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本文由《廣播與電視技術》雜誌獨家授權。本文刊發於2018年第12期。
作者：關勇，張佳軍（河北廣電網絡集團保定有限公司）
【摘 要】
本文吸取電信運營商5G網絡架構精華，基於雲計算、SDN、 NFV等關鍵技術應用，提出了通過建設ABCOS（接入雲A、橋接雲B、核心雲C、開放雲O、監管雲S）五朵雲來進行廣電網絡架構重構的設想，新網絡架構具有敏捷、高效、彈性、開放、泛在、智能的特性。
【關鍵詞】
新一代廣電網絡架構，SDN/NFV，雲化，微服務，網絡能力開放，5G
0 引言
當前電信運營商5G網建設正在如火如荼的進行，5G網絡主要滿足爆發式增長的網絡數據流量、大規模設備的連接需求、持續增長的新設備和新應用場景[1]和連續廣域覆蓋、熱點高容量、低功耗大連接和低時延高可靠四個5G主要技術場景[2]。基於以上需求及技術場景，5G推進組給出5G架構“5G網絡邏輯視圖由3個功能平面構成：接入平面，控制平面和轉發平面, 在整體邏輯架構基礎上，5G網絡採用模塊化功能設計模式，並通過‘功能組件’的組合，構建滿足不同應用場景需求的專用邏輯網絡。5G網絡以控制功能為核心，以網絡接入和轉發功能為基礎資源，向上提供管理編排和網絡開放的服務，形成三層網絡功能視圖。”[3]本文將結合5G推進組給出的網絡架構和3GPP(V15 版) TS23.501[4]，提出適應廣電的新一代基於ABCOS 5朵雲的網絡架構，在將來廣電與電信運營商的競爭中，未雨綢繆，打好網絡基礎。
1 新一代廣電網絡架構
1.1 設計原則
1. 雲化是基礎
關於雲、雲計算有很多定義，得到較廣泛認可的是美國國家標準與技術研究院（NIST）的定義：“雲計算是一種通過可配置的、只需投入很少的管理工作或與服務供應商進行很少的交互就能夠被快速提供的計算資源共享池（資源包括網絡，服務器，存儲，應用軟件，服務），這種共享池可以提供普遍存在、便捷的、按需的網絡訪問。”[5]可見，雲就是提供服務的池化的網，“雲網一體、網隨雲動”，實現網絡資源池化與按需分配，網絡專用設備功能軟件化，放在雲基礎環境中，基於Service Chaining 的即插即用編排；網絡功能模塊化，基於微服務架構提供業務支撐。雲化網絡，也可以極大減少CAPEX（Capital Expenditure，資本性支出）。
2. SDN/NFV 全面應用是關鍵
SDN（Software Defined Network）即軟件定義網絡，是一種新型網絡創新架構，是網絡虛擬化的一種實現方式，其核心是網絡設備控制面與數據面的分離，提供控制面可開放編程，從而實現集中全網控制，對網絡流量的靈活控制，使網絡作為管道變得更加智能，加快新業務引入速度，為用戶提供敏捷性服務[6]。
NFV（ Network Function Virtualization），即網絡功能虛擬化，通過使用x86等通用性硬件以及虛擬化技術，來承載很多功能的軟件處理。從而降低網絡昂貴的設備成本。可以通過軟硬件解耦及功能抽象，使網絡設備功能不再依賴於專用硬件，資源可以充分靈活共享，實現新業務的快速開發和部署，並基於實際業務需求進行自動部署、彈性伸縮、故障隔離和自愈等[7]。
網絡架構設計中使用SDN/NFV 技術融合可以極大提升組大網的能力：NFV從“垂直面”的軟件和硬件解耦，而SDN從“水平面”的控制和轉發解耦，二者通過“解耦”來重新架構網絡。NFV技術實現底層物理資源到虛擬化資源的映射，構造虛擬機（VM），加載網絡邏輯功能（VNF）；SDN 技術則實現虛擬機間的邏輯連接，構建承載信令和數據流的通路，資源大範圍靈活調度，最終實現接入網和核心網功能單元動態連接，配置端到端的業務鏈，實現靈活組網，並提供自助的策略調整及動態的資源適配能力[3]。
3. 智能化是實現保障
網絡架構設計要求最終網絡能夠提供足夠的靈活性、可擴展性、可編程性，以滿足在不同業務場景下對網絡功能的定製剪裁和部署，如果採用傳統的大量依賴人工的網絡部署和運營維護方式是根本無法做到的，只能通過人工智能（AI）和大數據分析技術對網絡管理、資源調度、綠色節能等方面改變網絡運營模式，實現智能網絡，極少人工參與。這也能極大減少OPEX（Operating Expense，運營成本）。
4. 開放靈活是業務要求
網絡建設的目的就是向客戶提供服務，使用戶得到極致的體驗，滿足用戶各種場景所需能力，為此技術上要提供各種北向接口、SDK、API等，以及為靈活調度網絡資源，所部署的管理和控制系統和標準模塊，實現華為倡導的新用戶體驗標準ROADS，即實時（Real-time）、按需（On-demand）、全在線（All-online）、服務自助（DIY）和社交化（Social）。
5. 固移統一是融合目標
網絡的發展應充分利用固網資源優勢，構建固移融合的網絡架構，在網絡規劃和部署方面統籌協調，從而提升全網的核心競爭力。固移可重用的地方很多，如基站、局端機房、光纜網等基礎設施；如面向固網和移網功能虛擬化，統籌規劃和構建NFV基礎設施（NFVI）資源池，提升虛擬化網元部署的靈活性和NFV基礎設施的資源利用率，提供計算、存儲和分流功能，支持MEC邊緣計算、移動網的虛擬化功能（如UPF）、以及潛在的固網虛擬化功能（如vBRAS）；構建固網與移動網統一的協同編排層，實現固網與移動網跨廠商、跨域、跨專業、跨SDN/NFV、跨“新”“老”網絡的協同與業務編排，支持融合業務的快速靈活部署，提供固網與移網統一的能力開放。
6. 可管可控可信是底線
“黨媒政網”是廣電網絡的根本屬性，網絡架構的設計支撐起來的網絡要做到全程全網、可管可控可信是底線。不僅要實現對網絡自身性能、可服務性的監控，還要通過人工智能和大數據，對流經網絡的內容（視頻、音頻、圖片、文字）進行監控，及時發現不法內容，及時採取相應措施。
1.2 新一代廣電網絡架構
如圖4所示，新一代廣電網絡架構由5朵雲構成，稱之為ABCOS 雲。A雲是接入雲（Acess Cloud），主要是提供萬物互聯的接入網絡，包括了提供廣播和電視的傳統視音頻內容的衛星、地面廣播、有線電視網絡，也包括廣電雙向數據接入網中的傳統CMTS、OLT和BRAS及虛擬化的vCMTS（使用Remote_PHY 或CMC）、vOLT 和vBRAS 及vCPE， 還包括廣電已廣泛開展的無線寬帶上網WiFi和物聯網LoRa、LTE 700M，和電信5G RAN。B雲是橋接雲（Bridge Cloud），是A雲和C雲的橋樑，提供大數據的快速、可靠、無阻塞轉發，由核心雲控制，實現控制與承載分離。C雲是核心雲（Core Cloud），也是控制中心，提供各種核心網功能模塊化、虛擬化控制和管理，在控制面集中基礎上支持能力開放。O雲是開放雲（Open Cloud），通過C雲的北向RESTful或API接口，調用核心網功能，提供豐富的創新應用，滿足用戶不斷增長的對美好生活的嚮往。S雲是監管雲(Supervision Cloud)，擔負起對網絡質量、服務質量進行監管的責任，通過人工智能（AI）和大數據技術，強化對網絡內容的審查，及時發現非法內容並進行報警或主動干預，是保證廣電網絡可管可控可信的最重要組成部分。
1.2.1 接入雲A
接入雲主要分為5大部分。
1. 單向廣播電視接入
主要是傳統的單向音頻廣播和電視傳送網，包括衛星、地面無線數字廣播和有線電視網。雖然是單向的，但已經全面部署，正在很好的運行使用，終端像收音機、電視、機頂盒等也有很大的存量市場，且廣播方式是最集約化和高效的，這部分不能放棄，要充分挖掘使用。
2. 雙向固網數據接入
這部分主要指CMTS/C-DOCSIS、OLT/BRAS，這是目前廣電網絡最主要的兩種數據接入方式，但均屬於專用硬件設備，需要專門的網管（EMS/NMS）去管理，需要單點配置，開通企業專線有時需要CPE 設備作為接入網關。
3. 雙向固網數據接入設備虛擬化
使用x86 COTS服務器構成的統一的NFVI基礎設施層，應用NFV技術，通過軟硬件解耦及功能抽象，使上面說的網絡功能不再依賴於專用硬件，通過虛擬化技術，來承載很多功能的軟件處理，達到資源充分靈活共享，形成vCMTS、vOLT/vBRAS 和vCPE，再通過SDN實現集中管控，大範圍資源靈活調度，通過服務鏈，實現靈活組網，並可開放能力提供用戶自助業務開通。
4. 物聯網接入
這部分主要指LoRa和LTE 700M IoT業務，部分地市廣電已經開展試點和商用，建議逐步納入雲化平臺，vEPC已經很成熟，在電信運營商已得到大面積商用。
5. 5G 接入
廣電沒有2G/3G/4G 歷史包袱，可以輕裝上陣，直接採用SA組網方式，在原廣電區域機房，部署池化CU，直接邁進5G。有條件的地方可以同時上MEC( 多邊緣計算)，滿足大流量（例如基於人工智能技術的視頻分析和圖像識別）本地處置、超低時延、超高可靠（V2X、遠程醫療）的業務場景需求[8]。
1.2.2 橋接雲B
是A雲和C雲的橋樑，提供大數據的快速、可靠、無阻塞轉發，由核心雲控制，實現控制與承載分離。考慮大多數網絡現狀，方案設計最底層使用裸光纖或使用WDM/OTN，中間層是IP網絡，最上層使用的是SDN Overlay。Overlay是一種網絡架構上疊加的虛擬化技術模式，其框架是對基礎網絡不進行大規模修改的條件下，實現應用在網絡上的承載，並能與其它網絡業務分離，並且以基於IP的基礎網絡技術為主，如圖6所示[9]具有如下特點：
1. Overlay網絡是指建立在已有網絡上的虛擬網，由邏輯節點和邏輯鏈路構成。
2. Overlay網絡具有獨立的控制和轉發平面，對於連接在Overlay邊緣設備之外的終端系統來說，物理網絡是透明的。
3. Overlay網絡是物理網絡向雲和虛擬化的深度延伸，使雲資源池化能力可以擺脫物理網絡的重重限制，是實現雲網融合的關鍵。
1.2.3 核心雲C
核心雲是控制中心，提供各種核心網功能模塊化、虛擬化控制和管理，實現網絡集中控制調度，通過編排和協同，實現資源和網絡的最佳配合使用，在控制面集中基礎上還可支持對外能力開放。
1. 5G 核心網
廣電沒有2G/3G/4G歷史包袱，可以輕裝上陣，直接採用SA組網方式，直接部署5G核心網[4]。
2. 4G 核心網
直接部署虛擬化4G核心網vEPC，支持700M LTE業務和IoT；部署vIMS支持VoLTE語音，併為5G網語音回落做準備。
3. 網絡協同/業務編排
充分發揮雲控制器管基礎資源、NFV管虛擬功能、SDN管網絡控制三者的協同配合作用，做好核心支撐。並具備與其他專業網絡管理系統（OSS/BSS）的協同編排，支持融合業務的快速靈活部署和能力開放。
4. CDN服務
廣電與其它電信運營商的最大比較優勢就在內容，內容的生產、智能分發是關鍵，智慧內容+智能網絡=智慧廣電。兩者結合好，就能達到文獻[10]中所描述的美好願景“智慧廣電所構建的全方位信息生態圈，將是以用戶為中心並基於未來媒體內容的智能生產，利用智慧引擎的智慧調度來實現新媒體內容資源的智慧傳輸和承載，提高為用戶服務的效率和質量”。
1.2.4 開放雲O
通過核心雲的北向接口提供的能力開放，給自營或第三方提供APP開發基礎，匯聚最廣大人智資源，充分挖掘發揮核心網最大能力，管理利用好網絡，為客戶提供最極致體驗。
1.2.5 監管雲S
監管雲利用人工智能最新成果的機器深度學習能力的提升和大數據的積累，強化網絡內容（包括視頻、音頻、圖像、文字等）的審查，及時發現非法內容並進行報警或主動干預，是保證廣電網絡可管可控可信的最重要組成部分，還可擔負起對網絡質量、服務質量進行監管的責任。
2 成功實施的關鍵要素
2.1 基礎設施建設
ABCOS 5朵雲的新一代廣電網絡架構的實現，是一個循序漸近過程，需要從簡入難，完全可以借鑑電信企業的經驗和教訓，借用他們已經成熟的思想和方案來實施。
1. 機房的DC化改造
ICT的深度融合是趨勢，對機房的DC 化改造工作現在就可以進行。硬件上，部署模塊化的通用計算、存儲、網絡、電源設備；軟件上，部署基於微服務的虛擬化功能軟件，先期引入已經很成熟的支持固網的vCMTS、vBRAS 和支持移網的vEPC、vIMS，通過集成的編排控制器，完成底層硬件與上層軟件的協調控制，實現整體網絡服務的開放，提供更加敏捷、靈活、按需服務。
2. 機房間SDN網絡互聯
通過部署在通用設備上的SDN 控制器、模塊化服務器上的vSWITCH 和SDN 交換機、SDN 網關，實現全網集中控制、全網調度優化和全網資源的能力開放。
2.2 組織結構建設
新一代廣電網絡架構的基礎是雲、SDN/NFV，帶來的是網絡的軟件化、虛擬化、可編程，實現對外靈活、開放的網絡服務，這些都將在網絡建設、網絡維護及服務提供等方面帶來諸多變化，如表1所列，需要重構公司組織結構。
這就要求我們在組織結構上提前進行調整，以適應新網絡架構的新要求，關鍵要素是流程和人。流程必須適應上面所列變化，如採購不再只是按項目採購專用設備而是協調功能模塊開發，人的素質和知識結構也有新的要求，比如說，原機房值機人員會插拔換模塊就行，現在就需要會配置服務/軟重啟服務，原來會配置專用設備的，現在就需要會編程。
3 結束語
中國特色社會主義進入新時代，黨的十九大報告指出，我國社會的主要矛盾是人們對美好生活的嚮往與不平衡不充分發展之間的矛盾，只有知道了主要矛盾點在哪裡，才能有效應對解決。比照到現在的廣電網絡，主要矛盾就是人民對信息的消費已經遠遠不只滿足在家裡看到清晰的電視節目，而是要隨時隨地使用多種終端消費到自己想要的信息內容，現時的有線電視網已經遠遠無法滿足需求，只有借鑑電信5G網絡架構，重構基於雲、SDN/NFV等新技術的新一代廣電網絡，具有敏捷、集約、高效、彈性、開放、泛在、智能的特性，結合智慧廣電內容生產，做到完美適配，就一定能在市場的競爭中勇立潮頭，重塑廣電輝煌。
參考文獻
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[2] IMT-2020(5G) 推進組. 5G 概念白皮書[EB/OL]. (2015-02).http://www.imt-2020.org.cn/zh/documents/download/2
[3] 5G 網絡架構設計白皮書[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. 全融合網絡虛擬化技術. [EB/OL].(2014). http://www.h3c.com/cn/d_201408/837252_30008_0.htm
[10] 馮景鋒，劉駿，曹志，常江. 基於智慧廣電戰略的廣播電視技術體系構想[J]. 廣播與電視技術,2018,45(5):41-45.
關勇，男，1974年生，清華大學工學碩士學位，高級工程師，河北廣電網絡集團保定有限公司總工，主要從事有線電視網絡規劃、新技術研究、新業務創新應用等方面的研究，主持參與保定數據城域網建設、數字電視平臺研發、BOSS系統開發、IP數字電視前端建設、WiFi無線城市、雪亮工程、市委視訊系統、大喇叭工程等重大項目。
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