关注「广电猎酷」 关注广电科技
本文由《广播与电视技术》杂志独家授权。本文刊发于2018年第12期。
作者：关勇，张佳军（河北广电网络集团保定有限公司）
【摘 要】
本文吸取电信运营商5G网络架构精华，基于云计算、SDN、 NFV等关键技术应用，提出了通过建设ABCOS（接入云A、桥接云B、核心云C、开放云O、监管云S）五朵云来进行广电网络架构重构的设想，新网络架构具有敏捷、高效、弹性、开放、泛在、智能的特性。
【关键词】
新一代广电网络架构，SDN/NFV，云化，微服务，网络能力开放，5G
0 引言
当前电信运营商5G网建设正在如火如荼的进行，5G网络主要满足爆发式增长的网络数据流量、大规模设备的连接需求、持续增长的新设备和新应用场景[1]和连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠四个5G主要技术场景[2]。基于以上需求及技术场景，5G推进组给出5G架构“5G网络逻辑视图由3个功能平面构成：接入平面，控制平面和转发平面, 在整体逻辑架构基础上，5G网络采用模块化功能设计模式，并通过‘功能组件’的组合，构建满足不同应用场景需求的专用逻辑网络。5G网络以控制功能为核心，以网络接入和转发功能为基础资源，向上提供管理编排和网络开放的服务，形成三层网络功能视图。”[3]本文将结合5G推进组给出的网络架构和3GPP(V15 版) TS23.501[4]，提出适应广电的新一代基于ABCOS 5朵云的网络架构，在将来广电与电信运营商的竞争中，未雨绸缪，打好网络基础。
1 新一代广电网络架构
1.1 设计原则
1. 云化是基础
关于云、云计算有很多定义，得到较广泛认可的是美国国家标准与技术研究院（NIST）的定义：“云计算是一种通过可配置的、只需投入很少的管理工作或与服务供应商进行很少的交互就能够被快速提供的计算资源共享池（资源包括网络，服务器，存储，应用软件，服务），这种共享池可以提供普遍存在、便捷的、按需的网络访问。”[5]可见，云就是提供服务的池化的网，“云网一体、网随云动”，实现网络资源池化与按需分配，网络专用设备功能软件化，放在云基础环境中，基于Service Chaining 的即插即用编排；网络功能模块化，基于微服务架构提供业务支撑。云化网络，也可以极大减少CAPEX（Capital Expenditure，资本性支出）。
2. SDN/NFV 全面应用是关键
SDN（Software Defined Network）即软件定义网络，是一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式，其核心是网络设备控制面与数据面的分离，提供控制面可开放编程，从而实现集中全网控制，对网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能，加快新业务引入速度，为用户提供敏捷性服务[6]。
NFV（ Network Function Virtualization），即网络功能虚拟化，通过使用x86等通用性硬件以及虚拟化技术，来承载很多功能的软件处理。从而降低网络昂贵的设备成本。可以通过软硬件解耦及功能抽象，使网络设备功能不再依赖于专用硬件，资源可以充分灵活共享，实现新业务的快速开发和部署，并基于实际业务需求进行自动部署、弹性伸缩、故障隔离和自愈等[7]。
网络架构设计中使用SDN/NFV 技术融合可以极大提升组大网的能力：NFV从“垂直面”的软件和硬件解耦，而SDN从“水平面”的控制和转发解耦，二者通过“解耦”来重新架构网络。NFV技术实现底层物理资源到虚拟化资源的映射，构造虚拟机（VM），加载网络逻辑功能（VNF）；SDN 技术则实现虚拟机间的逻辑连接，构建承载信令和数据流的通路，资源大范围灵活调度，最终实现接入网和核心网功能单元动态连接，配置端到端的业务链，实现灵活组网，并提供自助的策略调整及动态的资源适配能力[3]。
3. 智能化是实现保障
网络架构设计要求最终网络能够提供足够的灵活性、可扩展性、可编程性，以满足在不同业务场景下对网络功能的定制剪裁和部署，如果采用传统的大量依赖人工的网络部署和运营维护方式是根本无法做到的，只能通过人工智能（AI）和大数据分析技术对网络管理、资源调度、绿色节能等方面改变网络运营模式，实现智能网络，极少人工参与。这也能极大减少OPEX（Operating Expense，运营成本）。
4. 开放灵活是业务要求
网络建设的目的就是向客户提供服务，使用户得到极致的体验，满足用户各种场景所需能力，为此技术上要提供各种北向接口、SDK、API等，以及为灵活调度网络资源，所部署的管理和控制系统和标准模块，实现华为倡导的新用户体验标准ROADS，即实时（Real-time）、按需（On-demand）、全在线（All-online）、服务自助（DIY）和社交化（Social）。
5. 固移统一是融合目标
网络的发展应充分利用固网资源优势，构建固移融合的网络架构，在网络规划和部署方面统筹协调，从而提升全网的核心竞争力。固移可重用的地方很多，如基站、局端机房、光缆网等基础设施；如面向固网和移网功能虚拟化，统筹规划和构建NFV基础设施（NFVI）资源池，提升虚拟化网元部署的灵活性和NFV基础设施的资源利用率，提供计算、存储和分流功能，支持MEC边缘计算、移动网的虚拟化功能（如UPF）、以及潜在的固网虚拟化功能（如vBRAS）；构建固网与移动网统一的协同编排层，实现固网与移动网跨厂商、跨域、跨专业、跨SDN/NFV、跨“新”“老”网络的协同与业务编排，支持融合业务的快速灵活部署，提供固网与移网统一的能力开放。
6. 可管可控可信是底线
“党媒政网”是广电网络的根本属性，网络架构的设计支撑起来的网络要做到全程全网、可管可控可信是底线。不仅要实现对网络自身性能、可服务性的监控，还要通过人工智能和大数据，对流经网络的内容（视频、音频、图片、文字）进行监控，及时发现不法内容，及时采取相应措施。
1.2 新一代广电网络架构
如图4所示，新一代广电网络架构由5朵云构成，称之为ABCOS 云。A云是接入云（Acess Cloud），主要是提供万物互联的接入网络，包括了提供广播和电视的传统视音频内容的卫星、地面广播、有线电视网络，也包括广电双向数据接入网中的传统CMTS、OLT和BRAS及虚拟化的vCMTS（使用Remote_PHY 或CMC）、vOLT 和vBRAS 及vCPE， 还包括广电已广泛开展的无线宽带上网WiFi和物联网LoRa、LTE 700M，和电信5G RAN。B云是桥接云（Bridge Cloud），是A云和C云的桥梁，提供大数据的快速、可靠、无阻塞转发，由核心云控制，实现控制与承载分离。C云是核心云（Core Cloud），也是控制中心，提供各种核心网功能模块化、虚拟化控制和管理，在控制面集中基础上支持能力开放。O云是开放云（Open Cloud），通过C云的北向RESTful或API接口，调用核心网功能，提供丰富的创新应用，满足用户不断增长的对美好生活的向往。S云是监管云(Supervision Cloud)，担负起对网络质量、服务质量进行监管的责任，通过人工智能（AI）和大数据技术，强化对网络内容的审查，及时发现非法内容并进行报警或主动干预，是保证广电网络可管可控可信的最重要组成部分。
1.2.1 接入云A
接入云主要分为5大部分。
1. 单向广播电视接入
主要是传统的单向音频广播和电视传送网，包括卫星、地面无线数字广播和有线电视网。虽然是单向的，但已经全面部署，正在很好的运行使用，终端像收音机、电视、机顶盒等也有很大的存量市场，且广播方式是最集约化和高效的，这部分不能放弃，要充分挖掘使用。
2. 双向固网数据接入
这部分主要指CMTS/C-DOCSIS、OLT/BRAS，这是目前广电网络最主要的两种数据接入方式，但均属于专用硬件设备，需要专门的网管（EMS/NMS）去管理，需要单点配置，开通企业专线有时需要CPE 设备作为接入网关。
3. 双向固网数据接入设备虚拟化
使用x86 COTS服务器构成的统一的NFVI基础设施层，应用NFV技术，通过软硬件解耦及功能抽象，使上面说的网络功能不再依赖于专用硬件，通过虚拟化技术，来承载很多功能的软件处理，达到资源充分灵活共享，形成vCMTS、vOLT/vBRAS 和vCPE，再通过SDN实现集中管控，大范围资源灵活调度，通过服务链，实现灵活组网，并可开放能力提供用户自助业务开通。
4. 物联网接入
这部分主要指LoRa和LTE 700M IoT业务，部分地市广电已经开展试点和商用，建议逐步纳入云化平台，vEPC已经很成熟，在电信运营商已得到大面积商用。
5. 5G 接入
广电没有2G/3G/4G 历史包袱，可以轻装上阵，直接采用SA组网方式，在原广电区域机房，部署池化CU，直接迈进5G。有条件的地方可以同时上MEC( 多边缘计算)，满足大流量（例如基于人工智能技术的视频分析和图像识别）本地处置、超低时延、超高可靠（V2X、远程医疗）的业务场景需求[8]。
1.2.2 桥接云B
是A云和C云的桥梁，提供大数据的快速、可靠、无阻塞转发，由核心云控制，实现控制与承载分离。考虑大多数网络现状，方案设计最底层使用裸光纤或使用WDM/OTN，中间层是IP网络，最上层使用的是SDN Overlay。Overlay是一种网络架构上叠加的虚拟化技术模式，其框架是对基础网络不进行大规模修改的条件下，实现应用在网络上的承载，并能与其它网络业务分离，并且以基于IP的基础网络技术为主，如图6所示[9]具有如下特点：
1. Overlay网络是指建立在已有网络上的虚拟网，由逻辑节点和逻辑链路构成。
2. Overlay网络具有独立的控制和转发平面，对于连接在Overlay边缘设备之外的终端系统来说，物理网络是透明的。
3. Overlay网络是物理网络向云和虚拟化的深度延伸，使云资源池化能力可以摆脱物理网络的重重限制，是实现云网融合的关键。
1.2.3 核心云C
核心云是控制中心，提供各种核心网功能模块化、虚拟化控制和管理，实现网络集中控制调度，通过编排和协同，实现资源和网络的最佳配合使用，在控制面集中基础上还可支持对外能力开放。
1. 5G 核心网
广电没有2G/3G/4G历史包袱，可以轻装上阵，直接采用SA组网方式，直接部署5G核心网[4]。
2. 4G 核心网
直接部署虚拟化4G核心网vEPC，支持700M LTE业务和IoT；部署vIMS支持VoLTE语音，并为5G网语音回落做准备。
3. 网络协同/业务编排
充分发挥云控制器管基础资源、NFV管虚拟功能、SDN管网络控制三者的协同配合作用，做好核心支撑。并具备与其他专业网络管理系统（OSS/BSS）的协同编排，支持融合业务的快速灵活部署和能力开放。
4. CDN服务
广电与其它电信运营商的最大比较优势就在内容，内容的生产、智能分发是关键，智慧内容+智能网络=智慧广电。两者结合好，就能达到文献[10]中所描述的美好愿景“智慧广电所构建的全方位信息生态圈，将是以用户为中心并基于未来媒体内容的智能生产，利用智慧引擎的智慧调度来实现新媒体内容资源的智慧传输和承载，提高为用户服务的效率和质量”。
1.2.4 开放云O
通过核心云的北向接口提供的能力开放，给自营或第三方提供APP开发基础，汇聚最广大人智资源，充分挖掘发挥核心网最大能力，管理利用好网络，为客户提供最极致体验。
1.2.5 监管云S
监管云利用人工智能最新成果的机器深度学习能力的提升和大数据的积累，强化网络内容（包括视频、音频、图像、文字等）的审查，及时发现非法内容并进行报警或主动干预，是保证广电网络可管可控可信的最重要组成部分，还可担负起对网络质量、服务质量进行监管的责任。
2 成功实施的关键要素
2.1 基础设施建设
ABCOS 5朵云的新一代广电网络架构的实现，是一个循序渐近过程，需要从简入难，完全可以借鉴电信企业的经验和教训，借用他们已经成熟的思想和方案来实施。
1. 机房的DC化改造
ICT的深度融合是趋势，对机房的DC 化改造工作现在就可以进行。硬件上，部署模块化的通用计算、存储、网络、电源设备；软件上，部署基于微服务的虚拟化功能软件，先期引入已经很成熟的支持固网的vCMTS、vBRAS 和支持移网的vEPC、vIMS，通过集成的编排控制器，完成底层硬件与上层软件的协调控制，实现整体网络服务的开放，提供更加敏捷、灵活、按需服务。
2. 机房间SDN网络互联
通过部署在通用设备上的SDN 控制器、模块化服务器上的vSWITCH 和SDN 交换机、SDN 网关，实现全网集中控制、全网调度优化和全网资源的能力开放。
2.2 组织结构建设
新一代广电网络架构的基础是云、SDN/NFV，带来的是网络的软件化、虚拟化、可编程，实现对外灵活、开放的网络服务，这些都将在网络建设、网络维护及服务提供等方面带来诸多变化，如表1所列，需要重构公司组织结构。
这就要求我们在组织结构上提前进行调整，以适应新网络架构的新要求，关键要素是流程和人。流程必须适应上面所列变化，如采购不再只是按项目采购专用设备而是协调功能模块开发，人的素质和知识结构也有新的要求，比如说，原机房值机人员会插拔换模块就行，现在就需要会配置服务/软重启服务，原来会配置专用设备的，现在就需要会编程。
3 结束语
中国特色社会主义进入新时代，党的十九大报告指出，我国社会的主要矛盾是人们对美好生活的向往与不平衡不充分发展之间的矛盾，只有知道了主要矛盾点在哪里，才能有效应对解决。比照到现在的广电网络，主要矛盾就是人民对信息的消费已经远远不只满足在家里看到清晰的电视节目，而是要随时随地使用多种终端消费到自己想要的信息内容，现时的有线电视网已经远远无法满足需求，只有借鉴电信5G网络架构，重构基于云、SDN/NFV等新技术的新一代广电网络，具有敏捷、集约、高效、弹性、开放、泛在、智能的特性，结合智慧广电内容生产，做到完美适配，就一定能在市场的竞争中勇立潮头，重塑广电辉煌。
参考文献
[1] IMT-2020(5G) 推进组.5G 愿景与需求白皮书[EB/OL].(2014-05). http://www.imt-2020.org.cn/zh/documents/download/1
[2] IMT-2020(5G) 推进组. 5G 概念白皮书[EB/OL]. (2015-02).http://www.imt-2020.org.cn/zh/documents/download/2
[3] 5G 网络架构设计白皮书[EB/OL]. (2016-05).http://www.imt-2020.org.cn/zh/documents/download/17
[4] 3GPP TS 23.501 V15.1.0 (2018-03) System Architecture for the 5G System Stage 2 (Release 15) [EB/OL]. (2018-06-21).http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/33_series/33.501/
[5] NIST Cloud Computing Standards Roadmap Special Publication 500-291, Version 2[EB/OL] 。（2013-07）.https://www.nist.gov/sites/default/files/documents/itl/cloud/NIST_SP-500-291_Version-2_2013_June18_FINAL.pdf
[6] Open Networking Foundation .Software-Defned Networking:The New Norm for Networks [EB/OL].(2012-04-13).http://www.opennetworking.org/images/stories/downloads/sdn-resources/white-papers/wp-sdn-newnorm.pdf
[7] ETSI NFV ISG.Network functions virtualization,white paper[EB/OL].(2012-10-22).http://portal.etsi.org/NFV/NFV_White_Paper.pdf.
[8] ETSI.etsi_wp28_mec_in_5G_FINAL.pdf.Integrated MEC deployment in 5G network[EB/OL]. (2018-06). https://www.etsi.org/images/files/ETSIWhitePapers/etsi_wp28_mec_in_5G_FINAL.pdf
[9] H3C. 全融合网络虚拟化技术. [EB/OL].(2014). http://www.h3c.com/cn/d_201408/837252_30008_0.htm
[10] 冯景锋，刘骏，曹志，常江. 基于智慧广电战略的广播电视技术体系构想[J]. 广播与电视技术,2018,45(5):41-45.
关勇，男，1974年生，清华大学工学硕士学位，高级工程师，河北广电网络集团保定有限公司总工，主要从事有线电视网络规划、新技术研究、新业务创新应用等方面的研究，主持参与保定数据城域网建设、数字电视平台研发、BOSS系统开发、IP数字电视前端建设、WiFi无线城市、雪亮工程、市委视讯系统、大喇叭工程等重大项目。
好文共赏请转发 有话要说请留言
閱讀更多 廣電獵酷 的文章
