下一代数据网网络技术和业务
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【摘要】文章首先分析了网络技术的发展趋势,包括固定数据网的总体发展趋势及其目标架构、各层次网络的发展趋势,接下来分析了业务的发展趋势并进行了展望,最后分析了不同层次网络包括骨干网、城域核心网、城域业务控制层、城域接入网、宽带接入网的最新技术进展。
【关键词】数据网 全IP 服务质量
1 网络技术发展趋势
1.1 固定数据网总体发展趋势
早期的数据网在可靠性、QoS、安全性特性等方面较差,仅能满足上网业务的承载,无法满足和实现VoIP、IPTV、NGN、VPN、视频监控等新型业务的承载;其他业务则是每种业务一个网络,其“烟囱式”架构无法满足融合业务发展的需求。为了满足发展的需要,“IP网络的电信化,电信网络的IP化”已经成为运营商网络的发展之路,ALL IP成为网络转型的方向。
在网络的建设中,“大容量、少局所、广覆盖”是战略指导方针,“层次化、路由化、端局化、接入多样化以及设备要求规范化”成为具体的实施原则,而随着多业务的接入、技术的发展,运营商正在向“用户可识别、业务可区分、质量可控制、网络可管理”的深层理念发展。
在技术层面,数据网由早期的IP和各个ATM/SDH/MSTP等业务专网,逐步向IP/MPLS发展;链路也由GE向2.5G/10G/40G发展;核心/出口路由器的特殊网络位置以及大容量的发展需求已经对高密度10G接口和可集群提出要求,同时要求具备非常高的可靠性,IGP路由快速收敛时间达到亚秒级,通过BFD技术来保证骨干网业务毫秒级故障恢复,以达到类似于传输网的指标要求。汇聚层为业务控制点设备,伴随着融合业务的发展,也正在经历由多业务控制点向单业务控制点的发展。而接入网技术发展也很迅速,多业务接入、识别和安全隔离、电信级可靠性以及QoS等成为关注重点。
随着宽带业务的快速发展以及电信网络IP化进程的逐步深入,固定数据网已经进入一个崭新的发展阶段。
1.2 目标架构
如图1所示,未来的数据网应该是能够提供语音、数据和多媒体综合服务的,保证服务质量、保证安全、综合各种接入方式、能够使第三方方便地提供应用的一个理想通信网。
各架构的特点如下:
IP骨干网:强大的路由和线速转发能力、全面的MPLS VPN支持能力、完善的策略控制和跨域互通能力;
业务接入控制层:深度感知,精细管理,安全认证、QoS控制、灵活计费;
ALL IP 统一接入网:用户和业务隔离、统一管理、并将整个城域网的高可靠、高QoS、高安全、可运营和可管理、平滑演进能力向下延伸,满足全业务端到端的业务承载需要。
1.3 各层次网络发展趋势
(1)骨干网的发展趋势
新一代IP骨干网将要满足差异化服务质量、亚秒级可靠性及更大业务流量的需求,其发展趋势如图2所示。
(2)城域网发展趋势
城域网将朝着精细业务运营方向发展,相关发展阶段如图3所示。
(3)接入网发展趋势
如图4所示,接入网将向宽带话、IP统一接入化方向发展。
ALL IP融合是电信业务和网络发展的方向;
ALL IP的演进从统一的资源管理平台、统一的IP骨干网、统一的IP城域网逐渐向统一的接入网发展,以支持多业务能力;
融合统一的IP接入网络,移动、固定、数据、TDM、专线统一接入,实现业务统一承载和互通,保证业务组合快速提供。
2 业务发展趋势
2.1 业务总体发展趋势
宽带业务快速发展:用户数以接近30～40%的速度发展;
业务的宽带化:视频应用普通应用带宽达到2M左右,部分高端应用可达到8M左右;
业务的综合化:在城域网上同时承载语音、视频、数据及企业互联等业务,具体来说,需要承载NGN、3G、IPTV、视频监控和宽带上网、VPN业务;
业务的差异化:根据客户和应用需求,提供不同QoS等级的服务,通过可靠性改进,提高业务的服务质量;
业务的可控化:业务的感知、认证、计费、安全、QoS等集中控制和管理。
2.2 业务发展展望
固定数据业务可分为租线、专线、宽带、VPN、语音及视讯等。在目前的数据通信业务中,主要包括传统的分组交换网业务、帧中继/ATM宽带网业务和IP网互联网业务,同时也包含一些新兴的数据增值业务,如VPN业务、视频业务、IPTV业务以及NGN业务。
随着技术的发展,除了传统业务之外,新兴的网络还即将开展以下业务:2G、2.5G的IP RAN业务、3G业务、IMS业务、固定移动融合业务。
2.3 业务接入方式发展展望
当前,正是宽带接入网技术快速发展的阶段,新兴的VDSL、xPON、WiFi、WiMAX接入等,运营商均进行了规模应用或者试点。
xDSL是当前被固网运营商广泛采用的宽带业务接入方式,xDSL将由早期的512k分阶段分区域提升为1M、2M、4M、8M、18M、25M等,包括ADSL2/2+、VDSL等技术,以满足家庭宽带业务快速发展的需求。
xPON主要包括EPON和GPON,都是宽带接入技术,承载的业务以IP数据业务为主。EPON是由厂家推动的技术标准,由IEEE EFM小组提出,标准为IEEE 802.3ah。而GPON是由运营商推动的技术标准,由FSAN提出,标准为ITU-T G.984。
新兴的无线技术主要包括WiFi及WiMAX无线接入技术,当前业务正积极关注宽带接入新技术的发展,很多运营商按照有线为主、无线为辅的方式,本着有效益发展的原则发展接入业务。
3 不同层次网络最新技术进展
3.1 骨干网
骨干网对于全网业务的开展至关重要,目前主要采用MPLS技术进行业务承载,未来将朝着融合、有服务质量保证的电信级承载网目标演进,主要的新技术如下:
(1)MPLS TE
MPLS TE是将流量工程技术和MPLS相结合的技术。通过MPLS TE,可以建立制定路径的LSP隧道,进行资源预留,并且可以进行定时优化,在资源紧张的情况下,可以根据优先级和抢占参数的情况,抢占低优先级别的LSP隧道的带宽资源。同时通过备份路径和快速重路由FRR,在链路和或节点失败的情况下,提供保护,减少数据的丢失。MPLS流量工程管理机制主要包括路径选择、负载均衡、路径备份、故障恢复、路径优先级及碰撞、DiffServ TE等。
(2)快速重路由FRR
对于复杂的网络,链路或者节点的失效等都是难以避免的问题。传统的处理方法是由IGP对网络拓扑进行重新汇聚,快速产生路由。对于大型网络来说,拓扑的汇聚需要相当长的时间,一般为秒级,用户数据丢失比较严重。一种解决方法是,通过MPLS TE的FRR功能,最大限度地减少分组丢失。
FRR是MPLS TE中一套用于链路保护和节点保护的机制。当LSP链路或者节点发生故障时,对发现故障的节点进行保护,让流量继续从保护链路或者节点的隧道中通过,使数据传输不至于发生中断,同时,头节点就可以在数据传输不受影响的同时继续发起主路径的重建。
(3) MPLS的高可用性
用MPLS技术建设承载网,必须要求承载网具备非常高的可靠性。这是因为,信令和语音业务等实时业务对承载网的要求非常高,依靠传统路由协议收敛无法满足其可靠性要求。利用MPLS来构建承载网,必须要从多个层面提供网络的可靠性。
首先,应该提高设备本身的可靠性,采用控制平面和转发平面相分离的MPLS路由器,设备的所有关键部件应该冗余,并支持系统软件的在线升级和硬件的不间断转发技术(NSF)。其次,在网络设计中,对核心设备应采用冗余节点、冗余链路和冗余归属的方式连接,备份路径预先设定,为实施快速切换提供网络拓扑基础。在节点之间部署快速故障检测机制如BFD,迅速检测到链路或者节点故障。最后,通过MPLS FRR切换到预先设定的备用链路,使整个故障切换时间保持在50ms。
为了配合硬件的不间断转发NSF,要想在控制模块切换过程中实现数据转发和业务承载的无损运行,则要求MPLS路由器至少在IGP协议(如OSPF),ISIS和MPLS控制信令(如LDP和RSVP-TE)上必须支持协议的平稳重启Graceful Restart,从而使重启的MPLS设备对网络中其他设备的数据转发没有任何影响,实现业务的无中断运行。有些MPLS设备则实现不间断路由NSR、不间断业务NSS,在不需要网络中其他MPLS设备配合的情况下实现控制模块切换时,无损业务运行。
3.2 城域核心层
城域网核心层主要负责对业务接入控制点设备进行汇接,并提供IP城域网到骨干网的出口。
核心层主要关注以下方面:大容量、多业务承载、跨域互通、差异化服务、MPLS VPN。
核心层作为城域网的核心/出口设备,对其有较高要求。首先,作为核心/出口设备:需要具备良好的扩展能力,同时提供灵活的流量分流功能,高品质业务上IP承载网,Internet上网业务上IP互联网;出口设备本身支持强大的路由能力,包括对MP-BGP的支持,丰富的MPLS VPN跨域方式,强大的路由表容量和完善的跨域能力等;设备端口密度需要满足需求,能够进行业务控制层设备的端口的汇聚,端口可扩展性强;转发能力优越、容量大,满足业务全IP发展要求,特别对于语音报文和组播报文具有卓越的转发性能。
城域网核心层设备周边互联设备数量多,要实现电信级可靠性则要求双归和双互联。而随着用户的数量和带宽需求的持续增长,单台路由器的容量、槽位将不能满足业务需求,多机框集群将在城域网核心层得到大量的应用,使其具备面向未来具备平滑的容量升级能力,并有效节省建网和运维成本。
3.3 城域业务控制层
汇聚层是城域网的业务控制点,提供以下业务控制,基于用户级别业务流的管理、安全控制、QoS控制,业务识别、区分和认证、计费等关键功能。
考虑到未来网络的深层次演进,汇聚层设备要求具备开放接口,未来能够与业务控制层联动,主要负责关联业务层和承载层次,实现统一的资源控制。
当前汇聚层存在分离的业务控制设备:BRAS和SR,分别对应多业务控制点和单业务控制点的建网模式。
BAS和SR设备根据不同管理手段进行不同方式进行接入:
基于用户进行管理的BRAS设备主要完成宽带接入、IPTV业务接入、VoIP业务接入、兼作企业专线尤其拨号专线的企业互联网网关;
基于接口管理的SR设备主要完成专线接入互联网网关以及专线VPN的MPLS PE。
随着技术的发展,出现了综合的业务控制设备MSCG,同时具备BAS和SR的功能,并可提供SBC、防火墙等功能。且汇聚层建设中,已经抛弃了L3+集中式BRAS的网络规划模式,并开始向端局化、路由化网络发展。业务控制层采用双业务控制点,宽带接入服务器BRAS+业务路由器,以接入不同的业务。MSCG提供更丰富的增值功能,便于全业务运营,满足融合的发展方向,有利于未来网络的演进。
3.4 城域接入网
城域接入网主要提供业务管道,满足多业务接入需求,为最后一公里的多种接入手段提供标准的IP可扩展接口;具备接入用户安全隔离,提供用户标识唯一性的能力,实现用户位置精确感知,确保用户的可溯源性;具备高可靠性和QoS。固网运营商当前一般采用LAN/RPR/MSTP等方式,移动运营商一般采用MSTP/SDH/ATM等方式。随着技术的发展,运营商正朝向电信级城域以太网技术及分组传送网技术发展。相关的技术如图5所示。
3.5 宽带接入网
当前,正是宽带接入网技术快速发展的阶段,传统的xDSL/DSLAM、LAN及新兴的xPON、WiFi、WiMAX接入等均在运营商进行了规模应用或者试点。接入设备的智能化、接入技术的多样化和宽带化是未来网络的发展趋势。
当前业务正积极关注宽带接入新技术的发展,很多运营商按照有线为主、无线为辅的方式,本着有效益发展的原则发展接入业务。
参考文献
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