王凌志 周希強 喬楚

(四川通信科研規(guī)劃設(shè)計有限責任公司,四川成都 610041)

1 引言

互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過多年技術(shù)發(fā)展,業(yè)務(wù)從過去的簡單網(wǎng)頁瀏覽,擴展為今日的網(wǎng)頁瀏覽、高速下載、網(wǎng)絡(luò)游戲、金融交易、視聽播放等各種不同業(yè)務(wù)。隨著業(yè)務(wù)增多,不同的業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)要求不同,如網(wǎng)絡(luò)游戲需要低時延、網(wǎng)頁瀏覽需大并發(fā)接入、金融交易注重安全性、視聽播放注重網(wǎng)絡(luò)速率等。運營商為滿足這些要求對網(wǎng)絡(luò)不斷擴容,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)變得越發(fā)復(fù)雜,網(wǎng)絡(luò)擴容也變得越發(fā)昂貴。

2 城域網(wǎng)現(xiàn)狀及BRAS問題分析

I P城域網(wǎng)是運營商骨干網(wǎng)在本地范圍內(nèi)的延伸,為個人或企業(yè)客戶提供語音、數(shù)據(jù)、視頻等全業(yè)務(wù)接入,并負責向骨干網(wǎng)傳送業(yè)務(wù),主要可劃分為城域核心層、業(yè)務(wù)控制層、接入?yún)R聚層。

(1)城域核心層：主要完成網(wǎng)內(nèi)東西向流量調(diào)配和南北向出入城域網(wǎng)流量的高速轉(zhuǎn)發(fā),并負責本地網(wǎng)內(nèi)多個不同業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)。

(2)業(yè)務(wù)控制層：由多業(yè)務(wù)邊緣路由器作為業(yè)務(wù)接入控制點組成,主要負責業(yè)務(wù)接入與控制。

(3)接入?yún)R聚層：由大量匯聚交換機及接入設(shè)備,主要負責為客戶提供接入與匯聚小顆流量。

目前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下,城域網(wǎng)業(yè)務(wù)控制主要集中在業(yè)務(wù)控制層,主要設(shè)備為B R A S/M S E,其問題大致為如下四點：

2.1 設(shè)備數(shù)量多,擴容投資巨大

網(wǎng)絡(luò)流量的暴發(fā)式增長,使得BRAS數(shù)量增長迅猛。雖然目前設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)能力從20/40G發(fā)展到200G平臺,但考慮上配套與傳輸?shù)鹊脑靸r,每10GE設(shè)備端口造價并未出現(xiàn)陡降。運營商在網(wǎng)絡(luò)能力擴容中,投資巨大,網(wǎng)絡(luò)也變得越發(fā)臃腫。

2.2 能力浪費嚴重

城域網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)控制層B R A S設(shè)備還有一個重要能力限制,即Session要求?，F(xiàn)在即使同一用戶也有多個Session需求,因此理論上B R A S最多接入10萬用戶。然而考慮安全、性能等因素,B RA S設(shè)備極少滿負荷運轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)發(fā)能力存在浪費情況。

2.3 業(yè)務(wù)靈活性差

現(xiàn)有B R A S設(shè)備均采用廠家專用設(shè)備,新增業(yè)務(wù)需原有硬件進行支持,如目前在IPv4/IPv6實現(xiàn)隧道和地址翻譯的C G N板卡,均有相對應(yīng)的專用設(shè)備板卡。此類專用硬件開發(fā)復(fù)雜,研發(fā)時間長,異廠商協(xié)議互通困難,業(yè)務(wù)部署慢等,將無法很好的適應(yīng)未來網(wǎng)絡(luò)個性化需求。

2.4 設(shè)備分散,管理維護復(fù)雜

由于B R A S覆蓋的物理范圍和用戶不同,設(shè)備間負載不均衡,需要維護人員不斷反復(fù)割接業(yè)務(wù),用戶體驗較差。而且每臺設(shè)備都是獨立的系統(tǒng),實際使用中需要對每臺B R A S單獨配置大量而復(fù)雜的用戶策略,缺乏統(tǒng)一管理控制平臺,管理運維復(fù)雜。

圖1 ESTI的NFV經(jīng)典參考架構(gòu)

圖2 vBRAS部署方案

3 虛擬化BRAS(vBRAS)

3.1 網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化NFV

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化NFV(Network Function Virtualization),使用通用性硬件以及虛擬化技術(shù)承載軟件功能。

基于以上需求,NFV標準組織ETSI提出經(jīng)典參考架構(gòu)如圖1所示,其中包括了完整的基礎(chǔ)架構(gòu)層NFVI、資源管理與業(yè)務(wù)流程編排層M A N O,以及O SS層和網(wǎng)絡(luò)功能層V N F。

在基礎(chǔ)架構(gòu)層,N F V考慮通用硬件構(gòu)建統(tǒng)一資源池,為網(wǎng)絡(luò)功能動態(tài)分配能力資源,極大解決投資問題。網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)控分離,控制面M A N O統(tǒng)一部署,使所有硬件轉(zhuǎn)發(fā)資源動態(tài)調(diào)控,軟件資源得到統(tǒng)一管理。而接口標準化,開發(fā)人員通過編程標準接口去調(diào)用基礎(chǔ)能力,減少底層適配的工作量,新業(yè)務(wù)上線時間將大大縮短。

3.2 vBRAS

針對目前城域網(wǎng)中業(yè)務(wù)控制層BRAS設(shè)備的各種上問題,NFV技術(shù)提出的解決方案便是vBRAS(Virtual BRAS)。

業(yè)界對于vBRAS研究主要有以下兩類方案：

一類為IT廠商主推方案,原BRAS設(shè)備的控制面與轉(zhuǎn)發(fā)面相互分離,提取控制面考慮在數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一部署,對底層轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備進行統(tǒng)一控制。此類方案優(yōu)勢在于N F V完成度高,網(wǎng)絡(luò)純凈,擴容成本低,只需要擴容通用服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)便可。缺點在于,運營商采用該方案,需對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進行大改造;同時,現(xiàn)有通用服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)能力遠遠達不到BRAS設(shè)備的全業(yè)務(wù)承載需求。

另一類為CT廠商普遍采用方案,即將傳統(tǒng)設(shè)備的控制面剝離出來,部署在通用設(shè)備上,轉(zhuǎn)發(fā)面則利舊原有BRAS,從控制面接收指令對流量進行轉(zhuǎn)發(fā)。該類方案優(yōu)勢是充分利舊原有投資,對網(wǎng)絡(luò)影響小,部署也相對容易。但缺點也非常明顯,轉(zhuǎn)發(fā)面專用設(shè)備與控制面的管理軟件存在強捆綁關(guān)系,設(shè)備廠商依賴性強。

3.3 采用vBRAS優(yōu)勢

vBRAS在基礎(chǔ)設(shè)施層,采用了通用設(shè)備提供硬件資源能力,通過云技術(shù)與虛擬化技術(shù)(如Hypervisor等),給予VNF提供相應(yīng)能力(如計算、存儲、網(wǎng)絡(luò))。減少專用設(shè)備采購,降低網(wǎng)絡(luò)能力擴容投資。而轉(zhuǎn)發(fā)面與控制面分離,BRAS功能以軟件形態(tài)提供,未來擴容時,根據(jù)需求選擇合適的供應(yīng)商,擺脫了實體設(shè)備擴容所帶來的網(wǎng)絡(luò)“煙囪”,同時也能加快新業(yè)務(wù)部署上線時間?？刂泼鍹ANO統(tǒng)一部署對全網(wǎng)集約化管理,解決管理問題。

4 vBRAS部署策略

考慮到目前現(xiàn)網(wǎng)狀況及用戶使用情況,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不宜一次性進行大變動,同時限于現(xiàn)階段通用設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)能力的限制,無法滿足現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)高速轉(zhuǎn)發(fā)需求。因此,在第一階段,建議選擇CT廠商方案,轉(zhuǎn)發(fā)面利舊專用設(shè)備,而控制面采用通用服務(wù)器作為承載設(shè)備,考慮在數(shù)據(jù)中心集中部署。通過接入層交換機剝離原BRAS上session資源占用較多但流量較小的部分業(yè)務(wù),如ITMS,VoIP業(yè)務(wù)。通過此項改造,將原BRAS上Session資源解放出來,以承載更多業(yè)務(wù)流量。

等到N F V技術(shù)相對成熟,未來待通用服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)能力增強之后,可以考慮按第一類方案進行建設(shè),即以通用服務(wù)承載轉(zhuǎn)控分離形態(tài)vBRAS,部署時伋在數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一部署控制面,而轉(zhuǎn)發(fā)面可根據(jù)流量考慮下沉設(shè)備至用戶近端對用戶流量進行最大限度的收斂與轉(zhuǎn)發(fā)。結(jié)合云計算技術(shù),轉(zhuǎn)發(fā)面也將虛擬為云化資源池,按需配比。而借鑒于S D N技術(shù),所有云化資源池之間也可形成環(huán)狀互通,通過類似SDN控制面下發(fā)流表至轉(zhuǎn)發(fā)面等技術(shù),使vBRAS轉(zhuǎn)發(fā)面之間形成東西向流量,完成靈活的資源調(diào)度與網(wǎng)絡(luò)互助。

5 vBRAS部署方案

對應(yīng)NF V參考架構(gòu),vBR AS部署應(yīng)主要分為基礎(chǔ)資源云化,vBRAS部署,MANO控制部署。整體部署方案如圖2所示。

在各級機房內(nèi)均組建網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化基礎(chǔ)資源NF VI,通過堆疊通用服務(wù)器,結(jié)合虛擬化技術(shù)與云計算技術(shù),構(gòu)成基礎(chǔ)能力資源池,為網(wǎng)絡(luò)功能種類軟件提供計算能力、存儲能力、網(wǎng)絡(luò)能力。

而軟件形態(tài)的vBRAS轉(zhuǎn)發(fā)面vBRAS-U或原BRAS設(shè)備考慮靠近用戶部署,匯聚收斂用戶流量,減小上層網(wǎng)絡(luò)流量轉(zhuǎn)發(fā),緩解網(wǎng)絡(luò)壓力,同時,上層網(wǎng)絡(luò)考慮僅流量高速轉(zhuǎn)發(fā),也使網(wǎng)絡(luò)延遲得到進一步降低,網(wǎng)絡(luò)性能得到優(yōu)化。

而控制面MANO主要考慮在省會級機房內(nèi)進行部署,對全網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)、虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能VNF與基礎(chǔ)資源進行集約管理。

6 結(jié)語

IP城域網(wǎng)為服務(wù)用戶的重要網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)在乃至未來,將會有更多個性化業(yè)務(wù)與更多用戶流量進來,而傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已不能很好的對這些需求進行承載。NFV/SDN 正好可以幫助運營商解決這一問題。但要迎接未來網(wǎng)絡(luò)與用戶需求,光改造業(yè)務(wù)控制層BR AS是遠遠不夠的,城域網(wǎng)內(nèi)其他層級網(wǎng)元,也需要完成相應(yīng)改造革新,才能更好滿足未來用戶需求。

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