面向云网融合的运营商网络架构演进
孟晓斌 卞英音
中兴通讯股份有限公司 南京 210012
摘 要 随着云计算的发展和行业数字化转型的深入，如何更好地提供云网融合服务成为运营商首要面对的问题。文章对未来运营商网络的业务和建设驱动力进行分析，总结云网融合建设的关键要点，并对城域网和云网融合运营运维支撑系统的演进架构给出分析和建议。
关键词 云网融合；云化；城域网；编排
引言
随着互联网业务的发展和云计算日趋成熟，以低成本高效率的云服务来提供计算和存储能力逐渐被企业所接受，从互联网企业开始，越来越多的企业应用从本地向云上迁移。中国经济正由以互联网驱动的网络化转型向以云计算、人工智能驱动的数字化转型过渡，企业数字化转型的刚需以及国家相关政策的支持，使得中国云计算市场呈现高速发展态势，市场前景巨大，云正取代传统网络逐步成为业务的核心。
1 未来运营商网络建设驱动力与业务分析
随着企业系统向云迁移更加深入，网络连接质量也逐步成为关注焦点。同时，业务上云也需要更快、更优、按需灵活的网络连接服务支撑，云+网的一体化服务成为当下企业数字化转型的基本要求。以Amazon AWS、阿里云为代表的互联网企业，凭借自身互联网业务构建云的核心能力，占据了公有云市场大部分份额[1]，同时，正逐步向网络延伸，以云为中心进行网络构建。以阿里为例，2017年底发布“云骨干”，在全球建设云POP点；2018年，发布了边缘智能接入网关，已经构建了云上网络(洛神)、云间网络(织女)和上云网络(嫦娥)为一体的云网融合服务体系，能够分钟级实现企业云业务和网络的部署。而以Aryaka、Cisco为代表的IT厂商推出的SD-WAN解决方案，也在冲击着运营商专线市场。SD-WAN厂商借助SDN技术提供便捷按需的WAN服务，帮助企业实现多分支互联、多云连接的复杂组网，并叠加WAN加速、防火墙等IT增值服务，为企业提供高性价比按需灵活的SD-WAN服务，分流连接红利。企业上云带来了前所未有的机遇，也带来了挑战，面向未来业务，运营商需要转变思想，实现云网深度融合，为企业客户提供灵活、优质的云网一体化服务。
互联网业务的快速发展给运营商网络带来了空前的压力，受不限量套餐业务的拉动，按2018年移动流量189.1%增长率计算[2]，移动网流量在2021年将逼近固定宽带流量。随着5G来临，运营商网络带宽面临挑战。随着业务发展，互联网流量比以往更加多样化，目前互联网流量中，下行流量视频占据绝大比例，大部分内容仍在城域网之外；受游戏下载、游戏直播带动，游戏在网络中流量的占比逐渐上升，成为重要的流量组成部分；文件共享流量呈上升趋势，内容选择和分发的渠道越来越多；直播对网络流量产生显著影响，视频在上行流量中占据了重要地位[3]。目前，运营商网络主要承载家庭带宽、移动和专线业务流量，由于不限量套餐的出现，家宽和移动等个人业务收入出现瓶颈，因此，如何拓展政企业务成为运营商今后网络建设首先需要考虑的问题。预计随着5G的发展，高清视频尤其是VR业务仍是未来城域网流量的主要增长点，面向行业的边缘计算、AI计算等需求会成为网络增收的主要来源。行业数字化转型将推动新型应用不断涌现，对网络侧的能力要求也不断提升。行业数字化转型，业务快速上线、快速迭代，网络更应是超越连接支撑应用快速创新的平台；浸入式体验、AR交互等应用需要传输和处理大规模多媒体信息，物联网发展使设备接入密度剧增，未来网络需具备超高带宽和大连接的能力；随着业务发展，云资源逐步下沉，分布式部署，网络流量方向也更加多样化；远程医疗、工业控制等行业应用的发展，对网络的确定性提出极高的要求，网络需要为业务提供差异化的保障，能够做到稳定、可期、可控、按需提供，时延、大带宽、安全成为新商业要素，运营商网络架构需匹配商业模式演进。
随着行业数字化转型的深入，未来的业务和流量都存在很大的不确定性，云的形态更加丰富，云服务逐步向边缘延伸，更加复杂的多云时代的到来，推动传统网络转型升级，云和网络正打破彼此的界限，相互融合。从网络演进角度，网络需要围绕云进行建设，用IT的理念优化网络架构，使网络资源能够按照用户的需求，动态、弹性地调度和分配，构建敏捷、弹性、智能的优质网络，满足业务需求。
2 面向云网融合，运营商网络构建的总体原则
电信运营商核心在网络连接，数字化时代，需要首先深耕网络，发挥网络优势，构建灵活网络，提供一站式、敏捷、灵活、随选、智能等云网融合服务能力，总的来说运营商需围绕以下几点构建云网融合。
2.1 云网统一运营系统，提供一体化服务
为进一步提高山区群众对山洪灾害的认识，强化躲灾、避灾意识，各地应每年进行一次全方位、多层次、多形式的宣传发动。采取出动宣传车，出标语、横幅、宣传栏，设立警示牌，编印发送山洪灾害防御手册等多种形式的宣传措施，使有关法律、法规、山洪灾害防御常识和对策措施家喻户晓，人人皆知。通过对山洪的防灾避灾宣传，牢固树立干部群众的灾患意识，达到自觉防灾避灾的目的。
2.2 网络云化重构，提供按需、灵活的网络能力
BRAS作为城域业务的接入控制点，目前无法被取代。BRAS虚拟化是发展趋势，但是现阶段通用处理器转发性能与NP还存在差距，ASIC芯片业务扩展能力较差，无法满足灵活的用户管理和业务调度的要求，因此，当前NP架构C/U分离的vBRAS仍然会是未来的主要形态，如图2所示。通过vBRAS-C控制实现地址池的统一管理，可以考虑vBRAS-U小型化池化部署，部署将更加灵活，基于通用处理器的vBRAS-U，可以先集中部署，进行如ITMS、VoIP等小流量大会话的业务承载。
对于客户，尤其是中小企业，云网一站式服务是基本要求。运营商云业务对外通常独立经营，无法为客户提供统一业务受理和开通流程，无法实现快速的故障定位和恢复。不仅对公有云，而且对于边缘云、行业云，甚至是第三方云，客户都有一站开通的需求，因此，运营商首先需要对运营系统进行改造，构建端到端自动化和第三方合作生态，实现云网一点受理、一站式开通、统一运维流程，在提升客户体验的同时，以云带网，以网促云，实现经营利益的最大化。
2.3 构建MEC，打造D-ICT智能信息节点，固移业务统筹考虑
企业在选择性价比较高的公有云降低企业经营成本的同时，部分业务基于安全和本地化等方面的考虑，也会采用私有云、边缘云的方式部署，多云成为大多数企业的选择。电信运营商需要提供灵活的多云连接服务，多云连接是最大化挖掘网络价值的关键，如果运营商仅面向自营云提供云网融合服务，必将丧失大部分客户群。加强与云服务商的合作，实现一点入网，多云可达，是保持运营商持续发展网络、抓住企业入云战略机遇的关键。
2.4 充分发挥基础网络优势，构建多云连接生态
企业上云逐步深入，数字化转型推动企业核心生产系统上云，对可靠性、时延性、安全性均提出了比较高的要求，必然推动边缘计算的快速发展。5G来临，车联网、物联网等新的产业互联网应用也需要边缘计算支撑[5]。目前，边缘计算还处于发展初级阶段，云服务商和运营商均将边缘计算看成下一个极具发展潜力的市场。运营商在网络边缘部署MEC，能够充分发挥分布广泛的基础设施资源、本地化的客户服务、云网边高效协同能力等优势，占据边缘计算市场竞争的有利地位。打造集通讯、云、智能、应用等能力为一体的D-ICT智能信息节点，是电信运营商切入产业数字化转型的关键入口。
2.5 AI赋能，实现智能化的云网融合服务
客户体验是OTT普遍优于运营商的地方，引入AI增强运营商云网融合的自动化、智能化能力势在必行。实时洞察客户场景需求、按需定制、业务永不中断是云网融合的终极目标，这需要长期持续演进的过程。
3 城域网演进思路和未来架构分析
使用架构简单的设备构建灵活、高效、可扩展的网络也应该是未来城域网的发展趋势，新型城域网以DC为中心构建，面向行业、5G、高清视频、MEC等业务设计，新的架构需要能够更好地利用现有网络资源，更好地与云相结合，满足行业数字化所需的灵活部署、泛在接入的要求[6]。总的来说，新的城域网以融合承载、业务接入控制与转发解耦、模块化设计、灵活易扩展、端到端自动化、智能化为主要的建网原则。
我国疆域面积广且地形多样化，特殊的地理形态使得我国频繁遭受多种类的自然灾害。同时，当前我国正处于社会转型的瓶颈期，社会矛盾复杂，社会风险不断被释放，贫富差距不断拉大，社会管理跟不上经济的高速发展，各种社会问题也接连发生。各种公共危机给我国造成了不可估量的损失，是我国社会管理中的严峻挑战和首要议题。单一主体管理模式在复杂的危机面前缺陷不断显现，危机应对效果不佳，只有实现政府与社会资源的全面整合与协调，建立起一个高效的协同治理体系，才能实现公共危机的有效应对，最大限度地减小危机带来的损失。
3.1 城域网未来架构分析
互联网时代业务创新速度加快，业务逐步向云迁移，流量向互联网企业主导的数据中心汇集。以Google数据中心为例，一般12～15个月数据中心流量就会翻倍。为满足业务持续增长的需求，Google在10年前对数据中心内部网络进行了重构，将商用服务器阵列扩展计算能力的概念引入网络中，采用CLOS架构，实现网络的任意扩展，提高网络可靠性，使用性价比较高的商用交换机芯片而不是专有的大型交换机构建网络，从而以成本较低的方式实现带宽容量的指数级增长，使用集中控制，软硬解耦的方式实现管理和控制的简化，解决CLOS拓扑结构带来的控制和管理更加复杂的问题[1]。目前，CLOS架构已经在大多数的数据中心被采用。
数字化经济带来的流量挑战，产业互联网发展带来的业务复杂性，都需要新的网络更好地支撑，城域网作为业务接入的关键，需要首先进行改造。当前城域网使用专有的硬件构成，同时，精细化带宽的商业模式也对设备能力提出较高要求，软硬件紧耦合的网络不够灵活，自动化引入困难，目前，网络架构很难满足互联网引领的快速创新带来的多样化业务需求。运营商需要以SDN/NFV为基础，实现网络的简化、自动化和智能化，构建统一承载的云化网络，如图1所示。
目前，CR作为城域网核心，既要满足大流量转发需求，又要满足大路由强策略的业务需求，设备成本高，随着城域内业务流量占比增长，可以引入转发与业务分离的架构，降低中间环节转发设备要求，使用路由器单机或者大容量ASIC设备构建城域核心交换节点，负责城域内流量转发，卸载流经CR的流量，ASIC设备具有大带宽低功耗的特点，具有更高的性价比。引入EVPN协议，构建Frabic矩阵，实现城域内流量快速转发，通过物理分布实现资源高可靠、存储和计算资源池化，实现资源灵活调度。网络边缘节点考虑到未来业务的复杂性和扩展要求，可以根据业务场景选取简单的盒式设备或者可灵活编程的NP(网络处理器)路由设备，便于后续扩展和升级。接入层通过10G PON和5G提供大带宽接入的能力，满足高清视频、VR等未来业务大带宽要求，网络向5G延伸，固定移动云网业务需要统一规划承载，更好地利用网络资源。
图1 以DC为中心的网络架构
3.2 城域网虚拟化部署策略
网络转发与业务接入分离的架构能够更好地提升资源利用效率，简化设备，支撑业务灵活部署，是网络演进的方向。业务层云化，部署在物理网络之上，实现网络业务快速创新，构建灵活扩展能力；转发层简化，降低设备要求，提供可靠承载，端到端自动部署，满足差异化的承载需求。网络承载协议逐步简化，统一为SR/EVPN，向SRv6演进，基于SR/SRv6可以实现端到端、细颗粒调度，网络调度能力提升数百倍。SRv6将IPv6与SR技术相结合，实现了普通的IP转发和隧道转发统一，不再使用MPLS，将使设备和网络大大简化。SRv6引入的可编程特性使网络更加灵活，便于实现自动化和智能化，SRv6具备应用部署的能力，网络和应用将会深度融合，网络更加开放，给业务提供更好的支撑。
相较云服务商和SD-WAN服务商，运营商网络掌握最后一公里接入，网络覆盖广，多种接入方式灵活适应不同客户需求，具备无法取代的优势。但运营商网络长期滚动建设，导致网络设备种类繁多、协议复杂，自动化开通和灵活调整的能力非常弱，基础设施的资产现状不够清晰，导致专线开通周期比较长。运营商对外提供快捷、灵活的云网融合服务，需要改变现有的刚性封闭的网络，引入SDN/NFV技术架构对传统刚性网络进行云化改造，实现网络上云，网络控制功能基于云基础设施部署[4]，本质上就是运营商自身网络和云的深度融合。网络云化改造实现了从预定义的刚性网络向软件可定义的弹性敏捷网络转型，实现网络资源的集中管控、灵活按需分配，具备了面向客户快速提供灵活按需网络和差异化运营的能力。
如今，国家医保局决定在全国范围内开展打击欺诈骗取医疗保障基金专项行动“回头看”，看来完全有必要。人们当然期待这“回头”一“看”，能发现一些足以威胁医保制度正常实行的问题，尤其是某些医疗机构、零售药店和参保人员骗取医疗保障基金的问题，并能坚决依法严厉查办。医保制度是惠及亿万人的大事，值得社会的方方面面都来维护它、完善它，坚决不能容忍某些势力对它的破坏和伤害。
图2 C/U分离的vBRAS架构
3.3 新型城域网演进建议
构建以DC为中心的新型城域网关键驱动是城域内的业务，目前，城域网大部分流量为视频和WEB流量，以互联网内容居多，绝大多数终结在城域外。从近期来看，城域DC可引入业务主要为三类，即vBRAS、vCPE、UPF等网络设备的云化，运营商和互联网视频内容服务，企业属地化服务。随着5G的发展，面向行业的边缘计算等应用、高清视频，尤其是VR业务带宽的需求将是网络重构的主要业务驱动力，其中VR业务要在2021年以后才能够为网络带来规模化的增益。新型城域网可以根据业务需求逐步建设，可以先在网络流量较大的一二线城市部署，大型城市人口集中、企业众多、资源利用率高，互联网厂商CDN节点目前多数已经下沉到了地市核心，城域DC内业务较容易引入，可优先实现城域网和DC的融合承载。网络改造初期，出城域网流量仍占绝大部分，CR可以先兼做城域核心交换节点，城域网内部东西向流量占比较高后，再增设独立的核心交换节点卸载CR流量，最终实现固移业务融合统一承载。
改革开放以来，我国规划工作取得重大进展，国土空间规划取得积极成效，但规划编制工作仍存在一些问题。经济社会发展转型必然对空间优化提出相应需求。高质量发展落实到国土空间上，要通过高质量规划实现国土空间高质量开发利用，保障和促进经济高质量发展。
4 云网融合运营运维系统架构
新的网络需要新的运营运维系统支撑，构建面向客户的新型运营服务能力是运营商未来竞争的关键，新的云网融合管控系统建议分层构建，如图3所示。商业逻辑层面向最终用户的商业意图需求进行采集和分类，业务编排层将商业意图转换成云网具体业务逻辑，并将业务逻辑转换成网络编排请求和NFV业务链编排请求，向网络编排器层传递。网络编排器层对接业务编排层，跨网络实现端到端的网络连接。云网统一编排是新一代运营运维系统的关键，统一编排是业务一点开通、端到端保障的基础，运营商应首先聚焦编排协同层构建，掌控编排层，引入原子能力和服务化架构，支撑业务的快速创新。
基于统一编排、分域管控的整体架构，做到网络分层地实现自动化和智能化。引入Telemetry技术，加强云网数据采集，实时感知云网的运行状态，是实现云网资源可视、云网融合自动化智能化的基础。在构建自动化闭环的基础上，引入AI，实现云资源的动态分配、网络流量的智能调优、云网故障的快速定界/自愈。基于自动化闭环，引入意图引擎，实时洞察客户场景需求，云网融合的实时部署和优化，最终实现云网资源与客户场景的无缝衔接，实现用户体验的最优化。智能化的建设是可以进一步提升云网协同效率，带来更好的体验，网络大数据AI能力需要分层引入，如图4所示。智能化体系的建设是一个渐进的过程，可以首先在网元及个别功能点应用，实现点状的网元优化和故障的智能分析；然后进一步将网元智能化能力串联起来，实现端到端的智能化能力；最终进入全网智能化阶段，实现网络自治[7]。
进入21世纪以来，我国进入了城镇化的快速发展时期。对原有建筑物的拆除、改造与日俱增，随之而来的则是建筑垃圾的大量堆积，生态环境越发脆弱。据工信部统计，我国建筑垃圾的数量已经占到城市垃圾总量的30%～40%。2012年，我国产生建筑垃圾15亿t，其中占建筑垃圾总量80%左右的废砖、废混凝土、废砂浆可进行循环利用。相比欧美等发达国家95%以上的利用率，我国的建筑垃圾利用率仅为5%左右，只有几千万吨的建筑垃圾被利用。这些垃圾往往被运送到城郊填埋，由于处理不当，造成目前的“垃圾围城”现象。
图3 云网融合的分层管控架构
图4 分层引入网络大数据AI能力
新一代的运营运维系统作为全网的大脑，很难由一家独立研发，需要多方合作来完成。相对来说，运营商最了解业务需求，厂商对于组网的设备和技术理解最为深刻，而传统的OSS提供商较为熟悉传统运维流程。因此，建议由运营商牵头制定框架和接口，OSS厂商和设备商贡献相应能力，提供传统运维和网络自动化的组件，共同完成系统开发，运营商通过构建上层业务能力来掌控网络，实现业务的快速创新。
在电力系统中，电压互感器是一种仪表用变压器，是一、二次系统的联络元件，它能正确地反映电气设备的正常运行和故障情况。正确区分电压互感器单相接地与谐振对实际工作有很大帮助。
5 结束语
国家企业上云战略和5G的到来为云网融合开启了更广阔的市场空间，面对OTT的竞合关系，运营商的关键还是做强、做优网络，构建贴近客户的智能云网融合服务，以网为本拓展云网融合生态链，牢牢抓住数字化转型带来的市场机遇。
参考文献
[1]Arjun Singh,Joon Ong,Amit Agarwal,et al.Jupiter Rising： A Decade of Clos Topologies and Centralized Control in Google's Datacenter Network[J].Communications of the ACM,2016,59(9)：88-97
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[6]中兴通讯.中兴通讯CO重构技术白皮书[R].2016
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The Evolution of Operator Network Architecture for the Cloud-network Convergence
Meng Xiaobing Bian Yingyin
ZTE Corporation,Nanjing 210012,China
Abstract With the development of the cloud computing and the the digital economy,how to provide better cloud-network convergence services become the primary problem that the operators have to face.This paper analyzes the operators’ current network business and building driving force,summarizes the key points of cloud-network convergence construction,and gives suggestions for the evolution structure of metro network and OSS.
Keywords Cloud-network Convergence; Cloud; Metro Network; Orchestratio
作者简介
孟晓斌
中兴通讯系统方案总工程师，主要负责5G、云网融合等综合方案设计工作。
卞英音
中兴通讯系统方案总监，主要从事5G、云网融合等综合方案设计工作。
标签：云网融合论文; 云化论文; 城域网论文; 编排论文; 中兴通讯股份有限公司论文;