超寬帶城域網架構設計思路和關鍵技術研究

黃 志

（中國聯通廣州分公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

在工業化發展過程中，以云計算、物聯網為代表的信息技術不斷融入，綜合信息化服務水平的提高對網絡、寬帶的要求越來越高。在當前寬帶網絡發展中，必須突破傳統發展瓶頸，因此“十三五”背景下寬帶網絡發展也已經成為國家層面的戰略驅動。就目前ITU的統計數據顯示，目前全球已有超過100個國家開展“國家寬帶計劃”建設。而且在“十三五”規劃下我國十分注重信息基礎設施建設，明確提出要加強此方面建設進程，并不斷將信息化融入工業化當中去，實現我國各領域產業信息化發展目標。寬帶城域網在網絡建設中具有重要作用，在流量匯聚、用戶接入方面承擔著重要作用，目前也已經成為了國家信息基礎設施建設的關鍵組成部分，寬帶城域網發展水平直接決定著信息化普及程度。目前，高效超寬帶城域網是城域網發展的必然趨勢，也具有明確要求，要求其必須具備綠色節能、超寬帶接入、全方位安全保障、平滑擴展等典型優勢。

1 “寬帶中國”戰略對寬帶城域網的影響

在我國國務院領導下，于2013年8月制定并發布了《“寬帶中國”戰略及實施方案》。該方案對我國2013—2022年寬帶發展進行了規劃，并明確了寬帶網絡發展規劃的具體時間節點。其還要求我國2015年必須實現農村和城市網絡建設到家到戶，城市光纖入樓、農村寬帶網絡進村，對固定寬帶家庭普及率提出明確要求，必須超過50%；同時對網絡傳輸能力也提出明確要求，城市網絡傳輸速率需達到20 Mb/s，農村網絡傳輸速率需達到4 Mb/s，以北京為代表的一線城市的網絡傳輸速率必須達到100 Mb/s。同時，其還對網絡傳輸能力提出明確要求，城市寬帶傳輸能力必須超過50 Mb/s，農村的寬帶傳輸能力也必須達到12 Mb/s，以北京等為代表的一線城市寬帶傳輸速率應該達到1 Gb/s。希望在該戰略引導下實現寬帶網絡超前建設，實現我國寬帶網絡流量和用戶的高速增長。在該戰略的引導下，我國超寬帶城域網建設也取得了階段性成果[1]。

2 寬帶城域網的架構演進

我國寬帶城域網初期建設的架構如圖1所示，采用“業務匯聚層+核心層+業務控制層”的網絡架構模式。核心層的主要為業務控制層設備提供相應的城域網出口，進行核心路由器的部署。業務控制層主要由BRAS和SR（多臺）構成，主要功能為提供差異化服務，實現對寬帶網絡中相關業務和用戶的控制、接入。其中，SR主要承接大客戶業務，實現網絡邊緣和用戶的連接；BRAS主要承載寬帶網絡應用接入網關功能，實現對用戶的管理與認證，同時實現公共用戶業務功能。在業務控制層中，SR和BRAS相互部署、配合，保證寬帶城域網中各項功能的實現。業務匯聚層的功能實現一般由三層高端匯聚交換機進行部署，同時在其相互協調配合下實現有線寬帶接入網業務的上行匯聚。結合我國寬帶城域網的發展進程，對我國運營商寬帶城域網機構的演進變化情況進行總結分析。

圖1 寬帶城域網初期網絡架構

2.1 網絡扁平化，逐步取消匯聚層

在寬帶城域網發展中，業務匯聚層不斷演進，其功能主要是實現接入網上行數據電路、流量和網絡設備端口的匯聚。在我國寬帶網絡建設起步期，我國的業務承載與負擔還相對較弱，因此業務匯聚層能較好地實現其匯聚作用，為電路資源傳輸和設備端口節約了大量資源。在 “寬帶中國”戰略的推動下，我國網絡傳輸能力不斷提高，目前已經達到10 Gb/s級別，這也標志著我國寬帶接入網接入能力大幅度提高，在此背景下也導致匯聚層在寬帶城域網中的作用越來越弱[2]。

2.2 業務控制層功能網元合設，部署多業務邊緣路由器

在我國寬帶城域網及信息技術發展的背景下，用戶的業務需求不斷提高。為滿足用戶的業務需求，運營商推出新的多業務融合方式，這就導致BRAS和SR的缺陷暴露出來。比如，BRAS在接入層的業務支持方面通過PPPoE實現接入，但SR卻不支持PPPoE，這導致業務控制層中的SR和BRAS相互制約，對當前運營商多業務融合發展造成極大阻礙。為滿足多業務融合需求，寬帶城域網業務控制層也進行優化與創新，MSE設備（多業務邊緣路由器）的引入取代了傳統業務控制層中的SR和BRAS，形成了新的業務控制層架構模型。該MSE架構模型實現了業務控制層精簡，為多業務融合提供了可能，也進一步提升了網絡資源維護效率和網絡資源利用率[3]。

3 超寬帶城域網基本特征

傳統寬帶網絡發展建設要求其必須具備安全性、擴展性等特征，而超寬帶城域網還有其特殊要求，包括智能性、高速性、綠色節能性等。因此，超寬帶城域網建設中必須在這幾個方面進行跨越式突破，接下來就超寬帶城域網特征進行詳細分析。

3.1 超大規模超寬帶接入

除“寬帶中國”戰略推進之外，“感知中國”戰略也不斷推進，“智慧城市”發展與建設也基于IP寬帶網絡不斷推進。目前，我國東部發達地區的寬帶規模不斷擴張，據統計，其終端過億、用戶過千萬。在“十三五”規劃中，我國提出“三網融合”的戰略，這對寬帶容量和寬帶傳輸速率提出了較高要求，未來寬帶用戶的基本需求要求其帶寬要超過100 Mb/s，超寬帶城域網的發展也必須滿足超大規模超寬帶計入。

3.2 全覆蓋型網絡

我國網絡發展中大量路由的使用以及大量終端的引入，對信息服務提出明確要求，應該保證寬帶用戶能借助任意終端以任意方式隨時隨地安全接入，這就要求超寬帶城域網必須實現物理空間和網絡空間的融合[4]。

3.3 IP融合承載

在網絡應用、用戶需求的不斷發展下，我國傳統“煙囪式”的網絡建設模式雖然實現了網絡和業務的相互配合，但這種建設模式卻不能滿足當前的需求，因此，實現網絡和業務的真正融合也已經成為必然發展趨勢。

3.4 綠色節能

綠色節能一直以來都是高效超寬帶城域網發展的最根本要求，為實現這一目的，必須從超寬帶城域網的各個單位入手，保證各個單位的低能耗，讓節能低能耗貫穿超寬帶城域網建設的各個單位和各個環節。

3.5 IPv6技術和業務使能

IPv4地址資源不僅已經不能滿足當前要求，而且日漸稀缺。為保證超寬帶城域網進程有效推進，必須加強IPv6的部署與建設，因此IPv6業務能力也成為超寬帶城域網建設的必備特征。

4 超寬帶城域網架構設計

本文提出的超寬帶城域網體系如圖2所示，包括超寬帶承載層、超寬帶策略控制層、運營支撐系統和超寬帶城域安全體系4部分。

圖2 超寬帶城域網架構設計圖

4.1 超寬帶城域承載層

為保證大規模用戶和大量終端能夠以任意方式隨時隨地接入，因此采用All-IP架構、結合多種接入方式來實現。希望該設計方法和架構方式能解決超寬帶城域網中存在的問題，包括覆蓋范圍延伸、網絡容量擴展等[5]。

4.1.1 減少網絡層次寬帶接入網

超寬帶中PON應用的主要目的是滿足多場景接入需求。為簡化接入網絡層次，引入了OLT技術；為實現接入控制網-出口路由的直聯，在取消匯聚路由器的基礎上引入了OTN靈活組網技術；為實現雙棧協議并具備IPv6-Ready能力，引入了集群設備和大容量設備，以最終消除由于端口不足而產生的背靠背互聯現象。

4.1.2 優化網元布局

大容量和融合化是接入控制網關的發展趨勢，網元數量的減少和有效集中是提升網絡效能的重要手段。

4.2 超寬帶策略控制層

超寬帶城域網發展中必須保證超寬帶策略控制層實現用戶-網絡-業務的有效協同，以此實現策略控制功能、流量管理和資源管理功能。另外，在控制層中還必須要求實現數據信息共享，以保證用戶、業務、網絡之間的有效溝通。

為保障超寬帶城域網的承載優化，必須實現業務-網絡協同，而實現這一目標的關鍵是策略控制層的優化。在超寬帶城域網中，若想實現業務-網絡協同，必須要保證業務信息、用戶信息和網絡資源之間的動態決策和動態調度。在對超寬帶城域網策略控制層的設計中，研究者建議引入云計算技術、大數據技術，對原有的承載控制層進行科學優化，希望建設具有信息化和現代化的承載控制平臺。該設計中引入規范化接口，希望以此實現不同系統和不同層之間的信息數據傳遞與共享，通過標準化和模塊化建設保證系統的有效運作。

4.3 運營支撐系統

在超寬帶城域網建設中，為了實現用戶-網絡-業務的有效協同，不僅需要超寬帶策略控制層的優化設計，而且必須要保障業務層、承載層等多個層面的協調配合，共同配合下實現超寬帶城域網的客戶服務等相關功能。同時，還應該加強數據和信息資源的有效共享，以此保障用戶、業務和網絡之間的信息傳遞、流轉，最終實現超寬帶城域網相關功能的自動化部署。當前超寬帶城域網的運營支撐系統的建設必須進行優化，該操作可以在原有運營支撐系統上進行，進行必要的改善和升級。

4.4 超寬帶城域安全體系

在超寬帶城域網建設中，必須要有一定的安全保障，尤其是當前網絡化、信息化建設的背景下，對網絡安全、信息安全提出了更高的要求。為實現超寬帶城域網的安全保證，建議從一體化安全管理系統、DDoS攻擊防御系統以及異常流量監控系統3個方面入手。

5 結 論

在當前超寬帶城域網建設中需要綜合利用高速通道、IP-傳輸協同、業務-網絡-用戶協調等技術，同時還應該引入安全防護技術，經過科學籌劃和科學架構之后，最終形成節能高效、高安全、高可信度和高擴展性的超寬帶城域網網絡體系，而超寬帶城域網的建設對于我國信息化程度和信息化安全均具有重要意義。