大并發(fā)業(yè)務，并將其虛擬網(wǎng)元部署在邊緣DC，仍由MSE承載PPPoE類大流量、大并發(fā)的上網(wǎng)業(yè)務[4]。

（3）考慮到SD-WAN網(wǎng)絡覆蓋范圍持續(xù)擴大和現(xiàn)有專用SR設備在擴容上存在的局限性，應逐步將專線業(yè)務從SR設備遷移至MSE上，或建立包含虛擬局域網(wǎng)功能的專用ASBR設備，為大二層網(wǎng)絡的建構與業(yè)務需求的滿足創(chuàng)設充足空間。

（4）當前互動電視業(yè)務已在市場上得到逐步推廣，考慮到未來VR、8K等大流量業(yè)務的接入需求，應注重將互動電視業(yè)務部署在邊緣DC處，配合邏輯下沉實現(xiàn)對CDN的優(yōu)化，起到良好的分流效果。

（5）將網(wǎng)絡控制器運用在城域網(wǎng)多鏈路間的流量調(diào)度中，依據(jù)不同業(yè)務的流量需求進行流量調(diào)度與智能分配，實現(xiàn)對鏈路的充分利用，并注重將Overlay網(wǎng)絡逐步應用于業(yè)務部署場景，提升設備轉發(fā)能力。

2.3 基于GPON技術的智慧家庭建設

考慮到智能小區(qū)的寬帶接入需求，應利用GPON技術為小區(qū)寬帶接入與智慧家庭建設提供支持。將GPON技術應用于智能小區(qū)建設中，首先針對現(xiàn)有小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)進行優(yōu)化，基于智能網(wǎng)絡設計小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)以及安防系統(tǒng)，為小區(qū)內(nèi)居民日常生活與出行提供技術服務。其次，應開通VLAN系統(tǒng)，為小區(qū)寬帶接入創(chuàng)設條件。最后，應針對小區(qū)范圍內(nèi)的智能網(wǎng)絡結構進行優(yōu)化設計，為小區(qū)內(nèi)的網(wǎng)絡電視、家庭寬帶等創(chuàng)設基礎保障，促使網(wǎng)絡與服務器實現(xiàn)良好結合[5]。

GPON技術具有高帶寬、傳輸速率快、下行線路速率大等特點，可利用加密算法實現(xiàn)對網(wǎng)絡的嚴格管控，支持多種不同業(yè)務需求，并且易于維護管理，可實現(xiàn)全套FCAPS。將該技術應用于智能社區(qū)的網(wǎng)絡接入業(yè)務，與智慧家庭建設相融合，可利用網(wǎng)絡與信息技術手段實現(xiàn)對家庭智能設備的遠程控制和自動化控制，結合物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術保障家庭居住環(huán)境的安全性，迎合用戶日常生活需要實現(xiàn)對智能設備的自動調(diào)控，更好地建立不同智能設備、系統(tǒng)間的良好交互關系，為智慧家庭、智能城市建設提供有力的技術支持。

2.4 基于VMware虛擬化技術部署城域網(wǎng)

2.4.1 前期部署

在虛擬化平臺建設前，需針對現(xiàn)有IP城域網(wǎng)中運營的業(yè)務系統(tǒng)及應用進行整合評估，統(tǒng)計內(nèi)容包括投入使用年限超過6年、故障高頻發(fā)生、運維成本消耗較大的物理服務器，系統(tǒng)并發(fā)數(shù)低、服務器資源閑置率較高的系統(tǒng)，因突發(fā)性高并發(fā)量致使業(yè)務中斷、硬件性能無法滿足承載需求的服務器，以及部分供臨時性測試使用的業(yè)務系統(tǒng)。在完成服務器虛擬化整合統(tǒng)計的基礎上，需針對現(xiàn)有服務器、存儲系統(tǒng)、I/O卡設備等硬件資源的性能進行綜合評估。其中，在處理器評估上，應盡量選取運行速率快、支持更大高速緩存的處理器，保障滿足VMware平臺搭建后的虛擬系統(tǒng)兼容性需求；在內(nèi)存設備評估上，針對各主機均需配置256 GB內(nèi)存，為主機功能的實現(xiàn)與虛擬機聯(lián)合運行創(chuàng)設良好環(huán)境；在網(wǎng)卡評估上，配置8個千兆網(wǎng)卡與4個FC HBA卡，用于提高虛擬機的吞吐量；在存儲設備評估上，配備2臺雙冗余控制器、4塊SAS硬盤與16個主機接口。

2.4.2 虛擬化平臺搭建

在完成硬件資源評估與優(yōu)化配置的基礎上，針對VMware平臺進行組網(wǎng)規(guī)劃，基于VMware ESXi6.0操作系統(tǒng)進行業(yè)務處理，結合城域網(wǎng)承載的具體業(yè)務類型分別搭建IP城域網(wǎng)、業(yè)務測試以及集團業(yè)務3種集群，并在后臺完成AD域控/DNS服務器、Server服務器以及SQL數(shù)據(jù)庫的部署，完成虛擬化平臺拓撲結構的設計。在網(wǎng)絡虛擬化部署上，在各服務器上均設有8個千兆網(wǎng)口，用于連接服務器與上游交換機，將主機上的不同網(wǎng)絡流量進行隔離處理，各采用2塊網(wǎng)卡進行網(wǎng)絡、虛擬機、FT的管理，并且依托分布式交換機建立數(shù)據(jù)資源及業(yè)務的共享機制。在存儲虛擬化部署上，利用FC SAN的存儲模塊連接各服務器，基于2臺存儲與2塊FC HBA卡滿足存儲冗余性需求。

2.4.3 部署效果分析

通過將規(guī)劃設計后的VMware虛擬化平臺應用于實際城域網(wǎng)建設，觀察其運行效果可以發(fā)現(xiàn)如下內(nèi)容。首先，該虛擬化平臺可實現(xiàn)對各類硬件設備資源的整合，完成資源池的建構，并且基于虛擬軟件特性為虛擬機分配資源，促使服務器資源的閑置率大幅下降。其次，基于虛擬化平臺中vMotion與FT等特性，可在故障發(fā)生時實現(xiàn)零宕機時間與零數(shù)據(jù)損失，為業(yè)務的安全可靠運行提供技術支持。再次，滿足新業(yè)務的部署需求，可在5～10 min內(nèi)完成新服務器的部署，促使部署進度顯著加快。最后，在運維管理層面，采用虛擬化平臺可有效節(jié)約以往生產(chǎn)、開發(fā)測試的時長，降低系統(tǒng)運維成本，提高經(jīng)濟效益。

3 結 論

2016年7月《中國電信CTNet2025網(wǎng)絡架構白皮書》的發(fā)布開啟了網(wǎng)絡重構進程，致力于克服傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構下存在的缺陷，提升智能化網(wǎng)絡的開放性和便捷化水平。城域網(wǎng)是當前城市建設中承擔多項業(yè)務功能的綜合承載網(wǎng)，需引入SDN、NFV、云計算以及GPON等關鍵技術來推動城域網(wǎng)建設，從而達到網(wǎng)絡重構的目標。