中国联通新一代网络架构白皮书（CUBE-Net2.0）.pdf

中国联通新一代网络架构白皮书（CUBE-Net 2.0） 中国联合网络通信有限公司网络技术研究院 2015年9月新一代网络架构（CUBE-Net 2.0）白皮书 I 版权所有 中国联通网络技术研究院，2015 目 录 一、 引言 . 1 (一 ) 背景 . 1 (二 ) 定位 . 1 二、 新需求与新挑战 . 2 (一 ) 发展需求 . 2 (二 ) 主要挑战 . 3 三、 新愿景与新理念 . 4 (一 ) 愿景内涵 . 4 (二 ) 架构理念 . 5 (三 ) 关键特征 . 8 四、 新网络架构 . 14 (一) 协同部署架构 . 14 (二) 核心技术体系 . 17 五、 新服务场景 . 22 (一 ) 企业用户的服务云化迁移 . 22 (二 ) IDC 资源虚拟化及互联 . 23 (三 ) 智能边缘网络能力开放 . 24 (四 ) IP 与光网协同控制 . 24 (五 ) 信息内容动态传递 . 25 六、 新运营生态 . 26 (一 ) Devops 迭代开发 . 26 (二 ) 标准与开源 . 27 (三 ) 软件硬件采购模式 . 27 (四 ) 集约化运营 . 28 七、 展望 . 28 附录 A：术语和缩略语 . 29 新一代网络架构（CUBE-Net 2.0）白皮书 1 版权所有 中国联通网络技术研究院，2015 一、 引言 (一 ) 背景 如同电力网络是工业时代的基础设施一样 ，互联网成为了信息时代的基础设施，人类依托互联网正在迈进智能化和大数据时代。 随着“互联网+” 、 “工业 4.0” 、 “智慧城市”等概念的提出，智能终端以及云服务将得到更广泛普及应用，网络的规模和流量快速增长，预计未来 510 年，宽带流量有 10 倍的增长，连接节点数增加到百亿量级，网络和信息服务领域已经不再限于公众用户,越来越多的传统服务和行业应用成为互联网的新兴发展领域。同时，软件定义网络（SDN） 、网络功能虚拟化（NFV） 、超宽带网络、云计算、大数据、人工智能等新兴技术不断涌现，驱动网络和信息服务基础设施开始新一轮的大变革。 信息技术和商业模式的创新为通信行业带 来新的发展机遇，推动基础电信运营商重新思考自己的定位，坚持以“网络运营”为本，在提供高带宽、低时延以及高可靠的网络连接服务同时，更加注重用 户体验和服务创新，为整个 ICT产业创建更灵活丰富的网络能力服务和更安全可信的商业生态环境， 并以更加开放的姿态实现与产业链各方的合作共赢。 “网络运营”以支撑和服务“业务应用”为目的，需要随业务需求的变革而不断演进，用户端移动化、服务端云化和数据海量化成为发展大势，信息通信主体从端与端通信转为智能终端与云之间的通信， 运营商网络本身必须随之进行转型和变革，通过新技术、新模式的引入，实现网络的可持续经营，迎接新兴网络服务时代的来临。 (二 ) 定位 中国联通致力于成为 “信息 生活的创新服务领导者” ，着力实施“移动宽带领先与一体化创新战略” ， 通过提供领先的宽带网络能力以及一体化的服务策略来满足客户各类信息生活需求。 为应对新形势下用户环境和业务环境的变化，尤其是 OTT 和云服务对网络体系的冲击影响，中国联通网络技术研究院于 2013 年启动了面向未来可运营的新一代网络技术体系和架构CUBE-Net1.0 研究计划，并积极开展相关技术试新一代网络架构（CUBE-Net 2.0）白皮书 2 版权所有 中国联通网络技术研究院，2015 验，探索网络架构重构的可行技术路线。 CUBE-Net 1.0 着眼于应对业务云化对运营商网络的冲击，通过合理调整网络节点布局和优化网络结构，引导业务流量流向，为云服务商提供差异化网络连接服务，推动电信网络运营面向云服务的转型，构建面向云服务的泛在宽带弹性网 CUBE-Net（Cloud-oriented Ubiquitous-Broadband Elastic Network） 。 为进一步提升端到端的用户体验、实现 CT 与 IT 深度融合以及端管云协同发展，CUBE-Net 的内涵进一步丰富，在面向云服务（Cloud）的基础上，引入面向客户（Cu stomer） 、面向内容（Content） 等新的服务元素。对于网络即服务（Network as a Service）的定义也从狭义的网络连接和转发服务向广义的信息转发、存储和计算一体化服务范畴扩展。 我们将这种适应新形势要求的新一代网络架构命名为： CUBE-Net 2.0。 二、 新需求与新挑战 (一 ) 发展需求 中国联通依托 3G 时代建立的“网络领先、业务领先、服务领先”优势，加快 4G 网络建设，优化资源配置，调整发展模式，积极打造新的差异化竞争优势。充分发挥全国宽带网络资源和服务优势，加快固网宽带升级提速，并推进固定和移动宽带的融合和协同发展。 当前，传统以用户数量为主的发展空间更加趋窄，电话用户普及接近饱和，传统语音业务持续下滑。流量和带宽经营成为新的业务重心，业务发展方式也从增量扩张为主转向调整存量和做优增量并举，更加理性地关注量质并重、量收平衡。 此外，信息消费正在加速渗透至各行各业 、千家万户，给中国联通带来巨大的转型发展新空间。需要积极聚焦 IDC 与云计算、ICT、物联网、大数据等行业应用热点领域，加快技术与战略布局，全面提升专业化运营能力，培育新的业务增长点。在重点行业建立网络服务和行业应用的领先优势，着力提升整体解决方案能力，实现 ICT 融合产品向行业客户的全面渗透。另一方面，需要高度关注互联网服务商的网络服务需求，互联网应用蓬勃发展，互联网服务商日益成为信息消费应用的主体提供商，其对运营商的网络服务能力提出了新的要求，也给运新一代网络架构（CUBE-Net 2.0）白皮书 3 版权所有 中国联通网络技术研究院，2015 营商的网络发展带来了新的机遇。 面对新形势新变化，中国联通深化实施“ 移动宽带领先与一体化创新”战略，抓住新机遇、实现新发展。公司将巩固和扩大宽带网络优势，充分发挥“移动宽带+固定宽带”的综合网络优势，加快打造移动宽带精品网络，全面推进固网宽带光纤化改造。此外，积极构建集中运营的差异化服务优势，对外提供一体化服务能力，对内提升一体化运营效率，为 ICT 行业创造更加灵活便捷的服务。同时关注信息消费的新发展，面向信息消费加快生产运营模式调整，加快在互联网金融、行业应用等信息消费应用热点领域以及大数据、物联网、云计算等新型业务领域的战略布局。 (二 ) 主要挑战 随着电信运营环境日趋开放竞争，用户消费模式向移动智能迁移，ICT 融合带来了新的产业竞争对手，新兴互联网服务业态不断涌现，中国联通作为大型传统基础电信运营商，将积极引入 SDN、N FV、云计算以及超宽带网络等新的技术要素，以加快推动服务转型为目标，重构网络基础架构，以开放姿态应对未来网络运营的全新挑战。新形势下，网络运营面临的重大挑战包括： 挑战一：网络链接数和流量增长推动网络规模快速膨胀 云计算、大数据和移动互联网等技术的应用与普及，推动 ICT 环境逐渐走向成熟，物联网技术与应用在新的环境中也将得到蓬勃发展，成为推动网络服务转型的新力量。 未来 10 年，将有海量的设备联入网络，连接将变得无处不在，宽带从连接50 亿人增加到连接 500 亿物，同时宽带流量将有 10 倍的增长，家庭千兆以及个人百兆接入成为普遍服务，而一些新业务（如 4K/8K 视频、虚拟现实游戏、汽车无人驾驶等）对网络丢包率、时延的 QoS 要求更苛刻。 挑战二：业务云化和终端虚拟化颠覆网络全局流量模型 随着云计算的发展和大规模移动网络的建 设，用户对宽带的需求已从基于覆盖的连接，转向基于内容和社交体验的连接。传统电信业务流量主要服务于网络终端节点之间的通信，符合泊松分布模型，而互联网流量和流向由热点内容牵引，难于准确预测，数据中心成为主要流量生产和分发中心，呈现无尺度分布特征，且与现有电信网络部署架构不匹配。 新一代网络架构（CUBE-Net 2.0）白皮书 4 版权所有 中国联通网络技术研究院，2015 同时，终端的发展与客户对业务体验的极 致追求密切相关，基于开放平台的智能终端逐渐成为用户接入的主流。随着云计算、虚拟化和 SDN 技术的发展，出现“云终端”的新设备形态。云终端具有部署、迁移的灵活性，在满足用户对业务灵活体验的同时，也带来了网络流量模型的彻底变革。 挑战三：专有网络和专有设备极大增加网络经营压力 随着固定和移动网络覆盖范围的扩大，网 络规模日趋庞大，网络服务需要由具有不同功能属性的多个专业网络组合提供，各专业网络彼此之间条块化分割，能力层次不齐，业务的端到端部署和优化困难。同时，传统设备研发和部署体系封闭，网元功能单一和受限，功能扩展和性能提升困难，导致新业务的创新乏力以及响应滞后，无法满足互联网应用对服务的动态请求。 新设备，新技术，新协议和新业务不断出 现，网络日趋复杂，目前电信运营商的网络运营不仅面临 CAPEX 方面的压力，OPEX 压力也日益加大。提高资源利用率、快速响应服务需求以及降低部署和维护成本，是运营商提升网络运营服务能力必须面对的挑战。 挑战四：互联网业务创新加快驱动网络智能化转型 互联网业务创新需要更加智能弹性的网络 服务，网络需要及时洞察用户需求，实时响应用户需求。今天运营商的网络难以满足互联网业务创新对网络的灵活性、扩展性、智能化、低成本等要求。实现网络的智能化控制，最大程度变现网络能力价值，是面向互联网的网络转型必由之路。 运营商网络迫切需要引入新技术进行创新 。首先，改变僵化的网络架构，提供端到端的网络服务保障能力，提升基础网络智能化水平，更好的满足用户和互联网服务商的服务要求；其次，利用网络采集大数据的优势，通过数据分析和挖掘，指导网络的合理建设、运营以及优化；最后，将基础网络和大数据服务能力进行抽象， 并通过标准接口对内对外实现网络能力开放， 实现网络服务产品化，加速业务创新，支撑产业链协同创新。 三、 新愿景与新理念 (一 ) 愿景内涵 CUBE-Net 2.0 作为中国联通新一代网络架构演进的愿景，其内涵阐释包含新一代网络架构（CUBE-Net 2.0）白皮书 5 版权所有 中国联通网络技术研究院，2015 三层含义： 1) CUBE-Net 是面向客户体验的泛在超宽带网络 （Customer-oriented Ubiquitous Broadband Experiencing Network） ： 从局部宽带向泛在宽带网络演进，通过 FTTx/WLAN/3G/4G/5G 等构筑的泛在宽带接入，基于大容量IP+光协同的超宽承载网络，向客户提供无缝超宽带的业务体验，并满足个人、家庭和企业用户等的自定义（DIY）个性化体验需求。 2) CUBE-Net 是面向内容服务构建的开放生态网络环境 （Content-oriented Unlimited Business Ecosystem ） ： 从运营商直接提供语音、宽带和专线的传统商业模式，转型为搭建开放的网络服务平台，提供灵活的网络调度和内容分发能力，成为内容服务商和最终用户之间的纽带，构建新型的B2B2C 商业模式。 3) CUBE-Net 是面向云服务的极简、极智的弹性 网络架构（Cloud-oriented Ultra-flat Brilliant Elastic Network） ： 从以通信局房为中心到以数据中心为中心，构建云网协同的极简和扁平的新型网络架构。通过 SDN/NFV弹性网络技术，智能满足云服务对实时、按需的个性化业务承载需求，支撑自身以及外部客户的云服务实现“一点引入，全网覆盖”的商业目标。 (二 ) 架构理念 图 1 CUBE-Net2.0 顶层架构图 CUBE-Net 2.0 的顶层架构如图 1 所示，由面向用户中心的服务网络（ CoN：Customer oriented Network） 、面向数据中心的服务网络（ DoN： DC oriented 新一代网络架构（CUBE-Net 2.0）白皮书 6 版权所有 中国联通网络技术研究院，2015 Network、面向信息交换的服务网络（ IoN： Internet oriented Network）以及面向开放的云化网络服务平面 (Cloud Network Service )等四个部分组成。其目标就是让网络作为一种可配置的服务（ Network as a Service， NaaS）提供给用户及商业合作伙伴，用户能够按需获取网络资源和服务，并可以自行管理专属分配的虚拟网络资源，比如：带宽、质量、链路、地址以及接入限制等能力要素。 网络即服务（ NaaS）的实现需要以泛在超宽带网络为基础，并引入云计算、SDN 和 NFV 技术进行网络重构和升级，使得基础网络具备开放、弹性、敏捷等新的技术特征。 CUBE-Net 主要的技术理念体现为三个方面： 1） 泛在宽带是基础 泛在超宽带是网络发展演进的基础。 以 3G/LTE 为代表的移动宽带的迅猛发展极大促进了宽带的泛在化，无处不在的宽带接入使得云服务也可以无处不在，实现更高速率、更大容量、更好覆盖依然是移动宽带的不断追求。同时以全光接入为特征的固定宽带弥补无线资源的不足，将移动宽带的便捷性、广覆盖与光纤宽带的高带宽、可靠性有机结合，实现 3G/4G/5G 移动宽带、 WLAN 无线宽带和光纤宽带的协同与融合，达到宽带资源“无所不在、随需而取、优化利用、高效创造”的目标。 以“高速”为特征的超宽带是网络发展的 基本追求，也是微电子、光电子等基础技术进步的自然结果， 目的是更好地适应以视频为代表的业务宽带化和大数据发展的需求，同时大幅度地降低单位带宽成本以确保网络的可持续发展。无论是接入、传送还是路由交换都在向着超宽带的方向发展，追求无线频谱的高效利用和追求网络的全光化是超宽带发展的两大主题，构建“超级管道”是整个通信业赖以持续发展的根基。 2） 弹性网络是目标 以云服务为基础的互联网业务对网络需求 的突发性和可变性很强，不同应用对网络的性能要求也存在很大差异，再加上 OTT 业务增长难以预测和规划，导致网络流量的不确定性加大。此外，从用户端看，用户的业务热点地区会经常变动，导致用户接入端的资源需求也动态变化。建设“高弹性网络”是适应用户差异服务以及云服务发展的必然要求，也是“云管端协同”的基础条件。资源虚拟化是弹性网络的关键，基于虚拟化可以对网络资源进行切片，在软件控制下灵新一代网络架构（CUBE-Net 2.0）白皮书 7 版权所有 中国联通网络技术研究院，2015 活地进行调配和重组。网络弹性体现在如下三个方面：一是网络的快速重构，即在软件控制下能够基于已有的物理资源快速生成或重构某一云服务所需要的虚拟网络，并能根据需要实现物理资源的快速扩展或调配，满足云服务对网络的快速开通需求；二是资源的弹性配置，即无论是光层还是数据层资源，都能实现资源的按需配置、灵活组合、弹性伸缩，从而达到资源利用效率的最大化；三是管理的智能自动，管理自动化是网络弹性化的保障，弹性网络对网络管理的要求大大提高，面对网络的频繁与动态调整，人工配置资源不但无法做到快速响应，而且出错率高，运维成本也高，而智能自动管理不但能提高管理效率，极大降低OPEX，还有助于提升网络的可靠性和自愈能力。 3） 云网协同是手段 云服务正在成为信息通信服务的主体，为 云服务提供更好的支撑就是网络发展的新使命。 “云服务”的提供主体多元化，在云服务提供商与网络提供商分离的现实下，二者的协同对于服务质量和用户体验的保障至关重要。协同的前提是要坚持“开放” ，推动网络服务和云服务能力的双向“开放” ，通过网络与云服务之间的协同实现服务的一体化。 “云网协同”有如下三方面的含义： 一是布局协同，即实现云数据中心与网络 节点在物理位置布局上的协同。网络布局调整以用户流量为中心向以数据流量为中心迁移。 云数据中心的选址则更多考虑土地、能源、气候等因素，我国的西部、北部等欠发达地区反而会成为未来的数据中心布局点，而这些地区通常是网络基础设施薄弱的地区，为此就需要调整网络基础设施的布局，使网络跟随云服务迁移。 二是管控协同，即实现网络资源与计算 /存储资源的协同控制。云服务是建立在网络与计算 /存储资源共同作用的基础上，网络与计算 /存储资源的管控协同有助于实现资源效率的最优化。 “软件定义”以及“网络功能虚拟化”理念为云网在控制面的协同创造了条件，可以为网络和云二者建立统一或协同的控制体系，从而使云网二者的对话和协商更加顺畅和灵活。 三是业务协同，即实现 OTT 应用与网络服务的相互感知和开放互动。首先网络要具备对业务、用户和自身状况等的多维度感知能力，业务通将其对网络服务的要求和使用状况动态传递给网络。 同时网络侧针对体验感知进行网络资源的优化调整，同时通过网络能力开放 API 接口，允许用户以及云服务随时随地按新一代网络架构（CUBE-Net 2.0）白皮书 8 版权所有 中国联通网络技术研究院，2015 需定制“管道”的能力需求，满足用户端到端的最佳业务体验，从而实现网络与云服务的双赢。 (三 ) 关键特征 为实现上述技术理念， CUBE-Net 2.0 的顶层架构特征可概括为“ 面向云端双中心的解耦与集约型网络架构 ” （ 1 项原则 +2 个中心 +3 维解耦 +4 类集约） ，具体解释如下： 1) 一项原则：网络服务能力领先与总体效能最优 CUBE-Net2.0 倡导 “网络即服务” 的网络发展理念，坚持以 多资源协同下的网络服务能力领先与总体效能最优 为建网原则。 网络服务能力是运营商的核心竞争力，传统网络主要服务于自身的业务应用，缺乏面向 ICT 行业的服务能力和服务体系。CUBE-Net2.0 以提升网络服务能力为出发点，利用云服务方式构建按需的网络服务体系，基于 SDN/NFV 增强网络服务的灵活性和适应性，更好地满足 ICT 行业对网络动态性、开放性和资源快速供给的要求。 成本对于网络的可持续发展至关重要， 网络成本不仅与网络结构和网络设备密切相关，还包括局房、能源、运维等成本。在新的技术环境下，资源间的协同更易实现，效果也更为明显，因此更需要综合考虑网络发展各相关要素，尤其要注重能源、土地等不可再生资源的价值。数据中心的合理布局、网络节点和局房的集约、网络设备的绿色节能、网络结构的简化和网络运营的轻资产化对于降低总体成本越来越重要，另外随着人工成本的上升，降低运维成本的意义也越来越大。 总之，CUBE-Net2.0 一方面希望通过网络服务方式的云化、网络能力的大开放和网络管理的自动化来提升网络核心竞争力；另一方面希望通过数据中心、局房、传输线路、网络设备和计算设备的协同规划和网络运维的简化来降低总体运营成本（TCO） 。 2) 两个中心：云端双服务中心的网络格局 在传统时代， “数据”与“网络”都紧跟“用户” ， “用户” 、 “数据” 、 “网络”三者紧耦合；而在云服务时代，新的云数据中心选址更多考虑土地、能源、气候等因素，用户与网络因素退居其次，从而实现了数据中心的布局选择从“网络最