基于SDN技术的IP城域网BRAS改造思路研究
曾楚轩
摘要：文章主要是对广东联通IP城域网的建设现状进行分析，从SDN技术引入和发展角度，对IP城域网BRAS（宽带接入设备）的下一步改造方向继续年探讨研究。
关键词：城域网；软件定义网络；宽带接入设备；改造
1背景概述
广东联通数据网络经过多年的建设和积累，但现有建设的网络相对来说比较僵化，管道是硬管道，资源是孤岛。无法满足用户越来越动态化、越来越差异化的需求；无法实现网络资源复用；无法真正的按需扩展；无法实现快速的业务交付；无法支撑固网业务的快速发展。只有从提供差异化服务、降低网络建设成本、提升网络运维效率等方面着手进行网络重构。
广东联通IP城域网全省BRAS数量超过300台，全省各BRAS负荷利用率差异较大。一方面传统BRAS设备上的IP地址池固定配置导致IP利用率参差不齐，IP地址浪费严重加剧了IPv4地址不足的矛盾；另一方面，BRAS上联带宽利用率差异较大导致城域网CR侧端口整体投资效率降低。
随着SDN技术的不断成熟完善，接入网的光纤不断丰富，采用SDN技术将城域网内多台BRAS进行组池化变得更加容易可行。通过BRAS池组化，一是提高BRAS综合IP地址利用率释放出大量IPv4地址资源，二是提高了设备及光缆故障时业务自愈能力，单BRAS的业务负荷预警门限因安全性提高可大幅提升，用户感知也随着故障率降低将大幅提升。
2现状调研
目前BRAS组池化已成熟的做法采用BRAS双机热备或一主一备方式，业界未有进行多BRAS组池的商用案例。各厂家的多BRAS组池主要采用私有协议，且必须光纤网状直连，也只处于研发测试阶段。随着SDN技术的成熟，跨厂家的多BRAS组池及非光纤直连组池变的灵活及可能性更大。
3实现方案
3.1组网方案
如图1所示，SDN BRAS通过SDN控制器（SNC）将多个BRAS统一成一个逻辑BRAS池化管理，实现对BRAS资源的共享利用。这些资源包括IP地址、session资料、BRAS CPU板块能力、VAS业务能力等；同时SDN控制器要实现引流机制，确保将相应的流量引入不同的BRAS，实现资源共享。vBNG部署在当前物理BNG位置，下层二层链路双归或者多归（pool方式）。
3.2业务流程
3.2.1 SDN控制器统一进行地址池发放
动态规划地址池，BRAS上不用单独配置地址池段，统一由控制器管理地址资源，根据地址池使用率情况，动态申请、释放地址子网段，优化地址资源的管理和部署，节省地址空间。
3.2.2 SDN控制器控制用户上线路径，负载均衡
BRAS将资源使用情况上报SDN控制器，系统支持基于延迟的接入控制，SDN控制器分析资源使用情况，动态控制用户上线路径，实现资源负载均衡。包括domian粒度、接口粒度、单板粒度、整机粒度。业务流程如图2所示。
3.3主要技术原理及思路
在目前网络迅速发展，IP地址资源紧缺的形势下，传统的地址池需要手动配置静态地址段，SDN BRAS方案可以实现地址规划的集中化管理，根据BRAS地址池使用率情况，动态申请、释放地址段，节省地址空间，使路由信息的维护更加高效，并简化大型网络的配置。提供了一种更为灵活的地址池管理和部署方式。一个网段的地址可以分成多个子网分配给多台设备共同使用，能够更充分利用地址资源。
SDN BRAs提供了一种动态调整地址池地址容量的机制。动态地址池配置完成后，BRAS根据动态地址池的地址使用率自动向SDN控制器发起地址段的申请和释放请求，并可以向DHCP或PPP用户提供地址分配功能。
BRAS每隔10分钟检查一次动态地址池的地址使用率，当动态地址池的地址使用率高于上限阈值时发起新地址段的申请请求；低于下限阂值时发起地址段的释放请求，释放动态地址池中空闲的地址段。
BRAS对申请到的地址段定期做探测以确保地址段的可用性。当达到探测周期时，BRAS向SDN控制器发起地址段的探测。如果SDN控制器允许继续使用该地址段，则发送探测成功消息，否则发送探测拒绝消息。
SDN控制器下发地址段后，如果SDN控制器与BRAS设备之间链路异常导致报文丢弃，SDN控制器分配的地址段将无人使用。此时需要SDN控制器能够基于地址段进行探测，确认对应地址段是否还在使用，如果没有使用则需要释放，以提高地址段的使用率。
4建设方案的效果
4.1为城域网目标演进方向进行改造
为了优化网络架构，提升业务部署灵活性，实现以云化端局为目标，由刚性管道转换为高效、弹性、按需自服务的业务网络，广东联通数据网采用SDN/NFV技术重构网络架构，分别由VXLAN交换机、云资源池、SDNController，X86标准服务器、OpenStack云管理平台等各功能组件，构建新型城域网架构如图3所示。
BRAS池组化改造，符合CT网向IT网发展的方向和集中的原则，为网络的统一管理和业务快速部署提供了便利。
4.2经济与实用价值
在IPv4地址方面，使用本方案普通宽带接入IPv4地址利用率至少可提升10个以上百分点，以广东联通为例，全省可释放现有的IPv4地址达到20万个。按每个IP年租金100元计算，节约的IP地址年直接经济价值数千万元。
在设备利用率方面，通过池组化可缩减现有BRAS局点，将部分低负荷及老旧的BRAS进行退网或片区化集中化提高服务，可节约局房动力、租金及厂家的维保费用，以广东联通全网改造为例，每年节约运维成本及城域网投资数百万元。
在网络安全及运维抢修方面，使用SDN技术提高了网络的利用率及安全性，可以将原来BRAS重大单点故障的处理几小时级压缩到几分钟级，将大大提升宽带用户的网络感知。
5结语
BRAS池组化后，未來将采用云技术建构vBRAS资源池，相对于城域网原来BRAS设备的单机故障，大大提升了系统的可靠性。通过资源池内部可以轻松实现vBRAS的1：1热备、n：1备份、快速扩容部署、业务快速割接、快速全资源池版本升级等需求。资源池具备集中承载较大规模（10～50万）用户接入的能力，具备支持资源池向边缘DC演进的能力。vBRAS除了能够满足城域网目前各项业务，更因其轻量、弹性的特点，将来在支持新业务能力更是比现网硬件BRAS更有优势。
