STN向城域云網演進淺析

馬培勇，楊廣銘，吳偉

（1.中國電信股份有限公司研究院，廣東 廣州 510630）2.中國電信股份有限公司，北京 100033）

0 引言

隨著數字經濟的迅猛發展，企業在云端部署信息系統已經成為了一種趨勢，企業對網絡的需求也在不斷變化，單純的大帶寬、低時延網絡已經不能滿足企業的“多系統、多場景、多業務”上云要求，促使云網融合成為一種必然趨勢。對于運營商而言，業務需求與技術創新驅動云和網高度協同融合，網絡基礎設施需要更好地適應云服務應用的需求，要求網絡可根據各類云服務需求按需開放網絡能力，實現與云的敏捷打通、按需互聯，并體現出智能化、自服務、高速、靈活等特性。

當前中國電信城域內的承載網包括移動承載網STN和IP城域網，STN和IP城域網網絡都采用三層架構（核心、匯聚、接入），每個層面的設備部署位置也逐漸趨同，這為城域內承載網的融合提供了有利條件。因此，本文主要研究如何基于現有的STN和IP城域網，以STN承載網為主，對承載網絡進行重構與優化，實現多業務融合承載，構建一張云網融合的城域云網。

1 STN架構和能力分析

SA階段的5G核心網實現了云化架構并分散部署，中國電信5G承載網STN已初步具備云網融合特征，并可進一步向城域云網演進，因此，首先需要對STN網絡架構及能力進行分析。STN（Smart Transport Network，智能傳送網）是中國電信為滿足5G承載需求，在IPRAN的基礎上引入大容量STN設備和SRv6/Flex-E等新技術構建的承載網，其定位為實現3G/4G/5G等移動回傳業務、政企以太專線、云專線等多業務的融合承載網絡。

如圖1所示，STN網絡以本地網為單位組網，城域內分成核心ER、匯聚B、接入A三層。STN具備與第三方網管/控制器對接、網絡能力抽象和開放能力；支持IPv6、EVPN、FlexE、SRv6、性能檢測等能力；支持網絡切片，具備業務快速開通、SLA質量保障、自動化管理和配置等智能化能力，滿足5G業務大帶寬、低延時、安全可靠的差異化承載需求，已具備固移融合承載網雛形。STN網絡已實現以省為單位的海量設備集約化維護管理，運維體系具備集中管控能力，具備通過平滑升級以支持SDN控制器和智能排障的能力[1-2]。

圖1 中國電信STN網絡架構

當前的STN網絡已經具備如下幾個方面的網絡能力：

（1）具備大容量、低時延、高安全可信、高可靠性和低成本等特性，滿足5G 2C和2B業務的承載需求；

（2）ER和B設備間鏈路可敏捷地擴展成雙上聯，具備演進到spine-leaf架構的能力；

（3）網絡架構易于擴展，可敏捷地進行橫向設備擴展。

從上述論述分析可以得出，STN網絡具備大容量、低時延、高安全可信、高可靠性和低成本等特性，滿足多業務承載需求，具備演進到spine-leaf架構的能力，同時支持IPv6、EVPN、FlexE、SRv6等新技術，具備演進到城域云網的能力[3-4]。

2 城域云網需求分析

2.1 云網業務對網絡的需求

中國電信云網基礎場景如圖2所示，在城域內提供多種政企業務上云（如天翼云、三方云、多云接入）的能力，同時，通過城域內網絡與骨干網絡的協同，提供天翼云與天翼云、私有云與天翼云、天翼云與三方云的云間高速互聯業務。

圖2 云網基礎場景總體圖

無論2B行業業務，還是2C/2H的業務，未來都可能會帶來端-云、端-邊（邊緣云）、邊-邊、云-邊等通信需求。但由于2B行業和2C/2H業務的差異化較大，對網絡的SLA保障和安全要求差異化也較大，需要云網具備差異化SLA和安全保障的能力，云網需要按需開啟網絡切片能力才能更好地承載垂直行業類的業務[5-6]。

總體來看，政企上云、多云接入、云間互聯業務對承載網的需求主要聚焦在承載網端到端業務敏捷性開通、政企上云業務與2C業務切片隔離、確保專線帶寬和安全保障、SLA保障、檢測和可視化等方面，這些特征也是相比OTT的競爭優勢。

2.2 城域云網的定義

中國電信根據云網融合的發展趨勢及對網絡的需求，率先在業界提出了城域云網的概念，城域云網是云網融合的城域網，是云網業務的入口，是云網業務發展的主戰場，是推進云網融合的關鍵和抓手，是中國電信著力打造的云網融合下一代城域網基礎設施，是未來業務發展和核心競爭力的基石。

城域云網架構的核心思想是推動業務及網元云化部署，并構建云網融合的統一承載網絡，采用控制與轉發分離架構，實現對固移業務、政企組網專線、上云專線和多云接入、云間高速互聯等業務的統一承載。城域云網由Spine和Leaf設備、云資源、云網運營系統組成。

Spine為城域云網的核心節點，用于提供高速轉發功能，通過高速接口匯聚各類Leaf節點，并上聯移動和固定核心網、骨干網[7]。

Leaf為城域云網邊緣節點，包括業務匯聚和云資源接入兩大功能。其中業務匯聚功能指通過OLT、移動承載A設備等接入的家寬、政企客戶、移動等各類業務，經Leaf設備匯聚后接入Spine節點；同時，Leaf設備作為云資源池網關設備，還負責各類云資源的接入[7]。

云資源包括移動核心網、固網核心網、天翼云、三方云，以及各種不同場景下靈活部署的邊緣云。

云網運營系統，通過統一的框架來管理云網數據采集、服務控制和業務端到端編排，實現云網一體化管理。

2.3 城域云網的優點

城域云網要求滿足以下特征：

（1）統一的城域云網架構承載固定寬帶、無線寬帶、政企專線、政企上云、多云訪問、云間互聯、電信云（5GC/UPF/MEC/vBAS等）、物聯網云、內部IT云等云網融合業務。

（2）保障用戶固定和無線接入體驗一致性，滿足未來個人用戶和政企、垂直行業、物聯網業務的海量連接及高體驗需求。

（3）基于Spine-Leaf架構靈活擴展，以“樂高積木式”模塊化組網，提升網絡的擴展性、可靠性，提升網絡自動化和智能化能力。

（4）匹配產業發展，分享技術發展紅利，減低建網成本，提升運營效率。

城域云網采用了“網業分離”的架構，相比傳統的網絡，需具備以下幾方面的優勢：

（1）固移業務的控制面與轉發面分離，城域云網Spine和Leaf節點僅僅提供業務傳送的快速管道，不進行業務處理，可形象地視作業務連接提供了“超高速公路”，通過采用大容量、高密度的設備，借助SRv6天然優勢，實現業務快速敏捷建立連接，路徑優化和流量調度。業務平臺資源（UPF/MEC、vBAS、vCDN）分布式部署，有利于實現業務扁平化、本地化，滿足高價值的5G及視頻業務需求。

（2）引入SRv6+FlexE新技術，滿足垂直行業2B業務靈活定制入云需求，統一承載政企專線、云專線/云專網/多云接入、云間高速互聯等業務，SRv6對原有的網絡協議進行簡化，避免了原有網絡多段拼接、跨域配置的復雜性，業務部署和開通更加方便?；贔lexE切片實現2C和2B業務的安全隔離和差異化承載。

（3）統一的固移融合承載網絡，可保障固移融合業務體驗一致性，并降低網絡建設投資和運營成本。

2.4 城域云網能力需求

Spine-Leaf架構是城域云網的核心組成部分，是城域云網的骨架。如表1所示，通過對Spine和Leaf節點能力需求進行梳理，可以看出現網STN設備功能方面已經全面滿足城域云網需求，性能方面也可以滿足絕大部分需求，通過軟件升級或采用新設備則可以完全滿足性能需求。

表1 城域云網能力需求與STN能力對比

因此，可以參考STN網絡架構和STN設備進行城域云網建設。城域云網的網絡部分建設模式有兩種，第一種模式是完全新建一張基于Spine-Leaf架構的新型承載網絡，并將移動和固網業務逐步割接到新網絡上；第二種模式是基于現有STN升級改造為Spine-Leaf架構，將固網業務逐步割接到新網絡上。通過對城域云網的需求和STN能力分析，建議選擇第二種模式，即在STN的基礎上構建城域云網，既可以充分利用現有設備、節省成本投入，又可以縮短建設周期、以最快速度提供城域云網服務能力。

3 城域云網演進路線及目標

3.1 STN演進到城域云網的路線

基于現網STN進行城域云網演進可最大程度地在滿足5G業務規模發展和網絡初期演進新舊設備之間的平衡，可讓中國電信在不影響業務發展的同時，以最小代價實現云網融合的革命性變革。STN向城域云網演進可分兩步進行，如圖3所示。

圖3 STN至城域云網演進路線

近期STN可通過鏈路調整，敏捷平滑演進到Spine-Leaf架構；通過FlexE硬切片技術，為關鍵2B業務提供充分可靠的保障；可選擇引入SDN控制器、NETCONF/YANG、EVPN和SRv6等技術實現網絡智能管控和能力開放。

中遠期，按需部署vBAS-C和vBAS-U，可將新的家寬業務接入融合承載網。在Leaf上部署L2 EVPN，用于OLT與vBAS互通，確?；ヂ摼W流量與5G等高價值業務流量的安全隔離；STN以VPN方式引入公網路由，確保不會受到各種路由異常攻擊。

3.2 城域云網的目標架構

基于STN演進的城域云網目標架構如圖4所示，城域云網發展目標是以云為中心進行組網，5GC、UPF/MEC、vBAS等均在DC內云化部署，滿足5G及家寬業務承載需求。城域云網具備全業務承載和差異化保障能力，具備為政企和5G專線業務按需提供端到端的軟切片/硬切片保障能力，以及下沉到邊緣DC的MEC/vCDN進行流量本地化終結能力。云網運營系統具備海量設備集中管控、性能/告警采集、網絡資源抽象/開放、網絡切片管理、集中路徑計算下發和智能故障檢測排除等能力。

圖4 城域云網目標架構

總體來看，城域云網目標架構的主要能力包含：

（1）融合：以城域為單位，面向固移融合、云網一體化業務統一承載，可保障固移業務體驗一致性，并降低網絡建設投資和運營成本。

（2）敏捷：基于Spine-Leaf架構，采用模塊化、標準化的組件方式構建，靈活匹配不同規模的城域網絡和業務需求，實現網絡彈性擴展、業務快速提供；基于新一代云網運營系統，實現自動化開通和動態調整。

（3）簡潔：設備功能簡化，按需擴展；承載協議簡化，采用SRv6/EVPN協議提供所有業務的統一承載。

（4）云化：固定和移動業務控制面云化、轉發面池化，標準化對接城域各級云資源池，實現入云、云間業務敏捷接入和快速提供。

（5）智能：部署SDN控制器，支持靈活選路和流量調度，支持業務可視、智能運維。

（6）安全：按業務類型設置接入設備，提供VPN和FlexE硬切片級安全隔離，業務間無干擾。

3.3 城域云網的業務方案

城域云網是構建云網融合的統一承載網絡，能夠對固移業務、政企組網專線、上云專線和多云接入、云間高速互聯等業務的統一承載，然而不同種類的業務承載方式不太一樣，需采用不同的承載方案或技術加以隔離。

（1）5G業務云網方案

5G業務包括三大場景：增強的移動寬帶業務（eMBB）、超高可靠低時延業務（uRLLC）、海量機器通信（mMTC）。其中eMBB一般為5G個人用戶，主要需求為大帶寬，通過2C硬切片實現業務從基站-承載網-163的端到端承載，可將全網鏈路70%～80%的容量劃分為2C硬切片，以保障eMBB大帶寬需求。uRLLC和mMTC都屬于政企客戶，采用2B硬切片承載保障其高可靠性。uRLLC的低時延采用邊緣計算MEC下移靠近用戶的方式實現，城域云網在2B硬切片中將uRLLC業務從基站以最短路徑接入MEC。mMTC主要是海量的機器終端，對時延要求一般不高，其計算、存儲等服務一般位于省或地市的核心DC云資源池，mMTC業務以2B切片，通過基站-承載網接入mMTC云服務。

因此，針對5G業務云網方案如圖5所示，在城域云網設置專用的多云接入網關，負責接入各類云資源和CN2，多云接入網關通過CN2來實現跨省流量互通。

圖5 5G業務云網方案

轉發層面：通過部署基于FlexE的網絡切片，在一張網絡上分別承載2C和2B業務，同時為2B垂直行業及多云接入產品提供高質量承載、為2C個人業務提供高效率承載的服務。

協議層面：部署新一代IP技術SRv6協議，統一傳統的復雜網絡協議，實現網絡協議簡化，打通端、管、云，實現應用級的SLA保障。實現一點接入、一跳入云、極速開通（跨域）、云網協同，打造云網一體服務能力優勢，為行業客戶提供云專線、云專網、多云接入、云間互聯等產品最佳體驗。

（2）家寬業務方案

近年來，家寬業務面臨AR/VR等新業務的大帶寬、流量模型本地化的沖擊，傳統承載方案面臨如下3個關鍵問題：

1）網業不分離，設備需同時承擔業務控制和轉發功能；

2）設備協議過重，如PPPoE/Radius等；

3）現有session級IPOE需進一步輕量化[7]。

基于上述問題，云網寬帶業務的方案見圖6所示，其思路主要是推進轉控分離，業務控制面vMSE-C集中云化處理，轉發面去PPPOE化，做IPOE輕量化處理。高速上網業務IPOE session終結點可選擇在Leaf設備或集中到邊緣vBAS池。IPTV點播業務可采用非seesion化或簡化的session級IPOE，業務控制點可下沉到Leaf設備。

圖6 家寬業務方案

4 結束語

云網融合是承載網發展的必然趨勢，由于STN組網架構天然具備Spine-Leaf架構演進基礎，同時具備SRv6+EVPN和FlexE新技術，可以通過對現有STN網絡進行升級改造，演進為云網融合的城域云網。本文通過分析現有STN網絡的架構及所具備的能力，研究城域云網建設需求，得出城域云網建設模式和演進路線，并給出城域云網的目標架構及各類業務實現方案。接下來研究方向可以是進行方案驗證測試，在實驗室搭建跨廠家融合組網，組織各廠家人員進行方案驗證性測試，測試通過后，最后在現網上實施基于STN的城域云網演進方案。