网络架构革命 宽带提速升级

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2014年，我国在网络架构方面的创新更加深入，传统的“电信级”思维面临挑战，IT化、软件化等呼声越来越高，软件定义网络SDN、网络功能虚拟化NFV等成为业界热议的焦点话题，电信核心网络、光传送网等亟待升级，电信网络可能即将迎来几十年一遇的深层次变革。与此同时，宽带普及进一步提速，截至2014年11月底，我国8M以上宽带用户规模近8000万，1月~11月宽带接入用户净增1175.1万户，总数达到2.01亿户。在国家相关政策的大力支持下，宽带城市建设加快推动着光纤接入走向普及。
       
        网络架构面临深层次调整
       
        在互联网应用剧烈冲击电信业的2014年，电信网络开始从体系架构层面深层调整，这可以说是很多年来核心网的一次意义深远的转型。传统电信网采用“烟囱式”架构，一个网络对应一项业务。而电信业务的互联网化，要求网络相比原来的体系，应该更加开放、灵活并与业务紧密结合，网络因业务需求而变。过去是网络提供业务，未来是网络适应服务。在这一进程中，开放化和虚拟化的思想贯穿其中。
       
        从传统意义上来说，电信网络具有极高的可靠性，这是通过专用硬件、专用操作系统、专用软件来保证的。架构在专用系统上的网络的开放性和灵活性都受到很大的限制，首先，在设备上新增功能非常困难；其次，改变设备的部署结构也比较困难。随着硬件、基础软件能力的提升和通用化，专用设备的硬件升级和开放性的缺陷在互联网时代被逐渐放大。由于网络的逻辑关系通常直接表现在物理连接上，很难面对客户多样化、经常改变的需求。近几年来，尤其是在2014年，软件定义网络技术迅速发展和走向成熟，在这种模式中，只需要将通用网络资源互相连接，而访问控制、资源分配、组网逻辑全部通过软件来控制，这意味着核心网络可以和上层应用完全解耦，也可以同时为多种不同应用提供服务，无须进行物理层面的修改。软件定义的价值在于将上层业务逻辑与底层物理架构解耦，使多种不同需求的业务可以运行在完全相同架构的体系之中，从而适应云时代对网络的新要求。
       
        网络设备软件化，很大程度上改写了传统电信制造行业的游戏规则。网络设备软件化有两个层次：一个主要面向三层及以下网络，通过在标准的ASIC处理芯片上增加可编程的处理规则来实现，这方面的代表技术主要是SDN技术。另一个层次主要面向网络的4～7层，特别是需要计算资源比较多的网元，将各种网元变成了独立的应用，可以灵活部署在基于标准的服务器、存储、交换机构建的统一平台上，这样软硬件解耦，每个应用可以通过快速增加或减少虚拟资源来达到快速缩/扩容的目的，从而提升网络的弹性，这方面的代表技术是NFV技术，技术基础就是目前IT业界的云计算和虚拟化技术。
       
        电信网络的架构体系调整是一个漫长的过程。市场研究机构Ovum在2014年中调查了电信行业多个层面的高管，主要内容是电信网络转向以软件为中心的变化。调查发现，高管们的意见比较一致，这种转变为运营商的采购和网络运营带来了巨大挑战。电信运营商及其供应商一致认同网络转向软件中心化的趋势不可避免，这是一件好事，但过程需要花很长的时间。电信运营商的网络规模相当庞大，再加上员工接受新知识以及以往的运营惯性，这些因素都会影响商用时间表。和以往电信运营领域的很多技术变革一样，实现这个目标需要产业链各环节的共同努力。不过，至少在2014年我们看见变革的速度正在加快。
       
        核心网路由亟待升级
       
        近几年，电信核心网络正在快速变革，高清、超高清视频以及不断丰富的P2P应用带来了越来越多互联网的IP流量；4G网络的发展，层出不穷的各种移动互联网应用，正导入越来越大的流量。中国移动统计显示，4G单用户月均流量就比3G增长了近百兆，这一数据还随着用户习惯改变而不断攀升。此外，大数据、物联网的发展，使得企业和个人越来越依赖网络工作和生活，甚至有预测称，到2020年，流量将达到现有流量的一千倍。所有这一切都在敦促运营商重新思考和升级IP核心路由。
       
        贝尔实验室近期针对欧洲某一线运营商的研究表明，下一代核心路由平台在IP核心网络升级中扮演了关键角色。该运营商所管理的是一个拥有超过100个局点的多级、双平面IP核心网络，面临着三个方面的挑战：IP核心网络链路和节点容量未被完全利用；IP核心网络运营成本高；即将对IP对等点取消管制，这将极大增加流量并改变IP核心的流量模型。为应对这些挑战并实现削减成本的目标，运营商邀请贝尔实验室帮助其制定容量和成本优化策略。在经过详细分析后，联合工作组提出了三个策略。
       
        策略一：提升链路利用率
       
        提升链路利用率将帮助运营商管理高负荷网络并节省传送成本，而仅对最大限度（BE）流量的QoS造成微弱影响。关键流量受到保护，不会被影响。研究发现，运营商可实现不同程度的整体链路利用率优化目标：从50%到67%，节省了23%的传送成本，仅影响12%的最大限度流量。从50%到80%，节省了30%的传送成本，仅影响18%的最大限度流量。
       
        策略二：减少IP核心节点的数量
       
        减少IP核心网络中骨干节点的数量将帮助运营商节省CAPEX.同时，在满足业务可用性的前提下，还有助于节省空间和能耗。研究发现，IP骨干节点数量从100个减少至40个时，将为运营商带来：5年内路由器CAPEX节省23%，5年内路由器空间和能耗节省48%.
       
        策略三：采用下一代核心路由平台
       
        采用下一代核心路由平台，将为运营商提供更具扩展性和有效的传送。研究发现，运营商越早向新平台迁移，其长期的整体拥有成本就越低。在未来五年内，新的路由平台在大多数IP核心站点仅需占用一个机架的空间，而采用传统路由器则需持续添加新的机架，这就使工作部署周期大大缩短，维护成本降低。
       
        下一步，IP骨干网核心路由器向大容量、高密度和低功耗方向持续演进。传统的路由器集群中广泛部署的POS接口逐渐被低成本的高速以太接口替代。现有IP路由器线卡的光收发元件及调制器尺寸远远大于电路元件，因此难以提升线卡的接口密度。通过在单块微型芯片上集成光和电子元件，硅光子技术能够让路由器线卡获得更大密度的I/O带宽。同时，由于光路的耗电量大幅下降，硅光子技术也降低了系统的整体功耗。可以预计，带有硅光子芯片的模块化路由器将大幅提升互联网速度。
        光传送网走向“弹性化”
          如果说移动互联是信息通信业发展的引擎，那么光通信就是行业的支柱。随着宽带中国战略的出台、固定宽带和移动宽带飞速发展、光进铜退的步伐稳步向前，高速光传输和移动回传网络建设需求日渐旺盛。在传送网带宽能力不断提升的过程中，新的挑战也随之出现：移动互联、云计算等新型业务使承载网需求不断变化，原有光通信传输体系过于“僵硬”，难以快速应变。由此，采用IT化、软件化思路和架构的软件定义光传输技术正在给宽带传送网带来新的活力。
       
        来自移动互联和固网宽带迅猛增长的流量，呈现出与以往不一样的特征，那就是动态变化和不可预测。几年前，全球运营商已经开始大规模升级传输网络，骨干网传输技术从10G、40G升级到100G.此轮升级中很大一部分属于刚性升级，即新建100G的光传输网，然而，这只是暂时缓解了网络流量增长所带来的压力。从未来的发展看，传送网需要的是灵活、可扩展并具有向SDN平滑演进的能力，即弹性光传输网。灵活的光传输网可以与IP网络很好地协同工作，减少网络的层次和复杂度。这样可以帮助运营商快速交付高性能、按需申请和应用驱动的网络业务。同时，采用多种技术、多种业务能力的架构，可以帮助运营商通过一个统一的平台提供商业批发、移动回传、有线电视、数据中心互联和行业市场应用等多种业务。
       
        因此，为降低每比特成本，提高传输效率并适应多种业务的需求，迫切要求基于光纤的波分管道具备弹性调整的能力，并将控制功能从网络设备中分离出来，提升网络的灵活性。这样可以让运营商聚焦到网络的管道和资源，而不必太多关注设备的物理硬件，这将大大降低客户的运维成本。由此，光传送网应具备弹性管道、动态带宽、可编程三大特性，使网络资源能够实现精细化管理。网络可编程就意味着可以使网络根据需求而改变，传送网的可编程能力和特征是以组件的可编程能力为基础，从而使得节点设备具备灵活的可编程特性。不过，这样的体系虽然可实现全网的集中管控，但也可能导致网络生存性、安全性、可扩展性降低，且对不同厂家、不同版本设备的统一集中管控都将面临挑战，因此，稳步推进十分重要，尤其是要保证网络演进的平顺性。从现阶段看，可编程光网络可使得100G网络向更高速率平滑演进，这不仅可以帮助运营商从容应对云时代快速增长的数据流量，而且还能在平滑升级承载网时保证业务稳定和保护用户的投资。
       
        光纤接入普及迎来“新常态”
       
        无线资源是有限的，有线资源是无限的。在4G网络建设如火如荼进行的同时，以光纤接入为代表的固网宽带建设也在持续向前推进。经过前几年的快速发展，光纤接入普及也步入了“新常态”，从关注数量逐渐转化为更加注重质量。运营商在建设高质量光纤接入网时，致力于不断升级用户的宽带体验，积极探索如何让宽带网络更好地促进企业自身的健康发展。
       
        到2014年，工业和信息化部会同相关部委已经连续三年组织实施了宽带普及提速工程。2013年“宽带中国”国家战略的正式发布，为光纤接入市场注入了充沛动力。“宽带中国”战略将宽带网络明确定位于“经济社会发展的战略性公共基础设施”，全面制定了到2020年我国宽带基础设施发展的指导思想、基本原则、发展目标、技术路线和发展时间表、重点任务和政策措施。根据“宽带中国”战略确定的技术路线，我国将按照高速接入、广泛覆盖、多种手段、因地制宜的思路，推进接入网建设。进入2014年，全国各省市陆续发布“宽带中国”战略实施方案，首批39个“宽带中国”示范城市创建方案也于今年公布，光纤接入网建设进一步提速。
       
        据工信部公布的最新数据，截至2014年11月底，我国8M以上宽带用户规模近8000万，1月~12月，三家基础电信企业互联网宽带接入用户净增1175.1万户，总数达到2.01亿户。在政策的大力支持下，电信企业与厂商积极配合加快推动光纤接入走向普及。截至2014年11月底，我国光纤接入FTTH/O用户达到6507.2万户，比上年末新增2425万户，占宽带用户总数的比重达到32.4%.预计全年新增光纤到户覆盖家庭将达到7000万户。
           
          2014年，电信企业与华为、中兴、深圳科信等厂商合作，在智慧经营、农村FTTH等领域积极创新，建设了高质量的光纤接入网，推出了丰富的宽带应用，使宽带网络在惠及广大用户的同时也为企业自身的发展提供了新的能量。
         
        按照“宽带中国”战略的要求，到2015年要基本实现城市光纤到楼入户、农村宽带进乡入村，固定宽带家庭普及率达到50%，行政村通宽带比例达到95%，学校、图书馆、医院等公益机构基本实现宽带接入。城市和农村家庭宽带接入能力基本达到20Mbps和4Mbps，部分发达城市达到100Mbps.日前召开的全国工业和信息化工作会议将实施宽带中国2015专项行动，创建宽带中国示范城市列为2015年主抓的重点工作。2015年，光纤接入网发展将踏上新的征程。