◆馮南梓

(廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 廣東 510630)

城域網(wǎng)vBRAS應(yīng)用研究

◆馮南梓

(廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 廣東 510630)

隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)在電信網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用和寬帶互聯(lián)網(wǎng)用戶的快速發(fā)展，城域網(wǎng)作為重要的承載網(wǎng)絡(luò)，對運(yùn)營商業(yè)務(wù)發(fā)展和用戶體驗(yàn)起關(guān)鍵作用。本文從城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀入手，分析城域網(wǎng)業(yè)務(wù)控制層現(xiàn)面臨的問題，提出城域網(wǎng)vBRAS優(yōu)化建議。

城域網(wǎng)；vBRAS；虛擬化

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)流量的主體，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)已經(jīng)從簡單的網(wǎng)頁瀏覽，不斷豐富到高速下載、高清視頻、在線游戲、電子商務(wù)、金融交易等，業(yè)務(wù)類型不斷細(xì)分，不同業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求差異化也更加明顯，當(dāng)前粗放式經(jīng)營的寬帶 IP城域網(wǎng)無法滿足管道智能化、運(yùn)營差異化、能力開放化的新型寬帶服務(wù)需求。本文主要對城域網(wǎng)現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行分析，對城域網(wǎng)vBRAS演進(jìn)方案進(jìn)行論述。

1 城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)現(xiàn)狀分析

城域網(wǎng)是在城域范圍內(nèi)組建的，用于實(shí)現(xiàn)個(gè)人和企業(yè)用戶的語音、視頻、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)接入、匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)，包括城域骨干網(wǎng)、業(yè)務(wù)控制層和寬帶接入網(wǎng)。

城域骨干網(wǎng)：由城域核心路由器負(fù)責(zé)對業(yè)務(wù)控制層設(shè)備進(jìn)行端口和流量匯聚，并作為IP 城域網(wǎng)到IP骨干網(wǎng)的流量轉(zhuǎn)發(fā)出口。

業(yè)務(wù)控制層：由多業(yè)務(wù)邊緣服務(wù)器（包括BRAS、SR、MSE等）作為業(yè)務(wù)接入控制點(diǎn)組成，主要負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)接入與控制。

寬帶接入網(wǎng)：是業(yè)務(wù)控制層以下，用戶家庭網(wǎng)關(guān)以上（不含CPE）的二層接入網(wǎng)絡(luò)。

2 城域網(wǎng)業(yè)務(wù)控制層面臨挑戰(zhàn)

城域網(wǎng)業(yè)務(wù)控制層作為城域網(wǎng)業(yè)務(wù)的接入和控制節(jié)點(diǎn)，由BRAS、SR或MSE組成。就城域網(wǎng)業(yè)務(wù)控制層設(shè)備而言，目前主要存在以下幾方面問題：

2.1 設(shè)備數(shù)量眾多

隨著城域網(wǎng)內(nèi)的業(yè)務(wù)類型不斷增加，運(yùn)營商為降低各類業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的壓力，通常部署多邏輯平面和多邊緣以承載業(yè)務(wù)，包括專線業(yè)務(wù)路由器、寬帶業(yè)務(wù)路由器、視訊業(yè)務(wù)路由器等，隨著業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，平面和邊緣還將不斷增加。

2.2 設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)能力弱

現(xiàn)網(wǎng)有大量的 20G/40G平臺(tái)設(shè)備，由于接入層全面提速，OLT由原來的GE PON升級(jí)為10G PON,產(chǎn)生了大量的OLT 10G顆粒度的上聯(lián)需求，需要向更高的平臺(tái)升級(jí)改造，造成投資成本急劇上升。

2.3 業(yè)務(wù)靈活性差

新增業(yè)務(wù)特性依賴專用硬件，如設(shè)備廠商采用專用的 CGN板卡，通過隧道和地址翻譯實(shí)現(xiàn)IPv4/IPv6雙棧部署。但專用硬件開發(fā)復(fù)雜，異廠商協(xié)議互通困難，業(yè)務(wù)部署慢等，造成網(wǎng)絡(luò)升級(jí)復(fù)雜、建設(shè)成本高等情況。

2.4 設(shè)備分散，管理維護(hù)復(fù)雜

由于每臺(tái)業(yè)務(wù)控制層設(shè)備覆蓋的物理范圍和用戶不同，存在設(shè)備間負(fù)載不均衡、部分設(shè)備負(fù)載偏大、而部分設(shè)備負(fù)載偏小、需要維護(hù)人員不斷反復(fù)割接業(yè)務(wù)，用戶體驗(yàn)較差。而且每一個(gè)設(shè)備都是獨(dú)立的系統(tǒng)，實(shí)際使用中需要對每臺(tái)BRAS單獨(dú)配置大量而復(fù)雜的用戶策略，缺乏統(tǒng)一管理控制平臺(tái)，管理運(yùn)維復(fù)雜。

3 vBRAS關(guān)鍵技術(shù)

為了應(yīng)對互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求，逐步解決基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)問題，vBRAS智能化和虛擬化的轉(zhuǎn)型需求越來越迫切，vBRAS關(guān)鍵技術(shù)有：

3.1 vBRAS云化設(shè)計(jì)

目前vBRAS正在由軟件化向云化階段演進(jìn)，軟件化方案由多臺(tái)服務(wù)器組成軟化的 vBRAS群，每臺(tái)服務(wù)器包括若干個(gè)vBRAS。而vBRAS云化方案由若干個(gè)服務(wù)器云化對外組成一臺(tái)vBRAS，控制轉(zhuǎn)發(fā)分離，控制轉(zhuǎn)發(fā)彈性伸縮，以此克服 vBRAS軟化的不足，對外呈現(xiàn)較少的網(wǎng)元，彈性伸縮對周邊配套服務(wù)器不可見，彈性伸縮也不依賴控制器。

圖1 vBRAS軟件化與云化示意圖

3.2 vBRAS自動(dòng)彈性伸縮

自動(dòng)彈性伸縮是vBRAS的關(guān)鍵能力，根據(jù)負(fù)載情況動(dòng)態(tài)擴(kuò)展資源，創(chuàng)建和回收vBRAS，基于CPU、利用率、用戶數(shù)、轉(zhuǎn)發(fā)容量等自動(dòng)負(fù)載均衡算法，實(shí)現(xiàn)MANO自動(dòng)感知調(diào)度系統(tǒng)，資源動(dòng)態(tài)均衡，業(yè)務(wù)無感知。自動(dòng)彈性伸縮較原來傳統(tǒng)BRAS軟硬件一體的方式，能夠最大限度地提升硬件資源的利用效率。

圖2 vBRAS彈性擴(kuò)容示意

3.3 vBRAS可靠性設(shè)計(jì)

vBRAS的可靠性設(shè)計(jì)將繼承傳統(tǒng)BRAS的可靠性技術(shù)，比如Trunk、雙主控和雙機(jī)熱備等，同時(shí)將傳統(tǒng)的可靠性技術(shù)應(yīng)用到云環(huán)境，以應(yīng)對VM故障、服務(wù)器故障、機(jī)架故障和機(jī)房故障等，尤其是基于云的特點(diǎn)，vBRAS提供VM級(jí)的故障自愈，自動(dòng)恢復(fù)技術(shù)。

4 vBRAS引入思路

現(xiàn)階段，vBRAS部署還在發(fā)展和完善中，在實(shí)驗(yàn)室相關(guān)功能和性能驗(yàn)證情況如下：

（1）PPPoE用戶接入功能支持完善，在AAA處理方面與傳統(tǒng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)一致。

（2）用戶QoS只能實(shí)現(xiàn)簡單用戶和業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)。

（3）CGN實(shí)現(xiàn)簡單的地址轉(zhuǎn)換功能，但未考慮溯源等運(yùn)營管理要求。

（4）暫未考慮IPv6功能。

（5）vBRAS性能與x86服務(wù)器性能強(qiáng)相關(guān)，轉(zhuǎn)發(fā)能力較弱。

vBRAS是IP寬帶城域網(wǎng)業(yè)務(wù)控制層演進(jìn)的方向，在實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證基礎(chǔ)上，探討vBRAS引入方案時(shí)還應(yīng)多方面考慮：

（1）vBRAS需要在規(guī)劃、建設(shè)、維護(hù)等方面同時(shí)做好充分準(zhǔn)備，在組織適配、流程適配上做好相應(yīng)的提前準(zhǔn)備；

（2）要充分考慮新技術(shù)與原有業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)的無縫銜接，通過局部試點(diǎn)，經(jīng)過充分驗(yàn)證后，再進(jìn)行大規(guī)模部署。

表1 物理BRAS與vBRAS性能對比

5 vBRAS階段建設(shè)方案

考慮現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和 vBRAS的技術(shù)演進(jìn)因素，IP寬帶城域網(wǎng)vBRAS方案演進(jìn)分3個(gè)階段。

（1）基于設(shè)備的虛擬化

BRAS設(shè)備虛擬化，局部引入替代原節(jié)點(diǎn)物理BRAS設(shè)備，負(fù)責(zé)用戶的接入認(rèn)證、業(yè)務(wù)功能。

（2）基于資源池化

利用NFV虛擬層的能力，統(tǒng)籌調(diào)度BRAS池和vBRAS x86設(shè)備池，在vBRAS的基礎(chǔ)上提取控制信息，比如IP POOL、策略控制、AAA、DNS等傳統(tǒng)控制功能以及新的產(chǎn)品及業(yè)務(wù)控制功能，形成SDN控制單元，形成網(wǎng)絡(luò)對用戶及業(yè)務(wù)的感知和控制能力。

（3）基于業(yè)務(wù)自定制

利用NFV實(shí)現(xiàn)虛擬服務(wù)鏈資源池；配合服務(wù)鏈代理技術(shù)，在服務(wù)鏈中引入第三方設(shè)備，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)開放的業(yè)務(wù)資源池。

6 未來展望

隨著SDN和NFV技術(shù)不斷完善，業(yè)務(wù)控制層設(shè)備能以高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)匹配業(yè)務(wù)應(yīng)用發(fā)展對網(wǎng)絡(luò)的需求，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量將會(huì)更加優(yōu)化，大大提升用戶體驗(yàn)，為業(yè)務(wù)規(guī)?；\(yùn)營打下提供良好基礎(chǔ)。