2024年宽带网络核心网(BNC)技术白皮书.pdf
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1、宽带核心网(BNC)白皮书宽带核心网(宽带核心网(BNCBNC)技术白皮书技术白皮书中国联合网络通信集团有限公司2024 年 7 月宽带核心网(BNC)技术白皮书目录目录一、宽带业务发展的新机遇、新挑战.2(一)新机遇.2(二)新挑战.3二、重构固定宽带网络架构,面向业务一体化运营.6(一)固定宽带网络架构及存在的问题.6(二)重构固定宽带网络架构.7(三)宽带核心网(BNC)发展愿景.10三、宽带核心网(BNC)技术演进.11四、宽带核心网(BNC)系统架构.15(一)管理面.151 网元管理.162 业务编排.163 智能运维.164 数字孪生.16(二)控制面.171 接入控制.172
2、智能策略.17宽带核心网(BNC)技术白皮书3 智慧运营.184 服务化架构.18(三)用户转发面.211 转发控制.212 智能感知.223 安全自愈.22(四)智能算力底座.22五、宽带核心网(BNC)关键技术.24(一)转控分离.24(二)服务化架构.25(三)信令化业务控制.27(四)用户永远在线.281 CP 异地 1+1 热备.282 双 CP 中断极限逃生.293 UP 异地温备池化.29(五)内生网元智能.301 智能应用识别.322 智能流量转发策略.33宽带核心网(BNC)技术白皮书3 智能业务质量分析与保障.33六、宽带核心网(BNC)业务场景.36(一)典型组网方案.3
3、61 UP1+1 温备模型.362 UP3+1 温备模型.36(二)典型业务场景.381 专线信令化承载.382 智能业务加速.403 IPv6 浓度分析.414 绿色上网服务.425 用户边缘云网一体服务.426 政企固移融合边缘云业务.427 企业专线移机不换 IP 地址.438 智算业务入算服务.44七、未来展望.46附录 I 缩略语列表.47宽带核心网(BNC)白皮书-1-前 言我国“十四五”规划和 2035 年远景目标纲要将未来网络作为六大未来产业之一,未来网络是新质生产力的重要组成部分。建设更快捷、更智能、更安全的下一代互联网,提供高品质、高安全、可定制的差异化服务成为未来网络的演
4、进方向。宽带网络作为我国经济社会发展的战略性公共基础设施,是实施网络强国、数字中国战略的重要承载底座。随着新一轮科技革命和产业革命不断深入,宽带业务从单一型的 ToH 互联网上网业务向复合型的 ToB/ToH 业务转变。业务场景多元、业务需求多变,需要宽带网络提供更灵活的业务控制能力、更快速的业务创新能力、更安全的业务保障能力。中国联通基于业务需求的变化和以客户为中心的经营理念,提出“宽带核心网”概念,将宽带网络的核心能力从业务接入能力转变为业务控制、创新和运营能力,并逐步向“移动核心网”能力看齐。本白皮书分析了宽带业务发展面临的新机遇和挑战,提出基于服务化架构和智能算力底座,构建灵活、高效、
5、智慧、安全的宽带核心网的发展愿景,并对宽带核心网系统架构、关键技术做了详尽介绍。白皮书还探讨了宽带核心网多样化的典型业务场景,为宽带业务创新和方案设计提供参考。最后,白皮书对宽带核心网未来发展作出展望,同时诚邀业界同仁携手并进,共同推进面向 6G 的空天地固移融合网络演进,为推动互联网 2030、实现网络强国和数字中国贡献力量。宽带核心网(BNC)技术白皮书-2-一、一、宽带业务发展的新机遇、新宽带业务发展的新机遇、新挑战挑战随着互联网的快速不断发展和智慧家庭终端的大规模普及,中国三大运营商在宽带智能业务上的探索都取得了显著的进展。截至2024 年 2 月,我国固定宽带用户数达 6.43 亿户
6、,其中 FTTH 用户占比 95.4%,百兆以上用户占比 94.5%。城乡差距急剧缩小,东中西部渗透率差异小于 1%,基本实现宽带互联网接入平权。近年来,智慧家庭增值业务逐渐成为运营商宽带收入的增长引擎。随着互联网应用和物联网的发展,对宽带网络提出大量的新需求,也给运营商宽带网络运营带来新的机遇和挑战。(一)(一)新机遇新机遇从政策层面看从政策层面看:随着“新基建”战略的深入实施,5G 网络和宽带网络已经实现从百兆向“双千兆”升级,“双千兆”也成为支撑经济社会高质量发展、构建新发展格局的新型基础设施的关键环节。工信部通过持续开展“千兆追光计划”等活动,深入推进千兆光网创新应用,强调加快千兆行业
7、专网建设,围绕工业、教育、医疗等重点领域,开展典型场景建设应用试点示范。宽带网络面临新的发展机遇,通过固移融合、边缘云网协同等业务创新,不仅提供家庭用户互联网连接,还将在工业互联网、智慧城市和智慧乡村等领域发挥重要作用。从互联网演进看:从互联网演进看:下一代互联网将以 IPv6 为基础协议,国内移动互联网的 IPv6 流量占比已超 60%,固网互联网 IPv6 流量占比达宽带核心网(BNC)技术白皮书-3-到 20%。宽带网络作为固网互联网的用户触点网络,是推动互联网向 IPv6 演进的关键,宽带网络需要加强从终端到网关优先支持 IPv6访问的能力,并加速优化 IPv6 业务性能。未来网络将是
8、空天地一体化的网络,以“星链”为代表的卫星互联网已经显示出巨大的生命力,我国近年持续大力发展卫星互联网。IMT-2030 提出的 6G 网络愿景中,明确提出空天地立体广域覆盖通信网络提供泛在联接的方向,因此,固定宽带网络面临向空天地融合网络发展的新机遇。从业务需求看:从业务需求看:随着政策的驱动、IPv6 技术的推广、互联网新应用和中/高速物联网的发展,人们对于固定宽带网络的诉求从简单的家庭互联网连接,向家庭、政企、园区等复合型应用场景的方式转变,向固移融合的互联网服务转变。从传统的语音、电视、互联网应用向人人/人机/现实与虚拟间文本、语音、图像、视频、语义等多种模式应用演进。多元化的业务场景
9、、多变的业务需求,需要宽带网络提供更灵活的业务控制能力、更快速的业务创新能力,以及更安全的业务保障能力。(二)(二)新挑战新挑战新的发展机遇,给当前宽带网络技术和运营组织体系带来诸多新的挑战。运营理念的挑战运营理念的挑战:宽带业务场景和需求多元化,要求运营商从面向网络建设和运维向面向业务和客户服务转型,对宽带网络的架构和宽带核心网(BNC)技术白皮书-4-运营模式都带来巨大的挑战。服务体验的挑战服务体验的挑战:尽管宽带技术不断进步,但针对不同用户、不同业务的不同颗粒度的差异化服务能力较弱,宽带逐渐被管道化。如何让网络与业务深度耦合,提供更高效、更稳定的服务,提高不同客户的服务体验成为运营商面对
10、的新挑战。服务能力的挑战:服务能力的挑战:业务场景从传统的家庭上网,向家庭组网(FTTR 等)、智慧家庭(视频监控、家居/家电遥控、资源共享等)、专项应用质量保障(办公业务保障、视频和游戏保障等)、绿色安全上网、边缘云网服务等多元化业务转变;从传统的企业上网,向智能制造、工业互联网、智慧社区、智慧城市、智慧医疗、远程教育多场景转变。对运营商快速业务创新能力、差异化端到端网络资源调配、边缘算网融合等业务控制能力、智能自动化的运营服务能力提出了更高的要求。智能运营的挑战:智能运营的挑战:运营商的运营理念正从面向网络 KPI 的运营,向面向用户和业务的价值运营转变,需要宽带网络有更高阶的智能化技术和
11、平台,提供更强的业务识别、判断、智能分析和策略部署能力,从而实现差异化保障能力,为用户、业务提供更好的应用体验。运营能效的挑战运营能效的挑战:随着技术的进步,宽带网络设备容量越来越大、能力越来越强,如何优化网络架构和传输方案,降低运维复杂度,提高网络可靠性和性能,并同步减少网络单位能耗和成本,是运营商面宽带核心网(BNC)技术白皮书-5-临的又一挑战。网络安全的挑战:网络安全的挑战:2023 年我国遭受恶意软件攻击总次数达281.4 亿次,比 2022 年的 246.3 亿次增长了 14.3%,用户的个人隐私和信息安全面临风险;网络安全法对互联网内容治理做出明确的规范,但仍有大量不良内容以多种
12、方式充斥互联网;随着网络应用的广泛和深入,网络安全威胁也在不断增加,为客户提供更有安全保障的互联网连接和服务也成为运营商宽带网络发展面临的一个重要课题。宽带核心网(BNC)技术白皮书-6-二、二、重构固定宽带网络架构,面向业务一体化运营重构固定宽带网络架构,面向业务一体化运营(一)(一)固定宽带网络架构及存在的问题固定宽带网络架构及存在的问题在运营商网络中,固定宽带网络常常分为终端、宽带接入网、IP城域网、运营支撑系统四大部分,如图 1 所示。图 1 传统固定宽带网络架构宽带接入网主要完成面向客户的接入。目前国内运营商已经全面实现全光接入,PON 是主要的宽带接入技术。BNG 设备是宽带接入网
13、和互联网的衔接点,通常采用分布式部署模式,分散部署在城域网中的汇聚节点。在功能上 BNG 是用户注册和接入互联网的门户,是控制用户接入网络和接入能力的策略执行点。但在网络结构上,BNG 设备是 IP 城域网的边缘设备。运营商对BNG 的网络属性比较关注,但对 BNG 作为用户接入网关的业务属性相关的研究较少。网络运营支撑系统通常包括:1)用户认证鉴权和计费系统(一般称为 AAA 系统),是用户接入网络和接入能力策略控制点。宽带核心网(BNC)技术白皮书-7-2)地址分配系统,在传统的网络架构中,针对 PPPoE 业务,由 BNG 在配置规划好的地址池中随机为用户分配地址;针对IPoE 业务,一
14、般由 DHCP 服务器为用户分配地址。3)面向网络运维的终端和网络管理系统,面向业务运营的服务开通系统、号线系统等,分属不同的专业管理。随着业务和应用的发展,传统宽带网络架构不利于面向业务运营的问题愈发突出,主要表现在:1)传统分段化宽带网络组织管理模式下,不同专业间协同困难,网络采用预配置模式,面向业务需求的灵活调度和调整能力弱。2)缺乏集中、完善的网管系统和业务控制系统,面向业务的运营手段不足,新特性/技术引入需要设备逐台整机升级,变更全局业务策略时配置周期长、设备版本多、功能差异大。3)BNG 分布式部署,未部署整机保护和跨机房保护手段,单机故障将导致数万用户业务中断,安全隐患大。4)不
15、同区县业务分布不均,不同 BNG 设备承载的用户数、流量差异较大,设备整体效能低(设备板卡、端口利用率较低,IPv4 地址资源使用率较低)。(二)(二)重构固定宽带网络架构重构固定宽带网络架构面对业务发展的挑战和网络存在的问题,中国联通提出对宽带网宽带核心网(BNC)技术白皮书-8-络架构进行重构,将“光接入网+BNG+网络运营支撑”重构为端到端“宽带网络”,实现宽带网络端到端一体化运营,重构后的宽带网络架构如图 2 所示。图 2 端到端宽带网络架构重构后的宽带网络架构中,BNG 从 IP 网络中的一个网元,结合宽带网络的业务控制能力,演进为宽带网络的核心网,这不仅仅是网元专业归属的调整,更是
16、宽带网络基于面向业务运营的理念,实施的一个重要技术创新。新型宽带网络架构的核心特征包括:1)运营组织架构重构:运营组织架构重构:将“光接入网+BNG+网络运营支撑”由多个不同的运营专业重构为“宽带网络”专业,实现宽带网络一体化的规建维优营。2)打造宽带核心网(打造宽带核心网(BroadbandBroadband NetworkNetwork CoreCore,BNCBNC):BNC 定位为固网宽带业务的控制中心和基于用户会话策略的分流锚点,BNC 是新型宽带网络的最重要的能力中心;BNC 控制面云化,采用服务化架构,不仅包含宽带接入网关(BNG)、宽带核心网(BNC)技术白皮书-9-AAA/D
17、HCP 等网络功能和业务能力,还包含业务和网络体验智能感知、网络和服务内生安全等新的服务能力,服务化架构下各个核心网功能网元间高效协同为客户提供服务。3)数据驱动、智能内生:数据驱动、智能内生:新型宽带网络增强对网络和业务数据的采集能力,引入人工智能技术,构建智能算力底座,提供业务层、网络层、管理层多级智能,实现网络智慧运维、业务智慧运营,进而增强 NaaS 服务能力。4)网络即服务(网络即服务(NetworkingNetworking asas a a ServiceService,NaaSNaaS):通过打造宽带核心网,将宽带网络的核心能力从业务接入能力转变为业务控制、创新、运营能力,推动
18、业务和产品创新,提升面向业务和客户的服务能力,提升网络即服务的运营能力,NaaS 不仅仅将宽带网络的互联网接入连接作为一种可配置的基础服务,而且还能通过智能的控制平面,基于标准化的网络能力 API 接口,将网络的能力开放给上层应用,通过上层应用的调用和集成,为客户提供融合信息服务(例如算网一体服务、端到端可编程服务、高吞吐低时延端到端入云服务等)。5)向空天地一体化演进:向空天地一体化演进:宽带网络和移动网络均为互联网的接入网络,宽带网络逐步向移动网络架构及能力看齐,以服务化架构的核心网为起点,为未来固定网络和移动网络、卫星互联网等融合,实现空天地一体化网络演进打下基础。宽带核心网(BNC)技
19、术白皮书-10-6)高可用性:高可用性:宽带网络将从网络结构、安全、自愈、弹性扩展等方面进行技术和方案的创新,全面提升网络的可用性。(三)(三)宽带核心网(宽带核心网(BNCBNC)发展愿景)发展愿景通过宽带核心网技术创新,实现从终端到互联网网关、从业务到网络的宽带网络端到端一体化调度、编排;面向差异化需求的快速产品创新和策略组合实现“端网业”高效协同;与人工智能技术相结合,实现宽带网络的立体化端到端(终端、接入网、核心网)智慧运营;与边缘云、5G 网络、承载网和新型数据中心协同,提供算网一体化服务。宽带核心网(BNC)技术白皮书-11-三、三、宽带核心网(宽带核心网(BNCBNC)技术演进)
20、技术演进宽带核心网以 BNG 为基础,融合宽带网络业务控制功能,是宽带网络的核心。其中 BNG 自互联网技术发展以来,面对固网宽带业务形态和需求持续快速变化,经历了四次较大的功能和技术演进阶段,如图 3 所示:图 3 BNG 架构演进1)1)第一阶段:第一阶段:BRASBRAS 阶段阶段BRAS是宽带接入服务器(Broadband Remote Access Server)的简称。BRAS 初期主要面向 xDSL 接入方式,转发内核早期采用ATM 协议,受限于 ATM 架构,BRAS 的每单板的容量只有 622M。随着 ATM 技术被 IP 技术淘汰,BRAS 转发技术也快速演进到基于 IP协
21、议的路由器技术。基于 PPPoE 机制,完成宽带用户的接入认证、授权和计费,分配 IP 地址,并具备简单的 QoS 控制能力。由于 BRAS的 IP 路由转发能力和 VPN 的支持能力较弱,因此在 IP 城域网中,运营商通常额外配置 SR 设备负责专线业务的接入,例如 MPLS L2VPN、MPLS L3 VPN 等企业专线以及 IPTV 业务。BRAS+SR 成为宽带核心网(BNC)技术白皮书-12-这个阶段典型的双边缘部署模式。2)2)第二阶段:第二阶段:BNGBNG 阶段阶段随着路由器设备技术的进步,BRAS 和 SR 设备本身的技术和能力逐步趋向一致,为了取得运营成本上的优势,通过业务
22、组合提高服务能力和市场竞争力,运营商开始融合 BRAS 和 SR 边缘网关,BNG应运而生。BNG(Broadband Network Gateway)是宽带网络网关的简称,基于 IP 路由器技术架构,实现多业务综合接入。支持PPPoE/IPoE 认证机制,增强面向业务控制的会话能力,提供层次化的 QoS、地址转换等功能,实现家庭宽带上网、固定电话、互联网专线、IPTV 等多业务综合接入;增强路由器功能,支持 MPLS 协议,支持基于 MPLS 的 L2VPN、L3VPN 业务。3)3)第三阶段:转控分离第三阶段:转控分离 DBNGDBNG 阶段阶段采用分布式部署 BNG 设备的建设模式下,一
23、个城域网中可能有多个供应商、多种型号、多个版本,开发一项新的网络业务通常需要对设备进行升级甚至进行设备更换。BNG 设备软件和硬件复杂度的提升增加了对设计、集成、运营的技术要求,限制了新增值业务的创新、开发和部署。DBNG(Disaggregated BNG)是转控分离宽带网络网关的简称,DBNG 采用 SDN 理念,将 BNG 的业务控制功能和流量转发功能分离,形成可分别部署的控制面和用户面两类实体。控制面可以集宽带核心网(BNC)技术白皮书-13-中部署,实现对多个用户面接入的业务的集中控制。用户面可以按需集中部署或下沉部署,执行业务策略和流量转发;控制面采用 NFV技术,降低对专用芯片、
24、专业厂商的依赖;也有部分运营商和厂商采用 NFV 技术开发 DBNG 的用户面网元,用于处理小流量的业务(如语音、终端管理信息等)。用户面和控制面间通过标准化接口实现通信。4)4)第四阶段:第四阶段:BNCBNC 阶段阶段在前三个阶段,BRAS/BNG 作为 IP 城域网的一个网元,技术的演进围绕做好 IP 网络的一个网关网元开展。在第四阶段,BNC 将BNG 作为宽带网络的一部分,并结合宽带业务能力,演进为宽带核心网。BNC 核心思想是基于端到端宽带网络,实现面向业务的运营转型,在 DBNG 基础上,采用服务化架构,增强控制面功能,引入大数据和人工智能技术,增强网络面向业务的智能运营能力。B
25、NCBNC 是面向未来宽带业务发展的重大架构变革。是面向未来宽带业务发展的重大架构变革。宽带核心网BNC 不是简单将传统 BNG 的用户转发面和控制面分离,而是通过架构演进、能力聚合、技术创新,实现从“宽带接入网关”业务接入管理向“宽带核心网”全面业务运营控制转变。通过聚合接入认证、业务感知分析、内容分发等多项能力,宽带网络将建立“核心网”能力。BNCBNC 是实现宽带业务主动运营的重要抓手是实现宽带业务主动运营的重要抓手。BNC 控制面定位为宽带业务的控制中心,用户面定位为基于用户会话策略的分流锚点。宽带核心网(BNC)技术白皮书-14-基于这个定位,建立宽带网络面向业务的主动运营核心能力。
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