城域數(shù)據(jù)網(wǎng)vBRAS建設(shè)方案研究

張忠杰，韓 偉，喬海明

（吉林吉大通信設(shè)計院股份有限公司，吉林 長春 130012）

0 引 言

隨著4G與固定網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速擴展，互聯(lián)網(wǎng)流量呈幾何式增長，從骨干網(wǎng)絡(luò)到城域數(shù)據(jù)網(wǎng)都在以堆疊方式拓展網(wǎng)絡(luò)能力，疲于應(yīng)對流量風(fēng)暴帶來的承載壓力。因此，相關(guān)人員開始注重對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)升級的思索，推進網(wǎng)絡(luò)扁平化和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)效率成為主要的研究方向。流量的激增代表著用戶行為正在從最初以靜態(tài)為主的互聯(lián)網(wǎng)訪問模式，向伴隨著超媒體、大視頻、4K高清影像以及AR虛擬現(xiàn)實等以動態(tài)為主的消費模式轉(zhuǎn)變，業(yè)務(wù)類型層出不窮，但都具有大流量與高帶寬需求的相同特征，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無法應(yīng)對，可實現(xiàn)智能化、動態(tài)、虛擬化、差異化以及能力共享的新型管道服務(wù)迫在眉睫。

在上述背景下，一種維護方便、能力開放且可快速規(guī)?；渴饦I(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)運而生。vBRAS轉(zhuǎn)控分離技術(shù)已使網(wǎng)絡(luò)智能化與精細(xì)化管理成為可能。同時，面對運營商投入成本的壓力不斷增加和盈利能力不斷下降的趨勢，系統(tǒng)迫切需要向vBRAS轉(zhuǎn)控分離技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進。

1 vBRAS建設(shè)方案

1.1 vBRAS技術(shù)方案

vBRAS即虛擬化寬帶城域接入網(wǎng)關(guān)，可通過SDN&NFV技術(shù)實現(xiàn)控制轉(zhuǎn)發(fā)分離，軟硬件解耦，實現(xiàn)控制面云化、新業(yè)務(wù)快速靈活部署與配置運維集中控制，有利于運營商向智能化、云化轉(zhuǎn)型[1]。每個模塊動態(tài)地申請?zhí)摂M機資源，為X86虛擬化服務(wù)器提供動力。vBRAS主要有三種技術(shù)方案。

（1）為緊耦合vBRAS設(shè)置虛擬化服務(wù)器，BRAS部署的全部業(yè)務(wù)功能均運行于該設(shè)備之上，完全實現(xiàn)網(wǎng)元級虛擬化。基于NFV架構(gòu)的一體化vBRAS網(wǎng)元可實現(xiàn)對BRAS的控制與轉(zhuǎn)發(fā)，但業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)面和流程控制面未實現(xiàn)真正意義上的分離。該方案具有動態(tài)調(diào)整能力，NFV部署程度高，業(yè)務(wù)加載靈活性更強。但轉(zhuǎn)發(fā)面和控制面仍緊耦合，vBRAS設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)性能受影響較大，尤其在多類型業(yè)務(wù)同時負(fù)荷下性能急劇下降，無法并行配置控制和轉(zhuǎn)發(fā)資源。該方案基本實現(xiàn)NFV功能，基本能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)需求動態(tài)調(diào)整、靈活配置、業(yè)務(wù)的快速加載和業(yè)務(wù)模式的創(chuàng)新，但因轉(zhuǎn)發(fā)面和控制面緊耦合，設(shè)備性能無法得到最大化發(fā)揮。

（2）vBRAS控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面解耦合方案。將BRAS控制面與轉(zhuǎn)發(fā)面分離，使vBRAS-CP和vBRASUP分別基于NFV架構(gòu)網(wǎng)元在不同虛擬化服務(wù)器上運行。傳統(tǒng)BRAS的控制功能與轉(zhuǎn)發(fā)功能都是先利用NFV架構(gòu)實現(xiàn)網(wǎng)元虛擬化，進而解耦合傳統(tǒng)BRAS的控制和轉(zhuǎn)發(fā)功能。此外，應(yīng)以軟件功能對業(yè)務(wù)實施分類，保證每一個功能部署在一套相對獨立的虛擬機，功能對應(yīng)業(yè)務(wù)，實現(xiàn)類級虛擬化。該方案優(yōu)勢在于實現(xiàn)了控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面分別和全部虛擬化，可按需動態(tài)部署轉(zhuǎn)發(fā)面和控制面，應(yīng)用更加靈活，然而設(shè)備較傳統(tǒng)BRAS在多業(yè)務(wù)疊加負(fù)荷下轉(zhuǎn)發(fā)性能相對較差，性能下降明顯，且未實現(xiàn)業(yè)務(wù)組件級虛擬化和定制。值得注意的是，該方案基本上實現(xiàn)NFV的業(yè)務(wù)創(chuàng)新和靈活擴展，為業(yè)務(wù)組件級虛擬化演進方向奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，適用于開通和創(chuàng)新新業(yè)務(wù)的應(yīng)用場景。

（3）vBRAS控制和BRAS轉(zhuǎn)發(fā)方案。基于轉(zhuǎn)發(fā)面和控制面分離，傳統(tǒng)BRAS設(shè)備被解耦合為轉(zhuǎn)發(fā)面與控制面，轉(zhuǎn)發(fā)平面采用傳統(tǒng)BRAS設(shè)備，控制平面采用基于NFV架構(gòu)的X86服務(wù)器實現(xiàn)vBRAS。轉(zhuǎn)發(fā)面應(yīng)用傳統(tǒng)BRAS設(shè)備完成轉(zhuǎn)發(fā)，可采用支持BRAS功能的軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，控制面則主要基于NFV的虛擬化架構(gòu)，將vBRAS控制面應(yīng)用程序（APP）安裝至X86服務(wù)器。該方案優(yōu)勢在于轉(zhuǎn)發(fā)面采用轉(zhuǎn)發(fā)性能強的傳統(tǒng)物理BRAS設(shè)備，可充分利用BRAS設(shè)備資源。然而，其轉(zhuǎn)發(fā)平面BRAS設(shè)備多為各廠商專用的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，系統(tǒng)不開放，且轉(zhuǎn)發(fā)面未采用虛擬化架構(gòu)，云平臺管控的統(tǒng)一納入與在NFV架構(gòu)下虛擬化的實現(xiàn)受限。此外，該方案NFV技術(shù)應(yīng)用不充分，只有傳統(tǒng)BRAS的控制平面被分離出來，且傳統(tǒng)BRAS會話Session（64K）數(shù)與帶寬不成比例，無法解決帶寬與會話數(shù)沖突問題。

當(dāng)前，各運營商試點多采用方案3，可最大限度保證網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)網(wǎng)基礎(chǔ)上平滑演進，實現(xiàn)投資利用最大化。

1.2 vBRAS建設(shè)方案

1.2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

vBRAS建設(shè)方案網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具體組成如下：

（1）接入網(wǎng)保持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，OLT接入家寬用戶，上聯(lián)接入vBRAS-UP。

（2）實體BRAS設(shè)備通過軟件版本升級或替換將控制功能剝離，轉(zhuǎn)變?yōu)関BRAS-UP網(wǎng)元，即轉(zhuǎn)發(fā)面設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)則不做調(diào)整。

（3）集中或分布式部署x86化服務(wù)器虛擬化池，構(gòu)成vBRAS-CP，即控制面設(shè)備，通過匯聚網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接至互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)元實現(xiàn)控制信息在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)路由可達。vBRAS-CP設(shè)備也應(yīng)通過路由可達方式與寬帶認(rèn)證網(wǎng)元和DHCP網(wǎng)元實現(xiàn)對接。

圖1 vBRAS建設(shè)方案網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

1.2.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)配置

系統(tǒng)接口模型如圖2所示。

圖2 vBRAS系統(tǒng)接口模型

系統(tǒng)具體業(yè)務(wù)配置如下：

（1）vBRAS-UP將撥號報文上報至vBRAS-CP設(shè)備，在vBRAS-CP設(shè)備處理用戶上線后，向vBRASUP下發(fā)用戶轉(zhuǎn)發(fā)表項，由vBRAS-UP獨立運行路由器協(xié)議，生成網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)表項。

（2）在vBRAS-CP上統(tǒng)一配置原有BRAS業(yè)務(wù)，保證Radius Server和DHCP Server等原有BRAS業(yè)務(wù)資源管理系統(tǒng)只能看到一個BRAS業(yè)務(wù)節(jié)點且原有SR業(yè)務(wù)在vBRAS-UP上實現(xiàn)獨立配置。

（3）分別在vBRAS-CP和vBRAS-UP上實現(xiàn)原有BRAS和SR業(yè)務(wù)的維護與告警。

2 vBRAS架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)性能測試方案

2.1 測試方案

vBRAS網(wǎng)絡(luò)搭建完成后，需要對網(wǎng)絡(luò)進行相關(guān)測試，以判斷能否滿足正常業(yè)務(wù)承載需要，并根據(jù)測試結(jié)果優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)部署。測試主要內(nèi)容如下：

（1）CU分離框架測試，包括BRAS-CP自動部署、CP管理UP、彈性擴縮容、UP托管、CP引用UP創(chuàng)建資源以及CP和UP可離線配置6項內(nèi)容；

（2）接入基本功能測試，包括PPPOE接入用戶功能、CGN相關(guān)功能、CP地址池共享以及域策略對所有UP生效4項內(nèi)容；

（3）QOS測試，包括現(xiàn)網(wǎng)ACL基本功能、流分類功能與用戶限速3項內(nèi)容；

（4）可靠性測試，包括BRAS-CP服務(wù)器故障、BRAS-CP VM故障、UP重啟、UP主備板倒換、延遲接入、openflow通道故障、VxLan通道故障、NetConf通道故障以及CP和UP通道保護9項內(nèi)容。

2.2 測試結(jié)果

（1）通過查看云平臺管理界面，獲取控制面虛機自動增加或減少、網(wǎng)絡(luò)建立成功、虛擬機建立和刪除成功以及用戶上線正常等信息；

（2）分別檢查UP和CP上所有的OpenFlow channel和Vxlan隧道狀態(tài)，訪問網(wǎng)頁，觀察視頻業(yè)務(wù)瀏覽是否正常；

（3）在CP上查看該UP子接口上報，雙向用戶訪問網(wǎng)絡(luò)正常；

（4）PPPOE上線和下線正常，可訪問FTP服務(wù)器，做正常ALG穿越；

（5）用戶1和用戶2上線成功，查看地址池分配是否正常，在同個地址池中依據(jù)規(guī)則獲取不同地址池段，若主機路由發(fā)布正常，用戶可以正常下線，地址池釋放，且在CP上可看到釋放地址池；

（6）用戶可以登錄UP設(shè)備，對設(shè)備進行管理操作，UP完成重啟后無需重新配置UP；

（7）用戶流量進入默認(rèn)或設(shè)置隊列，流量統(tǒng)計準(zhǔn)確，查看流量統(tǒng)計丟包正確；

（8）用戶上線成功，查看用戶詳細(xì)信息可見用戶上行及下行帶寬50 M，下行流量限速可以達50 M；

（9）PC模擬用戶保持在線，用戶訪問網(wǎng)絡(luò)正常，記錄CP探測到故障的時間。

3 結(jié) 論

當(dāng)前，主要有vBRAS 控制和實體BRAS 轉(zhuǎn)發(fā)、一體化vBRAS以及vBRAS的控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面分離3種vBRAS技術(shù)方案，通過搭建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對vBRAS轉(zhuǎn)控分離架構(gòu)進行用戶承載實測，從架構(gòu)、性能以及可靠性等幾方面對測試結(jié)果進行分析，得出vBRAS建設(shè)方案的可行性，為后續(xù)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。