陕西移动计划部副经理|常英卓

电信网络IT化是未来网络演进的趋势，SDN和NFV技术作为运营商网络IT化转型的关键技术正在逐渐走向成熟。BRAS设备由于兼备IP承载网的边缘和用户接入网关的双重身份，功能复杂、数量众多，是整个IP承载网向IT化转型的关键网元，也是整个网络体现智能性、开放性的核心载体。将SDN和NFV技术引入传统BRAS设备，结合CT和IT技术的互补优势，实现BRAS设备控制面和转发面的分离，是解决传统城域网络面临挑战的必然出路。

城域网络现状及云化BRAS驱动力

传统BRAS设备面临多种问题

陕西移动自2016年起实施“宽带百万”战略，以“有线宽带+家庭视频”为基础的家庭产品有效促进市场大发展，宽带用户数由2015年底的60万左右增长至当前约220万。目前城域宽带网络主要承载WLAN、高速上网和IPTV等多种业务，随着宽带用户数量的快速增长和视频业务的快速发展，传统BRAS设备作为CMNet网络边缘及用户接入网关，正面临巨大挑战。CMNet网络结构如图1所示。

图1 CMNet网络结构

● 资源利用率不充分：由于BRAS设备控制和转发资源强耦合相互影响，一般单台BRAS设备只能承载3万以下的用户数。此外现网IP地址采用是预分配模式，一台BRAS设备预先分配十几个公网地址供大量用户同时使用，有时会出现用户无法上线或者上线慢的问题，影响业务发展。

● 业务上线慢：BRAS设备由于分布式部署、设备数量众多，业务开通需要经过现场工勘、设备安装、与地市沟通进行对接、第三方施工、最终业务开通。其业务上线周期需要半年到一年的时间，无法快速响应业务要求。

● 管理维护复杂：随着现网BRAS数量的不断增多，运维效率问题逐渐浮现。目前一个地市人均维护约16000条配置，人均维护工作量较大，同时对维护人员的技能要求也比较高。这种模式随着网络规模的扩大和新业务引入，很难实现对业务的高效管理和对故障的快速排除。

城域网络云化BRAS改造驱动力

从整个业界来看，互联网和IT技术的发展一方面给运营商带来了巨大挑战，另一方面也带来了前所未有的发展机遇。高带宽长时应用（如4K、VR等）使得流量高速增长，网络流量扩容速度加快，原有网络架构和运营机制难以适应，需要引入新技术改进网络架构，促进低成本集约化运营。传统BRAS设备软硬耦合，网络引入重大功能时需要整网升级，网络部署周期长，过于复杂难以满足新业务上线需求，需要通过云化技术将资源集中管理、灵活调度，缩短部署周期。

图2 中国移动下一代革新网络NovoNet

中国移动在2015年提出了下一代革新网络NovoNet（如图2所示）的理念。NovoNet的核心思想是“新架构、新运营、新服务”，采用SDN/NFV作为核心技术，构建一张可以实现网络功能软件化、资源共享化、网络可编程的面向未来的新一代网络。

NovoNet核心架构是以TIC电信云为基础组件的数据中心互联网络。TIC电信云是NovoNet的基本组件，是标准化的、微模块构建的、满足运营商品质要求的关键基础设施，可以承载各类虚拟化的电信类软件应用。它以核心TIC和边缘TIC两层数据中心组成，核心TIC集中部署以实现控制功能集中和更灵活的网络调度，边缘TIC分布化部署，以实现流量快速卸载，优化流量和用户体验，提高网络效率。

基于NovoNet网络架构，陕西移动提出了城域网络向转控分离架构演进的目标，如图3所示。

● 高带宽：BRAS设备需提供高带宽、高体验感知，新建BRAS优先采用大容量200G平台设备，上行以10G链路为主，提升城域网边缘宽带、语音、视频、物联网等多业务接入能力。

● 广覆盖：BRAS下沉到汇聚机房，增加业务控制点数量，实现网络扁平化，同时扩大县级业务控制点覆盖，扩容上联带宽；OLT“双路由、双节点”方式上联BRAS以保证其高可靠性。

● 转控分离：实现BRAS设备控制面和转发面分离，BRAS-CP控制面集中部署到核心机房，云化可弹性扩展，实现业务集中管理简化运维，单一对外接口简化配置；BRAS-UP面具备高性能低时延转发能力，实现大流量本地卸载；控制面与转发面之间互不影响，可以根据需要，分别进行灵活扩展。

图3 城域网络向转控分离架构演进

转控分离云化BRAS系统架构与关键技术

转控分离系统架构

云化BRAS CU分离方案遵循以TIC为核心的网络架构思想，采取控制平面和转发平面完全分离的方式。控制平面基于NFV技术，转发面采用高性能转发硬件。系统由控制面vBRAS-CP和转发面vBRAS-UP以及控制面和转发面之间的接口组成。转控分离系统架构如图4所示。

vBRAS-CP负责用户的控制与管理，vBRAS-UP负责用户数据报文的转发，执行传统BRAS设备转发面的功能，控制面和转发面之间的接口包括业务接口、管理接口、控制接口。业务接口传递PPPoE、IPoE、L2TP等协议报文，管理接口实现vBRAS-CP对vBRAS-UP的配置下发，控制接口实现vBRAS-CP向vBRAS-UP下发转发表项以及vBRAS-UP向vBRAS-CP上报业务事件。

该架构的优势在于转发和控制完全分离、彻底解耦、灵活性高。其中的x86(控制面)专注于计算密集型的表项管理，而采用高性能硬件的转发面专注于大流量转发，物尽其用、专注高效，可以彻底解决传统BRAS面临的各种挑战。

该架构具有以下特点：

第一，转发面、控制面完全分离的架构破除了软硬件的紧耦合，可以分别灵活扩容、互相不为约束；

第二，控制面集中云化便于集中管控简化运维，云化架构可以弹性扩缩容，转发面本地化可以实现大流量本地卸载；

第三，BRAS业务控制面属于计算密集型功能，适用于软件实现；转发面是流量密集型功能，适用于高性能专用硬件实现；

第四，控制面与转发面之间采用标准接口，有利于推动高性能转发面的标准化。

图4 转控分离系统架构

转控分离设备关键技术

1.vBRAS-CP千万级用户支持

vBRAS-CP采用分布式架构，用户管理支持多实例，使用负载均衡将上线用户散列在不同实例上，实例的数量将随着用户数的增加弹性扩展，从而实现千万级上线用户规模。

2.vBRAS-CP异地容灾

vBRAS-UP将同时接入主vBRASCP和备vBRAS-CP。用户在主vBRAS-CP上线后，主vBRAS-CP将通过异地容灾模块，将用户上线信息同步到备vBRASCP上，备vBRAS-CP上将生成相应的用户转发表项。当主vBRAS-CP故障时，备vBRAS-CP升主，接管vBRAS-UP及用户管理。

3.表项下发速度提升

vBRAS-CP与vBRAS-UP之间采用TCP下发表项。为提升下发表项速率，vBRAS-CP采用单IP多TCP Session技术。vBRAS-CP采用分布式架构，使用专门的VM部署IO/LB模块与vBRAS-UP进行通信。IO/LB模块采用SR-IOV等硬件加速技术，并支持多实例，保证控制面与转发面之间的IP转发速率。vBRAS-CP使用vBRAS-UP管理模块与vBRAS-UP建立TCP Session。vBRAS-UP管理模块支持多实例，一个vBRAS-UP管理实例负责与指定的vBRAS-UP进行通信，从而实现用户表项的高速下发。

4.vBRAS-UP的未来演进技术

随着vB R A S-C P的集中云化，vBRAS-UP设备形态必然会发生一定程度的变化。按照目前的技术发展，vBRAS-UP主要有两种技术演进方向：其一是基于高性能硬件的设备形态，包括NP、ASIC等；其二是基于x86平台的VNF设备。

图5 转控分离云化BRAS系统的部署方式

城域网云化BRAS部署验证

为了推动城域网云化转型，陕西移动积极承接移动集团转控分离云化BRAS创新试点，完成了该方案的首个现网试点，推动了方案功能完善与产业链成熟。试点围绕转控分离的云化BRAS架构、PPPoE/IPoE业务接入、CGN、QoS、组播及可靠性等网络能力验证以及产品性能等几个方面展开。

云化BRAS部署方式

转控分离云化BRAS系统的部署方式如图5所示，vBRAS-UP和现有BRAS类似，仍旧保留在现有汇聚机房的位置（边缘TIC），采用高性能硬件的形态。而虚拟化vBRAS-CP部署在核心机房位置（核心TIC），对各个汇聚的vBRAS-UP进行统一控制。该部署场景适用于目前运营商作为主流场景的大流量业务场景。

云化BRAS试点验证

通过本次试点，陕西移动验证了转控分离云化BRAS架构可以基于现网设备进行平滑演进，无缝对接现网业务，同时新方案试点应用也取得了以下成果。

1.资源池化，提升利用率

转控分离部署可实现IP地址资源和会话资源集中管理和实时监测，减少资源碎片化的浪费。以IP地址资源为例，当前家庭宽带是通过分布式NAT上公网，多用户共享几个公网IP，当某个BRAS公网IP资源耗尽时，用户上网会出现失败或上网慢等体验差问题，从而引发投诉，而靠人工管理IP地址资源，效率低下。在公网IP地址资源集中在vBRAS-CP面统一管理后，vBRAS-UP按需申请地址，使用后还可以自动化回收，试点小规模部署场景下，公网IP资源利用率预计提升30%。

对BRAS业务的用户会话资源而言，传统模式下设备控制面与转发面紧耦合，转发面物理设备的用户规格受到主控板能力限制，控制面集中云化管理后，会话资源形成资源池，利用云的强计算能力，控制面可管理千万级用户。转发面设备在同硬件条件下支撑用户规格也可以大幅提升，单台BRAS设备用户规格提升为单板规格的总和，转发面硬件利用更加高效、可减少扩容。

2.网络灵活管理，缩短新业务开通周期

传统模式下，每台新增BRAS设备部署需与周边业务系统配置对接，增加一台设备安装上电时间可能只需两天，但与周边业务系统对接、流程协调等工作可能需两周，导致业务开通速度很慢。在转控分离模式下，新vBRAS-UP上线只需新增转发面设备基本配置，不再需要与周边系统对接，业务上线速度从几周变为几天。同时，控制面云化后，控制面的软件功能可以进行IT式的独立开发，很多新业务只需要升级控制面软件就可以开通。

3.集中管理简化运维，重复配置工作减少75%

传统BRAS设备管理模式下，地市运维人员人均需维护16000行配置，要负责开户、现场设备配置、光纤布放和设备处理等一系列维护工作。每台BRAS设备都需要现场配置，包括IP地址池、域、QoS型等全局业务配置，大多数配置工作都属于重复配置。转控分离架构通过集中管理，业务全局配置在控制面统一配置多次复用，可以有效减少重复配置工作量，从而提升维护效率，使得运维人员的重复配置工作量减少了75%。

云化城域网展望

通过本次现网试点，转控分离方案的价值可以总结为通过集中控制实现业务的灵活快速部署、资源池化提高利用率以及分布转发实现高性能流量疏导，从而有效实现网络转型目标。

面对未来，运营商流量主体将以大颗粒视频类业务为主，对网络带宽需求显著提高，同时连接数量和连接种类将发生大规模井喷式发展，现有的网络难以支撑。数据流量的爆炸式增长及新型业务要求将驱动城域网络向云化架构转型，从而提高网络的灵活性和效率，而以TIC为核心的网络架构能够更好地面对未来网络的不确定性。陕西移动在宽带及数字化业务大发展背景下，将继续积极通过云化、SDN/NFV等信息化技术探索城域云化新架构，提升网络的自调整和自学习能力，从而支撑业务的数字化、精细化运营。