河南省信息咨詢設(shè)計研究有限公司 宋美芳 彭麗杰 王蓓蓓
隨著5G行業(yè)應(yīng)用的蓬勃發(fā)展,承載網(wǎng)絡(luò)面臨著巨大的壓力,而行業(yè)應(yīng)用與傳統(tǒng)2C/2H用戶需求不同,BRAS位于城域網(wǎng)邊緣,是用戶實現(xiàn)各種業(yè)務(wù)的入口,需要滿足各種業(yè)務(wù)場景的不同需求。
傳統(tǒng)BRAS設(shè)備既具有高速的路由交換能力,又能夠終結(jié)各式各樣的接入業(yè)務(wù),身兼路由交換和業(yè)務(wù)處理于一身,高性能軟件處理和高性能硬件轉(zhuǎn)發(fā)并存,曾一度是數(shù)通設(shè)備的明星產(chǎn)品,隨著技術(shù)進(jìn)步、應(yīng)用更新,目前傳統(tǒng)BRAS設(shè)備存在以下四個方面問題。
當(dāng)前傳統(tǒng)BRAS主要是全分布式部署,下沉至各個匯聚機房,目前BRAS設(shè)備數(shù)量較多,且沒有形成池組,造成利用率不均衡。尤其是寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展不充分的地區(qū),單臺BRAS承載用戶數(shù)較少,由于BRAS設(shè)備控制與轉(zhuǎn)發(fā)緊耦合,用戶數(shù)差異大,其承載業(yè)務(wù)、流量差異也很大。每臺物理設(shè)備負(fù)責(zé)IP地址分配、session license管理,IP地址和license浪費嚴(yán)重,無法全局調(diào)配,利用率低,資源存在很大的浪費。
每臺設(shè)備之間相互獨立,業(yè)務(wù)單元相對封閉復(fù)雜,無法實現(xiàn)雙機熱備,現(xiàn)階段多采用溫備方式進(jìn)行保護,單臺設(shè)備故障需手動將業(yè)務(wù)切至另外一臺設(shè)備,中斷業(yè)務(wù)時間較長,網(wǎng)絡(luò)可靠性較差。由于設(shè)備功能復(fù)雜(PPPoE/IPoE、NAT、VPN、點播、組播),不同廠家設(shè)備之間配置參數(shù)差異較大、不解耦,網(wǎng)絡(luò)容易被設(shè)備廠商捆綁,后期設(shè)備擴容成本較高。
設(shè)備分布式部署,地理位置分散,不同廠家匹配與對接相對復(fù)雜,運維管理工作量較大,配置維護工作對專業(yè)人員依賴較強。為保持網(wǎng)絡(luò)競爭力,需要一支穩(wěn)定專業(yè)且經(jīng)驗豐富的運維管理人員隊伍,人員成本較高。為提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性,目前多采用溫備保護、板卡級1+1保護,兩種保護均存在一半的板卡未利用,設(shè)備擴容成本較高。
目前BRAS所在城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)自動化能力低、智能化不足,業(yè)務(wù)管理和開通效率均較低,功能更新速度慢。新業(yè)務(wù)的部署往往涉及到全網(wǎng)升級,全網(wǎng)整機軟件升級影響面大,軟硬件之間的匹配、對接較為復(fù)雜,除此之外各廠商之間不能解耦,以上這些因素導(dǎo)致新業(yè)務(wù)部署上線周期較長,業(yè)務(wù)辦理不靈活。無法支撐智能化業(yè)務(wù)快速部署、開通、調(diào)整,對于運營商來說將會錯失5G大發(fā)展帶來的行業(yè)機遇。
以上討論的一系列問題,原因比較復(fù)雜:有的是因為廠商技術(shù)封鎖,有的是由于關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展進(jìn)度緩慢造成。隨著近幾年技術(shù)的推進(jìn),不少關(guān)鍵技術(shù)已在應(yīng)用實踐中不斷成熟,各種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議也初具規(guī)模,接下來我們針對目前BRAS存在的問題,從不同的解決方式進(jìn)行演進(jìn)方向及部署新思路的探討。
在一些業(yè)務(wù)量大的地區(qū),每個匯聚區(qū)至少有兩臺BRAS設(shè)備,由于業(yè)務(wù)開通習(xí)慣等問題,匯聚區(qū)內(nèi)存在設(shè)備間業(yè)務(wù)不均衡的情況,造成資源浪費。單臺設(shè)備下掛業(yè)務(wù)也容易出現(xiàn)單機故障等。針對這種情況,目前運營商多采用的模式為交換機交叉雙上聯(lián)至兩臺BRAS,既間接實現(xiàn)雙機熱備,解決了單機故障問題,又能使每臺BRAS的資源利用率相當(dāng)。但是這種實現(xiàn)方式在OLT設(shè)備與BRAS之間加了一層匯聚交換機,時延增加,故障點增加,增加了維護工作的難度。
解決雙機或多機熱備還有另外一種解決方案,將兩臺或兩臺以上的BRAS組成池組,組成1+1或者N+1備份。該方案降低了時延、減少故障點,單臺設(shè)備出現(xiàn)故障不影響業(yè)務(wù),可以在用戶無感知的情況下實現(xiàn)業(yè)務(wù)切換至其他設(shè)備。雙機熱備和池組化雖然能夠解決單機故障的問題,但是會帶來其他棘手的問題,例如增加運維工作的復(fù)雜度,增加了網(wǎng)絡(luò)層級,浪費。
伴隨技術(shù)的發(fā)展,vBRAS技術(shù)日趨成熟,通過SDN&NFV技術(shù)實現(xiàn)控制轉(zhuǎn)發(fā)分離、軟硬件解耦等技術(shù),可以實現(xiàn)控制面云化、新業(yè)務(wù)快速靈活部署、配置運維集中控制,克服了傳統(tǒng)BRAS設(shè)備業(yè)務(wù)控制層資源利用率不均、新業(yè)務(wù)部署周期長、分散配置運維工作量大的缺點。
(1)基于SDN/NFV兩種技術(shù)的vBRAS架構(gòu)
一種是基于專用硬件轉(zhuǎn)發(fā)的轉(zhuǎn)控分離的vBRAS部署策略,基于SDN技術(shù)。另一種是基于X86一體化架構(gòu)的vBRAS部署策略,基于NFV技術(shù)。
SDN控制下的網(wǎng)絡(luò),對于上層應(yīng)用來說,復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)是不可見的。只需要做出相應(yīng)的軟件配置即可進(jìn)行簡單部署,實現(xiàn)新的路由轉(zhuǎn)發(fā)策略。而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中,每個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都需要單獨配置,操作復(fù)雜,容易出現(xiàn)人員疏漏造成故障。采用SDN可以大幅提升整個網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴展性。并且SDN簡化網(wǎng)絡(luò)配置、降低對運維人員的要求,節(jié)約運維成本。
采用NFV技術(shù),將通信設(shè)備網(wǎng)元云化,可以實現(xiàn)軟件和硬件的徹底解耦。運營商無需購買專用硬件設(shè)備,只需購買通用設(shè)備,很大程度上與廠商解綁,大幅降低了硬件資金的投入。NFV還具備自動部署、彈性伸縮、故障隔離和自愈等優(yōu)點,可以大幅提升網(wǎng)絡(luò)運維效率、降低風(fēng)險和能耗。
SDN技術(shù)的目的:實現(xiàn)控制/轉(zhuǎn)發(fā)分離、網(wǎng)絡(luò)集中控制、網(wǎng)絡(luò)虛擬化。NFV技術(shù)的目的:實現(xiàn)軟件/硬件分離、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化/軟件化、硬件通用化。它們的共同追求是從封閉走向開放、從獨享的硬件到共享的軟件。差異在于網(wǎng)絡(luò)虛擬化還是網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化,SDN側(cè)重L4以下流量的調(diào)度控制而NFV適用于L2~L7的業(yè)務(wù)功能。
(2)SDN/NFV兩種模式存在的問題
現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中,對流量的控制和轉(zhuǎn)發(fā)都依賴于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn),且設(shè)備中集成了與業(yè)務(wù)特性緊耦合的操作系統(tǒng)與專用硬件,這些操作系統(tǒng)與專用硬件都是各個廠家自己開發(fā)和設(shè)計的,不同廠家的設(shè)備之間未解耦。在SDN中,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只負(fù)責(zé)單純的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),采用通用的硬件,這就存在和傳統(tǒng)設(shè)備融合的問題。如何合理利用存量設(shè)備,減少投資的浪費,是SDN模式首要解決的問題。
NFV存在性能跟不上的問題,目前NFV架構(gòu)主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、邊緣計算的場景中,多采用X86架構(gòu)服務(wù)器做虛擬云資源池,相對于專用設(shè)備BRAS電信級的轉(zhuǎn)發(fā)能力,X86架構(gòu)下的服務(wù)器能力不足。先SDN后NFV,還是先NFV后SDN,還是雙管齊下,業(yè)界遍布不同的聲音。
(3)新思路下的融合架構(gòu)探討
數(shù)通路由交換和業(yè)務(wù)處理,從來就不是井水不犯河水,而是有交疊重合的。BRAS設(shè)備是非常典型的跨界產(chǎn)品,處在骨干網(wǎng)邊緣位置,要求能夠終結(jié)各式各樣的接入業(yè)務(wù),同時具有高速的路由交換能力。
既要克服上述單個技術(shù)模式下的問題,又要滿足BRAS的交換和業(yè)務(wù)處理能力,采用SDN與NFV的融合方案進(jìn)行vBRAS方案部署。C面使用X86架構(gòu)提供千萬級用戶接入能力,可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模實現(xiàn)動態(tài)的彈性伸縮。U面支持傳統(tǒng)基于NP的高性能轉(zhuǎn)發(fā)池,無懼未來網(wǎng)絡(luò)大帶寬高轉(zhuǎn)發(fā)需求的挑戰(zhàn)。
兩種技術(shù)融合下可采用轉(zhuǎn)控分離的架構(gòu),控制面vBRAS-C負(fù)責(zé)BRAS業(yè)務(wù)的控制與管理,主要包含:用戶接入控制、協(xié)議報文處理、用戶AAA管理以及地址管理等功能;轉(zhuǎn)發(fā)面vBRASU負(fù)責(zé)執(zhí)行用戶策略、流量轉(zhuǎn)發(fā)和流量統(tǒng)計等。vBRAS在控制面與轉(zhuǎn)發(fā)面分離后,控制面集中云化提供強大的計算資源,打破了傳統(tǒng)BRAS設(shè)備上的主控板的資源限制,使硬件轉(zhuǎn)發(fā)池在同等條件下支持的用戶會話數(shù)得到大幅提升。
vBRAS的轉(zhuǎn)發(fā)面工作在池備份模式下,依靠控制面的檢測及協(xié)同處理即可完成故障切換,降低可靠性的部署成本。vBRAS控制面不僅實現(xiàn)了平面內(nèi)組件備份,也實現(xiàn)了多平面的跨局址備份,最大程度地保障了寬帶業(yè)務(wù)的可靠性。同時極大縮短新業(yè)務(wù)上線時間,傳統(tǒng)BRAS模式下,寬帶新業(yè)務(wù)的上線涉及到業(yè)務(wù)系統(tǒng)與BRAS的對接升級、BRAS本身的軟硬件升級,往往要完成一個城域網(wǎng)內(nèi)所有BRAS設(shè)備的升級改造,需要數(shù)月的時間。vBRAS只需要控制面與業(yè)務(wù)系統(tǒng)實現(xiàn)對接,再通過控制面集中下發(fā)策略至轉(zhuǎn)發(fā)面,因此對新業(yè)務(wù)的支持僅需要對vBRAS-C進(jìn)行軟件升級,縮短了業(yè)務(wù)部署周期。
每一種新型模式的引入也都伴隨著相應(yīng)的問題需要解決,vBRAS架構(gòu)同樣存在待解決問題,總體來講主要有三方面的問題:
(1)由于信令、流量在C-U之間存在繞轉(zhuǎn),導(dǎo)致用戶業(yè)務(wù)各方面時延會有所增加。
(2)BRAS-U至OLT,走二層EVPN通道,無法在VPN上部署組播協(xié)議,將組播復(fù)制點設(shè)置在匯聚設(shè)備上,造成大量重復(fù)組播流。
(3)后期業(yè)務(wù)部署時需考慮區(qū)域地址管理規(guī)劃、radius等配套資源的改造,尤其是BRAS-U面集中部署后,承載用戶量過大,需要大量的私網(wǎng)地址(用于設(shè)備管理、IPTV、NAT用戶),目前現(xiàn)有私網(wǎng)地址無法滿足。
vBRAS架構(gòu)本身在部署方面沒有太大的技術(shù)問題,只是當(dāng)單個U面所帶業(yè)務(wù)范圍廣、用戶量大的時候IP地址問題成為暫時無法突破的瓶頸。由于目前IP地址問題尚未找到合理的解決方案,不能實現(xiàn)大規(guī)模部署,各大運營商只是初步試點,尚未大規(guī)模商用。
小結(jié):隨著5G行業(yè)應(yīng)用的蓬勃發(fā)展,承載網(wǎng)絡(luò)面臨巨大的壓力,面對BRAS存在的各種問題,采用云化部署,轉(zhuǎn)控分離的vBRAS部署策略,能夠充分的解決資源利用率、設(shè)備單點故障、網(wǎng)絡(luò)不智能、新業(yè)務(wù)部署復(fù)雜周期長等一系列問題,是未來網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)部署的新方向。