融合智能的新型IP城域網建設方案研究

王維

中國電信股份有限公司安徽公司 安徽 合肥 230001

引言

目前國內運營商均建有兩張IP承載網。一張是承載家庭寬帶業務的IP城域網，自2005左右年開始建設；一張是承載移動業務的PTN/IP RAN網，自2010年左右開始建設。兩張網相互獨立，互不相通，給業務開通、規劃建設、網絡維護均帶來了不便。為了適應新業務發展，解決現有IP承載網痛點，運營商開始融合智能的新型IP城域網的研究部署。

2018年底中國聯通在雄安舉辦了新型智能IP城域網試點總結與成果發布會，標志著國內首個下一代智能城域網正式商用；2020年中國電信在南方5個業務大省進行了新型城域網試點，并計劃2021年在全國多個城市進行試商用部署。在可預見的未來2-3年內，新型IP城域網規模商用已成定局。

本文結合新型智能IP承載網的特點及架構，進行網絡規劃建設分析，旨在為新型IP城域網落地建設提供參考。

1 業務發展趨勢及現網痛點

隨著5G、VR/AR、MEC等新業務的不斷發展，IP承載網內業務流量流向在不斷發生變化。根據預測，在未來5年內，寬帶用戶流量年增長率約30%-40%，而移動業務保持高速增長（年增長率預計100%），預計2025年，移動流量占比將達30%。

在現有的網絡布局中，互聯網應用集中高掛，IDC、CDN等內容以省、區域、地市為中心部署，用戶訪問以出城域網流量為主（南北向）。而隨著MEC/VR/AR等業務的發展，要求業務傳輸時延在1ms以內，以保障用戶體驗，因此相當規模的城域網流量從城域外轉向城域內。

新型業務對網絡提出快速響應、靈活部署、差異化承載，安全可靠等需求。5G/固網接入速率趨同（雙千兆），將催生潛在固移融合場景，網絡成為一致性體驗關鍵。

現網IP城域網架構已有15年時間，IP RAN網絡也已經在網服務近8年時間，兩張IP承載網相互獨立，互不相通，給業務開展、規劃建設等都帶來了不便。首先是網絡架構不靈活，設備緊耦合，網絡難以擴展，新業務部署困難、開通慢；其次是MEC/CDN及邊緣云等建設時需同時對接IP城域網與IP RAN網，對接復雜；再次是IP城域網建設成本高，是IPRAN網絡的3～5倍；最后近年來新出現的SRv6、EVPN、FlexE等新技術主要在新設備上實現，現網設備大部分不支持或升級困難[1]。

2 新型城域網架構研究

為解決傳統IP承載痛點，更好地適應滿足業務的變化，新型城域網應運而生。

2.1 設計原則

新型城域網是面向未來5至15年網絡及業務發展來設計的，遵循了以下幾點主要原則：①融合：以城域為單位，固移融合接入、多業務融合承載；②敏捷：以“樂高積木式”模塊化組網，基于Spine-Leaf架構靈活擴展；③簡潔：設備功能簡化，按需擴展；承載協議簡化，采用SRv6/EVPN；④云化：標準化對接城域各級云資源池，實現入云、云間業務快速提供；部署轉控分離vBRAS，控制面云化、轉發面池化，實現N∶1冗余保護；⑤智能：部署SDN控制器，支持靈活選路和流量調度；部署eDNS精準調度技術，為CDN提供精準調度能力；⑥安全：按業務類型設置接入設備，每業務每VPN，安全隔離，業務間無干擾；支持流量清洗等安全能力動態加載，按需部署，按需引流。

2.2 設計思路

面向固移融合、云網一體化場景需求，新型城域網采用模塊化、標準化的組件方式構建，實現網絡彈性擴展、業務快速提供及網絡智能化。

新型城域網以城域為單位進行建設，由城域POD、POD出口功能區組成，另由云網POP實現云網快速對接。

2.2.1 城域POD。城域POD采用Spine-Leaf組網模式，實現用戶綜合接入和轉發，并可基于業務量靈活橫向擴展的架構。城域Spine設備實現低成本、高速流量轉發，Leaf設備間通過Spine實現流量互訪。

圖1 城域POD示意

2.2.2 POD出口功能區。POD出口功能區連接外部網絡，實現業務轉接與網絡對接。Spine實現城域POD與其他網絡的互通，國內公眾互聯網流量快速轉發至ChinaNet，全球互聯網、政企、移動等流量分流至CR；CR接收全球路由表，通過細路由、策略路由等方式實現高質量、差異化和安全服務，上聯ChinaNet、大型IDC互聯、接入中小IDC、城域核心DC。

Bleaf（ASBR）部署L3 VPN或端到端SRv6實現跨域政企組網和云網業務；政企組網經ASBR上聯CN2-DCI，云網業務經ASBR上聯CN2-DCI與天翼云資源池互聯。

RR為城域路由反射，從控制器或上一級RR獲得外部路由，并反射到Leaf，實現跨域的政企組網。

圖2 POD出口功能區示意

2.2.3 云網POP。云網POP為云業務網絡與基礎網絡邊界網元組成的對接架構，部署于云資源池所在局址。云網POP隨云資源池統一規劃建設，并實現資源預設，物理鏈路預連接，Leaf部署于云網POP，與Spine直連，按需配置帶寬。

圖3 云網POP示意

2.3 目標架構

面向固移融合、云網一體化場景需求，采用模塊化組件實現架構彈性擴展、云網標準化對接、用戶集中式處理。

①積木式網絡架構：以城域POD、POD出口功能區、云網POP三大組件搭建，可基于業務量靈活擴展；②城域POD以Spine-Leaf架構組建：每個POD設置2臺Spine，下掛多對Leaf設備；③云網POP標準化對接：城域Leaf部署于云網POP，與云業務網絡網元對接；④POD出口功能區實現外部網絡對接：由Spine、CR、Leaf（ASBR）組成；⑤固移統一接入：OLT雙掛Leaf，A設備環狀接入Leaf；⑥轉控分離vBRAS集中部署：控制面云化、轉發面池化[2]。

3 新型城域網業務承載方案

3.1 公眾業務

寬帶業務：Leaf以上部署EVPN over SRv6承載，用戶終結于轉控分離vBRAS，認證流量由vBRAS-C及AAA系統終結，業務流量由vBRAS-U負責轉發，實現寬帶業務/用戶集中控制管理。國內互聯網服務經Spine直接訪問，國際互聯網服務經CR訪問。

高清視頻、Cloud VR/AR：用戶就近終結于Leaf節點，采用非Session級IPoE接入，不再經由MSE進行轉發；單播流量采用EVPN over SRv6承載，流量按需下沉到邊緣云（vCDN）。組播業務采用Native IPv6承載，在Leaf設備或更低層級的OLT上實現組播復制

VOIP：Leaf以上采用EVPN over SRv6承載，用戶認證終結于轉控分離vBRAS，業務流量通過Leaf(業務CE)轉發至IMS平臺承載。

3.2 移動業務

5G業務承載方案：以Leaf為業務控制點，Leaf以上部署EVPN over SRv6，按需部署FlexE，為移動基站-UPF、基站-5GC、互聯網訪問提供端到端切片。Leaf以下仍采用現網方式接入。

3.3 政企業務承載方案

互聯網專線：互聯網專線用戶接入流程與公眾互聯網用戶接入流量相同，用戶終結于轉控分離vBRAS，實現寬帶業務/用戶集中控制管理。

組網專線、入云專線、云間互聯：用戶就近終結于Leaf節點，云資源池接入部署與云側的Leaf，域內通過Leaf 之間構建L2/L3EVPN over SRv6隧道承載，跨域通過Leaf與對端PE或Leaf構建跨域L2/L3 EVPN SRv6隧道承載。

3.4 云網融合業務承載

基于云網POP實現云網高效對接，滿足入云/云間專線業務承載：云網POP是有云業務網絡出口網元和基礎網絡接入網元組成的云網對接架構，部署于云資源池所在局址，實現云網統一部署。云網POP既是入云的終點，也是云間互聯的起始點。

4 新型城域網部署原則

新型城域網網絡架構先進，新技術規模部署，是對現有IP承載網的一次較大變更性升級，且涉及固移用戶多，割接業務量大，如何通過規劃設計保障新型城域網平穩、高效的落地也是本論文的研究重點。

新行城域網優先選擇5G規模部署、云網業務豐富、云改業務發展較好的重點城市/區域開展新型城域網部署，原設備應利舊于其他未改造城域網[3]。

以POD為單位推進新型城域網建設，建議單個POD覆蓋寬帶用戶數不少于80萬用戶；

采用Spine-Leaf架構構建城域網POD，原則上Spine-Leaf采用2級架構。Spine可考慮新建或與原STN-ER合設，Leaf設備可補點/復用B設備；

集中部署轉控分離vBRAS系統，實現寬帶公眾用戶集中處理。vBRAS-CP應部署在2個核心DC，實現異地災備，統管硬件vBRAS-pUP及虛擬化vBRAS-vUP；按POD設置vBRAS-pUP池，原則上采用N+1模式；

原則上政企業務與視頻類業務采用A-Leaf承載。視頻類業務采用非Session化IPOE方式承載；

運營支撐系統應符合集團新一代運營系統架構要求，可以采用新一代運營系統的采控平臺或者基于現有網管等運營系統改造，實現網絡自動化與智能化管理。

5 結束語

新型智能IP城域網極大地解決了現有IP承載網的痛點問題，業務服務質量提升、智能安全、簡化運維、節省投資，是未來IP承載網的演進方向。但是運營商在現有兩張IP承載網上投入巨大，運行多年，新型智能IP城域網的建設不可能一蹴而就，且在建設過程中必將出現較多與現有業務系統、業務流程匹配的問題，需要運營商及行業相關人員繼續加大研究試驗。