李 亭

（河南省通信建設(shè)監(jiān)理有限公司，河南 鄭州 450008）

0 引 言

城域網(wǎng)是一種覆蓋范圍介于廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)之間，能夠同時(shí)連接多個(gè)局域網(wǎng)，支持語音、視頻及數(shù)據(jù)綜合業(yè)務(wù)，并且實(shí)現(xiàn)高寬帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)階段城域網(wǎng)上智慧家庭、政企專線、VPN等業(yè)務(wù)的承載量不斷提升，對(duì)城域網(wǎng)建設(shè)提出了更高要求。因此，如何有效推進(jìn)城域網(wǎng)建設(shè)成為當(dāng)前亟待解決的問題。

1 城域網(wǎng)的基本概念與關(guān)鍵技術(shù)分析

1.1 城域網(wǎng)

1.1.1 基本概念

城域網(wǎng)是覆蓋在50～100 km城市范圍內(nèi)，光纖傳輸速率在45～150 Mb/s，支持語音、視頻、圖形及數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)高寬帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。

1.1.2 邏輯結(jié)構(gòu)

城域網(wǎng)的邏輯結(jié)構(gòu)大體包含3個(gè)層級(jí)。一是核心層，能夠同時(shí)與多個(gè)匯聚層連接、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)傳輸提供網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)與主干網(wǎng)的連接，具有開放性、可擴(kuò)展性特點(diǎn)；二是匯聚層，用于匯聚用戶流量，并實(shí)現(xiàn)對(duì)接入層數(shù)據(jù)的匯聚、交換與轉(zhuǎn)發(fā)；三是接入層，通常與終端用戶相連，能夠?yàn)橛脩籼峁┦瞻l(fā)數(shù)據(jù)、瀏覽網(wǎng)絡(luò)信息等服務(wù)功能，滿足用戶的業(yè)務(wù)需求。

1.2 城域網(wǎng)建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 多業(yè)務(wù)傳送節(jié)點(diǎn)技術(shù)（MSTP）

MSTP技術(shù)以同步數(shù)字體系為基礎(chǔ)，針對(duì)SDH設(shè)備進(jìn)行改造，基于SDH幀格式完成多種協(xié)議的接入、匯聚與傳輸。它的業(yè)務(wù)接口的設(shè)計(jì)可滿足圖像、以太網(wǎng)、ATM等多種業(yè)務(wù)系統(tǒng)的接入需求，提供虛級(jí)聯(lián)處理、連續(xù)級(jí)聯(lián)等交叉連接功能，并依據(jù)業(yè)務(wù)需求的變化進(jìn)行接口模塊的調(diào)整與替換，依托匹配的寬帶鏈路，在以太網(wǎng)、ATM業(yè)務(wù)系統(tǒng)間建立交換、傳輸通道，滿足數(shù)據(jù)交換與傳輸需求。同時(shí)，MSTP技術(shù)可提供統(tǒng)計(jì)復(fù)用、流量控制、匯聚等功能，依托一定的保護(hù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)靈活組網(wǎng)，更好地實(shí)現(xiàn)智能化網(wǎng)絡(luò)管理，具備良好的可操作性與兼容性。

1.2.2 波分復(fù)用技術(shù)（WDM）

（1）CWDM技術(shù)。該技術(shù)將系統(tǒng)的波長間隔控制在10～20 nm，可提供4波、8波，波長數(shù)量控制在16波之內(nèi)，應(yīng)用于城域網(wǎng)建設(shè)中能夠最大限度提升光纖基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用性能，有效節(jié)約建設(shè)成本。同時(shí)，CWDM技術(shù)在SDH接口上設(shè)置了ATM over SDH網(wǎng)路與IP/Ethernet over SDH網(wǎng)路形式，可有效滿足多種業(yè)務(wù)需求，并且依托光纖直連接口為路由器與ATM交換機(jī)的運(yùn)行創(chuàng)設(shè)保障，有效達(dá)成ATM over Optical、IP/Ethernet over Optical的效果。

（2）OADM技術(shù)。該技術(shù)基于開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由波長轉(zhuǎn)換器、合波器、分波器等單元組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，涵蓋串行、并行以及串并行結(jié)合3種結(jié)構(gòu)方式。其中，串行結(jié)構(gòu)基于節(jié)點(diǎn)進(jìn)行上下路波長的處理，串并行結(jié)合結(jié)構(gòu)在子波帶濾波、合波器處理后進(jìn)行直通。將OADM環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于城域網(wǎng)建設(shè)，通常其環(huán)長不超過100 km。每個(gè)OADM環(huán)網(wǎng)上包含4～6個(gè)節(jié)點(diǎn)，需參考節(jié)點(diǎn)總數(shù)、各節(jié)點(diǎn)的上下波長數(shù)目、環(huán)網(wǎng)保護(hù)以及系統(tǒng)中光通路數(shù)量等信息完成具體參數(shù)的設(shè)計(jì)，并完成城域網(wǎng)承載業(yè)務(wù)類型的規(guī)劃設(shè)計(jì)[1]。

1.2.3 無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（GPON）

GPON技術(shù)采用單光纖接入方式，具有高帶寬、高傳輸速率、覆蓋范圍廣以及接口數(shù)量多等特點(diǎn)，適用于接入網(wǎng)業(yè)務(wù)改造。將GPON技術(shù)應(yīng)用于城域網(wǎng)建設(shè)，能夠有效提升資金利用率，節(jié)約成本投入，滿足多種寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。

1.2.4 IP+光組網(wǎng)技術(shù)

IP+光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可提供全光網(wǎng)絡(luò)解決方案，提供開放SDN接口，支持智能網(wǎng)絡(luò)控制器與APP應(yīng)用的部署需求，圍繞核心節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)與接入層實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一部署，并且提供IAAS/NAAS全功能虛擬網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)城域網(wǎng)的開放性、智能化建設(shè)，有效適應(yīng)智慧城市建設(shè)模式下的海量數(shù)據(jù)承載與傳輸需求[2]。

1.2.5 其他新技術(shù)

（1）軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）。該技術(shù)將控制、轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行分離，利用開放性接口進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)抽象處理，借助軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)云化目標(biāo)，提供包括“最后一公里接入”“多云接入”等服務(wù)功能。

（2）網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）。該技術(shù)致力于解除硬件設(shè)備與軟件程序間的耦合關(guān)系，基于虛擬化技術(shù)設(shè)置通用網(wǎng)元，減少物理設(shè)備數(shù)量，提高設(shè)備利用率，更加靈活地調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以滿足業(yè)務(wù)需求。

（3）云計(jì)算技術(shù)。基于資源共享理念實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備的通用化設(shè)計(jì)，有效擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，節(jié)約運(yùn)營成本。例如，“天翼云3.0”“大云4.0”等產(chǎn)品現(xiàn)已基本實(shí)現(xiàn)規(guī)?；渴?。

2 城域網(wǎng)建設(shè)中常見技術(shù)的具體應(yīng)用探討

2.1 基于移動(dòng)數(shù)據(jù)的城域數(shù)據(jù)網(wǎng)建設(shè)

城域數(shù)據(jù)網(wǎng)是CMNET骨干網(wǎng)、省網(wǎng)在城域范圍內(nèi)的延伸，向下可與寬帶接入網(wǎng)、城域傳送網(wǎng)建立連接關(guān)系，接入用戶終端，并實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)的傳輸承載。以中國移動(dòng)公司的城域數(shù)據(jù)網(wǎng)為例，它承載的業(yè)務(wù)類型主要包含以下3種：互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)，包括寬帶、WLAN以及IDC等接入業(yè)務(wù)；虛擬專線業(yè)務(wù)，主要面向政企等客戶群體，為其提供虛擬專線互聯(lián)業(yè)務(wù)，強(qiáng)化業(yè)務(wù)的安全保密性；語音、多媒體接入業(yè)務(wù)，涵蓋VoIP、IPTV以及多媒體會(huì)議等。

在城域數(shù)據(jù)網(wǎng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，城域數(shù)據(jù)網(wǎng)主要分為核心層、業(yè)務(wù)接入控制層和匯聚層3個(gè)層級(jí)。其中，核心層由核心路由器組成，可與省網(wǎng)匯接路由器實(shí)現(xiàn)直接連接；業(yè)務(wù)接入控制層由BRAS、SR以及BEAS/SR設(shè)備組成，設(shè)備布設(shè)在核心節(jié)點(diǎn)機(jī)房內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的接入認(rèn)證控制、QoS策略控制以及計(jì)費(fèi)統(tǒng)計(jì)等，滿足業(yè)務(wù)承載需求，提高設(shè)備利用率；匯聚層由多個(gè)以太匯聚交換機(jī)組成，主要將交換機(jī)布設(shè)在OLT所處機(jī)房中。為解決以太網(wǎng)廣播泛濫問題，需加強(qiáng)對(duì)級(jí)數(shù)的調(diào)節(jié)，將匯聚交換機(jī)、接入交換機(jī)級(jí)數(shù)控制在兩級(jí)以內(nèi)，且交換機(jī)數(shù)量不小于BRAS、SR設(shè)備數(shù)量，借此削弱單點(diǎn)設(shè)備故障的影響，保障設(shè)備運(yùn)行的可靠性。在城域數(shù)據(jù)網(wǎng)與PON設(shè)備的連接標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)上，應(yīng)選用WDM技術(shù)進(jìn)行不同機(jī)房的連接。在符合雙上聯(lián)條件的情況下，應(yīng)將OLT雙上聯(lián)至成對(duì)匯聚交換機(jī)處[3]。

2.2 基于新技術(shù)的IP城域網(wǎng)建設(shè)

2.2.1 IP城域網(wǎng)演進(jìn)目標(biāo)

首先，從智慧家庭業(yè)務(wù)入手，確保IP城域網(wǎng)能夠滿足多種業(yè)務(wù)的獨(dú)立部署需求，基于SDN技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)處理，利用NFV技術(shù)布設(shè)虛擬網(wǎng)元，借此有效減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量，提高設(shè)備利用率；其次，從政企專線業(yè)務(wù)入手，基于云技術(shù)在現(xiàn)有云資源池的基礎(chǔ)上，利用DC作為核心組網(wǎng)，借此滿足專線業(yè)務(wù)的高速率、便捷性開通需求；最后，從VR、8K等業(yè)務(wù)入手，需針對(duì)CDN流量進(jìn)行逐步下沉，實(shí)現(xiàn)合理分流，有效滿足大帶寬業(yè)務(wù)的接入需求。

2.2.2 IP城域網(wǎng)建設(shè)策略

（1）依照分階段原則進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)策略的設(shè)計(jì)，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基礎(chǔ)上，針對(duì)虛擬、專用與通用網(wǎng)元進(jìn)行協(xié)調(diào)整合，綜合考慮不同業(yè)務(wù)場景的應(yīng)用需求，適當(dāng)增加虛擬網(wǎng)元與通用網(wǎng)元的比重，借此節(jié)約城域網(wǎng)建設(shè)成本，提升應(yīng)用效益。

（2）由于當(dāng)前城域網(wǎng)利用MSE承載業(yè)務(wù)、單臺(tái)設(shè)備的用戶數(shù)量與會(huì)話規(guī)模較大，為降低設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，可在保持MSE所在局點(diǎn)位置不變的基礎(chǔ)上，選用vBRAS承載ITMS、VoIP、VPDN等小流量、大并發(fā)業(yè)務(wù)，并將其虛擬網(wǎng)元部署在邊緣DC，仍由MSE承載PPPoE類大流量、大并發(fā)的上網(wǎng)業(yè)務(wù)[4]。

（3）考慮到SD-WAN網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍持續(xù)擴(kuò)大和現(xiàn)有專用SR設(shè)備在擴(kuò)容上存在的局限性，應(yīng)逐步將專線業(yè)務(wù)從SR設(shè)備遷移至MSE上，或建立包含虛擬局域網(wǎng)功能的專用ASBR設(shè)備，為大二層網(wǎng)絡(luò)的建構(gòu)與業(yè)務(wù)需求的滿足創(chuàng)設(shè)充足空間。

（4）當(dāng)前互動(dòng)電視業(yè)務(wù)已在市場上得到逐步推廣，考慮到未來VR、8K等大流量業(yè)務(wù)的接入需求，應(yīng)注重將互動(dòng)電視業(yè)務(wù)部署在邊緣DC處，配合邏輯下沉實(shí)現(xiàn)對(duì)CDN的優(yōu)化，起到良好的分流效果。

（5）將網(wǎng)絡(luò)控制器運(yùn)用在城域網(wǎng)多鏈路間的流量調(diào)度中，依據(jù)不同業(yè)務(wù)的流量需求進(jìn)行流量調(diào)度與智能分配，實(shí)現(xiàn)對(duì)鏈路的充分利用，并注重將Overlay網(wǎng)絡(luò)逐步應(yīng)用于業(yè)務(wù)部署場景，提升設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)能力。

2.3 基于GPON技術(shù)的智慧家庭建設(shè)

考慮到智能小區(qū)的寬帶接入需求，應(yīng)利用GPON技術(shù)為小區(qū)寬帶接入與智慧家庭建設(shè)提供支持。將GPON技術(shù)應(yīng)用于智能小區(qū)建設(shè)中，首先針對(duì)現(xiàn)有小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，基于智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)以及安防系統(tǒng)，為小區(qū)內(nèi)居民日常生活與出行提供技術(shù)服務(wù)。其次，應(yīng)開通VLAN系統(tǒng)，為小區(qū)寬帶接入創(chuàng)設(shè)條件。最后，應(yīng)針對(duì)小區(qū)范圍內(nèi)的智能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，為小區(qū)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)電視、家庭寬帶等創(chuàng)設(shè)基礎(chǔ)保障，促使網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器實(shí)現(xiàn)良好結(jié)合[5]。

GPON技術(shù)具有高帶寬、傳輸速率快、下行線路速率大等特點(diǎn)，可利用加密算法實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的嚴(yán)格管控，支持多種不同業(yè)務(wù)需求，并且易于維護(hù)管理，可實(shí)現(xiàn)全套FCAPS。將該技術(shù)應(yīng)用于智能社區(qū)的網(wǎng)絡(luò)接入業(yè)務(wù)，與智慧家庭建設(shè)相融合，可利用網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭智能設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)化控制，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)保障家庭居住環(huán)境的安全性，迎合用戶日常生活需要實(shí)現(xiàn)對(duì)智能設(shè)備的自動(dòng)調(diào)控，更好地建立不同智能設(shè)備、系統(tǒng)間的良好交互關(guān)系，為智慧家庭、智能城市建設(shè)提供有力的技術(shù)支持。

2.4 基于VMware虛擬化技術(shù)部署城域網(wǎng)

2.4.1 前期部署

在虛擬化平臺(tái)建設(shè)前，需針對(duì)現(xiàn)有IP城域網(wǎng)中運(yùn)營的業(yè)務(wù)系統(tǒng)及應(yīng)用進(jìn)行整合評(píng)估，統(tǒng)計(jì)內(nèi)容包括投入使用年限超過6年、故障高頻發(fā)生、運(yùn)維成本消耗較大的物理服務(wù)器，系統(tǒng)并發(fā)數(shù)低、服務(wù)器資源閑置率較高的系統(tǒng)，因突發(fā)性高并發(fā)量致使業(yè)務(wù)中斷、硬件性能無法滿足承載需求的服務(wù)器，以及部分供臨時(shí)性測試使用的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。在完成服務(wù)器虛擬化整合統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，需針對(duì)現(xiàn)有服務(wù)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)、I/O卡設(shè)備等硬件資源的性能進(jìn)行綜合評(píng)估。其中，在處理器評(píng)估上，應(yīng)盡量選取運(yùn)行速率快、支持更大高速緩存的處理器，保障滿足VMware平臺(tái)搭建后的虛擬系統(tǒng)兼容性需求；在內(nèi)存設(shè)備評(píng)估上，針對(duì)各主機(jī)均需配置256 GB內(nèi)存，為主機(jī)功能的實(shí)現(xiàn)與虛擬機(jī)聯(lián)合運(yùn)行創(chuàng)設(shè)良好環(huán)境；在網(wǎng)卡評(píng)估上，配置8個(gè)千兆網(wǎng)卡與4個(gè)FC HBA卡，用于提高虛擬機(jī)的吞吐量；在存儲(chǔ)設(shè)備評(píng)估上，配備2臺(tái)雙冗余控制器、4塊SAS硬盤與16個(gè)主機(jī)接口。

2.4.2 虛擬化平臺(tái)搭建

在完成硬件資源評(píng)估與優(yōu)化配置的基礎(chǔ)上，針對(duì)VMware平臺(tái)進(jìn)行組網(wǎng)規(guī)劃，基于VMware ESXi6.0操作系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，結(jié)合城域網(wǎng)承載的具體業(yè)務(wù)類型分別搭建IP城域網(wǎng)、業(yè)務(wù)測試以及集團(tuán)業(yè)務(wù)3種集群，并在后臺(tái)完成AD域控/DNS服務(wù)器、Server服務(wù)器以及SQL數(shù)據(jù)庫的部署，完成虛擬化平臺(tái)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在網(wǎng)絡(luò)虛擬化部署上，在各服務(wù)器上均設(shè)有8個(gè)千兆網(wǎng)口，用于連接服務(wù)器與上游交換機(jī)，將主機(jī)上的不同網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行隔離處理，各采用2塊網(wǎng)卡進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)、虛擬機(jī)、FT的管理，并且依托分布式交換機(jī)建立數(shù)據(jù)資源及業(yè)務(wù)的共享機(jī)制。在存儲(chǔ)虛擬化部署上，利用FC SAN的存儲(chǔ)模塊連接各服務(wù)器，基于2臺(tái)存儲(chǔ)與2塊FC HBA卡滿足存儲(chǔ)冗余性需求。

2.4.3 部署效果分析

通過將規(guī)劃設(shè)計(jì)后的VMware虛擬化平臺(tái)應(yīng)用于實(shí)際城域網(wǎng)建設(shè)，觀察其運(yùn)行效果可以發(fā)現(xiàn)如下內(nèi)容。首先，該虛擬化平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)各類硬件設(shè)備資源的整合，完成資源池的建構(gòu)，并且基于虛擬軟件特性為虛擬機(jī)分配資源，促使服務(wù)器資源的閑置率大幅下降。其次，基于虛擬化平臺(tái)中vMotion與FT等特性，可在故障發(fā)生時(shí)實(shí)現(xiàn)零宕機(jī)時(shí)間與零數(shù)據(jù)損失，為業(yè)務(wù)的安全可靠運(yùn)行提供技術(shù)支持。再次，滿足新業(yè)務(wù)的部署需求，可在5～10 min內(nèi)完成新服務(wù)器的部署，促使部署進(jìn)度顯著加快。最后，在運(yùn)維管理層面，采用虛擬化平臺(tái)可有效節(jié)約以往生產(chǎn)、開發(fā)測試的時(shí)長，降低系統(tǒng)運(yùn)維成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié) 論

2016年7月《中國電信CTNet2025網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)白皮書》的發(fā)布開啟了網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)進(jìn)程，致力于克服傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下存在的缺陷，提升智能化網(wǎng)絡(luò)的開放性和便捷化水平。城域網(wǎng)是當(dāng)前城市建設(shè)中承擔(dān)多項(xiàng)業(yè)務(wù)功能的綜合承載網(wǎng)，需引入SDN、NFV、云計(jì)算以及GPON等關(guān)鍵技術(shù)來推動(dòng)城域網(wǎng)建設(shè)，從而達(dá)到網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的目標(biāo)。