IP网SDN+NFV云化能力探索

林岚君（福建省邮电规划设计院有限公司， 福州 350003）

LIN Lan-jun（Fujian Post&Telecom Planning and Designing Institute， Fuzhou 350003， China）



IP网SDN+NFV云化能力探索

林岚君
（福建省邮电规划设计院有限公司， 福州 350003）

摘 要SDN/NFV逐渐成为新一代网络发展的核心技术，也为未来运营商网络重构变革提供有力的技术支撑。SDN/ NFV在运营商IP网络的引入促进运营网向新的业务模式演进，能够实现更高效的部署、更便利的维护、更快速的灵活满足业务变更需求和动态的资源调整。为了抢占市场先机并提高用户粘性，运营商将会持续进行探索与尝试，构建新一代面向未来云化城域网络。

关键词SDN；NFV；城域网

1　引言

运营商的网络经过多年的快速发展，多种业务不断叠加，使得网络错综复杂，为网络规划建设和运维排障等方面带来极大的挑战。在这个移动互联网快速发展的时代，为了不被边缘化和管道化，运营商需要在商业模式、业务内容、服务方式，甚至在网络规划建设上需要进行革新。因此，如何降低运营商的网络建设成本和运维成本，让传统的运营商网络逐渐演进到面向业务的新运营网，已经成为各大运营商重点聚焦的一个问题。

2　IP网转型面临各种挑战

2.1IP网面临的挑战

随着用户体验的变化，运营商的竞争优势已逐渐从“大（性能、容量、成本）”转移到“快”，要快速业务创新、快速响应客户需求、快速开发业务、快速故障定位。而传统的IP城域网已经无法匹配新型业务的快速发展需求，主要存在如下几方面的短板：

新业务上线慢：由于新的业务产品实现需要现有网络设备长周期调整，从而导致无法支撑有创意和短收益的业务产品。比如，近期中国电信集团公司的悦ME和爱Wi-Fi业务产品产品设备测试配置达2～3个月。

资源利用率不均衡：由于地区经济以及市场推广的差异化，导致城域网BAS利用资源不均衡（最小承载用户数＜1千，最大达8万），致使部分网络资源（用户会话数、IP地址等）存在瓶颈，而部分节点又存在转发能力过剩，导致资源浪费。

运营维护复杂：宽带业务经过近十几年的快速发展，网络设备也在不断的更新换代，现有城域网同时在网的设备型号和版本多达20种。由于各种设备的配置和维护命令不同，异厂家设备维护界面也不尽相同，网络设备无法集中进行统一控制。

持续较高的建网成本：现有网络架构资源按区域配置，无法实现资源弹性调度和按需分配。而随着国家提速降价的政策要求以及各大运营商之间的竞争加剧，导致对网络的建设成本诉求更高，需要更低建网成本。

2.2SDN对于IP网的价值

SDN是一种新型网络创新架构，其核心技术是通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。SDN是适应云计算在计算虚拟化后对网络虚拟化的需求而发展起来的，是ICT产业软件化的趋势体现。将SDN应用于城域网中，能够解决目前网络中出现的业务控制层瓶颈和网络运维复杂等许多问题，大幅减少投资，快速部署新业务，推动了网络的建设发展。

SDN化带来的好处：网络创新快速验证平台；网络特性可编程，满足云计算等业务的发展的新要求；简化超大型数据中心网络管理；网络虚拟化，网络资源按需分配；缩短业务部署周期；快速感知、快速调整、快速部署。

SDN带给运营商的价值：

（1） 降低设备成本：设备数量减少，标准服务器因规模采购价格低。

（2） 鼓励更多创新：软件开发门槛低，容易创新，将带来新的服务和新的收入来源。

（3） 多租户：单一平台即可为不同用户提供服务，使运营商能够实现资源共享。

（4） 降低新产品、新业务上线周期：软件开发的速度快于硬件产品，同时软件升级方式也比硬件替换方式对运营商影响小。

（5） 快速推出有针对性的服务：可以根据地理位置和客户需求快速推出有针对性的服务，同时快速实现性能的提升或者降低。

3　IP网SDN/NFV应用探索

运营商在思考将x86这种具有更高计算能力和更标准灵活的硬件架构引入到传统城域网的业务边缘层的可能性。通过部署x86架构下的虚拟CPE（vCPE）、虚拟BRAS（vBRAS）和虚拟NAT（vCGN）等资源池，使得业务边缘的用户接入控制能力得以灵活扩展。

3.1专线vCPE应用

运营商首先在vCPE方向上进行实践探索，将原来散落在用户家庭的接入网关的高级功能上收到汇聚节点，在家庭侧只需要部署最简单的二层接入设备，大大的降低客户端的投资和维护成本。vCPE部署在汇聚节点机房，旁挂在业务接入控制层设备边上，使用vCPE可以在网络侧集中设置，按不同客户对应设置不同vCPE，并根据客户需求灵活动态调整对应资源分配和管理。用户侧的Thin CPE只提供L2转发，通过VxLAN技术与vCPE进行互联，通过二层回传方式将用户流量导入vCPE终结。图1为VCPE部署示意图。

这种部署模式绝不仅仅在于替代现有的家庭网关，而在于盯准智能家庭路由器市场，作为新技术驱动下的软件终端，以其维护方便、升级灵活、新业务部署快速，符合云化技术潮流，再结合原有业务，能够实现快速地推向市场。但优势发挥的关键在于软件形态下新的业务模式的挖掘，提供客户有价值服务。

3.2 IP城域网边缘vBRAS应用

传统城域网业务边缘设备是整个运营商IP城域网中业务部署最复杂的，运营商需要依靠这个层次完成用户的接入、认证、控制、策略部署等功能。在以带宽出租为主要运营模式的传统运营网中，业务边缘节点设备基本能够满足运营需求。但在部分发达地区，传统的业务边缘节点设备也已经出现了计算能力和转发能力的不匹配的问题，当边缘设备的端口使用率才到20%，但是CPU的利用率已经达到70%～80%了。并且随着增值业务的部署，Session会话数随着宽带用户增长及多种业务叠加开展，导致传统的老平台城域网边缘设备越来越凸显出其业务特性开发响应周期长和业务能力偏弱的问题。

在运营商IP城域网中，BRAS是最为关键的网络设备和角色类型，以BRAS及其以下的接入网为模块，不断复制模块扩容的方式建设城域网是最为典型模式。这种模式网络配置相对固定，可以很好的实现简单业务的网络扩容，但是也存在非常明显的问题：城域网内各个BRAS之间各自为政，无法实现资源共享。这使得用户多的地方只能多部署几台BRAS，多从接入网拉连一些光纤链路到BRAS机房，BRAS和链路的利用率都不高。另外，运营商也尝试对业务大的BRAS节点进行设备热备，这种网络部署方案在一定程度上能提升业务保障能力，但对二层的网络接入如光缆资源等造成极大的损耗。因此，城域网的边缘业务设备BRAS也在尝试向x86方向发展，标准服务器可以通过平滑扩展的方式增强计算和转发能力，并且能够更好地适应L4～L7业务能力。

在x86的架构下，vBRAS作为原有物理BRAS设备的虚拟化形态，采用NFV技术运行在标准服务器虚拟机上，实现在城域网业务边缘层形成一个新的vPOP。采用x86形态vBRAS服务器可以分布在不同的DC里，通过双机房双活负载分担提高业务的保障性。同时可以将各种VNF（如NAT、DPI、CDN等）相对集中部署形成资源池，资源池内可以面向用户、面向业务灵活调整资源，从而提升全网使用效率。另外在城域网范围内集中部署vPOP的Controller，实现资源状态的查看、配置、维护、调整等功能。图2为vBRAS部署示意图。

目前多家运营商均已展开对单机设备虚拟化（NFV）的测试工作，基本上完成了vBRAS基础能力的功能验证。在完成初步阶段的基础上，后续将结合SDN实现城域网业务接入控制层的池化，在城域网业务边缘层形成多个新的vPOP，实现和云化相关的功能，以及SDN集中控制的功能。

图2　vBRAS部署示意图

4　总结

SDN/NFV在运营商IP网络的引入促进运营网向新的业务模式演进，能够实现更高效的部署、更便利的维护、更快速的灵活满足业务变更需求和动态的资源调整。虽然新技术的部署将会对光缆网络、网络规划、网络运营带来一定的压力，但是为了抢占市场先机并提高用户粘性，运营商将会持续进行探索与尝试，构建新一代面向未来云化城域网络。

参考文献

［1］ Thomas D. N， Ken Gray. 软件定义网络SDN与OpenFlow解析［M］.毕军，单业，张绍宇， 等， 译. 北京：人民邮电出版社， 2014.

［2］ 雷葆华. SDN核心技术剖析和实战指南［M］. 北京：电子工业出版社， 2013.

［3］ 赵慧玲，史凡.SDN/NFV的发展与挑战［J］. 电信科学， 2014（8）.

［4］ 韦乐平. SDN的战略性思考［J］. 电信科学. 2015（1）.

［5］ 张志强. SDN和NFV对网络变革发展影响综述［J］. 现代电信科技， 2015（1）.

LIN Lan-jun
（Fujian Post&Telecom Planning and Designing Institute， Fuzhou 350003， China）

News

Research on IP network SDN+NFV cloud capability

KeywordsNFV； SDN； metropolitan area network

AbstractSDN/NFV gradually become the core technology of the new generation of network development， but also to provide a strong technical support for the future operators of network reconfi guration. SDN/NFV in IP network operators to promote the introduction of network operators to the evolution of a new business model to achieve more effi cient deployment and maintenance more convenient and more rapid fl exible to meet the change of business requirements and dynamic resource adjustment. In order to seize market opportunities and improve user stickiness， operators will continue to explore and try to build a new generation of future oriented cloud metropolitan area network.

中图分类号TN929.5

文献标识码A

文章编号1008-5599（2016）05-0023-04

收稿日期：2016-04-13