基于5G業務承載的新型智能城域網重構探討

朱成斌

（中國聯合網絡通信有限公司武漢市分公司，湖北 武漢 430000）

0 引 言

現階段本地網層面各運營商均存在多張網絡，如本地承載網、IPRAN回傳網、IP城域網，但隨著網絡發展進程的不斷推進，傳統通信網絡逐漸無法滿足社會大眾的網絡需求。為推進業務創新，基于5G業務承載的新型智能城域網引起業界重視，相關理論研究和實踐探索也大量涌現[1]。本文簡要分析了新環境中城域網運行5G業務面臨的承載問題，給出了支持5G業務高效運行的新型城域網構建方法，借助新型組網體系，加強城域網覆蓋能力，保證5G業務運行順利。

1 現網業務承載現狀及問題

傳統網絡主要分為：承載公眾用戶寬帶業務為主的互聯網協議地址（IP）城域網，采用高端路由器和交換機設備組網，網絡架構多為樹型或口字型的扁平化架構，以及綜合承載3G/4G移動回傳業務和政企專線的IP無線接入網（RAN）/分組傳送（PTN）網絡，采用IPRAN/PTN設備組網，網絡架構多為環型或口字型架構[2]。網絡架構如圖1所示。

圖1 網絡架構

城域網運行常見問題如下文所述。

（1）城域網內部含有較多數量的層級與設備。如果對城域網承載容量進行擴建，所需網絡運行、后期運維各項成本較高，還會產生較高的系統能耗等問題。

（2）業務部署表現出流程繁瑣、耗時等特點。部署BGP、LDP等多類協議，在用戶開通對應服務時，由人工登錄CLI接口完成協議配置，或者發出網管指令，比如信息回傳、網絡接入等各類指令。在協議加載、人工配置和指令傳送的過程中會形成較大時耗問題。

（3）設備跳數增加，轉發存在時延問題。比如在基站反饋主業務信息時，構建區域與跨IP的組網，在建網時融合承載網，便于區域承載中心有效連接IPRAN，使設備跳數增加至6，延長網絡轉發所用時間，形成多種故障問題。

（4）無法及時進行DC類業務的通信升級。在5G業務發展背景下，最新城域網試點開始運行，現有的網絡體系難以順應DC業務的通信需求，無法進行通信體系的自動升級。

2 5G及云時代對城域網絡的訴求

2.1 大視頻、多媒體業務對內容源下沉的需求

以4K視頻為例，其用戶體驗的KQI主要包括首次點播加載時間、快進快退時間和卡頓率，而對于承載需求，帶寬是基礎，同時網絡時延和丟包也是影響用戶體驗的關鍵指標。隨著視頻體驗的不斷升級，對于內容源下沉的需求開始凸顯，內容源下沉后，命中下沉CDN數據流的業務可以直接在本地獲取視頻源，有效減少時延、抖動、丟包并提升初始加載速率、減少初始等待時間等，未命中下沉CDN回源數據繼續訪問傳統CDN[3]。本質上，CDN下沉是用存儲換帶寬，隨著帶寬需求增大，下沉也能夠有效降低建網成本，是大視頻時代城域網投資、體驗、效率之間博弈的必然選擇。

2.2 5G時代eMBB/uRLLC/mMTC業務對網絡的帶寬、時延等要求差異化巨大

以自動駕駛為代表的超低時延業務要求時延在毫秒級，以AR/VR為代表的超高帶寬業務帶寬需求可能在Gbps以上，傳統的核心網集中高置的方式無法滿足低時延業務需求，也會帶來傳輸帶寬的浪費[4]。

2.3 靈活的端到端整網運營不足引發SDN、CU分離的需求

這里分兩個部分：一部分源于BRAS，傳統BRAS煙囪狀建網，現網設備形態、版本眾多，設備獨立配置，擴容升級復雜。這種靜態網絡，上線新業務周期長，無法支撐有創意和短收益的業務產品與定制化開發；同時，還會帶來用戶Session、IP地址等資源不均等問題，設備連接拓撲固化，整體利用率不高。另一部分來源于5GMEC的下沉，核心網云化下移給承載網帶來巨大的連接變化。在4G時代，基站到核心網的連接呈匯聚型，網絡的流量以S1流量為主，占流量的95%左右，所有的S1流量由成千上萬基站匯聚到部署在核心層的若干套核心網。而5G核心網下移以后，單個基站存在到不同核心網的流量，如自動駕駛業務在邊緣的MEC處理，視頻類等業務則在本地DC處終結等，而內容備份、虛機遷移等需要，不同層級核心網之間也存在流量，導致整個網絡的流量呈現MESH化。無論是BRAS的業務發展需要還是核心網下移帶來的東西向協同控制需求，均可以通過CU分離的方式予以解決，最終實現轉控分離，控制面NFV化集中管理[5]。

2.4 網絡云化的需求

5G的基礎是云化，未來互聯網業務發展趨勢也是云化。當前數字化的應用領域正從互聯網行業向政府、金融零售、農業、工業、交通、物流、醫療健康等行業深入，未來3到5年數字化程度有望達到70%至80%。云化意味著網絡要具備開源、快速開通、靈活調度等能力。對于網絡架構上來說需要引入3點變化。

（1）需要在控制面引入NFV，將網絡能力虛擬化，實現架構開源，將傳統煙囪式架構橫向拉通，通過不同的NFV實現不同業務的隔離。

（2）需要增加協同層，在SR+L3VPAN的基礎上通過增加SDN控制器將網絡統一協同納管，實現跨域自動協同、資源動態調整、最優路徑調度、業務最速開通。

（3）云平臺引入，包括運營商自己的電信云、業務云、合營云以及面向第三方的政務云、行業云。從位置上又可以根據業務設置骨干云、區域云、邊緣云，最后形成縱向逐級深入，橫向設置分布式DC將平臺能力集約化部署，實現云＋網＋應用的總集成，形成運營商新的競爭力。

3 新架構下5G云網融合承載的可行性分析

對于5G云網融合來說，從網絡架構來看需要新增落地PE與省網/城域網自治域，省內CMNet從純IP的架構進行轉型，變成VPN+IP綜合承載網絡架構，增加的落地PE作為ASBR與集團網PE對接，該方式對省內網絡架構無影響，可以與固移融合后的新型城域網完美結合。從協同和控制角度看，云協同的核心是SDN控制器，需要在省網/城域網新增SDN控制器，使之能實現業務自動開通、選路調優、可視化等能力，這就要求承載設備具備基于SRV6-BE實現VPN業務快速自動開通的能力。SRV6通過IPV6協議擴展SRH頭的方式，統一了SR、BGP tunnel和IPV6協議，可直接標識L3和L2VPN，比MPLSSR更節省標簽資源（N+AVSNA2），支持云網協同業務，極大簡化了協議和大規模路徑調優的復雜性，是最適合云化加融合化新型城域網的協議技術。MER（多業務邊緣路由器）兼具PTN/IPRAN/BRAS/SR的能力，具備SRV6的能力，支持SDN管理和能力開發，可以兼容滿足云業務對快速開通的需求。因此，只要通過設置統一網管和控制器對全網MER/MCR設備進行協同管理即可滿足云網融合承載的能力。此時新型城域網以DC為中心的建設理念進一步促進政務云、私有云下沉部署到邊緣DC內，進而圍繞著部署在外省資源中心的集團公有云、省內核心DC部署的合營云/自建公有云以及下沉后的私有云和政務云，形成分級能力中心，打造支撐用戶云業務快速上線的敏捷網絡。考慮云網融合需要增設一對ASBR設備和一套統一的SDN控制器，完善后組網架構如圖2所示。

圖2 面向5G和云化的新型城域網理想架構

4 構建新型智能城域網，有效支持5G業務設計方法

4.1 設計目標

（1）集中承載。使用同一個網絡體系，集中完成信息回傳、網絡連接、各類專線組網，從而形成整體的承載機制。

（2）優化協議。融合SR-EVPN技術，規范調整路由協議，進行標簽配置，提升MPLS界面的優化效果。

（3）互聯轉型。使用SDN、NFV各項技術，確保網絡資源處于集中調用狀態，在業務編排程序的輔助下，給予用戶自助操作便利條件，使城域網具備業務自助操作的功能。

4.2 組網方案

在重新構建新型城域網時，設定中心組網功能為DC，使用Spineleaf網絡體系，積極發揮SR+EVPN技術功能，使網絡協議獲得優化。圍繞SDN構建的調控設備，能夠有效進行轉發信息的分離處理，給予網絡合理定義。

（1）組網框架。組網體系與DC架構具有相似性，本地網絡的整體框架可視為一組AS，IGP位于AS框架時，可使用配置方案為“IS-IS”。與此同時，啟動segment協議，使MPLS層中承載的各類協議獲得簡化處理，以設備為中心進行設備調控、信息轉發時，從而進行業務分離。在區域網體系中，給出SDN控制程序的部署，便于網絡框架中各類設備處于智能管理狀態，結合業務的信息需求、設備情況，智能轉發流量。

（2）業務承載。在網絡體系中各類業務接入時，統一使用Leaf節點，接入的業務類型包括信息回傳和專線組網等。5G業務在進行接入時，一般采取端與端的連接方式，確保基站、DC平臺之間信息的互通效果。

（3）流量模型。回傳業務信息時，在Leaf節點的輔助下，5G業務能夠順利接入網絡，啟用L3EVPN協議，完成無線業務辦理。在業務封裝后，將其回傳至DC云存儲空間，使網絡平臺與核心通信模塊形成順暢的信息交互體系。

（4）業務添加。結合城域網各類主流產品的使用情況進行業務添加、位置設定，形成區域內功能完善、運行高效的業務模板。在設計業務時，可連接BSS訂單處理平臺的對應接口，確保業務訂單信息的互通順利。

（5）云網協同。結合能力開放需求，在組網中增加業務自助操作服務，提升網絡便民性。在平臺中，可申請各類智能云服務，比如主機、硬盤和網絡地址等，組網一側接口在連接時，確保平臺信息開放性，組網另一側接口，使用CLI形式，進行設備連接與調控，構建以SDN技術為主體的云網協同體系，協同項目包括資料存儲、資源交互等。

（6）運營建議。為較好地服務于新型智能城域網重構，相應運營工作也需要針對性優化，具體優化需關注運維人員的轉型。這種轉型需依托技術開展能力儲備與技術培訓，應涉及云平臺技術、網絡功能虛擬化技術、服務化應用等，同時開展網絡和業務能力培訓，為新型智能城域網的建設奠定基礎。

此外，還應使運維人員參與到新型智能城域網建設的全過程中，如規劃、建設、測試等，以此保證業務探討的深入開展，保障網絡演進計劃制定的合理性，更好地完成政企、5G業務落地承載規劃。

5 結 論

綜上所述，運營商正面臨云戰略轉型，如無法走出傳統服務思維，將失去管道話語權。在城域網重構時，初期以5G業務順暢運行為構建方向，給予用戶優質的用網服務，中期加強業務安全監管，后期拓展城域網覆蓋面積，加強各類業務運行，從而形成網絡一體化承載機制。