建设云时代的5G承载网

上海诺基亚贝尔股份有限公司IP和光传送部门网络方案和SDN负责人|倪斌

5G这样典型的云化部署业务迫切需要承载网能够实现分布式数据中心和广域网的无缝整合，从而实现基于服务质量协定SLA的自动化动态连接，以便满足5G中不同的业务切片要求，这是5G对于承载网最关键的挑战！

5G对承载网不仅提出了更大的带宽、更短的时延、更高精度的时钟同步的要求，同时5G云化部署的特性也对承载网的现有组网架构以及运维方式提出了挑战。

云时代下的5G承载需求

为了获得更好的业务部署灵活性以及更快速的新业务引入能力，云化部署被认为是5G的一个重要特征。在云化的环境下，一些对时延要求高的业务会以虚拟网络功能VNF（vBBU、vMEC等）的方式部署到距离用户比较近的接入云或者边际云中。这样一来，一方面用户的体验得以提升，另一方面用户数据流被引导到分布式的数据中心中，回传网络的带宽压力也得以降低。

从另一个角度看，这种云化部署对传统承载网提出了巨大挑战：这些VNF未来可能继续扩展并向网络边缘下沉，最终承载网将可能需要连接数以百万计的服务接入点，端到端业务的建立需要近乎实时、零接触地动态连接分布式的数据中心中的不同VNF，而且这些连接需要能够满足电信级的可靠性和服务质量协定。

此外，我们还面临着IT与IP间的屏障：当网络功能被虚拟化后，它们将工作于电信云的虚机上，这传统上是IT的领域。这些网络功能连接的网络接口已经不再是传统多业务路由器上的物理接口，而是一个虚拟网口。连接这些虚拟网络功能，我们就需要把传统广域网的数据通道扩展到数据中心内的虚机上，并遵守原来的服务质量协定。这种扩展需要克服大量的IP和IT两个不同领域间的文化和技术的屏障：

● IP是根据连接需求和拥塞情况设计的，考虑的是协议、端口、链路、流、隧道等对象，云服务对它来说就是一个普通的IP流；

● IT是基于计算和存储资源的，考虑的是虚机、容器、应用等，广域网对于它来说就是一根网线一样的透明管道。

这种IP和IT域间的屏障导致了两个孤岛——它们使用不同的业务策略，用户无法获得真正无缝的端到端业务自动建立和优化的能力。

5G这样典型的云化部署业务迫切需要承载网能够实现分布式数据中心和广域网的无缝整合，从而实现基于服务质量协定SLA的自动化动态连接，以便满足5G中不同的业务切片要求，这是5G对于承载网最关键的挑战！

总结一下，诺基亚贝尔认为5G时代的承载网应该具备以下4个特性：

● 面向基于原生云的VNF的连接——将传统广域网的数据通道无缝拓展到分布式数据中心内的VNF间；

● 业务服务质量的确定性——按照约定的服务质量协定提供低时延、超可靠的连接；

● 融合的统一承载——统一的IP+Optics的承载网络通过网络切片满足5G三大类业务的不同需求；

● 自动业务开通——满足数量巨大的VNF间动态的连接请求，从而降低运营成本。

5G承载新架构——NF-IX

为了能满足上述5G承载的四大关键特性，诺基亚提出了NF-IX（Network Function Interconnection，网络功能互联）的5G承载新架构，其框架如图1所示。

NF-IX是一个针对任意网络（WAN、DC、MBH等）连接的创新解决方案。它将服务质量协定SLA映射为特定的“颜色”（TE policy color），并通过一定的SR-TE策略模板建立起一条端到端无缝的数据转发通道（SR-TE Policy），中间无需转换，并提供确定的业务服务质量。

NF-IX使用了一些成熟的技术和协议，它使用基于MP-BGP的EVPN（RFC7432）构建叠加的虚拟网络，使用SR-TE构建底层的IP/MPLS传送网。

NF-IX打破了IT与IP间的屏障，使广域网的数据通道被扩展到了数据中心内部，从而实现基于端到端拓扑发现和业务感知的全局控制，同时提供端到端的流量工程。

如图2所示，NSP作为一个SR全局控制器将某种SLA（比如时延、带宽、多路径要求等）映射为特定的“颜色”，根据给定的SR-TE策略模板（比如累积的度量值、最大的SID数等），分配相应软硬件资源，在任意的下层网络上以BGP或PCEP下发创建SR-TE通道。同时，NSP通过BGP扩展将带“颜色”的SR通道通告给数据中心内的控制器VSC，将终点的OVS（图中的Leaf节点）压入堆栈，从而建立起一条无缝的数据转发通道。这个通道可以用来映射为5G网络中不同的网络切片，然后通过VLAN、源/目的地址、DSCP/802．1q等来识别属于不同网络切片的业务流量，并将它们映射到相应的SR-TE通道中。

图1 NG-IX架构

图2 NF-IX实现DC与广域网的无缝互联

同时，控制器实时地通过Telemetry/Netflow监控关键参数（比如时延、链路利用率、统计值等），比较数据和服务协定的门限，在偏离服务协定时执行资源再优化（业务重路由、带宽调整等）。

表1 NF-IX架构的关键技术

图3 NF-IX在5G承载中的实现

NF-IX在5G承载中的实现

NF-IX架构通过一些成熟技术实现，从而最大程度地降低投资和技术风险。这些技术包括表1中所列的技术。

NF-IX事实上是一个通用的任意网络功能到任意网络功能的连接架构，可以应用于数据中心互联，构建基于云的VNF功能块等各种应用，也非常适合应用于云化部署的5G承载网。

图4 基于Telemetry和网络透视的自动优化

在5G承载中，整个用户从gNE到云化核心网的连接可以由图3表示，包括左侧的MBH网络、中间的核心承载网以及右侧数据中心内的云化核心网。用户流量只需要在CSR（相当于IPRAN中的A路由器）压入最小的标签栈，MLS可以扩展绑定标签栈指示核心承载网的路径，满足端对端路径的选择，最终构建成一条或多条（对应不同的“颜色”）端到端的从CSR到Accessleaf（OVS）的转发通道。

在建立端到端数据转发通道后，运营商还需要对网络进行实时的可视化监测，并希望能基于网络应用感知的前提下对网络进行优化和调整。目前诺基亚提供的基于Telemetry和网络透视能力的资源实时可视及自动优化可以满足这个要求。Telemetry的订阅机制可以实现对网络资源的秒级监控，将原来网络中有限的统计值收集和事后分析转变为近乎实时的监测和分析，并为操作员提供可视化的监测结果；同时，Telemetry收集的数据可以和基准数据进行关联，送入Deepfield这样的分析软件进行分析，使操作员获得应用感知的能力，最后分析软件将输出可执行的智能优化指令，并通过SDN控制器动态下发指令到网元完成网络的优化，这个闭环的控制机制可以由图4描述。

总结

诺基亚提出的NF-IX架构无缝连接任意网络功能，它将服务质量协定SLA映射为特定的“颜色”（TE policy color），并通过一定的SR-TE策略模板建立起一条端到端无缝的数据转发通道（SR-TE Policy），中间无需转换，并提供确定的业务服务质量。这使得它可以轻松实现5G承载网统一承载、网络切片、确定的服务质量、自动开通等要求，是云化部署环境下5G网络的理想承载网架构。