劉波，萬昕，楊合林

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司山東分公司，山東 濟(jì)南 250100）

1 引言

當(dāng)前，隨著互聯(lián)網(wǎng)+、OTT運(yùn)營(yíng)模式的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)流量呈井噴式增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越趨復(fù)雜，運(yùn)維成本也節(jié)節(jié)升高。不僅如此，由于互聯(lián)網(wǎng)新業(yè)務(wù)的層出不窮，各種業(yè)務(wù)對(duì)帶寬資源以及推出速度等要求越來越高，而城域網(wǎng)邊緣的BRAS設(shè)備作為實(shí)現(xiàn)各種用戶業(yè)務(wù)接入的網(wǎng)關(guān)，一直以來是一種軟硬件一體化設(shè)備，并采用典型的控制與轉(zhuǎn)發(fā)緊耦合的方式，面對(duì)運(yùn)營(yíng)商城域網(wǎng)新業(yè)務(wù)和新功能的不斷豐富，一體化的BRAS設(shè)備已經(jīng)無法滿足需求。因此，構(gòu)建資源靈活、操作快捷的城域網(wǎng)邊緣虛擬化已迫在眉睫。本文通過研究vBRAS的整體架構(gòu)和總體應(yīng)用方案，結(jié)合移動(dòng)城域網(wǎng)現(xiàn)狀，提出如何在移動(dòng)城域網(wǎng)內(nèi)部署vBRAS。

2 CMNet網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及問題分析

CMNet定位于開放的公眾互聯(lián)網(wǎng)，是全球互聯(lián)網(wǎng)的一部分，承載互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)業(yè)務(wù)。山東移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)主要由CMNet承載，按照接入對(duì)象可分為家庭寬帶（含和TV）、WLAN熱點(diǎn)、集團(tuán)客戶專線和4G用戶等。

經(jīng)過多年的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化建設(shè)，移動(dòng)CMNet無論在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、成本控制還是新技術(shù)應(yīng)用等方面，都處于業(yè)內(nèi)比較優(yōu)秀的水平，可以滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。但隨著業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)仍存在一下問題：

（1）資源利用不均

傳統(tǒng)BRAS控制面軟件與轉(zhuǎn)發(fā)面硬件資源不相匹配，在大并發(fā)用戶、大并發(fā)流量的運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下（如HSI、IPTV和OTT等），BRAS的控制面資源使用殆盡，但轉(zhuǎn)發(fā)面資源卻只使用了一小部分，大部分處于空閑狀態(tài)。

（2）新業(yè)務(wù)部署慢

傳統(tǒng)BRAS設(shè)備為軟硬件一體的封閉系統(tǒng)，擴(kuò)展性較差，設(shè)備能力的提升通過硬件的更新?lián)Q代實(shí)現(xiàn)，直接導(dǎo)致新業(yè)務(wù)開展的部署周期長(zhǎng)，比如在BRAS上支持智能應(yīng)用提速增值業(yè)務(wù)，需要對(duì)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行軟件甚至硬件上的升級(jí)，現(xiàn)網(wǎng)大量設(shè)備升級(jí)周期較長(zhǎng)。

（3）運(yùn)維量大復(fù)雜

由于傳統(tǒng)BRAS設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中位置逐漸下沉，設(shè)備多而分散，而且每臺(tái)BRAS設(shè)備都是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)單元，導(dǎo)致現(xiàn)網(wǎng)中BRAS設(shè)備策略配置分散，需要預(yù)先配置大量的復(fù)雜的用戶策略，且不同廠家配置不一致，運(yùn)維及與策略服務(wù)器對(duì)接工作量巨大。

如圖1所示，以山東公司為例，城域網(wǎng)地市核心機(jī)房/區(qū)縣機(jī)房均部署B(yǎng)RAS，分布相對(duì)零散，全省近500臺(tái)。

圖1 山東公司BRAS分布情況

3 vBRAS整體部署方案

3.1 vBRAS架構(gòu)

當(dāng)前業(yè)界vBRAS產(chǎn)品的架構(gòu)有圖2所示三種。

圖2 業(yè)界vBRAS產(chǎn)品架構(gòu)

（1）架構(gòu)1為轉(zhuǎn)發(fā)與控制采用一體化模塊，部署在同一VM上；轉(zhuǎn)發(fā)能力、QoS能力弱。

（2）架構(gòu)2為轉(zhuǎn)發(fā)與控制模塊各自獨(dú)立，部署在不同VM上；轉(zhuǎn)發(fā)能力、QoS能力弱，適用于大并發(fā)用戶數(shù)、小并發(fā)流量的場(chǎng)景。

（3）架構(gòu)3將負(fù)責(zé)BRAS用戶控制管理的部分與轉(zhuǎn)發(fā)面解耦，并虛擬化部署在VM之上，轉(zhuǎn)發(fā)面采用高性能專用硬件實(shí)現(xiàn)；轉(zhuǎn)發(fā)能力、QoS能力強(qiáng)，適用于大并發(fā)用戶數(shù)、大并發(fā)流量的運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景。

架構(gòu)1中控制和轉(zhuǎn)發(fā)仍為一體化設(shè)計(jì)，未實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)控分離，不利于與SDN技術(shù)的融合。架構(gòu)2、3都實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)控分離，差別在于架構(gòu)2的轉(zhuǎn)發(fā)采用通用X86服務(wù)器實(shí)現(xiàn)，而架構(gòu)3的轉(zhuǎn)發(fā)采用傳統(tǒng)的基于NP的高性能專用硬件實(shí)現(xiàn)。

3.2 vBRAS總體應(yīng)用方案

通過在CMNet城域網(wǎng)上部署vBRAS，實(shí)現(xiàn)控制轉(zhuǎn)發(fā)解耦，充分發(fā)揮轉(zhuǎn)發(fā)面性能極限，降低成本。

（1）控制轉(zhuǎn)發(fā)分離：

控制面集中化：位于核心機(jī)房，由NFV實(shí)現(xiàn)靈活控制、彈性擴(kuò)展。

轉(zhuǎn)發(fā)面本地化：位于匯聚機(jī)房，由專用硬件或X86實(shí)現(xiàn)大流量轉(zhuǎn)發(fā)。

（2）采用SDN架構(gòu)：

控制面（BRAS-CP）：集中的控制面，標(biāo)準(zhǔn)化南北向接口。

轉(zhuǎn)發(fā)面（BRAS-UP）：執(zhí)行路由轉(zhuǎn)發(fā)、ACL及隊(duì)列調(diào)度功能。

vBRAS總體應(yīng)用方案如圖3所示。

圖3 vBRAS總體應(yīng)用方案

（1）部署原則：BRAS-UP部署于邊緣機(jī)房；BRAS-CP部署于核心機(jī)房。

（2）分流原則：由匯聚交換機(jī)通過不同vlan實(shí)現(xiàn)分流，部分流量切入轉(zhuǎn)控分離vBRAS。

（3）保護(hù)方式：用戶同時(shí)連接傳統(tǒng)BRAS和轉(zhuǎn)控分離vBRAS，當(dāng)轉(zhuǎn)控分離vBRAS故障后，用戶需重新?lián)芴?hào)接入傳統(tǒng)BRAS。

（4）網(wǎng)絡(luò)通道：BRAS-CP與BRAS-UP之間的通信流量在CMNet承載；用戶流量在CMNet承載。

4 移動(dòng)CMNet省網(wǎng)vBRAS應(yīng)用方案

針對(duì)移動(dòng)城域網(wǎng)現(xiàn)網(wǎng)情況，vBRAS部署采用架構(gòu)三進(jìn)行組網(wǎng)，可分為近期、中期和遠(yuǎn)期三種方案。

4.1 近期方案

vBRAS轉(zhuǎn)發(fā)池采用現(xiàn)網(wǎng)BRAS硬件實(shí)現(xiàn)；vBRAS-C采用X86通用服務(wù)器+軟件形式部署。

（1）規(guī)模部署建議

按照一個(gè)vPOP點(diǎn)10萬并發(fā)用戶，每用戶4個(gè)Session、每用戶帶寬按照100 M計(jì)算。則一個(gè)vPOP點(diǎn)總帶寬為10 T。基于這個(gè)業(yè)務(wù)模型一個(gè)vPOP點(diǎn)采用2～3臺(tái)M6000-S轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備成池。vBRAS控制面集中部署在城域網(wǎng)核心DC，轉(zhuǎn)發(fā)面部署在現(xiàn)有BRAS機(jī)房，2～3臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備成池。

（2）vBRAS近期組網(wǎng)架構(gòu)如圖4所示：

圖4 vBRAS近期組網(wǎng)架構(gòu)

vBRAS轉(zhuǎn)發(fā)池部署在地市核心節(jié)點(diǎn)機(jī)房，采用現(xiàn)網(wǎng)BRAS硬件實(shí)現(xiàn)；vBRAS-C和管理域建議部署在省級(jí)數(shù)據(jù)中心機(jī)房，采用X86通用服務(wù)器+軟件形式部署。對(duì)局兩個(gè)省級(jí)中心的地市，可將省級(jí)地市1 vBRAS-C和省級(jí)地市2 vBRAS-C互為容災(zāi)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)其中一個(gè)vBRAS-C出現(xiàn)故障，另一個(gè)vBRAS-C承擔(dān)起全部業(yè)務(wù)。

這種方案最大地保持了現(xiàn)網(wǎng)城域網(wǎng)架構(gòu)不變，同時(shí)利舊現(xiàn)網(wǎng)BRAS設(shè)備，節(jié)省了投資。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了BRAS的轉(zhuǎn)發(fā)面/控制面分離，解決現(xiàn)網(wǎng)BRAS資源利用不均、新業(yè)務(wù)部署周期長(zhǎng)、運(yùn)維復(fù)雜等問題。

由于移動(dòng)現(xiàn)網(wǎng)BRAS設(shè)備數(shù)量眾多，且分別零散，近期方案建議分兩步進(jìn)行：

第一步：同局址內(nèi)有多臺(tái)BRAS設(shè)備的進(jìn)行vBRAS池化，減少同一機(jī)房?jī)?nèi)BRAS設(shè)備的數(shù)量。

第二步：根據(jù)傳輸資源覆蓋范圍和用戶規(guī)模，調(diào)整用戶的機(jī)房歸屬，減少局址數(shù)量，迎合“大容量，少局所”的發(fā)展趨勢(shì)。

近期方案需要驗(yàn)證現(xiàn)網(wǎng)BRAS如下功能：IPoE/PPPoE用戶接入功能、QoS功能、IPTV業(yè)務(wù)、可靠性（符合分擔(dān)、備份）、CGN功能和地址池化集中管理功能。

4.2 中期方案

如圖5所示，vBRAS轉(zhuǎn)發(fā)池采用現(xiàn)網(wǎng)BRAS硬件+X86通用服務(wù)器形式實(shí)現(xiàn)；vBRAS-C采用X86通用服務(wù)器+軟件形式部署。

vBRAS-C和管理域依然建議部署在省級(jí)數(shù)據(jù)中心機(jī)房；采用X86通用服務(wù)器+軟件形式部署；對(duì)局兩個(gè)省級(jí)中心的地市，可將省級(jí)地市1 vBRAS-C和省級(jí)地市2 vBRAS-C互為容災(zāi)節(jié)點(diǎn)。

vBRAS-U轉(zhuǎn)發(fā)池采用兩種方式部署：

（1）部署在地市核心節(jié)點(diǎn)機(jī)房，采用現(xiàn)網(wǎng)BRAS硬件實(shí)現(xiàn)（高性能專用硬件），利舊現(xiàn)網(wǎng)BRAS硬件設(shè)備；

（2）部署在地市數(shù)據(jù)中心機(jī)房，采用X86通用服務(wù)器+軟件形式實(shí)現(xiàn)。

兩種vBRAS-U轉(zhuǎn)發(fā)池進(jìn)行組合：

1）高性能轉(zhuǎn)發(fā)池承載高帶寬、強(qiáng)QoS的業(yè)務(wù)（如HSI、IPTV和OTT等）；

2）X86轉(zhuǎn)發(fā)池承載低帶寬、弱QoS的業(yè)務(wù)（如TR069、VOIP和WLAN等）。

中期方案具備如下優(yōu)勢(shì)：

1）兩種轉(zhuǎn)發(fā)池采用統(tǒng)一的VBRAS控制面，實(shí)現(xiàn)集中統(tǒng)一管理；

2）X86轉(zhuǎn)發(fā)池分擔(dān)了部分session，降低對(duì)高性能轉(zhuǎn)發(fā)池的流表開銷；

3）無需改動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，業(yè)務(wù)無縫遷移。

中期方案需要驗(yàn)證現(xiàn)網(wǎng)BRAS如下功能：IPoE/PPPoE大容量業(yè)務(wù)承載和低速、大session容量業(yè)務(wù)上移DC處理。

4.3 遠(yuǎn)期方案

如圖6所示，在中期方案基礎(chǔ)上，vBRAS-C采用二級(jí)架構(gòu)模式。

vBRAS-C采用二級(jí)架構(gòu)模式，將計(jì)算節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)分為省中心和地市二級(jí)部署模式；省中心仍建議部署在省級(jí)數(shù)據(jù)中心機(jī)房；地市的計(jì)算節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)部署在地市數(shù)據(jù)中心機(jī)房；一級(jí)節(jié)點(diǎn)對(duì)二級(jí)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制和下發(fā)策略；二級(jí)節(jié)點(diǎn)對(duì)本地市的進(jìn)行調(diào)度。

為了適應(yīng)大視頻、5G和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶來的沖擊，互聯(lián)網(wǎng)需要面向?qū)拵Щ⒈馄交椭悄芑较虬l(fā)展。本文通過研究vBRAS架構(gòu)和應(yīng)用方案，提出在移動(dòng)城域網(wǎng)內(nèi)部署vBRAS的具體方案分為三步走，穩(wěn)步地在移動(dòng)城域網(wǎng)內(nèi)部署，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)自動(dòng)靈活部署和多業(yè)務(wù)融合管理，解決建設(shè)成本高和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性差的問題，使承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)達(dá)到更高水平。

5 結(jié)論

圖5 vBRAS中期組網(wǎng)架構(gòu)

圖6 vBRAS遠(yuǎn)期組網(wǎng)架構(gòu)

參考文獻(xiàn)：

[1]王迎春. 中國(guó)移動(dòng)城域傳送網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)演變之路[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化, 2017,30(9)： 1-6.

[2]馮小芳. vBRAS在IP城域網(wǎng)中的應(yīng)用探討[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化, 2017,30(8)： 71-74.

[3]趙繼壯. 運(yùn)營(yíng)商定制化服務(wù)器研究[J]. 電信技術(shù),2017(6)： 25-28.

[4]戴維. 面向用戶訂制服務(wù)的SDN組網(wǎng)技術(shù)研究[D]. 北京： 北京郵電大學(xué), 2014.

[5]李素游. 網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化[M]. 北京： 人民郵電出版社,2017.

[6]中國(guó)電信集團(tuán)公司. CTNet2025網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)白皮數(shù)[R].2016.

[7]趙慧玲,史凡. SDN/NFV的發(fā)展與挑戰(zhàn)[J]. 電信科學(xué),2014(8)： 13-18.

[8]解沖鋒,胡曉娟,李晨,等. NFV對(duì)于運(yùn)營(yíng)級(jí)IP網(wǎng)絡(luò)的影響及挑戰(zhàn)[J]. 電信技術(shù), 2015(7)： 73-76.

[9]趙河,華一強(qiáng),郭曉琳. NFV技術(shù)的進(jìn)展和應(yīng)用場(chǎng)景[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù), 2014(6)： 62-67.

[10]楊健. 網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)研究[D]. 北京： 北京郵電大學(xué), 2014. ★