dcn网络与公网_运营商网络云化架构演进分析

摘  要：针对运营商现有烟囱式、封闭式、资源独占式网络无法适应互联网应用的需求，提出一套开放的、解耦的、资源共享的新网络架构，并给出向该网络架构演进的实施规划。该架构以SDN(软件定义网络)/ NFV(网络功能虚拟化)为技术抓手，以网元云化部署、软件定义网络、新一代运营支撑系统、网络DC(数据中心)化改造为切入点，推进网络云化演进，降低网络成本，提升运营商自身竞争力。

关键词：网络云化；架构演进；软件化；SDN(软件定义网络)/ NFV(网络功能虚拟化)；功能解耦

0 引言

在面临互联型业务挑战的严峻形势下，运营商内部开始出现业务创收难、增长乏力、量收差持续扩大的被动局面，如不进行网络重构增强活性，可能会沦为互联网厂商的业务营收的管道。为了应对外部压力、适应“互联网+”战略的需求，其基础网络的改造势在必行，需对现有网络架构进行重定义、重设计，构建新型的、开放的、按需的智能型网络，方能提升用户感知和满意度。

运营商网络架构软件化、解耦化、开放化、云化是其网络重构演进的方向，SDN(软件定义网络)/ NFV(网络功能虚拟化)和云计算等新技术使得网络演进变得可行，而SDN异厂家对接及NFV三层解耦均需建立在一个标准的、统一的网络架构下方可实现。该网络架构是一整套的高层次的设计准则和演进目标，是为设计、构建和管理一个通信网络所提供的技术方向和技术框架，属于网络的顶层设计，可用于指导网络的具体技术构思和工程设计，确保后续技术设计的一致性和相关性，并能够满足网络架构相关的网络功能要求。

1 网络架构演进

1.1 运营商现有网络架构

运营商现有网络架构如图1所示。现有运营商网络从业务属性上来分，大致可以分为短彩类，如短信中心、彩信中心、行业网关、梦网网关、闪信等；语音类，如VoLTE AS(移话应用服务)、Centrex AS(固话应用服务)、彩铃、彩印、智能网、来电提醒等；核心网类(2/3/4/5G)及IMS(IP多媒体子系统)。这几类网络内的任何一个子项网络(如短信中心、VoLTE AS、IMS等)，均需要单独使用1套网络设备(自用防火墙、交换机)，独享使用这套网络单元，此时便形成了一个个的业务网络竖井。竖井网元为封闭系统，使用专用设备(如华为专用刀片、中兴专用刀片等)实现，软硬件不解耦，因此对设备厂家依赖性极大。且每个子项网络都是专用组网，无法共享，造成投资的大量浪费。

在承载层面，大致可以分为三类：公网(如中国电信的163、中国移动的CMNet)、运营商内网(如中国电信的DCN(数据通信网络)、中国移动的IP专用承载网)以及针对政企客户的专线网络。承载层面的网络设备，L3层(如路由器)控制和转发一体化，L4-L7层(负载均衡、防火墙、安全防护等)软件固化在专用硬件上，软硬不解耦，转控不分离。

IT支撑面，运营系统分为BSS / OSS / MSS(业务支撑系统/运营支撑系统/管理支撑系统)三大类，用于运营商业务计费、营帐、服务开通、运维、人/财/物管理等。对于网络方面，关联度最高的是OSS，包括综合网管、资源管理等，由于现阶段网络的封闭性、各个单元彼此间资源不共享，无法进行跨网、跨业务、端到端的网管及资源调度。

图1  运营商现有网络架构

2.2运营商目标网络架构

运营商重构后的目标网络架构应当尽量简洁、敏捷、开放、集约，网络层级少，能够软件编程，能主动适应互联网应用所需，网络资源统一规划、部署和端到端运营。实现NFV三层解耦、SDN控制与承载分离后，运营商目标网络架构如图2所示。

 

图2  运营商目标网络架构

目标网络架构分为“三个通信层+两个管理域”，三个通信层为硬件资源层、虚拟资源层、网络功能层，两个管理域为网络管理域、云管理域。

1)三个通信层

硬件资源层，是承载网络虚拟化及网络功能的硬件设施，部署在各边缘DC、核心DC机房中，通常是X86服务器、存储设备、二层交换机等通用硬件，此外还有少量的高性能专用硬件。通用的硬件可以基于云计算技术实现虚拟资源池化，而某些特通设备或者因涉密不宜云化的设备可使用专用硬件，以提高性能和安全性。、

虚拟化资源层，是对通用的、标准的计算、存储、网络资源进行资源虚拟化，实现虚拟机资源生成、调度、删除等功能。如KVM(开源虚拟化技术之一)、XEN(开源虚拟化技术之一)、Hyper-V(微软虚拟化技术)虚拟软件，使用虚拟化技术能够提高资源使用率和系统弹性。

网络功能层，软件实现的虚拟化功能网元，如vBRAS(虚拟业务控制层设备)、vEPC(虚拟核心网)、vIMS(虚拟IP多媒体子系统)等，可以将传统的短彩类、语音类、核心网类、IMS多媒体载网中的专用设备使用软件的方式实现，实现业务软件与硬件实体的分离。进一步的，可以将软件功能细化分控制面(如vBRAS-C)、媒体面(如vBRAS-U)。控制面、媒体面也可以合并编程，后期根据发展需要再分设两个软件编程模块，通过SDN控制器在此层软件层实现转控分离。

2)两个管理域

网络管理域，EMS / NMS(网元管理系统/网络管理系统)网管系统用来管理无法云化的专用硬件(如特通、涉密设备等)，目标IT支撑系统，能够拉通各网络、跨专业的实现从整体到细节的性能管理，让运维人员能够掌握整个网络的运行状态，实现全网端到端的运行效率、话务流量流向、网络接通率的监管。

云管理域，VIM(虚拟化基础设施管理)实现对硬件资源层和虚拟化资源层的管理和协同，对计算、存储和网络资源的进行统一的管控(建议使用Openstack开源技术，可以支持KVM、XEN、Hyper-V)，VNFM(虚拟化网络功能管理器)主要负责对vBRAS、vEPC、vIMS等VNF(虚拟网络功能)的管理和调度。VIM、VNFM、SDN控制器、EMS / NMS等管控系统信息模型上的差异较大，可通过NFVO(网络功能虚拟化编排器)编排器进行“梳通”和协调，完成端到端的网络和业务的管理。

该目标网络架构使得资源标准归一化、网络功能软件化、IT系统能力化，架构各层间以及相关的功能系统之间均采用开放的API(应用程序接口) 接口和通用开源的协议，是解耦的、开放的、可编程、可扩展的网络架构。

3 网络演进实施规划

网络云化关键技术如图3所示。数据中心DC整合/资源池云化，为未来业务和网络构建云基础设施。SDN / NFV能够为网络智能化，网络云化使能，提供控制/转发分离、功能软件化的网络。运营平台进行网络协同，业务编排，可以为用户提供实时、敏捷的服务。涉及的关键技术包括SDN、NFV、新一代运营支撑系统等。

图3  网络云化关键技术点

3.1  NFV演进实施规划

NFV提供了一种设计、部署和管理网络服务的全新方式，将网络功能如IMS、BRAS、EPC、NAT(网络地址转换)、防火墙、入侵检测等从专有硬件中分离出来，并通过软件加以实现。软件承载在通用的X86服务器上，处理的是OSI模型的L4-L7层，目标是替代通信网中私有、专用和封闭的网元，实现统一的“硬件平台+业务逻辑软件”的开放架构。

NFV实施规划上，解耦应先二层再三层，目前三层解耦(硬件资源层、虚拟资源层、网络功能层)难度较大，产品不成熟。商用初期应采用二层解耦(硬件层、软件层)方式引入，通过二层解耦的实践发现问题积累经验，向三层解耦演进。NFV网元云化优先级上，为减少对现网成熟业务冲击，优先对新业务、新领域(如NB-IoT(基于蜂窝的窄带物联网)核心网、VoLTE控制面)以及增量部分进行云化建设，存量部分传统网元(如短信中心、智能网)逐步替换为云化网元。部署上，应先在核心DC部署电信云资源池，后在边缘DC部署。

3.2  SDN演进实施规划

SDN是将网络的控制平面与数据转发平面进行分离，处理的是OSI模型的L2-L3层，采用集中控制取代分布式控制，并通过开放和可编程接口实现“软件定义网络”。目前各专业的业务管理、网络管理都分域分专业进行，跨网、跨专业的资源管理、控制难以协同，运维效率低。而利用SDN 协同控制的思路，承载网、传输网、云资源池可以可以协同组网，实现网络的统一管控、并能按需的、随云资源需求灵活而动。

SDN还能实现跨地域的大二层互通，多采用VxLAN(一种大二层技术，也有采用Trill等技术)实现，在三层网络上做Overlay(一种网络叠加技术，L2 over L3)，采用隧道封装方式，将源主机的二层报文封装后在三层网络上传输。这样能够实现多个异局址DC，在逻辑上像同一个二层局域网一样进行管理。由于SDN会对现有硬件设备厂家造成业务冲击，传统硬件厂家对SDN并没有太多积极性，各厂家开发的SDN控制器“开放性”有限，只能使用自家设备进行对接互通。考虑到SDN异构互通仍在试点阶段，近期应以资源池内多个资源域的SDN覆盖为主，优先承载小规模非关键业务。中远期应统筹异厂家SDN纳管，通过在各家SDN之上封装SDN Hub(SDN集线器)编排层，由SDN Hub实现异构互通。

3.3 新一代运营支撑系统

新一代运营支撑系统在现有OSS系统中引入SDN控制器、NFV业务编排和网络协同器，采用开源开放的架构，打破现有OSS 系统的封闭性与烟囱式，形成对实体网络和虚拟网络的跨专业、跨网络的端到端统一运营管理。支持面向第三方的网络能力开放，能够提供多样化的开放接口，支持自有业务及第三方应用的敏捷集成。

图4 某运营商新一代运营支撑系统

某运营商新一代运营支撑系统如图4所示。对现有运营系统架构、模块进行的梳理，将现有服务开通、激活、网络编排器、领航平台等进行融合改造，实现了四个统一。

a)统一受理入口：业务统一从CRM(客户关系管理系统)受理，消除手动开通环节，同时做好统一云服务门户模式，实现业务一点受理。

b)统一网络编排：梳理现有运营系统模块，对业务领航平台、存量专业编排器等进行融合改造，实现新老业务的统一网络编排。

c)统一运维视图：改造后实现业务的自动开通(消除手工)及统一业务资源视图、提升跨专业、端到端及时发现、诊断及故障处理能力。

d)统一数据及交互总线：规划期内，应做到统一数据采集、统一交互总线，以及统一的数据输出能力。

4  结束语

网络架构重构是电信运营商的根本性和战略性转变，是推动其深化转型的重要措施。运营商应深度参与开发、测试、集成、运维等网络运营的全过程，重点突破SDN / NFV、端到端的运营支撑系统等关键技术，加强与SDN / NFV 等技术组织及开源社区的合作，积极推动上下游产业链加入到网络业务的生态体系中。

参 考 文 献

1  SDN/NFV产业联盟.  NFV产业发展白皮书[R]. 2016.

2  云计算开源产业联盟. 电信云技术白皮书[R]. 2019.

3  何晶颖. 云网融合的演进路径探讨[J]. 电信快报，2018(4)：12-16.