1 北京联通IPv6+5G承载网实施背景

1.1 网络新基建带来的机遇

IP网络是新型基础设施建设中的底层设施。通过引入大数据、AI技术和新一代“IPv6+”协议,IP网络正迎来从传统IP网络到智能IP网络的巨大飞跃。网信办、工信部多次发文,部署推进“IPv6+”产业进展,在《IPv6流量提升三年专项行动计划(2021-2023年)》的通知中提出推进IPv6网络及应用创新,基础电信企业、互联网企业、重点行业企业加大IPv6分段路由(SRv6)等“IPv6+”网络技术创新力度,加快技术研发及标准研究进度,扩大现网试点并逐步实现规模部署。北京联通充分发挥IPv6协议的灵活性,将5G承载网与下一代互联网创新技术相结合,面向新基建发展增强型的“IPv6+”5G承载网络。

1.2 确定性时延的挑战

5G时代是交互控制的时代,5G网络高带宽和低时延的数据传输能力,为实时交互和控制类业务构筑基本的网络底座。特别是5G URLLC类业务要求承载网提供确定性、可承诺的时延保证以及高可靠的安全网络,例如电网差动保护类业务,需要毫秒级的RTT(Round-Trip-Time,往返时间)。

2 北京联通IPv6+5G承载网设计目标

2.1 北京联通网络切片设计目标

关键设计目标:

确定性时延:基于确定性业务的需求分配专用资源,实现时延可承诺。

高可靠:通过TI-LFA FRR(Topology-Independent Loop-free Alternate Fast ReRoute)、Candidate Path、双发选收等技术实现“零”丢包。

安全隔离:基于各种软硬隔离技术,满足高品质业务的确定性承载及高安全业务的物理隔离要求。

智能管控:快速响应切片业务需求,准确提供网络资源,做到弹性扩缩容,实现网络“规、建、维、优、营”生命周期内的闭环自治。

能力开放:管控系统支持能力开放,拉通无线、承载和核心网域,实现从用户意图到切片业务开通的全流程打通。

2.2 北京联通网络切片方案架构

北京联通网络切片方案架构

如图所示,通过CSMF(通信服务管理功能)、NSMF(网络切片管理功能)和NSSMF(网络切片子网管理功能)的分解与协同,完成端到端切片网络的实例化部署:

企业客户业务订购Portal:面向企业用户订购切片业务或者切片服务。

CSMF:负责切片服务的商品管理,用户订单管理,用户计费,将客户订购的切片服务转换成网络切片需求下发给NSMF。

NSMF:跨域切片管理器,负责包括接入网、承载网和核心网的端到端切片的编排、创建、监控与优化。

NSSMF:子网切片管理器,一般按AN(接入网),TN(承载网)和CN(核心网)等子域划分,北京联通使用智能城域网控制器承担TN-NSSMF角色。

3 北京联通IPv6+5G承载网实施方案

3.1 北京联通的基线方案

北京联通针对不同业务的差异化需求以及发展节奏,在智能城域网预部署基础和增值共两个切片,预留业务级独享切片能力。基础切片承载无特殊SLA要求的业务,增值切片承载高价值和高SLA要求的业务,独享切片承载2B业务中对SLA要求极高的业务,以实现和其他任何业务绝对硬隔离。

引入FlexE、SRv6和EVPN(Ethernet VPN,以太网VPN)等技术,提供协议简化和路径可编程能力,满足业务IPv6化和差异化承载的诉求。引入iFIT(In-situ Flow Information Telemetry,随流信息测量),实现随流检测业务SLA,提升业务感知能力。引入网络控制器实现切片业务自动部署,使用AI加持的智能运维实现故障自动定界等特殊场景,提升网络自动化和运维智能化水平。

北京联通5G承载切片部署方案

3.2 转发面

FlexE硬切片部署

全局规划两个FlexE硬切片,分别对应基础切片和增值切片,硬切片接口分配IPv6接口地址。

承载网东西向与无线、核心网对接,基于VLAN标识入FlexE硬切片,基于DSCP标识入QoS(Quality of Service,服务质量)队列。

3.3 控制面

IS-IS协议开启支持IPv6并使用独立拓扑树。采用不同的IS-IS进程实例分别传递基础切片和增值切片的路由信息。

每台设备规划一个IPv6 Loopback地址,归属于IS-IS基础切片实例。PE间基于此IPv6地址建立BGP邻居关系,不同的切片共享同一个BGP邻居。

基础协议IGP/BGP部署方案

承载网隧道引入SRv6技术,基础切片业务用SRv6 BE承载,增值切片以及未来的独享切片业务用SRv6 Policy承载。

基础切片和增值切片分别部署EVPN实例,并规划不同的Locator,归属于不同的IS-IS进程实例。

隧道和业务部署方案

设备和控制器之间建立BGP-LS/BGP SRv6 Policy邻居,使用BGP-LS上报IGP拓扑、FlexE接口带宽和链路时延等信息给控制器,控制器算路结果通过BGP SRv6 Policy下发到转发设备。

3.4 管理面

北京联通智能城域网智能管控架构

依托控制器完成切片的规划、部署、运维和优化的全生命周期流程。

切片规划:完成切片网络的物理链路、转发资源、业务VPN和隧道规划,指导切片网络的配置和参数设置。

切片部署:完成切片实例部署,包括创建切片接口、配置切片带宽、配置VPN和隧道等功能。

切片运维:完成切片网络可视、故障运维、业务自愈和根因分析等功能。

4 北京联通IPv6+5G承载网应用

展望2021年是“十四五”开局之年,是两个百年目标交汇与转换之年,也是北京联通加快全面数字化转型、实现高质量发展新跃升的关键之年。北京联通使用“IPv6+AI+协议创新”的手段满足5G和云网融合业务灵活、敏捷、差异化的服务诉求,提升用户体验,实现简化网络、意图驱动和智能化运维,打造了面向5G和数字化时代的IPv6+5G承载网。

此技术方案已经在工业生产、传媒直播、安防监控等领域得到广泛的应用,也给两会、服贸会和国庆70周年等大型活动提供了服务。北京联通将继续以技术创新为驱动,以5G智能城域网为平台,深入落实“匠心网络新基建”的工程部署,打造高品质、高效能、智能化的融合承载网。