基于5G、云网融合的新型城域网重构分析

高巍，宋革联，周君卿

（1.浙江机电职业技术学院，浙江 杭州 310053；2.华信咨询设计研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

0 引言

为接应5G、云网融合[1]业务需求和国家区域一体化发展战略要求，更好协同MEC、VCDN等网元的就近接入，满足2H/2C业务上云、远程医疗、工业互联网等场景的网络需求，要求运营商城域网满足云网标准化对接、固移融合、弹性扩容、转控分离等业务特性。

而当前城域网设备刚性、业务烟囱式部署的网络架构以及复杂的运维管理方式无法很好满足上述需求[2]，亟待对城域网引入新兴技术，打破原有基于网元的紧耦合模式，提升网络扩容能力，优化架构，提高业务端到端承载能力，实现网络智能化重构。

1 城域网现状及存在问题

1.1 城域网现状

运营商城域网经过近几年的网络优化，基本形成核心层、业务控制层2层架构，其中核心层负责全区域业务的内部交互，并通过骨干网疏导IP网访问城域以外互联网资源的流量；业务控制层主要负责用户数据的汇聚和转发，城域骨干网的典型结构如图1所示。

1.2 存在问题

运营商城域网在过去数十年中取得巨大成绩的同时，也面临着一些根本性的困境。

（1）专业服务响应慢、部署时间长[3]：业务自动化程度低，无法实现一体端到端自动开通，导致业务开通慢；缺乏云网统一业务编排能力，难以实现多业务灵活编排，敏捷部署、调度和优化，定制化的运营支撑系统难以随需而变。

（2）网络架构复杂，单设备存在瓶颈：基于通信发展模式，以单一功能化设备建设网络，网元采用软硬件垂直一体化的封闭架构，设备功能扩展性差、资源难以协同，网络缺乏灵活性。且由于网元类型多，导致运维，部署效率低，网络建好后调整困难，且网元间复用难度大。

（3）业务烟囱：封闭的网络建设模式导致业务创新愈加困难，新业务、新功能的提供需要不断开发新设备和新协议，不断叠加的网元造成设备种类和网络数量大量繁衍，形成大批烟囱群，导致网络资源不能共享，业务难以融合，实现复杂，难以满足快速灵活的业务部署需要，用户体验难以提升。

（4）运维复杂，运营成本高：传统架构建设网络，导致网元功能单一，设备类型众多，整网运维复杂，智能运维能力弱，且不同厂家、大量类型各异的专用设备/系统，规划、建设和运维导致端到端业务实现复杂，运营成本居高不下。

2 城域网重构架构分析

2.1 城域网演进原则

为顺应信息通信业智能化发展趋势，城域网重构实践的建设目标可细分为架构、网络、业务、运营四大智能化重构，满足用户随需接入、自动响应、逼真体验、高性价比的服务需求。

（1）架构重构：以DC为核心建网，根据不同业务部署及网络设备承载的特点不同，分布选择不同的DC机房设施承载，推动网络机房（CO）向数据中心架构的方式改造，形成一体化资源池，统一集中调度。

（2）网络重构：以“智能化”为牵引，通过引入SDN、NFV、云三大技术，推进网络转型。包括CT网元虚拟化，实现NFV电信云集约部署和设备虚拟化，构建SDN（overlay）智能弹性网络，根据业务量的变化自动动态伸缩，提高硬件利用率和灵活高效部署。在SDN/NFV新技术的引入过程中，新系统应优先基于SDN/NFV部署；老系统可逐步引入SDN/NFV。

（3）业务重构：从传统连接业务为主，转变为以云服务为主，实现一点接入、全网提供。利用CT+IT取长补短的原则，逐步实现业务层IT化，支持业务灵活创新和连接层标准化，进而降低互通复杂度。

（4）运营重构：应对应用多元化面临的业务不确定性，重新定义运营模式，构建支持海量用户和海量业务的智能OSS系统，提升自动化、可视化、自服务能力，打造业务随选网络。

2.2 城域网演进架构

为了适应未来5G业务承载、固移融合、云网一体化场景需求，目标城域网络应具备如下的新特征。

（1）简洁：网络的层级、种类、类型、数量和接口应尽量减少，降低运营和维护的复杂性和成本。

（2）敏捷：网络提供软件编程能力，资源具备弹性可伸缩能力，便于网络和业务的快速部署和保障。

（3）开放：网络能够形成丰富、便捷的开放能力，主动适应互联网应用所需。

（4）集约：网络资源应能够统一规划、部署和端到端运营，改变分散、分域情况下高成本、低效率的状况。

具体的城域网架构如图2所示。

（1）网络DC化改造，适应未来网络的云化发展。以适应业务发展和DC演进为导向，以DC为核心构建新一代城域网络，根据不同业务部署及网络设备承载的特点不同，分布选择不同的DC机房设施承载，以DC流量为主优化调整城域网网络架构。

（2）简化城域网络架构，打造下一代新型城域网[4]。引入以云为核心，“积木式”模块化架构的新型城域网，基于Spine-Leaf两层扁平化光网络架构，实现网络高度扁平化及内部流量无阻塞高速转发。

（3）推进SDN网络演进，实现网络敏捷的业务提供、灵活的资源调整及高效的业务保障。在区域DC中心引入SDN控制器，利用SDN集中控制，加速IP网和传送网各自的端到端统一智能专线业务的灵活调度，并通过与DC/云资源池统一协同编排，实现网络、计算、存储资源的统一指配[5]。

（4）多领域协同推进NFV转型，减少专用网元和系统。在城域网边缘逐步实现网元NFV化，基于NFV实现电信业务云化和业务服务模式创新，以NFV为主实现VBRAS、5G核心网、IMS和EPC网元的虚拟化，实现软硬件解耦，降低设备采购和维护成本，设备可根据业务需求按需扩容或缩容，并基于业务链部署增值业务，实现城域网业务的灵活提供，提供未来新业务的快速交付能力。

（5）构建智能OSS，提升业务承载效率。基于新一代OSS系统对实体网络与虚拟网络实施统一运营管理，推进多专业的网络协同和业务编排器，实现物理资源、虚拟资源与承载网络的有效协同，以及对SDN/NFV的业务配置与资源调度等功能。

3 城域网重构部署策略

根据上述分析，城域网的总体演进思路应逐步构建以DC为核心，合理把握扩容节奏，陆续引入新型城域网规模建设，实现固移融合、云网一体承载，并构建新型云网控制平台和运营平台，实现基础电信业务和新业务的快速上线和灵活调度。基于以上发展思路，可采用以下部署策略。

（1）城域网DC部署。结合虚拟化网元统一部署的要求，推动部分具备条件的机房（CO）向数据中心架构（DC）的方式改造，整体上可分为两级数据中心架构：核心DC节点应具备业务承载和业务备份两种能力。针对业务承载，核心节点可实现如5GC、EPC、VBRAS控制面等需要和其他网元保持低延时无丢包连接的本地网级集中业务的部署，还可部署市本级的CDN平台，实现在地市范围内的各类视频业务分发。针对业务备份，核心节点可作为边缘节点各类云业务网元的备份，提高城域网业务可靠性[6]。

边缘DC节点包括了UPF、MEC、CDN等云内需要下沉到边缘以提升处理性能的VNF网元，给整个边缘节点内用户提供视频分发、本地化云服务、网络接入和城域网汇聚分流等业务。

（2）新型城域网部署。新型城域网模块化组件包括城域POD、云网POP和POD出口功能区。

城域POD：采用Spine-Leaf架构组网，实现流量快速疏导与横向弹性扩展。A-Leaf提供固定/移动用户、边缘云等全业务的就近接入；Spine实现Leaf汇聚与流量转发。Leaf-Leaf之间通SRv6+EVPN实现入云、云间等流量快速转发。

云网POP：部署DC-Leaf/S-Leaf实现网络与云资源池标准化对接，接入Spine设备。

POD出口功能区：由Spine和Super-Spine/B-leaf组成，与骨干网、业务平台/核心网等外部网络对接，实现业务差异化服务。国内互联网业务通过Spine直连骨干，Super-Spine只转发多POD间互联流量。初期考虑演进复杂度，统一由Super-Spine直连骨干[7]。

新型城域网将打破传统城域网集中出口的格局，采用分片区设置POD，流量较大的县市设置独立的Spine，满足接入设备的Leaf节点就近接入Spine设备，有效减少网络延时。各本地网POD数量可基于本地网用户数进行设置（表1）。

（3）SDN控制器部署。DC内：通过引入SDN控制器，实现数据中心网络/计算/存储资源自动化、统一发放、申请，为多业务系统提供虚拟、隔离、可扩展、自管理的网络服务，包括跨DC形成大二层资源池，提升资源利用率；网络部署自动化，提升上线效率；网络自动感知计算上下线、迁移，随动网络配置等云网协同业务[8]。DC间：通过DC间互联，构建城域DCI屏幕，对DC间流量进行智能疏导，实现多DC互联架构。实现如省内流量本地化、安全资源集中部署等，并可提高运维效率，减少排障时间。

（4）NFV转型部署。建设一套城域网NFVMANO，控制两级DC架构。其中NFV-MANO管理城域网所有的VNF网元，实时调度城域网各类业务流量，提供业务统一界面和租户级视图。城域网NFV化应采用“增量先行、老网逐步改造”的原则，采用“先增量后存量、先控制后转发、先核心再边缘”的演进步骤，并结合NFV技术成熟度及部署周期，逐步引入。初期可选择部分代表性网元和系统（如CPE、BRAS、IMS等），结合相关系统升级换代工作，引入NFV，待NFV基础成熟后，统一全网云资源，实现网元硬件资源的通用化。

（5）运营系统部署。初期引入网络协同和业务编排器管理“新”网络，并优化现有OSS管理“老”网络。重点强化网络分析系统，实现网络可视化及统一的全网自动化配置。后期部署统一的顶层网络协同和业务编排器，实现“新老”网络与设备协同和业务端到端一点提供；重点实现网络可编程，网络资源可按需调用[9]。

4 结语

未来运营商城域网以云技术、SDN和NFV技术为基础构建，且传统网络依然是未来网络架构的重要组成部分，但DC正在成为流量高地，并以云化网络为核心牵引网络架构演进。本文从城域网重构演进目标、演进架构、实施策略等方面介绍城域网建设思路，提供了可行性较高的城域网重构建设路径，而为更好地适应时代发展，相关技术和设备的深入研究必须得到重视。