智能城域網多業(yè)務承載硬切片技術實踐

劉立剛，張建忠，呂文琳，陳成運，孫 梅（.中國聯通山東分公司，山東濟南 5000；.山東省郵電規(guī)劃設計院有限公司，山東濟南 500）

1 概述

《“十四五”數字經濟發(fā)展規(guī)劃》指出數字經濟是繼農業(yè)經濟、工業(yè)經濟之后的主要經濟形態(tài)。規(guī)劃要求加快建設信息網絡基礎設施，推進云網協同和算網融合發(fā)展，有序推進基礎設施智能升級，加快企業(yè)數字化轉型升級，深化重點行業(yè)、產業(yè)園區(qū)和集群數字化轉型，培育轉型支撐服務生態(tài)?？梢灶A見，以算力為基礎的數字經濟將進入全面擴展期，網絡對算力的支撐作用也日漸凸顯，算力和網絡融合成為大勢所趨。

中國聯通以SR-MPLS/SRv6、EVPN、SDN/NFV 等技術為基礎，構建了一張以通信云DC 為核心的智能城域網，實現了固定寬帶、政企業(yè)務和移動業(yè)務的綜合承載［1-2］，是以算網一體為重要特征的新一代數字基礎設施，為千行百業(yè)的數字化發(fā)展提供了堅實的基礎。

隨著經濟社會全面數字化轉型，越來越多的業(yè)務對智能城域網等承載網提出了新的要求，不僅需滿足大帶寬、低時延、高可靠的網絡性能要求，還需滿足差異化服務保障、確定性帶寬要求［3-6］。

為了在一張物理網絡中同時滿足各類不同業(yè)務的差異化需求，網絡切片應運而生。網絡切片（Net?work Slicing）是指在同一網絡基礎設施上，將物理網絡劃分為多個端到端、虛擬的、隔離的（物理隔離/邏輯隔離）、按需定制的專用邏輯網絡，每個虛擬網絡具備不同的功能特點，可以靈活定義自己的邏輯拓撲、SLA需求、可靠性和安全等級，以滿足不同客戶對網絡能力的不同要求，如時延、帶寬、連接數等。

2 智能城域網切片技術

2.1 相關標準進展情況

切片概念由運營商聯盟NGMN 提出［7］，3GPP、ITU、IETF 等標準組織都開展了網絡切片的標準化研究工作。其中3GPP SA2和SA5定義了無線網子切片、核心網子切片的業(yè)務功能及管理功能，ITU-T 和IETF定義了承載網子切片的業(yè)務功能及管控功能及信息模型。

中國通信標準化協會（CCSA）成立的“5G 網絡端到端切片特設項目組（SP2）”［8］制定了《端到端網絡切片的總體技術要求》《基于IP 承載網絡的端到端切片對接技術要求》等行業(yè)標準，打破了標準分層分域獨立制訂的歷史，實現了跨域協同。

2.2 相關切片技術

智能城域網已全面部署VPN+QoS，實現了業(yè)務軟隔離切片服務，業(yè)務在使用VPN 承載時，不同業(yè)務打上不同的QoS 優(yōu)先級標識，根據優(yōu)先級的標識匹配不同的QoS 策略，保證業(yè)務帶寬及服務質量。運營商可根據業(yè)務種類規(guī)劃不同優(yōu)先級的隧道，將業(yè)務VPN 綁定或者引流到指定的隧道上，實現差異化承載。

智能城域網也可根據客戶要求提供硬切片隔離服務，主要實現方式如下。

a）基于物理設備的硬隔離：對特定業(yè)務使用專有設備進行切片承載，部署獨立的BGP、IGP協議。

b）基于FlexE 的硬隔離：FlexE 的核心功能通過在MAC 層 與PHY 層 引入Shim 層 實現，它 可以將Flex?Egroup 中每個物理以太接口劃分為多個時隙（slot）的數據承載通道。FlexE 用戶（client）數據流中的以太網幀以64/66 B 編碼為單位切分為數據塊，通過FlexE Shim實現在FlexEgroup中的多個物理接口與時隙之間的分發(fā)。利用FlexE 的劃分多數據通道能力，可以將物理以太接口的帶寬劃分給多個不同的網絡切片使用，并可以隔離不同切片之間流量的相互影響。在協議層面，將不同切片的子接口放入不同的BGP PEER以及IGP 進程中，根據業(yè)務的優(yōu)先級選擇不同的切片承載［9］。

c）基于物理端口的硬隔離：根據需求在設備上使用以太物理端口做切片，并配置獨立的傳輸資源，每個切片使用不同的物理端口實現隔離。運營商可通過捆綁或解捆綁端口調整切片帶寬，靈活增刪切片。在協議層面，將不同切片的端口放入不同的BGP PEER以及IGP進程中，根據業(yè)務的優(yōu)先級選擇不同的切片承載。

3 智能城域網硬切片部署實踐

3.1 切片設計

不同用戶、行業(yè)對網絡的時延、覆蓋、可靠性、速率、連接密度、連接成本等特性需求不同，智能城域網側的切片在設計時應重點考慮隔離度、時延、帶寬等因素。

從性能指標、功能差異、對網絡的需求、運維模式等方面，智能城域網可劃分為3個切片，即面向公眾用戶的2H/2C 切片、面向普通行業(yè)用戶的2B 切片、面向垂直行業(yè)用戶的切片。

a）2H/2C切片：面向個人用戶、家庭寬帶提供的業(yè)務，保證一致或更好的用戶體驗。

b）2B 切片：面向普通行業(yè)用戶，存在一定的隔離、業(yè)務質量保障需求，在連接管理等方面有定制化差異。

c）垂直行業(yè)切片：面向具有高度隔離或者高業(yè)務質量保障等特殊需求的用戶，安全等級要求極高。

3.2 硬隔離切片部署方案

根據前述硬切片技術，結合客戶需求及目前智能城域網設備部署情況、建設成本，智能城域網硬隔離切片部署實施時可主要采用基于FlexE、基于物理端口和FlexE組合的方案。

3.2.1 基于FlexE的硬隔離切片部署方案

基于FlexE的切片技術在應用部署時，遵從OIF論壇發(fā)布的FlexE 2.1 標準，分別將2H/2C 業(yè)務、2B 業(yè)務、垂直行業(yè)業(yè)務對應不同的FLexE 子通道，共需3 套網絡資源（IP 地址、SID 標簽、子接口配置、BGP 鄰居、IGP進程等）。部署方案如圖1所示。

圖1 基于FlexE的硬隔離方案示意圖

智能城域網核心（MCR）、匯聚（MER）、接入（MAR）各層面FlexE硬隔離切片部署如下。

a）核心匯聚層之間，根據需求將端口模式切換到FlexE模式，部署3個FlexE硬隔離切片。

b）現有接入層如采用100GE 速率端口組網，根據需求將端口模式切換到FlexE 模式，部署3 個FlexE 硬隔離切片。

c）現有接入層如采用10GE 速率端口組網，將接入環(huán)升級到100GE，并部署3個FlexE硬隔離切片。

d）新建接入層時，采用100GE 速率端口進行組網，并部署3個FlexE硬隔離切片。

3.2.2 基于物理端口和FlexE 混合的硬隔離切片部署方案

根據智能城域網部署情況，核心匯聚層面采用基于以太物理端口的硬隔離技術，接入環(huán)之間采用FlexE硬隔離技術（遵從OIF發(fā)布的FlexE 2.1標準）。部署方案如圖2所示。

考慮到資源占用情況，部署該方案時，可對切片分類進行調整，配置2 個硬隔離切片，分為2H/2C/2B切片、垂直行業(yè)切片，不同切片的以太物理接口互相獨立或對應不同的FLexE子通道，分別進行網絡配置，共需要2 套網絡資源（IP 地址、SID 標簽、子接口配置、BGP鄰居、IGP進程等）。

智能城域網核心（MCR）、匯聚（MER）、接入（MAR）各層面的硬隔離切片部署如下。

a）核心、匯聚層在現有100GE 速率端口組網的基礎上，再采用獨立的10GE/100GE 端口及傳輸資源，組成1 個新的硬隔離切片，原有100G 環(huán)切片承載2H/2C/2B業(yè)務，新增10G/100G環(huán)切片承載垂直行業(yè)切片。

b）接入層部署切片時，與MER 對接的MAR 設備新占用1 個獨立的10GE/100GE 以太物理端口，新增10G/100GE 互聯鏈路，組成1 個新的硬隔離切片。原有物理端口切片承載2H/2C/2B 業(yè)務，新增10G/100G物理端口切片承載垂直行業(yè)業(yè)務。

c）現有接入層MAR 之間采用100GE 組網時，按需將端口模式切換到FlexE 模式，部署2 個FlexE 硬隔離切片。

d）現有接入層MAR 之間采用10GE 組網時，將接入環(huán)升級到100GE，并部署2個FlexE硬隔離切片。

e）采用獨立物理端口切片時，以太端口配置為LAG模式，便于后續(xù)擴容帶寬增加端口。

3.3 硬隔離切片配置方案

3.3.1 基于FlexE的硬隔離切片配置

a）loopback 配置：每臺設備配置3 套loopback 地址，從0 起，逐一遞增對應不同切片，即loopback0 對應2H/2C 切片，loopback1 對應2B 切片，loopback2 對應垂直行業(yè)用戶切片。

b）IGP 配置：創(chuàng)建3 個ISIS 進程，每切片對應1 個ISIS進程，各切片的loopback地址分別綁定對應的ISIS進程號。相鄰切片之間進程號間隔100，即2H/2C 切片的ISIS 進程號采用現有環(huán)網ISIS 進程號，2B 切片ISIS 進程號在2H/2C 切片ISIS 進程號基礎上加100，垂直行業(yè)用戶切片的ISIS 進程號在2H/2C 切片的ISIS 進程號基礎上加200，鏈路cost值相同。同一個切片內接入環(huán)與核心匯聚環(huán)均分為2 個ISIS 進程，進程號不重復。切片內每個接入環(huán)對應匯聚設備間一對子接口，子接口編號和ISIS 進程號保持一致。每個切片中匯聚設備間接口開啟N+1 個子接口（N為接入環(huán)數量），面向接入側的N個子接口分別與N個接入環(huán)屬于同一ISIS 進程，面向核心側的子接口與核心設備同屬于一個ISIS 進程。

c）BGP 配置：考慮到后續(xù)維護便利，仍采用現有的BGP 進程，對外1 個AS 號。接入和匯聚之間、匯聚和核心設備之間使用loopback 建立3 個BGP PEER，對應3 個切片，按需配置VPNv4、VPNv6、EVPN 等地址族，切片之間使用BGP PEER 隔離，獨立發(fā)布路由及對應loopback地址。BGP PEER根據切片策略，對切片擴展團體屬性進行過濾，實現路由和切片鏈路的映射。

d）切片RT 配置：根據不同的出RT 引流到不同切片，切片RT取值范圍為6XXXX：1010—6XXXX：1200，步長為10，依次對應2H/2C、2B、垂直行業(yè)用戶切片等。其中2H/2C 切片為6 XXXX：1010，2B 切片為6XXXX：1020，垂直行業(yè)用戶切片為6XXXX：1030。在設備上配置BGP 路由策略，用于匹配經BGP 協議反射至3 個BGP PEER 的切片RT，根據匹配結果選擇允許路由通過或丟棄。

e）帶寬配置：考慮到現階段業(yè)務主要承載在默認2C 切片，2C 切片帶寬預留最大，2B 切片、垂直行業(yè)用戶切片帶寬按需配置，隨著業(yè)務承載情況動態(tài)調整。

3.3.2 基于物理端口的硬隔離切片配置

采用基于物理端口切片的配置與基于FlexE 硬隔離切片在loopback、IGP、BGP、RT 的配置思路一致，根據切片數量取前2個參數。

3.4 現網部署應用實踐

為滿足某垂直行業(yè)用戶業(yè)務承載的需求，某省聯通在智能城域網上全局部署了3個FlexE 硬切片分片，部署方案如圖3所示。

圖3 現有智能城域網硬切片部署承載方案

智能城域網切片具體配置如下。

a）端到端網絡切片實例由NSMF 下發(fā)給ANNSSMF、TN-NSSMF、CN-NSSMF。

b）智能城域網域東西向與無線、核心網對接，基于VLAN 標識加入FlexE 硬切片，基于DSCP 標識加入QoS隊列。

c）全局配置3 個FlexE 硬切片分片，分別對應2C業(yè)務、2B 業(yè)務、行業(yè)專項業(yè)務，由IGP 多進程方案約束切片拓撲。

d）全局配置3 套IGP 進程（ISISv4），均采用SR MPLS隧道。

e）全局規(guī)劃3 套Loopback v4 地址，并在行業(yè)專項切片中為該用戶規(guī)劃一個生產業(yè)務VPN（S_I_VPN）。

f）2C 切片的BGP PEER 通過loopback v4 地址建立，2B 切片的BGP PEER 通過第2 個進程的loopback v4 地址建立，行業(yè)專項切片的BGP PEER 通過第3 個進程的loopback v4地址建立。

在業(yè)務加載之前，某省聯通進行了外場安全測試，涵蓋了無線、智能城域網、核心網專業(yè)以及端到端各個環(huán)節(jié)。智能城域網中FlexE 硬切片之間的隔離性測試、同一切片內不同業(yè)務隔離/優(yōu)先級測試均達到了預期效果。

4 智能城域網切片部署建議

4.1 與OTN傳輸設備對接時部署建議

FlexE 標準化組織對于FlexE 在光傳輸網絡中的映射定義了3 種模式，如表1 所示，建議使用Unaware模式。

表1 路由器FlexE接口與OTN對接模式

目前智能城域網核心匯聚設備之間部分互聯鏈路采用OTN 傳輸承載，部署FlexE 時，需要將OTN 端口設置為BIT 透明模式，采用這種模式對接時，OTN 設備無法再處理1588V2信號報文，可采取以下解決方案。

a）在現有OTN 承載的鏈路之外，核心匯聚設備之間單獨增加1條10GE光纖鏈路傳遞1588v2信號，可嘗試使用長距光模塊進行10GE光纖直連。

b）核心匯聚設備之間使用長距光模塊光纖直連，如100GE/80 km，不通過OTN傳輸。

c）在匯聚設備處對接傳輸設備獲取時間源信號，不再從核心設備傳遞時間。因此在對接點需另外占用1 個10GE/1GE 端口，并設為MAC 透明模式，單獨傳遞時間信號。

4.2 軟硬切片部署建議

從技術角度看，在實現業(yè)務承載、保障業(yè)務質量方面，軟硬切片均可滿足業(yè)務要求。通過合理QoS 規(guī)劃和隊列調度，在擁塞場景下軟切片在網絡性能指標（時延、丟包率）與硬切片測試結果基本無差異。

由于網絡切片的選擇與網絡邏輯架構的設計、承載協議的部署等密切相關，在部署硬切片時，建議規(guī)劃好切片數量，確定好架構，盡量避免增刪切片增加配置復雜度。切片帶寬根據業(yè)務需求靈活調整，切片內部采用不同優(yōu)先級對業(yè)務進行差異化調度，實現業(yè)務承載的差異化。

目前智能城域網中網絡切片應主要采用軟切片（VPN+QoS），針對行業(yè)用戶的特殊要求，可考慮垂直行業(yè)要求按需部署硬切片。某省聯通根據重點業(yè)務需求已實施多個地（市）不同設備類型的硬切片規(guī)模化改造及應用試點，同時完成了5G專網安全及端到端切片SLA 性能測試，相關技術指標得到行業(yè)用戶及業(yè)內專家的一致認可。

5 結束語

智能城域網是城域層面面向5G時代固移融合、算網一體的新型承載網絡，已高質量地實現了5G業(yè)務的承載。某省聯通在智能城域網進行多業(yè)務承載硬切片技術實踐，滿足了不同行業(yè)、不同用戶的差異化需求，積累了切片部署工程經驗。隨著我國千行萬業(yè)數字化轉型進入深水區(qū)，高速泛在、智能敏捷、算網一體的智能城域網將助推企業(yè)數字化轉型和數字經濟發(fā)展。