城域网BRAS演进及部署新思路探讨

河南省信息咨询设计研究有限公司 宋美芳 彭丽杰 王蓓蓓

随着5G行业应用的蓬勃发展，承载网络面临着巨大的压力，而行业应用与传统2C/2H用户需求不同，BRAS位于城域网边缘，是用户实现各种业务的入口，需要满足各种业务场景的不同需求。

1 当前传统BRAS设备存在的问题

传统BRAS设备既具有高速的路由交换能力，又能够终结各式各样的接入业务，身兼路由交换和业务处理于一身，高性能软件处理和高性能硬件转发并存，曾一度是数通设备的明星产品，随着技术进步、应用更新，目前传统BRAS设备存在以下四个方面问题。

1.1 资源利用率低

当前传统BRAS主要是全分布式部署，下沉至各个汇聚机房，目前BRAS设备数量较多，且没有形成池组，造成利用率不均衡。尤其是宽带业务发展不充分的地区，单台BRAS承载用户数较少，由于BRAS设备控制与转发紧耦合，用户数差异大，其承载业务、流量差异也很大。每台物理设备负责IP地址分配、session license管理，IP地址和license浪费严重，无法全局调配，利用率低，资源存在很大的浪费。

1.2 可靠性较差、容易被厂商捆绑

每台设备之间相互独立，业务单元相对封闭复杂，无法实现双机热备，现阶段多采用温备方式进行保护，单台设备故障需手动将业务切至另外一台设备，中断业务时间较长，网络可靠性较差。由于设备功能复杂（PPPoE/IPoE、NAT、VPN、点播、组播），不同厂家设备之间配置参数差异较大、不解耦，网络容易被设备厂商捆绑，后期设备扩容成本较高。

1.3 运维管理复杂、成本较高

设备分布式部署，地理位置分散，不同厂家匹配与对接相对复杂，运维管理工作量较大，配置维护工作对专业人员依赖较强。为保持网络竞争力，需要一支稳定专业且经验丰富的运维管理人员队伍，人员成本较高。为提高网络稳定性，目前多采用温备保护、板卡级1+1保护，两种保护均存在一半的板卡未利用，设备扩容成本较高。

1.4 新业务部署复杂、周期长

目前BRAS所在城域网网络自动化能力低、智能化不足，业务管理和开通效率均较低，功能更新速度慢。新业务的部署往往涉及到全网升级，全网整机软件升级影响面大，软硬件之间的匹配、对接较为复杂，除此之外各厂商之间不能解耦，以上这些因素导致新业务部署上线周期较长，业务办理不灵活。无法支撑智能化业务快速部署、开通、调整，对于运营商来说将会错失5G大发展带来的行业机遇。

2 演进方向及部署新思路

以上讨论的一系列问题，原因比较复杂：有的是因为厂商技术封锁，有的是由于关键技术发展进度缓慢造成。随着近几年技术的推进，不少关键技术已在应用实践中不断成熟，各种标准协议也初具规模，接下来我们针对目前BRAS存在的问题，从不同的解决方式进行演进方向及部署新思路的探讨。

2.1 BRAS池组化部署

在一些业务量大的地区，每个汇聚区至少有两台BRAS设备，由于业务开通习惯等问题，汇聚区内存在设备间业务不均衡的情况，造成资源浪费。单台设备下挂业务也容易出现单机故障等。针对这种情况，目前运营商多采用的模式为交换机交叉双上联至两台BRAS，既间接实现双机热备，解决了单机故障问题，又能使每台BRAS的资源利用率相当。但是这种实现方式在OLT设备与BRAS之间加了一层汇聚交换机，时延增加，故障点增加，增加了维护工作的难度。

解决双机或多机热备还有另外一种解决方案，将两台或两台以上的BRAS组成池组，组成1+1或者N+1备份。该方案降低了时延、减少故障点，单台设备出现故障不影响业务，可以在用户无感知的情况下实现业务切换至其他设备。双机热备和池组化虽然能够解决单机故障的问题，但是会带来其他棘手的问题，例如增加运维工作的复杂度，增加了网络层级，浪费。

2.2 BRAS云化、虚拟化部署

伴随技术的发展，vBRAS技术日趋成熟，通过SDN&NFV技术实现控制转发分离、软硬件解耦等技术，可以实现控制面云化、新业务快速灵活部署、配置运维集中控制，克服了传统BRAS设备业务控制层资源利用率不均、新业务部署周期长、分散配置运维工作量大的缺点。

（1）基于SDN/NFV两种技术的vBRAS架构

一种是基于专用硬件转发的转控分离的vBRAS部署策略，基于SDN技术。另一种是基于X86一体化架构的vBRAS部署策略，基于NFV技术。

SDN控制下的网络，对于上层应用来说，复杂的网络是不可见的。只需要做出相应的软件配置即可进行简单部署，实现新的路由转发策略。而传统网络中，每个网络设备都需要单独配置，操作复杂，容易出现人员疏漏造成故障。采用SDN可以大幅提升整个网络的灵活性和可扩展性。并且SDN简化网络配置、降低对运维人员的要求，节约运维成本。

采用NFV技术，将通信设备网元云化，可以实现软件和硬件的彻底解耦。运营商无需购买专用硬件设备，只需购买通用设备，很大程度上与厂商解绑，大幅降低了硬件资金的投入。NFV还具备自动部署、弹性伸缩、故障隔离和自愈等优点，可以大幅提升网络运维效率、降低风险和能耗。

SDN技术的目的：实现控制/转发分离、网络集中控制、网络虚拟化。NFV技术的目的：实现软件/硬件分离、网络功能虚拟化/软件化、硬件通用化。它们的共同追求是从封闭走向开放、从独享的硬件到共享的软件。差异在于网络虚拟化还是网络功能虚拟化，SDN侧重L4以下流量的调度控制而NFV适用于L2～L7的业务功能。

（2）SDN/NFV两种模式存在的问题

现有网络中，对流量的控制和转发都依赖于网络设备实现，且设备中集成了与业务特性紧耦合的操作系统与专用硬件，这些操作系统与专用硬件都是各个厂家自己开发和设计的，不同厂家的设备之间未解耦。在SDN中，网络设备只负责单纯的数据转发，采用通用的硬件，这就存在和传统设备融合的问题。如何合理利用存量设备，减少投资的浪费，是SDN模式首要解决的问题。

NFV存在性能跟不上的问题，目前NFV架构主要应用于数据中心、边缘计算的场景中，多采用X86架构服务器做虚拟云资源池，相对于专用设备BRAS电信级的转发能力，X86架构下的服务器能力不足。先SDN后NFV，还是先NFV后SDN，还是双管齐下，业界遍布不同的声音。

（3）新思路下的融合架构探讨

数通路由交换和业务处理，从来就不是井水不犯河水，而是有交叠重合的。BRAS设备是非常典型的跨界产品，处在骨干网边缘位置，要求能够终结各式各样的接入业务，同时具有高速的路由交换能力。

既要克服上述单个技术模式下的问题，又要满足BRAS的交换和业务处理能力，采用SDN与NFV的融合方案进行vBRAS方案部署。C面使用X86架构提供千万级用户接入能力，可根据网络规模实现动态的弹性伸缩。U面支持传统基于NP的高性能转发池，无惧未来网络大带宽高转发需求的挑战。

两种技术融合下可采用转控分离的架构，控制面vBRAS-C负责BRAS业务的控制与管理，主要包含：用户接入控制、协议报文处理、用户AAA管理以及地址管理等功能；转发面vBRASU负责执行用户策略、流量转发和流量统计等。vBRAS在控制面与转发面分离后，控制面集中云化提供强大的计算资源，打破了传统BRAS设备上的主控板的资源限制，使硬件转发池在同等条件下支持的用户会话数得到大幅提升。

vBRAS的转发面工作在池备份模式下，依靠控制面的检测及协同处理即可完成故障切换，降低可靠性的部署成本。vBRAS控制面不仅实现了平面内组件备份，也实现了多平面的跨局址备份，最大程度地保障了宽带业务的可靠性。同时极大缩短新业务上线时间，传统BRAS模式下，宽带新业务的上线涉及到业务系统与BRAS的对接升级、BRAS本身的软硬件升级，往往要完成一个城域网内所有BRAS设备的升级改造，需要数月的时间。vBRAS只需要控制面与业务系统实现对接，再通过控制面集中下发策略至转发面，因此对新业务的支持仅需要对vBRAS-C进行软件升级，缩短了业务部署周期。

每一种新型模式的引入也都伴随着相应的问题需要解决，vBRAS架构同样存在待解决问题，总体来讲主要有三方面的问题：

（1）由于信令、流量在C-U之间存在绕转，导致用户业务各方面时延会有所增加。

（2）BRAS-U至OLT，走二层EVPN通道，无法在VPN上部署组播协议，将组播复制点设置在汇聚设备上，造成大量重复组播流。

（3）后期业务部署时需考虑区域地址管理规划、radius等配套资源的改造，尤其是BRAS-U面集中部署后，承载用户量过大，需要大量的私网地址（用于设备管理、IPTV、NAT用户），目前现有私网地址无法满足。

vBRAS架构本身在部署方面没有太大的技术问题，只是当单个U面所带业务范围广、用户量大的时候IP地址问题成为暂时无法突破的瓶颈。由于目前IP地址问题尚未找到合理的解决方案，不能实现大规模部署，各大运营商只是初步试点，尚未大规模商用。

小结：随着5G行业应用的蓬勃发展，承载网络面临巨大的压力，面对BRAS存在的各种问题，采用云化部署，转控分离的vBRAS部署策略，能够充分的解决资源利用率、设备单点故障、网络不智能、新业务部署复杂周期长等一系列问题，是未来网络演进部署的新方向。