林嵐君（福建省郵電規(guī)劃設計院有限公司， 福州 350003）

LIN Lan-jun（Fujian Post&Telecom Planning and Designing Institute， Fuzhou 350003， China）

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IP網(wǎng)SDN+NFV云化能力探索

林嵐君
（福建省郵電規(guī)劃設計院有限公司， 福州 350003）

摘 要SDN/NFV逐漸成為新一代網(wǎng)絡發(fā)展的核心技術，也為未來運營商網(wǎng)絡重構變革提供有力的技術支撐。SDN/ NFV在運營商IP網(wǎng)絡的引入促進運營網(wǎng)向新的業(yè)務模式演進，能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的部署、更便利的維護、更快速的靈活滿足業(yè)務變更需求和動態(tài)的資源調(diào)整。為了搶占市場先機并提高用戶粘性，運營商將會持續(xù)進行探索與嘗試，構建新一代面向未來云化城域網(wǎng)絡。

關鍵詞SDN；NFV；城域網(wǎng)

1　引言

運營商的網(wǎng)絡經(jīng)過多年的快速發(fā)展，多種業(yè)務不斷疊加，使得網(wǎng)絡錯綜復雜，為網(wǎng)絡規(guī)劃建設和運維排障等方面帶來極大的挑戰(zhàn)。在這個移動互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的時代，為了不被邊緣化和管道化，運營商需要在商業(yè)模式、業(yè)務內(nèi)容、服務方式，甚至在網(wǎng)絡規(guī)劃建設上需要進行革新。因此，如何降低運營商的網(wǎng)絡建設成本和運維成本，讓傳統(tǒng)的運營商網(wǎng)絡逐漸演進到面向業(yè)務的新運營網(wǎng)，已經(jīng)成為各大運營商重點聚焦的一個問題。

2　IP網(wǎng)轉(zhuǎn)型面臨各種挑戰(zhàn)

2.1IP網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)

隨著用戶體驗的變化，運營商的競爭優(yōu)勢已逐漸從“大（性能、容量、成本）”轉(zhuǎn)移到“快”，要快速業(yè)務創(chuàng)新、快速響應客戶需求、快速開發(fā)業(yè)務、快速故障定位。而傳統(tǒng)的IP城域網(wǎng)已經(jīng)無法匹配新型業(yè)務的快速發(fā)展需求，主要存在如下幾方面的短板：

新業(yè)務上線慢：由于新的業(yè)務產(chǎn)品實現(xiàn)需要現(xiàn)有網(wǎng)絡設備長周期調(diào)整，從而導致無法支撐有創(chuàng)意和短收益的業(yè)務產(chǎn)品。比如，近期中國電信集團公司的悅ME和愛Wi-Fi業(yè)務產(chǎn)品產(chǎn)品設備測試配置達2～3個月。

資源利用率不均衡：由于地區(qū)經(jīng)濟以及市場推廣的差異化，導致城域網(wǎng)BAS利用資源不均衡（最小承載用戶數(shù)＜1千，最大達8萬），致使部分網(wǎng)絡資源（用戶會話數(shù)、IP地址等）存在瓶頸，而部分節(jié)點又存在轉(zhuǎn)發(fā)能力過剩，導致資源浪費。

運營維護復雜：寬帶業(yè)務經(jīng)過近十幾年的快速發(fā)展，網(wǎng)絡設備也在不斷的更新?lián)Q代，現(xiàn)有城域網(wǎng)同時在網(wǎng)的設備型號和版本多達20種。由于各種設備的配置和維護命令不同，異廠家設備維護界面也不盡相同，網(wǎng)絡設備無法集中進行統(tǒng)一控制。

持續(xù)較高的建網(wǎng)成本：現(xiàn)有網(wǎng)絡架構資源按區(qū)域配置，無法實現(xiàn)資源彈性調(diào)度和按需分配。而隨著國家提速降價的政策要求以及各大運營商之間的競爭加劇，導致對網(wǎng)絡的建設成本訴求更高，需要更低建網(wǎng)成本。

2.2SDN對于IP網(wǎng)的價值

SDN是一種新型網(wǎng)絡創(chuàng)新架構，其核心技術是通過將網(wǎng)絡設備控制面與數(shù)據(jù)面分離開來，從而實現(xiàn)了網(wǎng)絡流量的靈活控制，為核心網(wǎng)絡及應用的創(chuàng)新提供了良好的平臺。SDN是適應云計算在計算虛擬化后對網(wǎng)絡虛擬化的需求而發(fā)展起來的，是ICT產(chǎn)業(yè)軟件化的趨勢體現(xiàn)。將SDN應用于城域網(wǎng)中，能夠解決目前網(wǎng)絡中出現(xiàn)的業(yè)務控制層瓶頸和網(wǎng)絡運維復雜等許多問題，大幅減少投資，快速部署新業(yè)務，推動了網(wǎng)絡的建設發(fā)展。

SDN化帶來的好處：網(wǎng)絡創(chuàng)新快速驗證平臺；網(wǎng)絡特性可編程，滿足云計算等業(yè)務的發(fā)展的新要求；簡化超大型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡管理；網(wǎng)絡虛擬化，網(wǎng)絡資源按需分配；縮短業(yè)務部署周期；快速感知、快速調(diào)整、快速部署。

SDN帶給運營商的價值：

（1） 降低設備成本：設備數(shù)量減少，標準服務器因規(guī)模采購價格低。

（2） 鼓勵更多創(chuàng)新：軟件開發(fā)門檻低，容易創(chuàng)新，將帶來新的服務和新的收入來源。

（3） 多租戶：單一平臺即可為不同用戶提供服務，使運營商能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享。

（4） 降低新產(chǎn)品、新業(yè)務上線周期：軟件開發(fā)的速度快于硬件產(chǎn)品，同時軟件升級方式也比硬件替換方式對運營商影響小。

（5） 快速推出有針對性的服務：可以根據(jù)地理位置和客戶需求快速推出有針對性的服務，同時快速實現(xiàn)性能的提升或者降低。

3　IP網(wǎng)SDN/NFV應用探索

運營商在思考將x86這種具有更高計算能力和更標準靈活的硬件架構引入到傳統(tǒng)城域網(wǎng)的業(yè)務邊緣層的可能性。通過部署x86架構下的虛擬CPE（vCPE）、虛擬BRAS（vBRAS）和虛擬NAT（vCGN）等資源池，使得業(yè)務邊緣的用戶接入控制能力得以靈活擴展。

3.1專線vCPE應用

運營商首先在vCPE方向上進行實踐探索，將原來散落在用戶家庭的接入網(wǎng)關的高級功能上收到匯聚節(jié)點，在家庭側(cè)只需要部署最簡單的二層接入設備，大大的降低客戶端的投資和維護成本。vCPE部署在匯聚節(jié)點機房，旁掛在業(yè)務接入控制層設備邊上，使用vCPE可以在網(wǎng)絡側(cè)集中設置，按不同客戶對應設置不同vCPE，并根據(jù)客戶需求靈活動態(tài)調(diào)整對應資源分配和管理。用戶側(cè)的Thin CPE只提供L2轉(zhuǎn)發(fā)，通過VxLAN技術與vCPE進行互聯(lián)，通過二層回傳方式將用戶流量導入vCPE終結。圖1為VCPE部署示意圖。

這種部署模式絕不僅僅在于替代現(xiàn)有的家庭網(wǎng)關，而在于盯準智能家庭路由器市場，作為新技術驅(qū)動下的軟件終端，以其維護方便、升級靈活、新業(yè)務部署快速，符合云化技術潮流，再結合原有業(yè)務，能夠?qū)崿F(xiàn)快速地推向市場。但優(yōu)勢發(fā)揮的關鍵在于軟件形態(tài)下新的業(yè)務模式的挖掘，提供客戶有價值服務。

3.2 IP城域網(wǎng)邊緣vBRAS應用

傳統(tǒng)城域網(wǎng)業(yè)務邊緣設備是整個運營商IP城域網(wǎng)中業(yè)務部署最復雜的，運營商需要依靠這個層次完成用戶的接入、認證、控制、策略部署等功能。在以帶寬出租為主要運營模式的傳統(tǒng)運營網(wǎng)中，業(yè)務邊緣節(jié)點設備基本能夠滿足運營需求。但在部分發(fā)達地區(qū)，傳統(tǒng)的業(yè)務邊緣節(jié)點設備也已經(jīng)出現(xiàn)了計算能力和轉(zhuǎn)發(fā)能力的不匹配的問題，當邊緣設備的端口使用率才到20%，但是CPU的利用率已經(jīng)達到70%～80%了。并且隨著增值業(yè)務的部署，Session會話數(shù)隨著寬帶用戶增長及多種業(yè)務疊加開展，導致傳統(tǒng)的老平臺城域網(wǎng)邊緣設備越來越凸顯出其業(yè)務特性開發(fā)響應周期長和業(yè)務能力偏弱的問題。

在運營商IP城域網(wǎng)中，BRAS是最為關鍵的網(wǎng)絡設備和角色類型，以BRAS及其以下的接入網(wǎng)為模塊，不斷復制模塊擴容的方式建設城域網(wǎng)是最為典型模式。這種模式網(wǎng)絡配置相對固定，可以很好的實現(xiàn)簡單業(yè)務的網(wǎng)絡擴容，但是也存在非常明顯的問題：城域網(wǎng)內(nèi)各個BRAS之間各自為政，無法實現(xiàn)資源共享。這使得用戶多的地方只能多部署幾臺BRAS，多從接入網(wǎng)拉連一些光纖鏈路到BRAS機房，BRAS和鏈路的利用率都不高。另外，運營商也嘗試對業(yè)務大的BRAS節(jié)點進行設備熱備，這種網(wǎng)絡部署方案在一定程度上能提升業(yè)務保障能力，但對二層的網(wǎng)絡接入如光纜資源等造成極大的損耗。因此，城域網(wǎng)的邊緣業(yè)務設備BRAS也在嘗試向x86方向發(fā)展，標準服務器可以通過平滑擴展的方式增強計算和轉(zhuǎn)發(fā)能力，并且能夠更好地適應L4～L7業(yè)務能力。

在x86的架構下，vBRAS作為原有物理BRAS設備的虛擬化形態(tài)，采用NFV技術運行在標準服務器虛擬機上，實現(xiàn)在城域網(wǎng)業(yè)務邊緣層形成一個新的vPOP。采用x86形態(tài)vBRAS服務器可以分布在不同的DC里，通過雙機房雙活負載分擔提高業(yè)務的保障性。同時可以將各種VNF（如NAT、DPI、CDN等）相對集中部署形成資源池，資源池內(nèi)可以面向用戶、面向業(yè)務靈活調(diào)整資源，從而提升全網(wǎng)使用效率。另外在城域網(wǎng)范圍內(nèi)集中部署vPOP的Controller，實現(xiàn)資源狀態(tài)的查看、配置、維護、調(diào)整等功能。圖2為vBRAS部署示意圖。

目前多家運營商均已展開對單機設備虛擬化（NFV）的測試工作，基本上完成了vBRAS基礎能力的功能驗證。在完成初步階段的基礎上，后續(xù)將結合SDN實現(xiàn)城域網(wǎng)業(yè)務接入控制層的池化，在城域網(wǎng)業(yè)務邊緣層形成多個新的vPOP，實現(xiàn)和云化相關的功能，以及SDN集中控制的功能。

圖2　vBRAS部署示意圖

4　總結

SDN/NFV在運營商IP網(wǎng)絡的引入促進運營網(wǎng)向新的業(yè)務模式演進，能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的部署、更便利的維護、更快速的靈活滿足業(yè)務變更需求和動態(tài)的資源調(diào)整。雖然新技術的部署將會對光纜網(wǎng)絡、網(wǎng)絡規(guī)劃、網(wǎng)絡運營帶來一定的壓力，但是為了搶占市場先機并提高用戶粘性，運營商將會持續(xù)進行探索與嘗試，構建新一代面向未來云化城域網(wǎng)絡。

參考文獻

［1］ Thomas D. N， Ken Gray. 軟件定義網(wǎng)絡SDN與OpenFlow解析［M］.畢軍，單業(yè)，張紹宇， 等， 譯. 北京：人民郵電出版社， 2014.

［2］ 雷葆華. SDN核心技術剖析和實戰(zhàn)指南［M］. 北京：電子工業(yè)出版社， 2013.

［3］ 趙慧玲，史凡.SDN/NFV的發(fā)展與挑戰(zhàn)［J］. 電信科學， 2014（8）.

［4］ 韋樂平. SDN的戰(zhàn)略性思考［J］. 電信科學. 2015（1）.

［5］ 張志強. SDN和NFV對網(wǎng)絡變革發(fā)展影響綜述［J］. 現(xiàn)代電信科技， 2015（1）.

LIN Lan-jun
（Fujian Post&Telecom Planning and Designing Institute， Fuzhou 350003， China）

News

Research on IP network SDN+NFV cloud capability

KeywordsNFV； SDN； metropolitan area network

AbstractSDN/NFV gradually become the core technology of the new generation of network development， but also to provide a strong technical support for the future operators of network reconfi guration. SDN/NFV in IP network operators to promote the introduction of network operators to the evolution of a new business model to achieve more effi cient deployment and maintenance more convenient and more rapid fl exible to meet the change of business requirements and dynamic resource adjustment. In order to seize market opportunities and improve user stickiness， operators will continue to explore and try to build a new generation of future oriented cloud metropolitan area network.

中圖分類號TN929.5

文獻標識碼A

文章編號1008-5599（2016）05-0023-04

收稿日期：2016-04-13