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2017/10/25 09:40

SDN&NFV助力运营商CO重构

C114中国通信网  刁渊炯 中兴通讯FN产品规划总工

运营商为何需要CO重构

在过去的10年中,运营商网络逐渐完成了光进铜退的改造,OLT、PTN、IP RAN等依赖光纤构建的接入网络,极大地提升了网络业务承载能力。但是由于互联网业务的蓬勃发展,运营商面临商业模式和技术的双重挑战:

  • 传统语音、多媒体业务在面对互联网公司社交软件、各类应用系统的竞争中处于下风,比如短信业务已经多年持续下降;
  • 新业务拓展无力,除了运营体制的原因外,基础设施和技术架构也不满足云化时代业务快速迭代改良的要求;
  • 连接型管道业务单一,缺乏业务增值手段,差异化能力不足。

电话端局(Central Office)曾经是电信运营商的重要基础设施,随着全光网络建设和PSTN的退网,如何盘活CO资源成为运营商的重要课题。

对比BAT等互联网公司和电信、移动、联通等运营商的数据中心布局,可以发现互联网公司的超大规模数据中心在机房数量、机架规模方面并不逊色于运营商,而且凭借着标准化、模块化、DevOps(开发运营一体化)等特点,互联网公司还具备领先性。但在边缘机房布局上,运营商CO占据了最靠近用户的位置。这些位置能提供低时延、大带宽的业务属性,这在OLT+BRAS的FTTH部署中已经得到了充分验证。这种优势仅表现在运营商的测速网站上是不够的,需要通过引入云、SDNNFV等关键技术进行CO重构,通过数据中心化的CO增加自动化、开放性等属性,才能盘活CO资源,将这种位置优势变现。此外工业互联网、家庭物联网、AR/VR等新的领域,为了保证交互体验和绿色节能,将需要大量的边缘辅助计算能力,CO重构也为此类新业务拓展提供了基础能力。

SDN实现能力的分层解耦

使用传统的专用网络设备进行业务开发,常被诟病开发周期长,主要是由于设备商包揽了从理解业务流程、开发控制协议、提供私有接口,到集成测试验证的全过程,触一发而动全身,在设备商能力存在短板时,就会顾此失彼。

新一代OLT(光线路终端),如中兴通讯的TITAN,导入SDN技术,实现了控制和转发面分离的架构,通过分层解耦,将能力分布到业务编排、网络控制、基础设施提供3个层面,各层面之间按能力集交付,各自独立开发、验证、发布。

SDN软件定义网络的起源和OpenFlow密切相关,但发展到今天已经有多种技术流派,远远超出了OpenFlow的范畴。现在SDN的内涵已经极大地延伸,所有具有开放接口、自动化集中管理/控制的系统都打上了SDN的标签。一个理想SDN系统的能力集,将包括集中的控制、管理、编排、策略和自动化能力,以及分布式的转发和感知能力。实现理想的SDN系统,将是一个漫长的网络演进过程。

中兴通讯新一代OLT TITAN按照面向未来网络的分层架构中的基础设施设计(见图1)。

分层解耦后的未来网络架构

图1  分层解耦后的未来网络架构

  • 在基础设施提供层,TITAN展示了中兴通讯作为传统OLT厂商核心的PON硬件能力。单一平台融合IEEE 10G EPON系列、以太网系列、ITU-T XG(S)PON系列、NGPON2系列的多种接入技术;提供超大容量L1传输、L2交换、L3路由转发能力;提供满足IETF NVO3架构的租户隔离方案,支持Overlay方式组网,终结VxLAN、IP GRE、MPLS PW、PPPoE等各种业务隧道。
  • 在网络控制层,UME(即Unified Management Expert)展示了中兴通讯作为SDN/NFV软件厂商,向云原生软件开发的转变。UME实现了管理和控制能力的集约化部署。管控的对象第一类是TITAN OLT,第二类是现网的C300系列OLT,第三类是MDU或其他厂商的接入网设备。UME为业务编排层提供了单一接入网络管理域的统一入口。

基础设施提供层和网络控制层已经实现了初步的解耦,UME可以部署在采用云技术重构的CO数据中心中。TITAN OLT可以挂接在CO数据中心的Leaf交换机下,通过远端接入模式,部署在远端接入机房,由大容量以太网或OTN传输作为回传通道;或通过本地接入模式,直接部署在CO数据中心机房,本地直连Leaf交换机。NetConf协议和YANG模型将被TITAN OLT优先实现,并作为初步的能力集交付给驻留在CO中的网络控制层使用。一些运营商已经开始用自己开发的控制器原型,通过NetConf/YANG接口对TITAN进行编程,来评估一些新开发的业务。

NFV技术实现NaaS(网络即服务)

以数据中心架构重构的CO,除了提供一般数据中心的IT类应用能力,还将提供运营网络相关的功能,如网络安全类、网络连接类、网络智能类的应用等。此外,DevOps快速迭代的业务开发模式,也需要NFV技术来体现。NFV技术本身就来源于云计算技术,NFV架构的核心是运营各种虚拟网络功能(VNF)。VNF的软件并不依赖专用的网络设备进行开发,运营时,无论专用的转发设备,还是白盒的转发设备,都可以通过分层解耦后的能力抽象被VNF作为资源使用,TITAN OLT为这些VNF提供高性能的转发资源。

图2 端到端的业务自动化

如图2的应用场景,vCPE、UME、VDC-C等各种VNF分工协作,通过端到端的业务自动化,为每个使用网络的用户提供按需定制的服务。

  • SFU/HGU放装时,预配VLAN线路连接到OLT-U。OLT-C(控制面部件)运行在裸服务器或由TECS(VIM)加载到虚机上运行;
  • 家庭用户通过自服务网站订购业务;
  • 家庭用户在自己的租户网络内开通vCPE(一种VNF)业务的需求指派到NFV-O,NFV-O通过TECS获得为该用户实例化的vCPE的网络位置;用户VLAN线路信息和vCPE网络位置信息都传递给SDN-O;
  • SDN-O分解网络连接域,其中连接用户的任务指派给OLT-C、VDC-C完成。

VNF是为数据中心虚拟网络环境下的租户提供服务的。右侧的VNF是为每个家庭客户服务的vCPE,它比较适合用容器化的VNF实例实现。控制TITAN OLT的UME,可能只服务于1个网络运营商,所以把它看成由裸服务器集群或虚机集群实现的VNF实例比较合适。

这种由一组虚拟网络功能有序编排后提供的定制服务就是NFV技术期望达成的网络即服务(NaaS,Network as a Service)的能力。

通过SDN技术,CO重构后的网络将实现分层解耦,TITAN将在分层结构中作为实现大带宽、多接入技术融合的网络基础设施。CO重构的目标之一是为每用户提供定制的网络功能,即NaaS能力,这需要通过NFV技术来实现,为了保证这些网络功能(VNF)的转发性能,TITAN将作为可被各种VNF使用的快速转发资源。

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