微服務(wù)化vBRAS技術(shù)白皮書 2024

智聯(lián)計智聯(lián)計術(shù)白皮中國電信股份有公司研究院微服務(wù)化vBRAS技術(shù)白皮書本白皮書版權(quán)屬于中國電信股份有限公司研究院及其合作單位微服務(wù)化vBRAS技術(shù)白皮書主要編寫人員排序不分先后）由國家重點研發(fā)計劃資助（多模態(tài)智聯(lián)計算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究與驗證2023YFB2904100）微服務(wù)化vBRAS技術(shù)白皮書復(fù)雜業(yè)務(wù)支持方向演變。面向AI、云計算等新技術(shù)帶來的云網(wǎng)業(yè)務(wù)本白皮書首先從業(yè)務(wù)需求及技術(shù)發(fā)展趨勢等角度分析了vBRAS技術(shù)演進趨勢，并深入剖析了vBRAS技術(shù)的演進歷程及未來發(fā)展方向；然后，基于vBRAS技術(shù)現(xiàn)狀，全面闡述了微服務(wù)化vBRAS的勢，給出了微服務(wù)化vBRAS的典型應(yīng)用場景；最后，基于vBRAS產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，分析了微服務(wù)化vBRAS演進面臨的挑戰(zhàn)，并給出了演進本白皮書旨在通過對微服務(wù)化vBRAS架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用場微服務(wù)化vBRAS技術(shù)白皮書 2 2 6 6 9 14 17 微服務(wù)化vBRAS技術(shù)白皮書1IP網(wǎng)絡(luò)中通常采用專用設(shè)備實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能承載與業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)，存在功能緊耦合、部署靈活性差及新業(yè)務(wù)升級部署慢等問題。5G與云網(wǎng)融合的發(fā)展，帶來了及彈性擴展等能力，實現(xiàn)定制化業(yè)務(wù)承載，提升資提出了轉(zhuǎn)控分離、虛實共存（虛擬化UP和專用UP共存）的vBRAS（基于VM實現(xiàn)虛擬化）架構(gòu)，并率先實現(xiàn)大規(guī)模部署，引領(lǐng)了全不斷涌現(xiàn)。為滿足新功能快速加載、業(yè)務(wù)靈活部署、差異化服務(wù)提供等需求，vBRAS技術(shù)將向微服務(wù)化方向演進，推動數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)BRAS/BNG功能為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)接入控制層虛擬化解決方案。中國電信基于網(wǎng)絡(luò)演進及業(yè)務(wù)融合承載需求，創(chuàng)造性地將BRAS和SR設(shè)備功能融合，提出MSE2泛關(guān)注。在此基礎(chǔ)上，vBRAS作為關(guān)鍵業(yè)務(wù)錨點網(wǎng)元，其實現(xiàn)方式直接影響了商用部署。隨著業(yè)務(wù)發(fā)展及網(wǎng)絡(luò)演進，微服務(wù)隨著云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能（AI）等新興技術(shù)的蓬勃發(fā)展，融云、融云網(wǎng)新業(yè)務(wù)服務(wù)、差異化/定制化能力提供以及勢。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷進步和業(yè)務(wù)需求持續(xù)變化過程中，vBRAS的演進歷程主要包含三個階段，即一體化vBRAS、轉(zhuǎn)控微服務(wù)化vBRAS技術(shù)白皮書3圖2-1vBRAS演進歷程在vBRAS發(fā)展初期，基于NFV等技術(shù)，提出了將全部BRAS功能承載在一體化vBRAS基于虛擬化技術(shù)，通過單臺服務(wù)器實現(xiàn)BRAS網(wǎng)嚴重不足。從長遠發(fā)展來看，一體化vBRAS存在規(guī)活、新功能升級慢等問題，僅實現(xiàn)了小規(guī)模試點部署，隨著SDN技術(shù)的發(fā)展，在一體化vBRAS技術(shù)基礎(chǔ)上，國內(nèi)運營商提出了微服務(wù)化vBRAS技術(shù)白皮書4在澳大利亞電信等海外運營商進行了少量部署。中國電信基于主導的ITU-TvBRAS-CP負責用戶接入控制、用戶管理、地址管理、UP管理等功能，通虛機（負責用戶接入控制、用戶管理、地址管理、UP采用傳統(tǒng)MSE硬件設(shè)備，僅將用戶管理等相關(guān)用戶管控功能剝離至轉(zhuǎn)發(fā)能力強、可靠性強，具備與傳統(tǒng)BRAS設(shè)備相同的轉(zhuǎn)發(fā)與業(yè)務(wù)處理），微服務(wù)化vBRAS技術(shù)白皮書5采用通用服務(wù)器，基于NFV技術(shù)實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)面功能虛擬化部署，通常包含UP限于通用服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)性能，僅在部分業(yè)務(wù)場景下（如ITMS白盒（White-Box）設(shè)備1具備靈但白盒設(shè)備針對QoS、組播、流量工程等功能的支持程度較弱，在實現(xiàn)vBRAS針對大規(guī)模廣域網(wǎng)絡(luò)場景，白盒設(shè)備的技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)探中國電信率先規(guī)模部署的轉(zhuǎn)控分離、虛實結(jié)合vBRAS系統(tǒng)，采用專用硬件了用戶和業(yè)務(wù)的集約化管控，通過轉(zhuǎn)發(fā)面池化部署提部署，業(yè)務(wù)功能主要集中在1至2個核心VM中（主），性不足、新功能開發(fā)/升級慢，且采用VM主備部署方式存在資源浪費問題。為步成熟，提升了微服務(wù)化的適用性，為vBRAS微服務(wù)化vBRAS基于微服務(wù)的架構(gòu)和理念，將vBRAS功能解構(gòu)為多個獨1白盒設(shè)備是一種軟硬件解耦的開微服務(wù)化vBRAS技術(shù)白皮書6l高可靠：與VM部署模式下功能組件采用1:1備份方式不同，微服務(wù)化VM故障影響vBRAS整體業(yè)務(wù)提供。微服務(wù)部署模式下，業(yè)務(wù)功能拆分顆粒度細，單個微服務(wù)故障，不影響其他業(yè)務(wù)的正常運行（如PPPoE微微服務(wù)化vBRAS部署架構(gòu)包括基礎(chǔ)設(shè)施、容器管理平臺、微服務(wù)化業(yè)務(wù)、業(yè)務(wù)編排與管理及OSS/BSS等模塊，如圖3-1所示。其中，OSS/BSS是電信運營微服務(wù)化vBRAS技術(shù)白皮書7微服務(wù)化業(yè)務(wù)是微服務(wù)化vBRAS部署架構(gòu)的核心。包含了業(yè)務(wù)微服務(wù)（如vBRAS）、微服務(wù)網(wǎng)關(guān)、微服務(wù)管理、分布式數(shù)據(jù)庫容器，實現(xiàn)PPPoE用戶接入的負載分擔l微服務(wù)網(wǎng)關(guān)：提供微服務(wù)化業(yè)務(wù)的統(tǒng)一API接口，將服務(wù)請求引導至不同的微服務(wù)業(yè)務(wù)，提供路由管理、微服務(wù)API管理、流量管理、負載均微服務(wù)化vBRAS技術(shù)白皮書8服務(wù)管理：實現(xiàn)微服務(wù)的發(fā)現(xiàn)與能力注冊，以及微服務(wù)實例的創(chuàng)建狀態(tài)監(jiān)控：實現(xiàn)微服務(wù)實例運行狀態(tài)、系統(tǒng)資源使用情況等狀態(tài)的l分布式數(shù)據(jù)庫：微服務(wù)化業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)存儲中心，用于存儲用戶表項、地狀態(tài)監(jiān)測：負責實時監(jiān)控容器的運行狀態(tài)、資源使用情況以及服務(wù)的性能指標（如CPU利用率、內(nèi)存使用率等），為優(yōu)化資源分配和l業(yè)務(wù)編排：按照業(yè)務(wù)邏輯將各種功能進行有機的組合和編排，對外提供l業(yè)務(wù)發(fā)放：將業(yè)務(wù)編排結(jié)果下發(fā)至微服務(wù)管理及容器管理平臺，以實現(xiàn)9微服務(wù)化vBRAS仍采用轉(zhuǎn)控分離部署模式，與現(xiàn)有vBRAS的區(qū)別主要在于對vBRAS功能組件進行微服務(wù)化改造。微服務(wù)化vBRAS通過業(yè)務(wù)組件化實現(xiàn)業(yè)于容器部署，可移植性強。微服務(wù)化vBRAS中各業(yè)務(wù)組件以分布式數(shù)據(jù)庫為核聚應(yīng)用和數(shù)據(jù)能力，可具備獨立閉環(huán)的特定功能?；谖⒎?wù)化vBRAS，可實微服務(wù)化vBRAS技術(shù)架構(gòu)如圖3-2所示，包含微服務(wù)化vBRAS控制面和微服微服務(wù)化vBRAS控制面主要實現(xiàn)用戶接入認證、用戶管理、地址管理及業(yè)務(wù)智能分析等功能。這些功能由一系列vBR微服務(wù)化vBRAS技術(shù)白皮書lIPoE接入微服務(wù)：提供IPoE協(xié)議功能，實現(xiàn)IPoE用戶接入，并建立有效l地址管理微服務(wù)：基于本地或外部地址池，實現(xiàn)對用戶、業(yè)務(wù)地址的統(tǒng)l配置管理微服務(wù)：實現(xiàn)對設(shè)備和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的配置、查詢與修改，并提供l可靠性管理微服務(wù)：實現(xiàn)對用戶及其業(yè)務(wù)的可靠性管理，包括CP/UP備以PPPoE用戶接入過程的認證功能為例描述微服務(wù)間的工作機制，涉及微服務(wù)的注冊、訂閱、狀態(tài)監(jiān)控、彈縮及微服務(wù)間通信等，如圖微服務(wù)化vBRAS技術(shù)白皮書l微服務(wù)的注冊和訂閱：由服務(wù)管理模塊負責微服務(wù)的注冊和訂閱。服務(wù)啟動時，PPPoE接入微服務(wù)和認證管理微服務(wù)的服務(wù)注冊代理分別向服務(wù)管理發(fā)起注冊。認證管理微服務(wù)向服務(wù)管理訂閱PPPoE接入微服務(wù)，服務(wù)管理將PPPoE接入微服務(wù)推送給認證管理微服務(wù)，從而提供PPPoEl微服務(wù)狀態(tài)監(jiān)控：由狀態(tài)監(jiān)控模塊實現(xiàn)。狀態(tài)監(jiān)控模塊對PPPoE接入微服務(wù)和認證管理微服務(wù)的關(guān)鍵性能指標（如CPU利用率、內(nèi)存利用率）l微服務(wù)間通信：由通信管理模塊負責微服務(wù)間的通信。通信管理模塊對PPPoE接入微服務(wù)和認證管理微服務(wù)按照統(tǒng)一的規(guī)則分配通信ID，并基l微服務(wù)彈縮：由彈性伸縮模塊實現(xiàn)?；诓杉奈⒎?wù)關(guān)鍵性能指標，彈性伸縮模塊根據(jù)彈性策略進行彈縮判定。當需要彈縮時，彈性伸縮模塊修改微服務(wù)實例數(shù)，以實現(xiàn)微服務(wù)實例的動態(tài)擴縮容（如PPPoE接入務(wù)管理、策略管理及流量轉(zhuǎn)發(fā)等功能。這些功能由一系列vBRAS微服務(wù)實現(xiàn)，lPPPoE接入微服務(wù)：負責PPPoE報文的上送與轉(zhuǎn)發(fā)，及vBRAS控制面下微服務(wù)化vBRAS技術(shù)白皮書l單播路由微服務(wù)：基于IGP/BGP等單播路由協(xié)議，實現(xiàn)單播路由協(xié)議處l流量轉(zhuǎn)發(fā)微服務(wù)：基于用戶轉(zhuǎn)發(fā)表項進行流量轉(zhuǎn)發(fā)，并基于用戶授權(quán)信l流量統(tǒng)計微服務(wù)：基于不同的流量類型與統(tǒng)計策略，實現(xiàn)對發(fā)送或接收l策略管理微服務(wù)：實現(xiàn)對用戶及其業(yè)務(wù)策略的管理與實現(xiàn)，包括流量整l資源管理微服務(wù)：負責對設(shè)備資源、用戶資源及其狀態(tài)進行管理，包括微服務(wù)化vBRAS技術(shù)白皮書微服務(wù)化vBRAS以分布式數(shù)據(jù)庫為中心，實現(xiàn)各功能組件的解耦與獨立部微服務(wù)化vBRAS采用數(shù)據(jù)和組件分離設(shè)計，充分利用內(nèi)部數(shù)據(jù)庫和外部數(shù)微服務(wù)化vBRAS各組件采用全分布式、去中心化管理，打破了性能瓶頸，服務(wù)實例，實現(xiàn)業(yè)務(wù)的無狀態(tài)負載分擔。從基于VM的微服務(wù)實例可快速接管業(yè)務(wù)，減小服務(wù)故障的微服務(wù)化vBRAS技術(shù)白皮書微服務(wù)化vBRAS基于其部署靈活、功能可按等特點，具有廣泛的應(yīng)用場景。微服務(wù)化vBRAS不僅可應(yīng)用于傳管控及用戶靈活接入。同時，基于云化IP城域網(wǎng)與邊緣云微服務(wù)化vBRAS仍采用轉(zhuǎn)控分離方式部署，微服務(wù)化vBRAS技術(shù)白皮書），實現(xiàn)用戶接入、會話管理等服務(wù)化組件的彈性擴縮容，從而實微服務(wù)實例的彈性伸縮，提升資源利用率。異化業(yè)務(wù)體驗，實現(xiàn)低成本、彈性靈活、定制目前，在政企、園區(qū)等行業(yè)場景中，通常采用傳統(tǒng)BRAS設(shè)備實現(xiàn)用戶的本高、新功能升級慢等問題?；谖⒎?wù)化vBRAS區(qū)用戶無縫切換、高可靠等承載需求，實現(xiàn)低在行業(yè)應(yīng)用場景中，微服務(wù)化vBRAS-CP集中部署，實現(xiàn)用集中式微服務(wù)化vBRAS-UP部署方式適用于單園區(qū)或跨園區(qū)業(yè)務(wù)量較小的應(yīng)用場景，其部署模式如圖4-2所示。微服務(wù)化vBRAS-UP與vBRAS-CP同池微服務(wù)化vBRAS技術(shù)白皮書分布式微服務(wù)化vBRAS-UP部署方式適用于跨園區(qū)、且園區(qū)業(yè)務(wù)量較大的業(yè)務(wù)特征/需求實現(xiàn)功能的按需定制（如業(yè)務(wù)鏈），進一步提升網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力行業(yè)應(yīng)用場景中，通過部署輕量級微服務(wù)化vBRAS，基于微服務(wù)組件的快基于微服務(wù)化vBRAS，可實現(xiàn)用戶的靈活接入、高效承載和統(tǒng)一管控。同時，通過云電腦、云存儲、云VR/AR、云游戲等云業(yè)務(wù)集成在邊緣云，微服務(wù)化vBRAS可兼做云網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)用戶就近接入與安全訪問。通過微服務(wù)化vBRAS及云業(yè)務(wù)的靈活部署，可構(gòu)建寬帶+云應(yīng)用的新型業(yè)務(wù)模式，進一步打造智能化vBRAS的微服務(wù)化研究與實現(xiàn)還處于起步階段，其應(yīng)用與推廣仍面臨著一系列緊耦合至1至2個核心VM中，如何將這些緊耦合的業(yè)務(wù)功能解構(gòu)成獨立的微vBRAS功能解構(gòu)后，為實現(xiàn)相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯，各功能組件需要根據(jù)業(yè)務(wù)流程進行交互。以PPPoE業(yè)務(wù)接入流程為例，PPPoE接入功能組件與會話管理、件間信息交互的復(fù)雜度，需綜合考慮服務(wù)部微服務(wù)化vBRAS主要通過軟件層面的升級改前微服務(wù)技術(shù)僅適用于在vBRAS-CP及大會話、小流量業(yè)務(wù)場景的vBRAS-UP部署。未來，期待通過DPU等技術(shù)的發(fā)展提升通用服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)能力，進一步拓微服務(wù)化vBRAS技術(shù)白皮書展微服務(wù)化vBRAS業(yè)務(wù)場景，實現(xiàn)vvBRAS作為寬帶網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵業(yè)務(wù)控制網(wǎng)元，功能特性復(fù)雜，在微服務(wù)化實現(xiàn)件需共同協(xié)作，以實現(xiàn)完整的業(yè)務(wù)邏輯對外提供業(yè)務(wù)服務(wù)障/性能下降時，如何實現(xiàn)快速故障定界與定位，并進行故障服務(wù)組件的隔離和生/微服務(wù)化相關(guān)技術(shù)，需要運維人員不斷更新知識庫，對運維人員整體能力也盡管面臨眾多挑戰(zhàn)，微服務(wù)化vBRAS仍是當前vBRAS演進的熱點研究方向。從技術(shù)發(fā)展與部署需求來看，微服務(wù)化vBRAS面向網(wǎng)絡(luò)高質(zhì)量發(fā)展，vBRAS的微服務(wù)化實現(xiàn)是云網(wǎng)一體化發(fā)展的必然趨勢。面對vBRAS微服務(wù)化演進過程中的問微服務(wù)化vBRAS技術(shù)白皮書縮略語列表ArtificialIntelligApplicationProgramBitIndexExplicitRepl關(guān)DistributedDenialofInternetProtocoloveNATNFVNFVI施NPNetworkProcessorPoint-to-PointoverEt