5G承载网络演进关键技术与应用研究

write的过去式2022-09-23  10

为解决5G宽带化、云化、云网融合需求场景下网络建设成本高、业务安排复杂等问题,中国联通提出面向5G时代的固移融合、云网融合的智能城域网架构,是对现有综合承载传输网的技术升级。中国联通智能城域网端到端支持和部署SR/EVPN协议,承载5G业务、主要政企客户业务和家庭范围业务,其中5G业务等三层业务采用SR-BE+L3VPN方案实现,二层业务采用SR-TE+EVPN方案实现。

目前,智能城域网的初步建设已经完成,但随着以SRv6和网络切片为代表的IPv6+技术的不断研究和成熟,承载网也将处于不断演进的过程中。

SRv6技术及应用研究

SRv6作为IPv6+的核心代表技术,是在2013年与SR-MPLS技术一起提出的,但第一个核心RFC 8754是在2020年3月才正式定型。从主流设备厂商支持的完备性来看,SRv6技术的成熟与国内5G承载第一阶段的研究/建设窗口之间存在一定的错位时间窗口。导致体现SRv6可编程核心价值的SRv6技术,尤其是SRV6策略技术,无法在5G承载网建设的第一时间部署应用。相对于SR-MPLS技术,SRv6技术是更好的下一代技术,目前已经达成一定共识。因此,5G承载网向SRv6技术演进是目前的主要研究方向之一。

目前,国际和国内标准组织都在积极推动SRv6技术的标准化。目前已经形成了RFC 8754、RFC 8986等多个RFC标准,支持SRv6的ISIS/OSPF扩展等标准草案也在快速成熟。中国CCSA也完成了基于SRv6的IP承载网总体技术要求、基于SRv6的网络规划技术要求、基于SRv6的VPN网络技术要求等一系列标准。

从SRv6的应用部署来看,受控制面成熟度、设备支持能力、SRH头压缩标准进展等因素的综合影响,2022年之前,业界大部分SRv6的部署案例主要基于SRv6-BE技术。虽然SRv6-BE技术可以基于NativeIPv6的可访问性在客运专线等场景中发挥快速开通的优势,但从SRv6可编程特性的应用来看,SRv6-Policy才是SRv6技术成熟的标志。

同时,依托SRv6-Policy技术,业界也在积极开展基于SRv6的SFC技术研究。如图1所示,借助SRv6 SFC技术,可以更灵活地为传统运营商专线提供增值服务能力,尤其是在安全增值服务场景下。SRv6 SFC技术可以充分发挥NativeIPv6可访问性和可编程性的优势,实现云侧业务和网络侧承载的融合统一,在一定程度上实现云网融合。

图1基于SRv6的SFC增值业务线场景

与PBR、NSH等技术相比,基于SRv6的SFC技术优势明显。它可以与其他SID类型无缝集成和排列,简化网络层次结构,充分利用SRv6的网络编程能力,易于扩展。在SRv6网络中,利用SRv6 SID的业务语义实现SFC是相对更好的选择。

目前,基于SRv6的SFC技术相关的IETF标准主要有转发平面标准Draft-IETF-Spring-SR-Service-Programming、控制平面标准Draft-LZ-LSR-IGP-SR-Service-Segments和Draft-Daw ra-IDR-BGP-LS-SR-Service-Segments,其中转发平面标准一直比较稳定。但是,在定义需求场景的基础上,可以根据需要静态部署SRv6 SFC服务。

基于SRv6的SFC技术对承载网设备提出了要求。虽然目前转发平面标准比较稳定,但是只有部分厂商的设备层支持这种能力,未来还需要进一步推广。尽管SFC技术需要调度云侧服务,但它并不强制云内交换网络/VNF支持SRv6。如图2所示,如果云中的VNF支持SRv6,可以采用SRv6感知模式,VNF直接参与业务链的调度。如果云中的VNF不支持SRv6,可以采用SRv6无感知的方式部署,承载网PE可以配置为SRv6代理,作为云网络的业务调度点,降低对云中业务的要求。

图2基于SRv6的SFC的两种实现方法

SRv6感知/不感知各有利弊。目前大部分云端服务不支持SRv6的时候,可以优先选择SRv6 unaware进行业务。然后根据网络/业务的具体需求,根据需要逐步将SRv6推送到云端。

网络切片

行业标准中对承载网切片的定义是,IP承载网是为特定用户或业务提供专用或共享网络资源,以满足不同用户业务的差异化连接需求和质量保证的虚拟网络。IETF中的标准定义可以参考draft-IETF-TEAS-IETF-network-slice-definition。在实际的落地应用中,承载网切片应用的重点主要是隔离和差异化的调度服务。目前有软切片VPN+QoS和硬切片FlexE+VPN+QoS两种落地部署模式。

通过对流量的收集和分析,明确了流量的微突发是导致拥堵的核心因素。其实管道越小,微爆的影响越大。如图3所示,通过对流量拥塞的模拟可以发现,在相同的利用率下,硬切片流水线带宽的降低会导致支持时延的急剧增加。与50G硬切片粒度相比,1G带宽硬流水线将导致支持延迟急剧增加。所以为了更好的为高价值服务提供更大的微突发 极化区域 一方面,在没有特殊隔离要求的前提下,作者建议使用粒度更大的硬通道承载多个相似的业务,而不是为每个业务切出粒度小的硬通道;另一方面,作者建议对业务进行分类,区分高/低突发业务和高/低值业务,对不同类型的业务使用不同的硬通道,避免高突发业务影响低突发业务。

图3硬切片粒度和延迟保证的仿真结果

同时,从管控的角度,VPN+等旨在解决切片控制平面复杂问题的技术标准仍在制定中。无论是多IGP流程的切片控制平面解决方案还是SR策略的控制平面解决方案被广泛采用,部署过多的切片都不利于承载网的运维。

根据不同业务的SLA差异化需求和开发节奏,在硬切片部署的前提下,笔者建议预部署基本切片和增值premium切片两种默认切片,同时根据需要提供服务级专属切片能力,适当收敛硬切片数量。

公牛;基础切片用于承载无特殊SLA要求的业务,如to C移动语音业务、物联网业务;

公牛;增值premium slice用于承载高价值、高SLA要求的业务,如游戏加速业务、高清广播业务等;

公牛;专属切片用于承载to B业务中SLA要求极高的业务,实现与其他任何业务的完全硬隔离,如电网差动保护业务、工业控制业务等。

基本切片和增值premium切片通过配置不同的带宽扩展阈值来保证不同的带宽利用率,从而保证差异化的SLA服务质量。原则上,没有特殊要求的商家尽量导入这两个默认切片,以保证大部分商家的携带需求。对于有特殊需求和高价值的客户,可以根据需要配置灵活的硬片。

承载网硬片的部署应该根据网络、业务和市场需求来决定。但从切片部署的复杂程度来看,不支持硬切片的承载网升级到支持硬切片的承载网,会对现有网络业务产生比较大的影响。现有技术将中断现有网络服务,大规模升级将增加运维割接规划的复杂性。所以建议如果有硬切片部署计划,就在开始阶段部署。

其他IPv6+技术,如APN6/BIERv6/DIP/流检测。

目前,中国联通也在积极开展APN6/BIERv6/DIP/下行检测等新技术的研究和试点工作。由于不同的因素,如一些技术需求场景有待进一步明确,标准化仍在进行中,大多数技术仍在研究过程中。值得注意的是,北京联通已率先完成BIERv6和APN6新技术的实验室测试和现网试点。

摘要

随着5G承载技术和设备支撑能力的进一步成熟,特别是5G to B业务需求场景的进一步明确,IPv6+系列相关技术将逐步应用于5G承载网络,实现智能网络向云边缘协同和云网融合的演进。在当前5G承载网规模建设的背景下,如何解决网络建设与技术演进的关系,降低项目实施的复杂度和对业务的影响,是运营商迫切需要解决的问题。

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