STN向城域云网演进浅析

马培勇，杨广铭，吴伟

（1.中国电信股份有限公司研究院，广东 广州 510630）2.中国电信股份有限公司，北京 100033）

0 引言

随着数字经济的迅猛发展，企业在云端部署信息系统已经成为了一种趋势，企业对网络的需求也在不断变化，单纯的大带宽、低时延网络已经不能满足企业的“多系统、多场景、多业务”上云要求，促使云网融合成为一种必然趋势。对于运营商而言，业务需求与技术创新驱动云和网高度协同融合，网络基础设施需要更好地适应云服务应用的需求，要求网络可根据各类云服务需求按需开放网络能力，实现与云的敏捷打通、按需互联，并体现出智能化、自服务、高速、灵活等特性。

当前中国电信城域内的承载网包括移动承载网STN和IP城域网，STN和IP城域网网络都采用三层架构（核心、汇聚、接入），每个层面的设备部署位置也逐渐趋同，这为城域内承载网的融合提供了有利条件。因此，本文主要研究如何基于现有的STN和IP城域网，以STN承载网为主，对承载网络进行重构与优化，实现多业务融合承载，构建一张云网融合的城域云网。

1 STN架构和能力分析

SA阶段的5G核心网实现了云化架构并分散部署，中国电信5G承载网STN已初步具备云网融合特征，并可进一步向城域云网演进，因此，首先需要对STN网络架构及能力进行分析。STN（Smart Transport Network，智能传送网）是中国电信为满足5G承载需求，在IPRAN的基础上引入大容量STN设备和SRv6/Flex-E等新技术构建的承载网，其定位为实现3G/4G/5G等移动回传业务、政企以太专线、云专线等多业务的融合承载网络。

如图1所示，STN网络以本地网为单位组网，城域内分成核心ER、汇聚B、接入A三层。STN具备与第三方网管/控制器对接、网络能力抽象和开放能力；支持IPv6、EVPN、FlexE、SRv6、性能检测等能力；支持网络切片，具备业务快速开通、SLA质量保障、自动化管理和配置等智能化能力，满足5G业务大带宽、低延时、安全可靠的差异化承载需求，已具备固移融合承载网雏形。STN网络已实现以省为单位的海量设备集约化维护管理，运维体系具备集中管控能力，具备通过平滑升级以支持SDN控制器和智能排障的能力[1-2]。

图1 中国电信STN网络架构

当前的STN网络已经具备如下几个方面的网络能力：

（1）具备大容量、低时延、高安全可信、高可靠性和低成本等特性，满足5G 2C和2B业务的承载需求；

（2）ER和B设备间链路可敏捷地扩展成双上联，具备演进到spine-leaf架构的能力；

（3）网络架构易于扩展，可敏捷地进行横向设备扩展。

从上述论述分析可以得出，STN网络具备大容量、低时延、高安全可信、高可靠性和低成本等特性，满足多业务承载需求，具备演进到spine-leaf架构的能力，同时支持IPv6、EVPN、FlexE、SRv6等新技术，具备演进到城域云网的能力[3-4]。

2 城域云网需求分析

2.1 云网业务对网络的需求

中国电信云网基础场景如图2所示，在城域内提供多种政企业务上云（如天翼云、三方云、多云接入）的能力，同时，通过城域内网络与骨干网络的协同，提供天翼云与天翼云、私有云与天翼云、天翼云与三方云的云间高速互联业务。

图2 云网基础场景总体图

无论2B行业业务，还是2C/2H的业务，未来都可能会带来端-云、端-边（边缘云）、边-边、云-边等通信需求。但由于2B行业和2C/2H业务的差异化较大，对网络的SLA保障和安全要求差异化也较大，需要云网具备差异化SLA和安全保障的能力，云网需要按需开启网络切片能力才能更好地承载垂直行业类的业务[5-6]。

总体来看，政企上云、多云接入、云间互联业务对承载网的需求主要聚焦在承载网端到端业务敏捷性开通、政企上云业务与2C业务切片隔离、确保专线带宽和安全保障、SLA保障、检测和可视化等方面，这些特征也是相比OTT的竞争优势。

2.2 城域云网的定义

中国电信根据云网融合的发展趋势及对网络的需求，率先在业界提出了城域云网的概念，城域云网是云网融合的城域网，是云网业务的入口，是云网业务发展的主战场，是推进云网融合的关键和抓手，是中国电信着力打造的云网融合下一代城域网基础设施，是未来业务发展和核心竞争力的基石。

城域云网架构的核心思想是推动业务及网元云化部署，并构建云网融合的统一承载网络，采用控制与转发分离架构，实现对固移业务、政企组网专线、上云专线和多云接入、云间高速互联等业务的统一承载。城域云网由Spine和Leaf设备、云资源、云网运营系统组成。

Spine为城域云网的核心节点，用于提供高速转发功能，通过高速接口汇聚各类Leaf节点，并上联移动和固定核心网、骨干网[7]。

Leaf为城域云网边缘节点，包括业务汇聚和云资源接入两大功能。其中业务汇聚功能指通过OLT、移动承载A设备等接入的家宽、政企客户、移动等各类业务，经Leaf设备汇聚后接入Spine节点；同时，Leaf设备作为云资源池网关设备，还负责各类云资源的接入[7]。

云资源包括移动核心网、固网核心网、天翼云、三方云，以及各种不同场景下灵活部署的边缘云。

云网运营系统，通过统一的框架来管理云网数据采集、服务控制和业务端到端编排，实现云网一体化管理。

2.3 城域云网的优点

城域云网要求满足以下特征：

（1）统一的城域云网架构承载固定宽带、无线宽带、政企专线、政企上云、多云访问、云间互联、电信云（5GC/UPF/MEC/vBAS等）、物联网云、内部IT云等云网融合业务。

（2）保障用户固定和无线接入体验一致性，满足未来个人用户和政企、垂直行业、物联网业务的海量连接及高体验需求。

（3）基于Spine-Leaf架构灵活扩展，以“乐高积木式”模块化组网，提升网络的扩展性、可靠性，提升网络自动化和智能化能力。

（4）匹配产业发展，分享技术发展红利，减低建网成本，提升运营效率。

城域云网采用了“网业分离”的架构，相比传统的网络，需具备以下几方面的优势：

（1）固移业务的控制面与转发面分离，城域云网Spine和Leaf节点仅仅提供业务传送的快速管道，不进行业务处理，可形象地视作业务连接提供了“超高速公路”，通过采用大容量、高密度的设备，借助SRv6天然优势，实现业务快速敏捷建立连接，路径优化和流量调度。业务平台资源（UPF/MEC、vBAS、vCDN）分布式部署，有利于实现业务扁平化、本地化，满足高价值的5G及视频业务需求。

（2）引入SRv6+FlexE新技术，满足垂直行业2B业务灵活定制入云需求，统一承载政企专线、云专线/云专网/多云接入、云间高速互联等业务，SRv6对原有的网络协议进行简化，避免了原有网络多段拼接、跨域配置的复杂性，业务部署和开通更加方便。基于FlexE切片实现2C和2B业务的安全隔离和差异化承载。

（3）统一的固移融合承载网络，可保障固移融合业务体验一致性，并降低网络建设投资和运营成本。

2.4 城域云网能力需求

Spine-Leaf架构是城域云网的核心组成部分，是城域云网的骨架。如表1所示，通过对Spine和Leaf节点能力需求进行梳理，可以看出现网STN设备功能方面已经全面满足城域云网需求，性能方面也可以满足绝大部分需求，通过软件升级或采用新设备则可以完全满足性能需求。

表1 城域云网能力需求与STN能力对比

因此，可以参考STN网络架构和STN设备进行城域云网建设。城域云网的网络部分建设模式有两种，第一种模式是完全新建一张基于Spine-Leaf架构的新型承载网络，并将移动和固网业务逐步割接到新网络上；第二种模式是基于现有STN升级改造为Spine-Leaf架构，将固网业务逐步割接到新网络上。通过对城域云网的需求和STN能力分析，建议选择第二种模式，即在STN的基础上构建城域云网，既可以充分利用现有设备、节省成本投入，又可以缩短建设周期、以最快速度提供城域云网服务能力。

3 城域云网演进路线及目标

3.1 STN演进到城域云网的路线

基于现网STN进行城域云网演进可最大程度地在满足5G业务规模发展和网络初期演进新旧设备之间的平衡，可让中国电信在不影响业务发展的同时，以最小代价实现云网融合的革命性变革。STN向城域云网演进可分两步进行，如图3所示。

图3 STN至城域云网演进路线

近期STN可通过链路调整，敏捷平滑演进到Spine-Leaf架构；通过FlexE硬切片技术，为关键2B业务提供充分可靠的保障；可选择引入SDN控制器、NETCONF/YANG、EVPN和SRv6等技术实现网络智能管控和能力开放。

中远期，按需部署vBAS-C和vBAS-U，可将新的家宽业务接入融合承载网。在Leaf上部署L2 EVPN，用于OLT与vBAS互通，确保互联网流量与5G等高价值业务流量的安全隔离；STN以VPN方式引入公网路由，确保不会受到各种路由异常攻击。

3.2 城域云网的目标架构

基于STN演进的城域云网目标架构如图4所示，城域云网发展目标是以云为中心进行组网，5GC、UPF/MEC、vBAS等均在DC内云化部署，满足5G及家宽业务承载需求。城域云网具备全业务承载和差异化保障能力，具备为政企和5G专线业务按需提供端到端的软切片/硬切片保障能力，以及下沉到边缘DC的MEC/vCDN进行流量本地化终结能力。云网运营系统具备海量设备集中管控、性能/告警采集、网络资源抽象/开放、网络切片管理、集中路径计算下发和智能故障检测排除等能力。

图4 城域云网目标架构

总体来看，城域云网目标架构的主要能力包含：

（1）融合：以城域为单位，面向固移融合、云网一体化业务统一承载，可保障固移业务体验一致性，并降低网络建设投资和运营成本。

（2）敏捷：基于Spine-Leaf架构，采用模块化、标准化的组件方式构建，灵活匹配不同规模的城域网络和业务需求，实现网络弹性扩展、业务快速提供；基于新一代云网运营系统，实现自动化开通和动态调整。

（3）简洁：设备功能简化，按需扩展；承载协议简化，采用SRv6/EVPN协议提供所有业务的统一承载。

（4）云化：固定和移动业务控制面云化、转发面池化，标准化对接城域各级云资源池，实现入云、云间业务敏捷接入和快速提供。

（5）智能：部署SDN控制器，支持灵活选路和流量调度，支持业务可视、智能运维。

（6）安全：按业务类型设置接入设备，提供VPN和FlexE硬切片级安全隔离，业务间无干扰。

3.3 城域云网的业务方案

城域云网是构建云网融合的统一承载网络，能够对固移业务、政企组网专线、上云专线和多云接入、云间高速互联等业务的统一承载，然而不同种类的业务承载方式不太一样，需采用不同的承载方案或技术加以隔离。

（1）5G业务云网方案

5G业务包括三大场景：增强的移动宽带业务（eMBB）、超高可靠低时延业务（uRLLC）、海量机器通信（mMTC）。其中eMBB一般为5G个人用户，主要需求为大带宽，通过2C硬切片实现业务从基站-承载网-163的端到端承载，可将全网链路70%～80%的容量划分为2C硬切片，以保障eMBB大带宽需求。uRLLC和mMTC都属于政企客户，采用2B硬切片承载保障其高可靠性。uRLLC的低时延采用边缘计算MEC下移靠近用户的方式实现，城域云网在2B硬切片中将uRLLC业务从基站以最短路径接入MEC。mMTC主要是海量的机器终端，对时延要求一般不高，其计算、存储等服务一般位于省或地市的核心DC云资源池，mMTC业务以2B切片，通过基站-承载网接入mMTC云服务。

因此，针对5G业务云网方案如图5所示，在城域云网设置专用的多云接入网关，负责接入各类云资源和CN2，多云接入网关通过CN2来实现跨省流量互通。

图5 5G业务云网方案

转发层面：通过部署基于FlexE的网络切片，在一张网络上分别承载2C和2B业务，同时为2B垂直行业及多云接入产品提供高质量承载、为2C个人业务提供高效率承载的服务。

协议层面：部署新一代IP技术SRv6协议，统一传统的复杂网络协议，实现网络协议简化，打通端、管、云，实现应用级的SLA保障。实现一点接入、一跳入云、极速开通（跨域）、云网协同，打造云网一体服务能力优势，为行业客户提供云专线、云专网、多云接入、云间互联等产品最佳体验。

（2）家宽业务方案

近年来，家宽业务面临AR/VR等新业务的大带宽、流量模型本地化的冲击，传统承载方案面临如下3个关键问题：

1）网业不分离，设备需同时承担业务控制和转发功能；

2）设备协议过重，如PPPoE/Radius等；

3）现有session级IPOE需进一步轻量化[7]。

基于上述问题，云网宽带业务的方案见图6所示，其思路主要是推进转控分离，业务控制面vMSE-C集中云化处理，转发面去PPPOE化，做IPOE轻量化处理。高速上网业务IPOE session终结点可选择在Leaf设备或集中到边缘vBAS池。IPTV点播业务可采用非seesion化或简化的session级IPOE，业务控制点可下沉到Leaf设备。

图6 家宽业务方案

4 结束语

云网融合是承载网发展的必然趋势，由于STN组网架构天然具备Spine-Leaf架构演进基础，同时具备SRv6+EVPN和FlexE新技术，可以通过对现有STN网络进行升级改造，演进为云网融合的城域云网。本文通过分析现有STN网络的架构及所具备的能力，研究城域云网建设需求，得出城域云网建设模式和演进路线，并给出城域云网的目标架构及各类业务实现方案。接下来研究方向可以是进行方案验证测试，在实验室搭建跨厂家融合组网，组织各厂家人员进行方案验证性测试，测试通过后，最后在现网上实施基于STN的城域云网演进方案。