基于5G業(yè)務(wù)承載的新型智能城域網(wǎng)重構(gòu)探討

朱成斌

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司武漢市分公司，湖北 武漢 430000）

0 引 言

現(xiàn)階段本地網(wǎng)層面各運(yùn)營商均存在多張網(wǎng)絡(luò)，如本地承載網(wǎng)、IPRAN回傳網(wǎng)、IP城域網(wǎng)，但隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展進(jìn)程的不斷推進(jìn)，傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)逐漸無法滿足社會大眾的網(wǎng)絡(luò)需求。為推進(jìn)業(yè)務(wù)創(chuàng)新，基于5G業(yè)務(wù)承載的新型智能城域網(wǎng)引起業(yè)界重視，相關(guān)理論研究和實(shí)踐探索也大量涌現(xiàn)[1]。本文簡要分析了新環(huán)境中城域網(wǎng)運(yùn)行5G業(yè)務(wù)面臨的承載問題，給出了支持5G業(yè)務(wù)高效運(yùn)行的新型城域網(wǎng)構(gòu)建方法，借助新型組網(wǎng)體系，加強(qiáng)城域網(wǎng)覆蓋能力，保證5G業(yè)務(wù)運(yùn)行順利。

1 現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)承載現(xiàn)狀及問題

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要分為：承載公眾用戶寬帶業(yè)務(wù)為主的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議地址（IP）城域網(wǎng)，采用高端路由器和交換機(jī)設(shè)備組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)多為樹型或口字型的扁平化架構(gòu)，以及綜合承載3G/4G移動回傳業(yè)務(wù)和政企專線的IP無線接入網(wǎng)（RAN）/分組傳送（PTN）網(wǎng)絡(luò)，采用IPRAN/PTN設(shè)備組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)多為環(huán)型或口字型架構(gòu)[2]。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

城域網(wǎng)運(yùn)行常見問題如下文所述。

（1）城域網(wǎng)內(nèi)部含有較多數(shù)量的層級與設(shè)備。如果對城域網(wǎng)承載容量進(jìn)行擴(kuò)建，所需網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、后期運(yùn)維各項(xiàng)成本較高，還會產(chǎn)生較高的系統(tǒng)能耗等問題。

（2）業(yè)務(wù)部署表現(xiàn)出流程繁瑣、耗時(shí)等特點(diǎn)。部署B(yǎng)GP、LDP等多類協(xié)議，在用戶開通對應(yīng)服務(wù)時(shí)，由人工登錄CLI接口完成協(xié)議配置，或者發(fā)出網(wǎng)管指令，比如信息回傳、網(wǎng)絡(luò)接入等各類指令。在協(xié)議加載、人工配置和指令傳送的過程中會形成較大時(shí)耗問題。

（3）設(shè)備跳數(shù)增加，轉(zhuǎn)發(fā)存在時(shí)延問題。比如在基站反饋主業(yè)務(wù)信息時(shí)，構(gòu)建區(qū)域與跨IP的組網(wǎng)，在建網(wǎng)時(shí)融合承載網(wǎng)，便于區(qū)域承載中心有效連接IPRAN，使設(shè)備跳數(shù)增加至6，延長網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)所用時(shí)間，形成多種故障問題。

（4）無法及時(shí)進(jìn)行DC類業(yè)務(wù)的通信升級。在5G業(yè)務(wù)發(fā)展背景下，最新城域網(wǎng)試點(diǎn)開始運(yùn)行，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)體系難以順應(yīng)DC業(yè)務(wù)的通信需求，無法進(jìn)行通信體系的自動升級。

2 5G及云時(shí)代對城域網(wǎng)絡(luò)的訴求

2.1 大視頻、多媒體業(yè)務(wù)對內(nèi)容源下沉的需求

以4K視頻為例，其用戶體驗(yàn)的KQI主要包括首次點(diǎn)播加載時(shí)間、快進(jìn)快退時(shí)間和卡頓率，而對于承載需求，帶寬是基礎(chǔ)，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和丟包也是影響用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵指標(biāo)。隨著視頻體驗(yàn)的不斷升級，對于內(nèi)容源下沉的需求開始凸顯，內(nèi)容源下沉后，命中下沉CDN數(shù)據(jù)流的業(yè)務(wù)可以直接在本地獲取視頻源，有效減少時(shí)延、抖動、丟包并提升初始加載速率、減少初始等待時(shí)間等，未命中下沉CDN回源數(shù)據(jù)繼續(xù)訪問傳統(tǒng)CDN[3]。本質(zhì)上，CDN下沉是用存儲換帶寬，隨著帶寬需求增大，下沉也能夠有效降低建網(wǎng)成本，是大視頻時(shí)代城域網(wǎng)投資、體驗(yàn)、效率之間博弈的必然選擇。

2.2 5G時(shí)代eMBB/uRLLC/mMTC業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的帶寬、時(shí)延等要求差異化巨大

以自動駕駛為代表的超低時(shí)延業(yè)務(wù)要求時(shí)延在毫秒級，以AR/VR為代表的超高帶寬業(yè)務(wù)帶寬需求可能在Gbps以上，傳統(tǒng)的核心網(wǎng)集中高置的方式無法滿足低時(shí)延業(yè)務(wù)需求，也會帶來傳輸帶寬的浪費(fèi)[4]。

2.3 靈活的端到端整網(wǎng)運(yùn)營不足引發(fā)SDN、CU分離的需求

這里分兩個(gè)部分：一部分源于BRAS，傳統(tǒng)BRAS煙囪狀建網(wǎng)，現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備形態(tài)、版本眾多，設(shè)備獨(dú)立配置，擴(kuò)容升級復(fù)雜。這種靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)，上線新業(yè)務(wù)周期長，無法支撐有創(chuàng)意和短收益的業(yè)務(wù)產(chǎn)品與定制化開發(fā)；同時(shí)，還會帶來用戶Session、IP地址等資源不均等問題，設(shè)備連接拓?fù)涔袒w利用率不高。另一部分來源于5GMEC的下沉，核心網(wǎng)云化下移給承載網(wǎng)帶來巨大的連接變化。在4G時(shí)代，基站到核心網(wǎng)的連接呈匯聚型，網(wǎng)絡(luò)的流量以S1流量為主，占流量的95%左右，所有的S1流量由成千上萬基站匯聚到部署在核心層的若干套核心網(wǎng)。而5G核心網(wǎng)下移以后，單個(gè)基站存在到不同核心網(wǎng)的流量，如自動駕駛業(yè)務(wù)在邊緣的MEC處理，視頻類等業(yè)務(wù)則在本地DC處終結(jié)等，而內(nèi)容備份、虛機(jī)遷移等需要，不同層級核心網(wǎng)之間也存在流量，導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的流量呈現(xiàn)MESH化。無論是BRAS的業(yè)務(wù)發(fā)展需要還是核心網(wǎng)下移帶來的東西向協(xié)同控制需求，均可以通過CU分離的方式予以解決，最終實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)控分離，控制面NFV化集中管理[5]。

2.4 網(wǎng)絡(luò)云化的需求

5G的基礎(chǔ)是云化，未來互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢也是云化。當(dāng)前數(shù)字化的應(yīng)用領(lǐng)域正從互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)向政府、金融零售、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、交通、物流、醫(yī)療健康等行業(yè)深入，未來3到5年數(shù)字化程度有望達(dá)到70%至80%。云化意味著網(wǎng)絡(luò)要具備開源、快速開通、靈活調(diào)度等能力。對于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上來說需要引入3點(diǎn)變化。

（1）需要在控制面引入NFV，將網(wǎng)絡(luò)能力虛擬化，實(shí)現(xiàn)架構(gòu)開源，將傳統(tǒng)煙囪式架構(gòu)橫向拉通，通過不同的NFV實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)的隔離。

（2）需要增加協(xié)同層，在SR+L3VPAN的基礎(chǔ)上通過增加SDN控制器將網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一協(xié)同納管，實(shí)現(xiàn)跨域自動協(xié)同、資源動態(tài)調(diào)整、最優(yōu)路徑調(diào)度、業(yè)務(wù)最速開通。

（3）云平臺引入，包括運(yùn)營商自己的電信云、業(yè)務(wù)云、合營云以及面向第三方的政務(wù)云、行業(yè)云。從位置上又可以根據(jù)業(yè)務(wù)設(shè)置骨干云、區(qū)域云、邊緣云，最后形成縱向逐級深入，橫向設(shè)置分布式DC將平臺能力集約化部署，實(shí)現(xiàn)云＋網(wǎng)＋應(yīng)用的總集成，形成運(yùn)營商新的競爭力。

3 新架構(gòu)下5G云網(wǎng)融合承載的可行性分析

對于5G云網(wǎng)融合來說，從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來看需要新增落地PE與省網(wǎng)/城域網(wǎng)自治域，省內(nèi)CMNet從純IP的架構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)型，變成VPN+IP綜合承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，增加的落地PE作為ASBR與集團(tuán)網(wǎng)PE對接，該方式對省內(nèi)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無影響，可以與固移融合后的新型城域網(wǎng)完美結(jié)合。從協(xié)同和控制角度看，云協(xié)同的核心是SDN控制器，需要在省網(wǎng)/城域網(wǎng)新增SDN控制器，使之能實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)自動開通、選路調(diào)優(yōu)、可視化等能力，這就要求承載設(shè)備具備基于SRV6-BE實(shí)現(xiàn)VPN業(yè)務(wù)快速自動開通的能力。SRV6通過IPV6協(xié)議擴(kuò)展SRH頭的方式，統(tǒng)一了SR、BGP tunnel和IPV6協(xié)議，可直接標(biāo)識L3和L2VPN，比MPLSSR更節(jié)省標(biāo)簽資源（N+AVSNA2），支持云網(wǎng)協(xié)同業(yè)務(wù)，極大簡化了協(xié)議和大規(guī)模路徑調(diào)優(yōu)的復(fù)雜性，是最適合云化加融合化新型城域網(wǎng)的協(xié)議技術(shù)。MER（多業(yè)務(wù)邊緣路由器）兼具PTN/IPRAN/BRAS/SR的能力，具備SRV6的能力，支持SDN管理和能力開發(fā)，可以兼容滿足云業(yè)務(wù)對快速開通的需求。因此，只要通過設(shè)置統(tǒng)一網(wǎng)管和控制器對全網(wǎng)MER/MCR設(shè)備進(jìn)行協(xié)同管理即可滿足云網(wǎng)融合承載的能力。此時(shí)新型城域網(wǎng)以DC為中心的建設(shè)理念進(jìn)一步促進(jìn)政務(wù)云、私有云下沉部署到邊緣DC內(nèi)，進(jìn)而圍繞著部署在外省資源中心的集團(tuán)公有云、省內(nèi)核心DC部署的合營云/自建公有云以及下沉后的私有云和政務(wù)云，形成分級能力中心，打造支撐用戶云業(yè)務(wù)快速上線的敏捷網(wǎng)絡(luò)。考慮云網(wǎng)融合需要增設(shè)一對ASBR設(shè)備和一套統(tǒng)一的SDN控制器，完善后組網(wǎng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 面向5G和云化的新型城域網(wǎng)理想架構(gòu)

4 構(gòu)建新型智能城域網(wǎng)，有效支持5G業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)方法

4.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

（1）集中承載。使用同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系，集中完成信息回傳、網(wǎng)絡(luò)連接、各類專線組網(wǎng)，從而形成整體的承載機(jī)制。

（2）優(yōu)化協(xié)議。融合SR-EVPN技術(shù)，規(guī)范調(diào)整路由協(xié)議，進(jìn)行標(biāo)簽配置，提升MPLS界面的優(yōu)化效果。

（3）互聯(lián)轉(zhuǎn)型。使用SDN、NFV各項(xiàng)技術(shù)，確保網(wǎng)絡(luò)資源處于集中調(diào)用狀態(tài)，在業(yè)務(wù)編排程序的輔助下，給予用戶自助操作便利條件，使城域網(wǎng)具備業(yè)務(wù)自助操作的功能。

4.2 組網(wǎng)方案

在重新構(gòu)建新型城域網(wǎng)時(shí)，設(shè)定中心組網(wǎng)功能為DC，使用Spineleaf網(wǎng)絡(luò)體系，積極發(fā)揮SR+EVPN技術(shù)功能，使網(wǎng)絡(luò)協(xié)議獲得優(yōu)化。圍繞SDN構(gòu)建的調(diào)控設(shè)備，能夠有效進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)信息的分離處理，給予網(wǎng)絡(luò)合理定義。

（1）組網(wǎng)框架。組網(wǎng)體系與DC架構(gòu)具有相似性，本地網(wǎng)絡(luò)的整體框架可視為一組AS，IGP位于AS框架時(shí)，可使用配置方案為“IS-IS”。與此同時(shí)，啟動segment協(xié)議，使MPLS層中承載的各類協(xié)議獲得簡化處理，以設(shè)備為中心進(jìn)行設(shè)備調(diào)控、信息轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，從而進(jìn)行業(yè)務(wù)分離。在區(qū)域網(wǎng)體系中，給出SDN控制程序的部署，便于網(wǎng)絡(luò)框架中各類設(shè)備處于智能管理狀態(tài)，結(jié)合業(yè)務(wù)的信息需求、設(shè)備情況，智能轉(zhuǎn)發(fā)流量。

（2）業(yè)務(wù)承載。在網(wǎng)絡(luò)體系中各類業(yè)務(wù)接入時(shí)，統(tǒng)一使用Leaf節(jié)點(diǎn)，接入的業(yè)務(wù)類型包括信息回傳和專線組網(wǎng)等。5G業(yè)務(wù)在進(jìn)行接入時(shí)，一般采取端與端的連接方式，確保基站、DC平臺之間信息的互通效果。

（3）流量模型。回傳業(yè)務(wù)信息時(shí)，在Leaf節(jié)點(diǎn)的輔助下，5G業(yè)務(wù)能夠順利接入網(wǎng)絡(luò)，啟用L3EVPN協(xié)議，完成無線業(yè)務(wù)辦理。在業(yè)務(wù)封裝后，將其回傳至DC云存儲空間，使網(wǎng)絡(luò)平臺與核心通信模塊形成順暢的信息交互體系。

（4）業(yè)務(wù)添加。結(jié)合城域網(wǎng)各類主流產(chǎn)品的使用情況進(jìn)行業(yè)務(wù)添加、位置設(shè)定，形成區(qū)域內(nèi)功能完善、運(yùn)行高效的業(yè)務(wù)模板。在設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)時(shí)，可連接BSS訂單處理平臺的對應(yīng)接口，確保業(yè)務(wù)訂單信息的互通順利。

（5）云網(wǎng)協(xié)同。結(jié)合能力開放需求，在組網(wǎng)中增加業(yè)務(wù)自助操作服務(wù)，提升網(wǎng)絡(luò)便民性。在平臺中，可申請各類智能云服務(wù)，比如主機(jī)、硬盤和網(wǎng)絡(luò)地址等，組網(wǎng)一側(cè)接口在連接時(shí)，確保平臺信息開放性，組網(wǎng)另一側(cè)接口，使用CLI形式，進(jìn)行設(shè)備連接與調(diào)控，構(gòu)建以SDN技術(shù)為主體的云網(wǎng)協(xié)同體系，協(xié)同項(xiàng)目包括資料存儲、資源交互等。

（6）運(yùn)營建議。為較好地服務(wù)于新型智能城域網(wǎng)重構(gòu)，相應(yīng)運(yùn)營工作也需要針對性優(yōu)化，具體優(yōu)化需關(guān)注運(yùn)維人員的轉(zhuǎn)型。這種轉(zhuǎn)型需依托技術(shù)開展能力儲備與技術(shù)培訓(xùn)，應(yīng)涉及云平臺技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)、服務(wù)化應(yīng)用等，同時(shí)開展網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)能力培訓(xùn)，為新型智能城域網(wǎng)的建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

此外，還應(yīng)使運(yùn)維人員參與到新型智能城域網(wǎng)建設(shè)的全過程中，如規(guī)劃、建設(shè)、測試等，以此保證業(yè)務(wù)探討的深入開展，保障網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)計(jì)劃制定的合理性，更好地完成政企、5G業(yè)務(wù)落地承載規(guī)劃。

5 結(jié) 論

綜上所述，運(yùn)營商正面臨云戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，如無法走出傳統(tǒng)服務(wù)思維，將失去管道話語權(quán)。在城域網(wǎng)重構(gòu)時(shí)，初期以5G業(yè)務(wù)順暢運(yùn)行為構(gòu)建方向，給予用戶優(yōu)質(zhì)的用網(wǎng)服務(wù)，中期加強(qiáng)業(yè)務(wù)安全監(jiān)管，后期拓展城域網(wǎng)覆蓋面積，加強(qiáng)各類業(yè)務(wù)運(yùn)行，從而形成網(wǎng)絡(luò)一體化承載機(jī)制。