未来运营商城域网演进将何去何从

福建电信│王福荣 郑凯 林实践

赛特斯软件信息有限公司│方智渊

未来运营商城域网演进将何去何从

福建电信│王福荣 郑凯 林实践

赛特斯软件信息有限公司│方智渊

尽管现网演进中会遇到这样或那样的问题，但运营商网络面向业务转变的目标是不会改变的，相信时间和技术发展会逐步解决这些问题，未来运营商必将构建出一张全新的电信运营网络。

当前，运营商城域网面临迅猛发展的互联网业务压力，需要提供超大容量、低时延、差异性的服务以及能够灵活调度的基础网络，在骨干、汇聚、接入几个方面都需要充分结合现有存量设备的资源，利用新出现的技术，可靠、高效地实现对互联网业务的支持以及对原有传统电信业务的支持。

如何利用新近出现的SDN及 NFV技术，满足互联网业务对运营商城域网建设的需求，成为运营商的首要难题。

业务发展“倒逼”城域网创新

网络流量持续增大、互联网应用多元性、不同类型应用对于网络的不同要求，都对城域网架构的演进提出了很多挑战。

一般运营商在各省都建有城域网，典型的城域网分为核心层、业务控制层和接入层，以市为单位设置自治域，各市城域网核心层与运营商骨干网及其他专业承载网互联互通。

回顾城域网的建设，城域网源于企业局域网。最初，其主要出发点是以较少的成本快速建设一张联通网络，为用户提供接入服务。

到了2004年以后，固网宽带得到了较好普及，带宽速率也得到了一定发展，以IPTV为代表的增值业务也有了长足进步，同时对运营商网络运营保障的需求也越来越强——从原来的简单带宽发展为质量保障、精细化运营，对不同业务的网络能力调整需求。

在网络灵活性方面，电信运营商网络所承载的业务已经从传统的电子邮件、浏览、文件传输FTP，发展到专线、IPTV、视频对话（VoIP）、电话会议、视频点播（VOD）、社交网络，一些新业务也在不断涌现，例如虚拟现实、远程医疗等。

从网络结构角度来看，基于SDH的MSTP对传统的SDH设备进行了改进，在SDH帧格式中提供不同颗粒的多种业务、多种协议的接入、汇聚和传输能力，是目前城域传送网络最主要的实现方式之一。

随着业务的深入开展，运营商对网络的要求也不断提升，IP城域网必须能够提供满足高品质电信业务的带宽、转发能力、QoS保障，运营商也要针对单个用户进行精细化管理，需要对每一种业务具有识别分类、区分服务的控制能力。就此，中国电信集团公司的指导意见是“网络结构扁平化，实现城域骨干网的大容量、少节点、广覆盖，减少级联级数”，其指导意见的出发点是基于集中控制、灵活简单的思路。

从业务的需求角度看，对新一代城域网的要求主要是以下几个方面：第一，支持多业务融合，一个IP网络能够支持所有业务接入，包括可管控且可运营的数据、语音、专线等；第二，能支持大带宽的用户接入，目标带宽是20～100Mbit/s；第三，具备无线接入方式；第四，能够提供不中断的业务，网络可靠性高，故障恢复时间在毫秒级；第五，具有端到端的服务质量（QoS）保障，保证语音视频等业务的传输质量；第六，能够提供基于策略的业务带宽使用权限，控制不同等级业务用户的请求，能够动态调整；第七，能够提供安全的网络，保障网络不受黑客和病毒影响。图为扁平化城域网发展方向示意图。

图 中国联通SD-UTN网络逻辑架构

一体化专有设备弊病凸显

在接入网络部分，业务增长带来的BRAS逐步下沉，近期部分节点BRAS设备的上行改造对核心路由器造成扩容压力；单点BRAS压力大，有些地区进行BRAS设备裂变建设，部分节点有3～4台BRAS，单节点BRAS设备整体槽位和端口利用率低，而且没有热备；BRAS和SR成对设置，尚未实现业务融合。现阶段，BRAS设备是软硬件一体化的专用设备，是典型的控制与转发紧耦合网络设备。在设备规模应用及业务运营过程中，一系列问题逐渐浮现。

首先，设备资源难以复用及共享。单台设备环境中，经常出现转发面与控制面资源不协调的矛盾，部分高带宽要求节点，如在承接光网城市的高速接入用户区域，转发端口及带宽资源消耗殆尽，而用户会话及QoS队列、ACL队列等控制面资源有余；部分节点承载着大量长时间在线业务，如IMS、ITMS等，用户会话等控制面的资源耗光，而空闲端口资源却十分丰富。此外，多台BRAS设备之间无法形成负荷分担，存在忙闲不均情况，导致投资资源未被充分利用。部份BRAS设备用户量、数据流量已经很高，面临扩容的压力；但同时，部分BRAS设备用户量、流量稀少，设备利用率非常低。

其次，设备能力提升与硬件强相关，升级困难。在硬件升级方面，从10G升级到40G、40G升级到100G、100G升级到400G、400G再到更高性能的硬件平台，每次提升都需大量的投资，且低能力设备及板卡可利旧率较低。在软件升级方面，业务功能实现与硬件相关，需要同时满足特定的硬件及软件升级才能达到相应的水平，给新业务部署带来极大的阻碍，拖延业务上线时间。

再次，设备配置与设备底层OS强相关，基本采用CLI方式，配置效率低；不同设备需预置大量用户策略，运维工作量大。每台设备上线都需重新配置，无可重用性，对运营工程师能力要求高。以目前国内运营商正在部署的智能提速业务为例，基本都是在BRAS上配置静态策略模板，n种业务就在设备上配置2n-1个策略模板，模板数呈指数级增加，带来巨大的运维管理压力。

最后，设备实现融合业务难度大，需要硬软件同时升级。业务融合包括BRAS与SR的融合、与CGN的融合、与FW的融合、与DPI的融合等，需配置相应的专用功能卡。此外，软件功能需同时进行相应业务模块开发与整合，增加软件版本复杂度，且带来软件不稳定、软件开发成本急剧上升、软件升级周期长等问题。

城域网在演进过程中，必须同时考虑服务质量、业务综合调度管理能力、灵活开放架构、安全保障、多厂商融合等方面的问题。同时需要跟踪云计算技术的进展，充分释放云化资源池的优势，核心节点设备向集群、高可靠的方向发展。

新技术如何赋能城域网

原有的网络由不同层级的网络设备组成，当业务需要有更大的容量和更高的转发性能时，运营商只能扩容，而机房的空间和能耗方面的限制使得扩容非常困难。不同类型业务对网络灵活性方面的要求也得不到满足。

通信设备商长久以来所提供的均是传统的控制和硬件一体的设备，网络通过设备与设备之间的各类协议进行控制和管理。软件定义网络（SDN）是一种新兴的、基于软件的网络架构及技术，其最大的特点在于控制平面与数据平面的分离、支持集中化的网络状态控制、实现底层网络设施对上层应用的透明。SDN的产生对于设备商来说是革命性的改变，在未来SDN组网环境中，传统设备已经不具备成本优势。随着SDN市场前景的日趋明确，为了在未来SDN网络中占据一席之地，各通信设备商也开始积极投入SDN技术、设备以及解决方案的探索和研究之中。

总之，SDN和NFV技术在运营商IP网络的引入将促进运营商网络向新的业务模式演进，从而实现更高效的部署、更便利的维护、更快速的调度以满足业务变更需求和动态的资源调整。尽管现网演进中会遇到这样或者那样的问题，但运营商网络面向业务转变的目标是不会改变的，相信时间和技术发展会逐步解决这些问题，未来运营商必将构建出一张全新的电信运营网络。

编辑｜张鹏 zhangpeng@bixintong.com.cn