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摘 要：传统电信网络架构封闭，难以满足互联网+时代的业务需求，需要对网络架构进行变革，向以数据中心为基础的SDN/ NFV新型网络进行转型。文章从CO重构的角度，探索如何利用现网的电信机房，进行DC化改造，通过逐步引入虚拟化电信业务，实现网络转型。
关键词：CO重构；边缘DC；SDN；NFV
电信运营商正面临从传统网络向SDN/NFV为代表的新型网络变革的挑战和机遇，数据中心将成为未来电信网络的核心载体之一。现网中存在的大量通信机房和通信设备如何改造，如何能够既充分利用现有的机房资源，又逐步实现传统网络向SDN/NFV新网络的转型，成为摆在运营商面前的一道难题，CO（Central Office）机房重构因此成为当前运营商研究的重点课题。
目前海外主流运营商及相关的组织机构已经开始进行CO重构的研究，这其中以美国的AT&T和欧洲的Orange、DT为典型代表。AT&T目前的研究進展较为领先，已经在ONF2015峰会上进行了固网CORD（Central Office Re-architected as a Datacenter）的相关Demo展示，该方案主要由固网网元虚拟化（包括vBNG，vCPE，vOLT三个网元）、CORD内的leafspine组网方案、编排管理方案（XOS编排器）三大方案构成，具体如图1所示。
AT&T CORD方案的特点：（1）网元虚拟化方案比较激进和彻底，除OLT中的PON MAC由于光器件的特殊特性采用专用硬件外，其余网元功能完全采用纯软件的方式在COTS通用服务器上实现。（2）DC内部组网采用白盒交换机组成leaf-spine无阻塞交换矩阵，由SDN控制器集群通过openflow协议对Fabric交换机进行控制。（3）vBNG、vOLT作为SDN App运行在SDN控制器平台上。
除了海外运营商外，国内运营商也开始思考如何通过对本地网CO重构实现边缘DC的建设。SDN/NFV网络将以三级DC架构（中心DC、区域DC和边缘DC）为基础，已经成为国内运营商的共识。与互联网公司相比，数量众多、接近用户的属地化边缘DC是电信运营商的核心优势和重要资产。边缘DC主要覆盖本地网层面，满足本地业务接入，关注低时延和用户体验提升。边缘DC建设的重点就是对现有的本地网CO进行重构。
2 本地网CO重构
本地网CO的重构可以分为2个方面：一CO机房的物理改造，二是CO机房中传统网元设备的NFV化改造。
在物理改造方面，新型数据中心与传统通信机房相比，在功率密度上有较大的提升，传统电信专用设备每机架功率密度约2～4kW，而数据中心的IT机架可以容纳20～30台服务器，功率密度将提升到每机架10～20kW，因此对机房的电力、空调都提出更高的要求。此外，由于数据中心具备弹性伸缩的特性，可以比传统机房覆盖用户数提升数倍乃至十几倍，数据中心的数量将比CO机房有大幅减少，单个数据中心内放置的COTS服务器、网络等设备数量也将大幅提升，需要预留足够面积的机房空间。如果按照每20万宽带用户，每用户平均流量5Mbps计算，大概需要预留20个机架位置、60m2空间。边缘DC覆盖的用户数越多，所需预留的机房空间也要同比增加，满足弹性扩容需求。因此，在边缘DC的物理局所选择上，需要综合考虑电力、空调、面积及光纤资源等多个因素，选择合适的CO机房进行改造。由于PSTN退网已经腾空一些机房，建议优先从PSTN退网机房中选择条件合适的进行DC化改造。
在CO机房中传统网元的NFV化改造方面，需要结合业务的特点和技术的演进来分阶段分步骤完成。目前本地网内通信机房从横向按照专业可以大致分为交换、数据、传输、综合四大类型，从纵向可以分为骨干、城域核心、业务控制和接入4个层级。不同专业、不同层次的设备是否进入DC，以及进入DC的时间次序都存在着差异，需要综合考虑。
当前x86服务器的主要优势在于计算能力较为强大，而在转发性能上相对还偏弱，因此，与业务控制强相关、偏重于计算能力的网元和功能将优先进行虚拟化改造进入DC，而对于高转发要求的网元改造时机尚不成熟，如AR/CR等高端路由器，另外涉及光传输、无线射频等偏物理层的网元也不适合虚拟化改造。考虑专业特性，各专业传统设备的改造思路如下：（1）PSTN等固网交换类设备随着PSTN改造及固移融合自然退网。（2）BNG设备优先引入NFV化的控制面部署在边缘DC，核心/骨干路由器设备机房暂时保持。（3）光传输机房仍然保留，部分服务于固网交换的本地传输也将自然退网。（4）接入类机房将向NG接入方向演进，呈现微云化、类DC的特征；硬件上专用硬件和IT硬件结合，部分接入汇聚机房未来可改造为边缘DC的远端模块，服务于部分下沉网元，改善用户体验。
综合考虑，未来边缘DC中包含的虚拟化网元主要有vBNG控制面、vCPE控制面、vOLT控制面、vCDN、vEPC用户面、vBBU控制面等几类，本文建议根据业务的实际需求和技术成熟度，分3个阶段演进。
阶段一：从本地网PSTN机房中挑选条件较好的进行DC改造试点，部署云管理平台、SDN控制器，并将vBNG/vCPE等控制面虚拟化部署进入边缘DC，BNG设备集中到边缘DC，实现BNG的资源池化，节约BNG扩容成本，解决部分站点BNG设备数量过多、机房空间不足的问题，同时采用BNG硬件转发面，仍然保持电信级处理能力；vCDN，vEPC-U下沉，减少城域网穿透流量，降低时延，提升用户体验。
阶段二：随着4K视频等大带宽业务的推广，业务流量大幅增长，原有BNG转发面能力难以满足需求，逐步引入新型高性能通用转发面，并实现vBNG/vEPC/vCPE等多网元共享统一的转发资源池；采用分布式DC，弹性部署，服务于业务动态部署，vCDN缓存可以有选择地下沉到部分OLT局所，进一步提升热点区域用户体验，该下沉局所通过光纤接入边缘DC，作为边缘DC的远端模块；引入CRAN架构，BBU池化，实现无线资源集中控制和管理，降低OPEX，提升小区边缘速率，提升用户体验。
阶段三：边缘DC内各网元VNF逐步实现组件化，运营商可以基于组件灵活搭建各类功能，提供差异化的随需网络；BBU虚拟化，进一步实现无线基站的资源共享、弹性伸缩，降低成本。
各网元在各阶段的虚拟化演进过程如表1所示。
3 结语
综上所述，CO机房重构为边缘DC将成为运营商向SDN/ NFV架构演进的重点，各类网元设备向SDN/NFV演进之路不能一蹴而就，需要综合考虑业务特性和技术成熟度，合理规划，逐步推进。
Study on Central Office Refactor to Push Edge DC Deployment
Zhang Sihong
（Nanjing ZTE Software Co.， Ltd.， Nanjing 210012， China）
Abstract： Traditional telecom networks are closed， it is difficult to satisfy the service requirements of internet+ era the network architecture need to change to new SDN/NFV network which based on data center. This paper from the perspective of CO refactor， explores how to leverage exist telecom central offices， how to refactor as a data center， and achieve the network transformation target through the gradual introduction of virtual telecom services.
Key words： CO refactor； edge DC； SDN； NFV
关键词：CO重构；边缘DC；SDN；NFV
电信运营商正面临从传统网络向SDN/NFV为代表的新型网络变革的挑战和机遇，数据中心将成为未来电信网络的核心载体之一。现网中存在的大量通信机房和通信设备如何改造，如何能够既充分利用现有的机房资源，又逐步实现传统网络向SDN/NFV新网络的转型，成为摆在运营商面前的一道难题，CO（Central Office）机房重构因此成为当前运营商研究的重点课题。
目前海外主流运营商及相关的组织机构已经开始进行CO重构的研究，这其中以美国的AT&T和欧洲的Orange、DT为典型代表。AT&T目前的研究進展较为领先，已经在ONF2015峰会上进行了固网CORD（Central Office Re-architected as a Datacenter）的相关Demo展示，该方案主要由固网网元虚拟化（包括vBNG，vCPE，vOLT三个网元）、CORD内的leafspine组网方案、编排管理方案（XOS编排器）三大方案构成，具体如图1所示。
AT&T CORD方案的特点：（1）网元虚拟化方案比较激进和彻底，除OLT中的PON MAC由于光器件的特殊特性采用专用硬件外，其余网元功能完全采用纯软件的方式在COTS通用服务器上实现。（2）DC内部组网采用白盒交换机组成leaf-spine无阻塞交换矩阵，由SDN控制器集群通过openflow协议对Fabric交换机进行控制。（3）vBNG、vOLT作为SDN App运行在SDN控制器平台上。
除了海外运营商外，国内运营商也开始思考如何通过对本地网CO重构实现边缘DC的建设。SDN/NFV网络将以三级DC架构（中心DC、区域DC和边缘DC）为基础，已经成为国内运营商的共识。与互联网公司相比，数量众多、接近用户的属地化边缘DC是电信运营商的核心优势和重要资产。边缘DC主要覆盖本地网层面，满足本地业务接入，关注低时延和用户体验提升。边缘DC建设的重点就是对现有的本地网CO进行重构。
2 本地网CO重构
本地网CO的重构可以分为2个方面：一CO机房的物理改造，二是CO机房中传统网元设备的NFV化改造。
在物理改造方面，新型数据中心与传统通信机房相比，在功率密度上有较大的提升，传统电信专用设备每机架功率密度约2～4kW，而数据中心的IT机架可以容纳20～30台服务器，功率密度将提升到每机架10～20kW，因此对机房的电力、空调都提出更高的要求。此外，由于数据中心具备弹性伸缩的特性，可以比传统机房覆盖用户数提升数倍乃至十几倍，数据中心的数量将比CO机房有大幅减少，单个数据中心内放置的COTS服务器、网络等设备数量也将大幅提升，需要预留足够面积的机房空间。如果按照每20万宽带用户，每用户平均流量5Mbps计算，大概需要预留20个机架位置、60m2空间。边缘DC覆盖的用户数越多，所需预留的机房空间也要同比增加，满足弹性扩容需求。因此，在边缘DC的物理局所选择上，需要综合考虑电力、空调、面积及光纤资源等多个因素，选择合适的CO机房进行改造。由于PSTN退网已经腾空一些机房，建议优先从PSTN退网机房中选择条件合适的进行DC化改造。
在CO机房中传统网元的NFV化改造方面，需要结合业务的特点和技术的演进来分阶段分步骤完成。目前本地网内通信机房从横向按照专业可以大致分为交换、数据、传输、综合四大类型，从纵向可以分为骨干、城域核心、业务控制和接入4个层级。不同专业、不同层次的设备是否进入DC，以及进入DC的时间次序都存在着差异，需要综合考虑。
当前x86服务器的主要优势在于计算能力较为强大，而在转发性能上相对还偏弱，因此，与业务控制强相关、偏重于计算能力的网元和功能将优先进行虚拟化改造进入DC，而对于高转发要求的网元改造时机尚不成熟，如AR/CR等高端路由器，另外涉及光传输、无线射频等偏物理层的网元也不适合虚拟化改造。考虑专业特性，各专业传统设备的改造思路如下：（1）PSTN等固网交换类设备随着PSTN改造及固移融合自然退网。（2）BNG设备优先引入NFV化的控制面部署在边缘DC，核心/骨干路由器设备机房暂时保持。（3）光传输机房仍然保留，部分服务于固网交换的本地传输也将自然退网。（4）接入类机房将向NG接入方向演进，呈现微云化、类DC的特征；硬件上专用硬件和IT硬件结合，部分接入汇聚机房未来可改造为边缘DC的远端模块，服务于部分下沉网元，改善用户体验。
综合考虑，未来边缘DC中包含的虚拟化网元主要有vBNG控制面、vCPE控制面、vOLT控制面、vCDN、vEPC用户面、vBBU控制面等几类，本文建议根据业务的实际需求和技术成熟度，分3个阶段演进。
阶段一：从本地网PSTN机房中挑选条件较好的进行DC改造试点，部署云管理平台、SDN控制器，并将vBNG/vCPE等控制面虚拟化部署进入边缘DC，BNG设备集中到边缘DC，实现BNG的资源池化，节约BNG扩容成本，解决部分站点BNG设备数量过多、机房空间不足的问题，同时采用BNG硬件转发面，仍然保持电信级处理能力；vCDN，vEPC-U下沉，减少城域网穿透流量，降低时延，提升用户体验。
阶段二：随着4K视频等大带宽业务的推广，业务流量大幅增长，原有BNG转发面能力难以满足需求，逐步引入新型高性能通用转发面，并实现vBNG/vEPC/vCPE等多网元共享统一的转发资源池；采用分布式DC，弹性部署，服务于业务动态部署，vCDN缓存可以有选择地下沉到部分OLT局所，进一步提升热点区域用户体验，该下沉局所通过光纤接入边缘DC，作为边缘DC的远端模块；引入CRAN架构，BBU池化，实现无线资源集中控制和管理，降低OPEX，提升小区边缘速率，提升用户体验。
阶段三：边缘DC内各网元VNF逐步实现组件化，运营商可以基于组件灵活搭建各类功能，提供差异化的随需网络；BBU虚拟化，进一步实现无线基站的资源共享、弹性伸缩，降低成本。
各网元在各阶段的虚拟化演进过程如表1所示。
3 结语
综上所述，CO机房重构为边缘DC将成为运营商向SDN/ NFV架构演进的重点，各类网元设备向SDN/NFV演进之路不能一蹴而就，需要综合考虑业务特性和技术成熟度，合理规划，逐步推进。
Study on Central Office Refactor to Push Edge DC Deployment
Zhang Sihong
（Nanjing ZTE Software Co.， Ltd.， Nanjing 210012， China）
Abstract： Traditional telecom networks are closed， it is difficult to satisfy the service requirements of internet+ era the network architecture need to change to new SDN/NFV network which based on data center. This paper from the perspective of CO refactor， explores how to leverage exist telecom central offices， how to refactor as a data center， and achieve the network transformation target through the gradual introduction of virtual telecom services.
Key words： CO refactor； edge DC； SDN； NFV