網(wǎng)絡架構(gòu)革命 寬帶提速升級

    2014年，我國在網(wǎng)絡架構(gòu)方面的創(chuàng)新更加深入，傳統(tǒng)的“電信級”思維面臨挑戰(zhàn)，IT化、軟件化等呼聲越來越高，軟件定義網(wǎng)絡SDN、網(wǎng)絡功能虛擬化NFV等成為業(yè)界熱議的焦點話題，電信核心網(wǎng)絡、光傳送網(wǎng)等亟待升級，電信網(wǎng)絡可能即將迎來幾十年一遇的深層次變革。與此同時，寬帶普及進一步提速，截至2014年11月底，我國8M以上寬帶用戶規(guī)模近8000萬，1月~11月寬帶接入用戶凈增1175.1萬戶，總數(shù)達到2.01億戶。在國家相關政策的大力支持下，寬帶城市建設加快推動著光纖接入走向普及�！�—編者

    網(wǎng)絡架構(gòu)面臨深層次調(diào)整

    在互聯(lián)網(wǎng)應用劇烈沖擊電信業(yè)的2014年，電信網(wǎng)絡開始從體系架構(gòu)層面深層調(diào)整，這可以說是很多年來核心網(wǎng)的一次意義深遠的轉(zhuǎn)型。傳統(tǒng)電信網(wǎng)采用“煙囪式”架構(gòu)，一個網(wǎng)絡對應一項業(yè)務。而電信業(yè)務的互聯(lián)網(wǎng)化，要求網(wǎng)絡相比原來的體系，應該更加開放、靈活并與業(yè)務緊密結(jié)合，網(wǎng)絡因業(yè)務需求而變。過去是網(wǎng)絡提供業(yè)務，未來是網(wǎng)絡適應服務。在這一進程中，開放化和虛擬化的思想貫穿其中。

    從傳統(tǒng)意義上來說，電信網(wǎng)絡具有極高的可靠性，這是通過專用硬件、專用操作系統(tǒng)、專用軟件來保證的。架構(gòu)在專用系統(tǒng)上的網(wǎng)絡的開放性和靈活性都受到很大的限制，首先，在設備上新增功能非常困難；其次，改變設備的部署結(jié)構(gòu)也比較困難。隨著硬件、基礎軟件能力的提升和通用化，專用設備的硬件升級和開放性的缺陷在互聯(lián)網(wǎng)時代被逐漸放大。由于網(wǎng)絡的邏輯關系通常直接表現(xiàn)在物理連接上，很難面對客戶多樣化、經(jīng)常改變的需求。近幾年來，尤其是在2014年，軟件定義網(wǎng)絡技術迅速發(fā)展和走向成熟，在這種模式中，只需要將通用網(wǎng)絡資源互相連接，而訪問控制、資源分配、組網(wǎng)邏輯全部通過軟件來控制，這意味著核心網(wǎng)絡可以和上層應用完全解耦，也可以同時為多種不同應用提供服務，無須進行物理層面的修改。軟件定義的價值在于將上層業(yè)務邏輯與底層物理架構(gòu)解耦，使多種不同需求的業(yè)務可以運行在完全相同架構(gòu)的體系之中，從而適應云時代對網(wǎng)絡的新要求。

    網(wǎng)絡設備軟件化，很大程度上改寫了傳統(tǒng)電信制造行業(yè)的游戲規(guī)則。網(wǎng)絡設備軟件化有兩個層次：一個主要面向三層及以下網(wǎng)絡，通過在標準的ASIC處理芯片上增加可編程的處理規(guī)則來實現(xiàn)，這方面的代表技術主要是SDN技術。另一個層次主要面向網(wǎng)絡的4～7層，特別是需要計算資源比較多的網(wǎng)元，將各種網(wǎng)元變成了獨立的應用，可以靈活部署在基于標準的服務器、存儲、交換機構(gòu)建的統(tǒng)一平臺上，這樣軟硬件解耦，每個應用可以通過快速增加或減少虛擬資源來達到快速縮/擴容的目的，從而提升網(wǎng)絡的彈性，這方面的代表技術是NFV技術，技術基礎就是目前IT業(yè)界的云計算和虛擬化技術。

    電信網(wǎng)絡的架構(gòu)體系調(diào)整是一個漫長的過程。市場研究機構(gòu)Ovum在2014年中調(diào)查了電信行業(yè)多個層面的高管，主要內(nèi)容是電信網(wǎng)絡轉(zhuǎn)向以軟件為中心的變化。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，高管們的意見比較一致，這種轉(zhuǎn)變?yōu)檫\營商的采購和網(wǎng)絡運營帶來了巨大挑戰(zhàn)。電信運營商及其供應商一致認同網(wǎng)絡轉(zhuǎn)向軟件中心化的趨勢不可避免，這是一件好事，但過程需要花很長的時間。電信運營商的網(wǎng)絡規(guī)模相當龐大，再加上員工接受新知識以及以往的運營慣性，這些因素都會影響商用時間表。和以往電信運營領域的很多技術變革一樣，實現(xiàn)這個目標需要產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的共同努力。不過，至少在2014年我們看見變革的速度正在加快。

    核心網(wǎng)路由亟待升級

    近幾年，電信核心網(wǎng)絡正在快速變革，高清、超高清視頻以及不斷豐富的P2P應用帶來了越來越多互聯(lián)網(wǎng)的IP流量；4G網(wǎng)絡的發(fā)展，層出不窮的各種移動互聯(lián)網(wǎng)應用，正導入越來越大的流量。中國移動統(tǒng)計顯示，4G單用戶月均流量就比3G增長了近百兆，這一數(shù)據(jù)還隨著用戶習慣改變而不斷攀升。此外，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，使得企業(yè)和個人越來越依賴網(wǎng)絡工作和生活，甚至有預測稱，到2020年，流量將達到現(xiàn)有流量的一千倍。所有這一切都在敦促運營商重新思考和升級IP核心路由。

    貝爾實驗室近期針對歐洲某一線運營商的研究表明，下一代核心路由平臺在IP核心網(wǎng)絡升級中扮演了關鍵角色。該運營商所管理的是一個擁有超過100個局點的多級、雙平面IP核心網(wǎng)絡，面臨著三個方面的挑戰(zhàn)：IP核心網(wǎng)絡鏈路和節(jié)點容量未被完全利用；IP核心網(wǎng)絡運營成本高；即將對IP對等點取消管制，這將極大增加流量并改變IP核心的流量模型。為應對這些挑戰(zhàn)并實現(xiàn)削減成本的目標，運營商邀請貝爾實驗室?guī)椭�其制定容量和成本�?yōu)化策略。在經(jīng)過詳細分析后，聯(lián)合工作組提出了三個策略。

    策略一：提升鏈路利用率

    提升鏈路利用率將幫助運營商管理高負荷網(wǎng)絡并節(jié)省傳送成本，而僅對最大限度（BE）流量的QoS造成微弱影響。關鍵流量受到保護，不會被影響。研究發(fā)現(xiàn)，運營商可實現(xiàn)不同程度的整體鏈路利用率優(yōu)化目標：從50%到67%，節(jié)省了23%的傳送成本，僅影響12%的最大限度流量。從50%到80%，節(jié)省了30%的傳送成本，僅影響 18% 的最大限度流量。

    策略二：減少IP核心節(jié)點的數(shù)量

    減少IP核心網(wǎng)絡中骨干節(jié)點的數(shù)量將幫助運營商節(jié)省CAPEX。同時，在滿足業(yè)務可用性的前提下，還有助于節(jié)省空間和能耗。研究發(fā)現(xiàn)，IP骨干節(jié)點數(shù)量從100個減少至40個時，將為運營商帶來：5年內(nèi)路由器CAPEX節(jié)省23%，5年內(nèi)路由器空間和能耗節(jié)省48%。

    策略三：采用下一代核心路由平臺

    采用下一代核心路由平臺，將為運營商提供更具擴展性和有效的傳送。研究發(fā)現(xiàn)，運營商越早向新平臺遷移，其長期的整體擁有成本就越低。在未來五年內(nèi)，新的路由平臺在大多數(shù)IP核心站點僅需占用一個機架的空間，而采用傳統(tǒng)路由器則需持續(xù)添加新的機架，這就使工作部署周期大大縮短，維護成本降低。

    下一步，IP骨干網(wǎng)核心路由器向大容量、高密度和低功耗方向持續(xù)演進。傳統(tǒng)的路由器集群中廣泛部署的POS接口逐漸被低成本的高速以太接口替代�，F(xiàn)有IP路由器線卡的光收發(fā)元件及調(diào)制器尺寸遠遠大于電路元件，因此難以提升線卡的接口密度。通過在單塊微型芯片上集成光和電子元件，硅光子技術能夠讓路由器線卡獲得更大密度的I/O帶寬。同時，由于光路的耗電量大幅下降，硅光子技術也降低了系統(tǒng)的整體功耗。可以預計，帶有硅光子芯片的模塊化路由器將大幅提升互聯(lián)網(wǎng)速度。

    光傳送網(wǎng)走向“彈性化”

    如果說移動互聯(lián)是信息通信業(yè)發(fā)展的引擎，那么光通信就是行業(yè)的支柱。隨著寬帶中國戰(zhàn)略的出臺、固定寬帶和移動寬帶飛速發(fā)展、光進銅退的步伐穩(wěn)步向前，高速光傳輸和移動回傳網(wǎng)絡建設需求日漸旺盛。在傳送網(wǎng)帶寬能力不斷提升的過程中，新的挑戰(zhàn)也隨之出現(xiàn)：移動互聯(lián)、云計算等新型業(yè)務使承載網(wǎng)需求不斷變化，原有光通信傳輸體系過于“僵硬”，難以快速應變。由此，采用IT化、軟件化思路和架構(gòu)的軟件定義光傳輸技術正在給寬帶傳送網(wǎng)帶來新的活力。

    來自移動互聯(lián)和固網(wǎng)寬帶迅猛增長的流量，呈現(xiàn)出與以往不一樣的特征，那就是動態(tài)變化和不可預測。幾年前，全球運營商已經(jīng)開始大規(guī)模升級傳輸網(wǎng)絡，骨干網(wǎng)傳輸技術從10G、40G升級到100G。此輪升級中很大一部分屬于剛性升級，即新建100G的光傳輸網(wǎng)，然而，這只是暫時緩解了網(wǎng)絡流量增長所帶來的壓力。從未來的發(fā)展看，傳送網(wǎng)需要的是靈活、可擴展并具有向SDN平滑演進的能力，即彈性光傳輸網(wǎng)。靈活的光傳輸網(wǎng)可以與IP網(wǎng)絡很好地協(xié)同工作，減少網(wǎng)絡的層次和復雜度。這樣可以幫助運營商快速交付高性能、按需申請和應用驅(qū)動的網(wǎng)絡業(yè)務。同時，采用多種技術、多種業(yè)務能力的架構(gòu)，可以幫助運營商通過一個統(tǒng)一的平臺提供商業(yè)批發(fā)、移動回傳、有線電視、數(shù)據(jù)中心互聯(lián)和行業(yè)市場應用等多種業(yè)務。

    因此，為降低每比特成本，提高傳輸效率并適應多種業(yè)務的需求，迫切要求基于光纖的波分管道具備彈性調(diào)整的能力，并將控制功能從網(wǎng)絡設備中分離出來，提升網(wǎng)絡的靈活性。這樣可以讓運營商聚焦到網(wǎng)絡的管道和資源，而不必太多關注設備的物理硬件，這將大大降低客戶的運維成本。由此，光傳送網(wǎng)應具備彈性管道、動態(tài)帶寬、可編程三大特性，使網(wǎng)絡資源能夠?qū)崿F(xiàn)精細化管理。網(wǎng)絡可編程就意味著可以使網(wǎng)絡根據(jù)需求而改變，傳送網(wǎng)的可編程能力和特征是以組件的可編程能力為基礎，從而使得節(jié)點設備具備靈活的可編程特性。不過，這樣的體系雖然可實現(xiàn)全網(wǎng)的集中管控，但也可能導致網(wǎng)絡生存性、安全性、可擴展性降低，且對不同廠家、不同版本設備的統(tǒng)一集中管控都將面臨挑戰(zhàn)，因此，穩(wěn)步推進十分重要，尤其是要保證網(wǎng)絡演進的平順性。從現(xiàn)階段看，可編程光網(wǎng)絡可使得100G網(wǎng)絡向更高速率平滑演進，這不僅可以幫助運營商從容應對云時代快速增長的數(shù)據(jù)流量，而且還能在平滑升級承載網(wǎng)時保證業(yè)務穩(wěn)定和保護用戶的投資。

    光纖接入普及迎來“新常態(tài)”

    無線資源是有限的，有線資源是無限的。在4G網(wǎng)絡建設如火如荼進行的同時，以光纖接入為代表的固網(wǎng)寬帶建設也在持續(xù)向前推進。經(jīng)過前幾年的快速發(fā)展，光纖接入普及也步入了“新常態(tài)”，從關注數(shù)量逐漸轉(zhuǎn)化為更加注重質(zhì)量。運營商在建設高質(zhì)量光纖接入網(wǎng)時，致力于不斷升級用戶的寬帶體驗，積極探索如何讓寬帶網(wǎng)絡更好地促進企業(yè)自身的健康發(fā)展。

    到2014年，工業(yè)和信息化部會同相關部委已經(jīng)連續(xù)三年組織實施了寬帶普及提速工程。2013年“寬帶中國”國家戰(zhàn)略的正式發(fā)布，為光纖接入市場注入了充沛動力�！皩拵е袊�”戰(zhàn)略將寬帶網(wǎng)絡明確定位于“經(jīng)濟社會發(fā)展的戰(zhàn)略性公共基礎設施”，全面制定了到2020年我國寬帶基礎設施發(fā)展的指導思想、基本原則、發(fā)展目標、技術路線和發(fā)展時間表、重點任務和政策措施。根據(jù)“寬帶中國”戰(zhàn)略確定的技術路線，我國將按照高速接入、廣泛覆蓋、多種手段、因地制宜的思路，推進接入網(wǎng)建設。進入2014年，全國各省市陸續(xù)發(fā)布“寬帶中國”戰(zhàn)略實施方案，首批39個“寬帶中國”示范城市創(chuàng)建方案也于今年公布，光纖接入網(wǎng)建設進一步提速。

    據(jù)工信部公布的最新數(shù)據(jù)，截至2014年11月底，我國8M以上寬帶用戶規(guī)模近8000萬，1月~12月，三家基礎電信企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入用戶凈增1175.1萬戶，總數(shù)達到2.01億戶。在政策的大力支持下，電信企業(yè)與廠商積極配合加快推動光纖接入走向普及。截至2014年11月底，我國光纖接入FTTH/O用戶達到6507.2萬戶，比上年末新增2425萬戶，占寬帶用戶總數(shù)的比重達到32.4%。預計全年新增光纖到戶覆蓋家庭將達到7000萬戶。

    2014年，電信企業(yè)與華為、中興、深圳科信等廠商合作，在智慧經(jīng)營、農(nóng)村FTTH等領域積極創(chuàng)新，建設了高質(zhì)量的光纖接入網(wǎng)，推出了豐富的寬帶應用，使寬帶網(wǎng)絡在惠及廣大用戶的同時也為企業(yè)自身的發(fā)展提供了新的能量。

    按照“寬帶中國”戰(zhàn)略的要求，到2015年要基本實現(xiàn)城市光纖到樓入戶、農(nóng)村寬帶進鄉(xiāng)入村，固定寬帶家庭普及率達到50%，行政村通寬帶比例達到95%，學校、圖書館、醫(yī)院等公益機構(gòu)基本實現(xiàn)寬帶接入。城市和農(nóng)村家庭寬帶接入能力基本達到20Mbps和4Mbps，部分發(fā)達城市達到100Mbps。日前召開的全國工業(yè)和信息化工作會議將實施寬帶中國2015專項行動，創(chuàng)建寬帶中國示范城市列為2015年主抓的重點工作。2015年，光纖接入網(wǎng)發(fā)展將踏上新的征程。