張 旭，薛 強(qiáng)，孟麗珠，陳 燕（.中訊郵電咨詢設(shè)計院有限公司，北京 00048；.中國聯(lián)通廣東分公司，廣東 廣州 50000）

1 概述

隨著萬物互聯(lián)時代的到來，在國家戰(zhàn)略與政策扶持下5G 網(wǎng)絡(luò)等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)飛速發(fā)展，同時5G流量需求相較于4G 也產(chǎn)生了巨大變化，為滿足5G 流量的承載需求，中國聯(lián)通推出了新型智能城域網(wǎng)架構(gòu)。5G 新型智能城域網(wǎng)架構(gòu)首先需要解決海量的5G基站設(shè)備上線問題?；颈椴既珖鞯兀瑐鹘y(tǒng)的基站內(nèi)設(shè)備上線一般是人工配置，但部分基站受地理環(huán)境影響，無法人工配置，且人工配置設(shè)備上線的效率較低。為了解決這一難題，設(shè)備自動上線技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。目前主流的設(shè)備上線技術(shù)有2 種，一種是ZTP（Zero Touch Provision）自通，一種是以國內(nèi)廠商為主的DCN（Data Communication Network）自通，本文將對這2種設(shè)備自動上線技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)研究分析，旨在探索一種面向5G 承載網(wǎng)的適合新型智能城域網(wǎng)架構(gòu)的設(shè)備自動上線技術(shù)。

2 5G承載網(wǎng)基本架構(gòu)

5G 網(wǎng)絡(luò)具有大帶寬、低時延、高可靠性等特點(diǎn)，這些新需求推動5G承載網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，向云化、泛在化、開放化、智能化的方向演進(jìn)。新型智能城域網(wǎng)以5G發(fā)展為契機(jī)，采用“網(wǎng)絡(luò)做減法，能力做加法”的設(shè)計思路，向著網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備簡化、網(wǎng)絡(luò)控制和網(wǎng)絡(luò)管理智能化的目標(biāo)發(fā)展，以通信云DC 為中心的資源池提供云化網(wǎng)元的支持，面向云化網(wǎng)元和用戶實(shí)現(xiàn)綜合承載。新型智能城域網(wǎng)采用核心+邊緣轉(zhuǎn)發(fā)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的簡化，采用多種邊緣設(shè)備，實(shí)現(xiàn)5G、家庭寬帶、大客戶、通信云等業(yè)務(wù)的融合承載。

圖1所示為新型智能城域網(wǎng)架構(gòu)，具備以下優(yōu)點(diǎn)。

圖1 新型智能城域網(wǎng)架構(gòu)

a）完全滿足云網(wǎng)一體化、池化的承載要求。

b）采用標(biāo)準(zhǔn)模塊DC 架構(gòu)，規(guī)劃簡單、上線速度快。

c）架構(gòu)可以根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展按需分裂擴(kuò)容。

d）靈活的南北向、東西向流量規(guī)劃和擴(kuò)容。

e）靈活的業(yè)務(wù)布放，業(yè)務(wù)可以布放到任意資源池。

f）向自動化運(yùn)維演進(jìn)，標(biāo)準(zhǔn)化模塊架構(gòu)便于維護(hù)自動化。

通過引入SR 協(xié)議和SDN 控制器，使用簡化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，新型智能城域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的分布式轉(zhuǎn)發(fā)和集中控制，達(dá)到業(yè)務(wù)發(fā)放自動化和網(wǎng)絡(luò)管理智能化的目的。新型智能城域網(wǎng)可融合承載現(xiàn)有城域網(wǎng)絡(luò)的各種業(yè)務(wù)，同時其靈活的業(yè)務(wù)系統(tǒng)也為5G時代引入的新業(yè)務(wù)提供支持。

3 DCN自通原理及應(yīng)用

DCN 設(shè)備自通技術(shù)是指在網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備上電后自動使能DCN 功能，通過設(shè)備的一系列自動化配置完成上線的過程，具體的方法如圖2所示。

圖2 DCN自通示意圖

待上線接入設(shè)備A1（以下簡稱A1）上電后，自動創(chuàng)建網(wǎng)管自通環(huán)回口，根據(jù)默認(rèn)規(guī)則生成32位管理IP地址，自動創(chuàng)建OSPF 進(jìn)程與DCN VRF，在使能網(wǎng)管自通的接口上，使用特定的VLAN 創(chuàng)建子接口并綁定DCN VRF，借用網(wǎng)管自通loopback作為接口IP地址。

該子接口缺省使能OSPF 協(xié)議，使用OSPF 標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行協(xié)商、路由計算建立OSPF 鄰居關(guān)系。OSPF 鄰居關(guān)系建立之后，A1生成IP路由表，并發(fā)送LSA報文，在LSA 報文中攜帶A1 的拓?fù)鋵傩孕畔⒁约靶聞?chuàng)建的IP 地址（NEIP）、設(shè)備廠家標(biāo)識、設(shè)備型號、設(shè)備MAC、NEID等信息。

同時該子接口自動運(yùn)行LLDP 協(xié)議，各網(wǎng)元通過LLDP 協(xié)議的TLV 報文，向?qū)Χ司W(wǎng)元通告IP 地址，保證鄰居網(wǎng)元IP 被正確發(fā)現(xiàn)。TLV 報文攜帶本端的管理IP 和端口MAC 用于IP-MAC 的綁定，通過TLV 報文各網(wǎng)元成功學(xué)到對端網(wǎng)元的MAC。

匯聚設(shè)備收到A1泛洪的LSA信息之后，會解析該報文信息，并封裝為SNMP TRAP 報文發(fā)送到網(wǎng)管系統(tǒng)，網(wǎng)管系統(tǒng)解析后取待接入設(shè)備A1 的NEIP，實(shí)現(xiàn)路由可達(dá)和設(shè)備管理，A1上線成功。

使用以上方法，設(shè)備上電后可打通設(shè)備與網(wǎng)管系統(tǒng)之間的管理通道，進(jìn)而通過網(wǎng)管系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行一系列的維護(hù)和業(yè)務(wù)配置操作。因此能夠在不需要人工配置IP∕MPLS 路由協(xié)議的情況下實(shí)現(xiàn)設(shè)備的DCN自通，進(jìn)而減少設(shè)備上線的人工配置工作，提高設(shè)備上線效率。

該方法目前在國內(nèi)的IPRAN 網(wǎng)絡(luò)中普遍使用，在國內(nèi)廠商之間也形成了相對統(tǒng)一的規(guī)范，因此即使網(wǎng)內(nèi)設(shè)備為異廠家，只要支持該規(guī)范即可實(shí)現(xiàn)異廠家設(shè)備DCN 自動上線。中國電信與中國聯(lián)通的IPRAN 網(wǎng)絡(luò)均使用這種方法實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動上線。

4 ZTP自通原理及應(yīng)用

ZTP 自通部署方式基本原理是使用DHCP 協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)商過程使待上線的設(shè)備獲取IP，隨后設(shè)備通過該IP 獲取上線所需的配置等。目前主流設(shè)備廠商之間關(guān)于該方式的實(shí)現(xiàn)原理基本一致，但是在實(shí)現(xiàn)方式上略有不同。下面以一種較通用的方法為例進(jìn)行闡述說明，具體如圖3所示。

圖3 ZTP上線示意圖

首先運(yùn)維人員根據(jù)設(shè)備序列號信息在DHCP 服務(wù)器中設(shè)置好需要返回給待上線設(shè)備與鄰接設(shè)備相連的端口地址、網(wǎng)關(guān)和待上線設(shè)備需要運(yùn)行的最終配置文件的URL。待接入設(shè)備啟動時自動在所有端口發(fā)送DHCP request 報文，并在DHCP option 61（Client identifier）傳遞設(shè)備的序列號。然后鄰接設(shè)備做DHCP 中繼代理，將待接入設(shè)備的請求發(fā)送到DHCP服務(wù)器。接下來DHCP 服務(wù)器向新設(shè)備返回IP 地址、網(wǎng)關(guān)、文件服務(wù)器地址和最終配置文件的URL。接入設(shè)備從網(wǎng)管系統(tǒng)下載需要運(yùn)行的配置文件并自動運(yùn)行配置文件中的所有配置命令，完成上線。如果設(shè)備沒有獲取到DHCP 地址和配置文件，用戶隨時可通過Console口對設(shè)備進(jìn)行配置。

通過以上方法，待上線設(shè)備可以簡單、方便地獲取IP 地址，從而打通網(wǎng)管與設(shè)備之間的路由，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動上線。DHCP 作為一種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，所有廠家均可支持，因此可以廣泛應(yīng)用于各種網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備自動上線。在DCN 設(shè)備自動上線技術(shù)出現(xiàn)之前，國內(nèi)與國外的運(yùn)營商大都使用這種方法進(jìn)行設(shè)備上線。

5 DCN自通與ZTP自通的對比分析

在國內(nèi)外的運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中ZTP與DCN 2種設(shè)備自動上線的技術(shù)均有應(yīng)用，因?qū)崿F(xiàn)方式不同，具體應(yīng)用時也會存在差異，各有利弊，表1 是對2 種設(shè)備自動上線技術(shù)的比較。

由表1 可以看出，DCN 自通的上線方式擁有上線靈活度高、上線效率高、無需提前進(jìn)行大量的強(qiáng)規(guī)劃等優(yōu)點(diǎn)，目前中國電信與中國聯(lián)通在使用這種設(shè)備自動上線方式。而ZTP自通的上線方式雖然流程簡單且適用范圍廣，但需提前規(guī)劃好每臺設(shè)備的管理IP、接口IP、上線順序以及設(shè)備協(xié)議配置等內(nèi)容，上線人員需做大量的工作，容錯性及上線效率并不高。

表1 ZTP與DCN2種上線方式比較

6 基于5G承載網(wǎng)的DCN自通測試

基于以上研究，在5G 承載網(wǎng)智能城域網(wǎng)上對DCN 自通的方式進(jìn)行測試驗(yàn)證。測試拓?fù)淙鐖D4 所示，由2臺核心設(shè)備MCR、2臺匯聚設(shè)備MER、3臺接入設(shè)備MAR 組成基本的智能城域網(wǎng)架構(gòu)?；诖藴y試拓?fù)淠M接入設(shè)備MAR使用DCN的方式自動上線。

圖4 智能城域網(wǎng)設(shè)備自動上線測試拓?fù)?/p>

測試時依據(jù)盡量模擬現(xiàn)網(wǎng)的原則，同地（市）核心、匯聚、接入設(shè)備盡量用不同設(shè)備廠家的，同時考慮接入設(shè)備與匯聚設(shè)備的不同組合，核心設(shè)備與匯聚設(shè)備的不同組合，接入與匯聚廠家互通端口為10GE，匯聚與核心之間互通使用100GE端口。

經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)廠商的設(shè)備均能使用DCN 自通的方式完成上線，并完成初始化配置，且即使核心、匯聚、接入為不同廠家的設(shè)備，也可實(shí)現(xiàn)自動上線。該測試證明了DCN 自通方式在5G 承載網(wǎng)智能城域網(wǎng)的可行性，同時也表明DCN 自通的方式更適用于5G時代的運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)。

7 結(jié)束語

通過對DCN 自通以及ZTP自通2種自動上線方式的研究分析可以看出，使用DCN 自通技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備上線時，人工參與的過程更少，自動化程度更高。在5G時代，機(jī)房局址較多且局址分散范圍廣的情況下，設(shè)備上線時人工參與的程度越小越好。而隨著網(wǎng)絡(luò)SDN化、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變、業(yè)務(wù)綜合承載，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量隨之增多，網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)控分離的需求愈加突出。綜合以上的分析，在5G 時代國內(nèi)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)如果使用DCN 自通的上線方式，將有效降低人力成本和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上線的復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)設(shè)備高效快速上線。