IP+光在智慧淮安城域網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用研究*

孟祥迪，牟 勇

（1.中興通訊股份有限公司，廣東 深圳 518057；2.大連海事大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116026）

0 引 言

隨著智慧城市相關(guān)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不斷增長(zhǎng)，骨干城域網(wǎng)和業(yè)務(wù)接入網(wǎng)出現(xiàn)了較大的技術(shù)與性能瓶頸。盡管集群路由技術(shù)的發(fā)展解決了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能和交換容量問(wèn)題，光傳輸網(wǎng)絡(luò)解決了大容量、超長(zhǎng)距的傳送，且通過(guò)控制平面技術(shù)實(shí)現(xiàn)了智能化[1]，但是IP層與光傳輸層的獨(dú)立發(fā)展，使得骨干網(wǎng)建設(shè)維護(hù)復(fù)雜度、成本、功耗越來(lái)越高。以IP+光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的全光網(wǎng)絡(luò)解決方案，可以很好地滿足智慧城市城域網(wǎng)建設(shè)要求的高帶寬、低時(shí)延的骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)。因此，智慧城市城域網(wǎng)建設(shè)采用IP和光網(wǎng)絡(luò)智能融合方案，提升了城域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)能力，實(shí)現(xiàn)了全業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載，協(xié)同規(guī)劃，解決了骨干網(wǎng)的流量瓶頸，提升了網(wǎng)絡(luò)效率，降低了網(wǎng)絡(luò)成本，滿足了網(wǎng)絡(luò)性能和管理能力不斷增長(zhǎng)的要求，支撐著電子政務(wù)外網(wǎng)與智慧城市的建設(shè)與發(fā)展[2]。

在物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和空間地理信息等超大數(shù)據(jù)劇增的趨勢(shì)下，骨干城域網(wǎng)承受著重大壓力。為了解決城域網(wǎng)壓力，智能傳輸解決方案引入城域網(wǎng)建設(shè)。IP網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度與傳輸網(wǎng)絡(luò)通道采用搭積木方式組網(wǎng)，使網(wǎng)絡(luò)缺少相互的協(xié)同工作能力，很難解決當(dāng)前急迫的城域網(wǎng)瓶頸問(wèn)題。因此，快速實(shí)現(xiàn)IP+光網(wǎng)絡(luò)深度智能融合，成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的主要趨勢(shì)[3]。

1 IP+光組網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

一般來(lái)說(shuō)，智慧城市城域網(wǎng)承載不同流向的業(yè)務(wù)。整體業(yè)務(wù)流向不均衡，導(dǎo)致部分網(wǎng)絡(luò)帶寬擁塞、部分出現(xiàn)帶寬空閑。IP+光網(wǎng)絡(luò)融合解決方案可以完美實(shí)現(xiàn)流量均衡，解決業(yè)務(wù)不均衡導(dǎo)致的帶寬浪費(fèi)，不但降低了建設(shè)成本，還提高了網(wǎng)絡(luò)效率[4]。

IP+光網(wǎng)絡(luò)智能融合設(shè)備提供開(kāi)放的SDN接口。在智慧城市城域網(wǎng)范圍部署智能網(wǎng)絡(luò)控制器并增加APP應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)SDN業(yè)務(wù)部署，推動(dòng)城域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)從封閉到開(kāi)放的轉(zhuǎn)變，使網(wǎng)絡(luò)更智能、高效。IP+光網(wǎng)絡(luò)方案實(shí)施部署建議從城域網(wǎng)的骨干核心節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)再延展到接入層，逐步實(shí)現(xiàn)智慧城市城域網(wǎng)建設(shè)的深度融合。隨著技術(shù)的不斷加強(qiáng)，需逐步實(shí)現(xiàn)控制管理，構(gòu)建城域網(wǎng)虛擬化，提供IAAS/NAAS全功能虛擬網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高帶寬和高性能互通，形成急速信息管道，滿足智慧城市海量信息承載和傳遞需求[5]。

2 IP+光融合方式

2.1 靜態(tài)融合

靜態(tài)融合解決方案作為IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層與光傳輸層的靜態(tài)融合，首先通過(guò)網(wǎng)管系統(tǒng)在城域網(wǎng)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上建立光傳輸通路；其次，頭結(jié)點(diǎn)IP數(shù)據(jù)設(shè)備在光傳輸通路上建立數(shù)據(jù)LSP通道，如圖1所示。

圖1 IP層與光傳輸層的靜態(tài)融合方案

目前，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基本完全支持該方案的實(shí)施部署，但需要在整個(gè)城域網(wǎng)離線靜態(tài)手動(dòng)配置，操作復(fù)雜，對(duì)運(yùn)維人員的要求高，需熟悉現(xiàn)網(wǎng)拓?fù)?。同時(shí)，該方案不能動(dòng)態(tài)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)分流的需求，無(wú)法動(dòng)態(tài)調(diào)整帶寬，部署成本大，且不能動(dòng)態(tài)更新。針對(duì)新增業(yè)務(wù)或網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)性較差。

2.2 GMPLS UNI動(dòng)態(tài)融合

GMPLS是傳統(tǒng)的MPLS VPN技術(shù)進(jìn)行的功能擴(kuò)展和更新，是適應(yīng)未來(lái)智能融合光網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)資源需求的發(fā)展趨勢(shì)。在GMPLS支持傳統(tǒng)的分組交換、波長(zhǎng)交換、光纖交換和時(shí)分交換的基礎(chǔ)上，對(duì)原有的路由協(xié)議等也做了重要的修改和擴(kuò)展。

在IP+光網(wǎng)絡(luò)解決方案中，IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層與光傳輸層部署GMPLS UNI功能，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)從傳統(tǒng)的IP層開(kāi)始，同時(shí)建立IP層和光傳輸層的LSP，不需要通過(guò)子接口方式映射，直接實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)帶寬動(dòng)態(tài)調(diào)整。IP和光網(wǎng)絡(luò)資源以及分流流量，如圖2所示。

圖2 GMPLS UNI動(dòng)態(tài)融合方案

此方案充分利用了IP層和光傳輸層的統(tǒng)一智能業(yè)務(wù)控制技術(shù)，對(duì)業(yè)務(wù)層的恢復(fù)與保護(hù)提供了更加完善的解決方案。在傳統(tǒng)城域網(wǎng)骨干層，通過(guò)光傳輸層自身的保護(hù)機(jī)制，可以解決傳送網(wǎng)的多點(diǎn)故障，但無(wú)法提供和IP路由層的智能化控制，造成業(yè)務(wù)保護(hù)恢復(fù)不理想。IP+光網(wǎng)絡(luò)采用GMPLS UNI技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層與光傳輸層的協(xié)同保護(hù)。一方面，可以加大業(yè)務(wù)保護(hù)速度，另一方面，節(jié)省了不必要的保護(hù)資源。

GMPLS UNI技術(shù)，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)成熟度高，實(shí)現(xiàn)了IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層與光傳輸層的統(tǒng)一調(diào)度，而且對(duì)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備要求不高，僅需要完成現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的軟件升級(jí)。因此，該方案部署成本較低，為后續(xù)網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)帶來(lái)了便利。

2.3 IP+光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備融合

無(wú)論采用靜態(tài)融合還是采取動(dòng)態(tài)融合技術(shù)，在設(shè)備形態(tài)上，主要分為IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)設(shè)備和光傳輸?shù)腛TN設(shè)備。如果在去除成本因素的情況下，IP+光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備統(tǒng)一融合路由器和OTN設(shè)備為“邊界路由器”，如圖3所示的Border Router設(shè)備，集成IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)路由器、ODUk交叉、OCC（Optical Connection Controller）三大模塊。其中，OCC模塊實(shí)現(xiàn)IP層路由、交換信令和鏈路資源管理。Border Router集成了路由器和光交換功能，同時(shí)采用了安全方式存儲(chǔ)IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和光網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息，獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，防止了網(wǎng)絡(luò)信息的泄露。

圖3 IP+光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備融合方案

Border Router集成UNI接口，可以直接部署在IP MPLS域和光網(wǎng)絡(luò)邊界實(shí)現(xiàn)MPLS VPN報(bào)文到GMPLS域的映射。該方案統(tǒng)一了IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層和光傳輸層的設(shè)備功能，在網(wǎng)絡(luò)維護(hù)上提供了一定的方便，但是IP+光網(wǎng)絡(luò)融合設(shè)備的成本高，且需要城域網(wǎng)整體替換設(shè)備，建設(shè)時(shí)機(jī)尚不成熟。

結(jié)合“IP+光”城域網(wǎng)建設(shè)需求和對(duì)三種方案的對(duì)比分析，從網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、建設(shè)、部署與后期的運(yùn)維成本考慮，IP+光網(wǎng)絡(luò)建議采用GMPLS UNI的動(dòng)態(tài)融合方式統(tǒng)一承載城域網(wǎng)骨干業(yè)務(wù)。

3 智慧淮安城域網(wǎng)設(shè)計(jì)方案

《“十二五”國(guó)家政務(wù)信息化工程建設(shè)規(guī)劃》指出：當(dāng)前我國(guó)政務(wù)信息化建設(shè)中依然存在一些突出矛盾和問(wèn)題，需要盡快加以研究解決。規(guī)劃中提出了信息化工程建設(shè)目標(biāo)，即到“十二五”期末，形成統(tǒng)一完整的國(guó)家基礎(chǔ)城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，基本滿足政務(wù)應(yīng)用需要；基本建成網(wǎng)絡(luò)信息安全基礎(chǔ)設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)信息安全保障作用明顯增強(qiáng)。在認(rèn)真分析淮安市城域網(wǎng)基本現(xiàn)狀和發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，采用IP+光網(wǎng)絡(luò)模式建設(shè)。

3.1 智慧淮安城域網(wǎng)帶寬設(shè)計(jì)原則

淮安智慧城市城域網(wǎng)整體設(shè)計(jì)要切合業(yè)務(wù)現(xiàn)狀需求和業(yè)務(wù)發(fā)展需要，并具有一定的技術(shù)前瞻性和網(wǎng)絡(luò)可持續(xù)發(fā)展性。根據(jù)淮安市城域網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)原則和各智慧城市的業(yè)務(wù)需求分析，波分骨干網(wǎng)采用10GE端口匯聚各智慧類業(yè)務(wù)，保證網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的先進(jìn)性，滿足智慧城市業(yè)務(wù)日益增長(zhǎng)的發(fā)展需要。IP+光網(wǎng)絡(luò)骨干城域網(wǎng)帶寬需求見(jiàn)表1。其中，匯聚節(jié)點(diǎn)按照淮安智慧城市行政區(qū)域劃分，而經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)和生態(tài)新城的等淮安區(qū)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行覆蓋接入。智慧城市接入?yún)^(qū)域采用GPON模式帶寬共享方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，具體實(shí)現(xiàn)根據(jù)各智慧城市業(yè)務(wù)需求決定。

表1 IP+光網(wǎng)絡(luò)骨干城域網(wǎng)帶寬需求

3.2 智慧淮安IP+光網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

淮安市智慧城市城域網(wǎng)上連江蘇省，下接各縣區(qū)，橫向連通全省內(nèi)各地市、市直部門(mén)的信息高速通道和交換樞紐，可打造成淮安市智慧城市的安全、可靠的骨干城域網(wǎng)。為了保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定和高效運(yùn)行，城域網(wǎng)IP+光網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用獨(dú)享光纖建設(shè)，總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 IP+光網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)

隨著視頻、圖片和VR技木的應(yīng)用，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)。未來(lái)，淮安市智慧城市業(yè)務(wù)對(duì)帶寬的需求很大，當(dāng)前的城域網(wǎng)帶寬與性能已經(jīng)無(wú)法完全滿足不斷增長(zhǎng)的智慧業(yè)務(wù)需求。新建波分骨干網(wǎng)面向全市提供公共基礎(chǔ)骨干網(wǎng)絡(luò)，承視頻監(jiān)控、物聯(lián)感知等各類智慧類業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)全市光纖資源的集約共享，保證不同業(yè)務(wù)之間的物理隔離，實(shí)現(xiàn)了不同業(yè)務(wù)帶寬的彈性擴(kuò)容，現(xiàn)統(tǒng)一管理、靈活控制，實(shí)現(xiàn)了政務(wù)IP+光網(wǎng)絡(luò)光協(xié)同調(diào)度和管理，建設(shè)成了高帶寬、低時(shí)延、高可靠和更安全高效的智慧城市骨干網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)淮安市行政區(qū)域劃分，新建5個(gè)波分骨干網(wǎng)培節(jié)點(diǎn)，分部部署在清江浦區(qū)節(jié)點(diǎn)1（原清河區(qū)，包括開(kāi)發(fā)區(qū)）、清江區(qū)節(jié)點(diǎn)2（原清區(qū)）、淮安區(qū)、淮陰區(qū)和生態(tài)新城的大數(shù)據(jù)中心。城域骨干網(wǎng)建設(shè)選用以100 Gb/s為基礎(chǔ)速率的單纖單向C波段40波的OTN系統(tǒng)。全程段落均選用1TU-TG.6E光纖，工作波長(zhǎng)采用1 550 nm窗口。利用G.652的2芯光纖開(kāi)通城域網(wǎng)光傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)提供支持平滑升級(jí)80波的能力。按照實(shí)際傳輸距離和光線資源情況，各部署站點(diǎn)合理部署線路放大站點(diǎn)需求。系統(tǒng)波長(zhǎng)間隔為50 GHz。各區(qū)至大數(shù)據(jù)中心分別開(kāi)通8個(gè)100G業(yè)務(wù)，通過(guò)波道隔離技術(shù)分別匯聚接入各智慧交通、智能社區(qū)、學(xué)校及醫(yī)院等不同業(yè)務(wù)，并提供OUk1+1保護(hù)，如圖5所示。

圖5 全業(yè)務(wù)IP+光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

通過(guò)新建100G波分骨干層網(wǎng)絡(luò)，不僅可以實(shí)現(xiàn)為市內(nèi)所有外延網(wǎng)絡(luò)單位提供獨(dú)立統(tǒng)一的承載平臺(tái)，而且達(dá)到了節(jié)省光線資源和提升傳輸效率的目的。同時(shí)，可以為未來(lái)的智慧城市不斷發(fā)展的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)模塊提供堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定的骨干傳輸通道，提供高安全的IP+光網(wǎng)絡(luò)的多層安全隔離功能、完善的保護(hù)功能和強(qiáng)大的業(yè)務(wù)調(diào)度能力，有效降低客戶OPEX，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資。

4 結(jié) 語(yǔ)

基于SDN的IP+光網(wǎng)絡(luò)協(xié)同方案的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案，可以根據(jù)不同智慧類業(yè)務(wù)需要，深度融合光傳輸層的保護(hù)機(jī)制和IP層的保護(hù)機(jī)制，將IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層的彈性分組優(yōu)勢(shì)與光傳輸層的剛性管道特點(diǎn)智能融合，提供一套安全穩(wěn)定、可平滑升級(jí)的統(tǒng)一智能系統(tǒng)。智慧淮安IP+光網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，為客戶提供了定制化的基礎(chǔ)骨干網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)隨選網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可按流量、時(shí)段動(dòng)態(tài)調(diào)整專線帶寬，以滿足智慧業(yè)務(wù)不斷發(fā)展的需要。