城域数据网架构优化与性能提升

【摘  要】：在信息化时代，城域数据网络作为城市信息基础设施的核心，承载着大量数据传输任务。面对数据流量激增、业务多样化和用户高服务质量需求，城域数据网需优化架构与性能。通过vBRAS部署、环形拓扑构建及IPv6+技术应用，可解决资源分配不均、提升网络可靠性和服务质量，实现智能高效的数据传输，支持智慧城市与数字经济的发展。这些策略旨在优化网络架构，提高资源利用效率，满足业务创新需求，为城市数字化转型提供坚实网络基础。

【关键词】：城域数据网 架构 性能 vBRAS

1引言

城域数据网作为城市信息基础设施的核心，支撑政务、商业及民生数据传输，是智慧城市与数字经济的关键。面对数据流量激增、新型业务涌现及高品质服务需求，城域数据网遇到网络拥塞、延迟增加和资源分配不均等挑战。通过部署vBRAS技术、构建环形拓扑及引入IPv6+等措施，可优化网络架构，提高资源分配效率，增强网络可靠性与服务质量，支持业务创新，促进城市数字化转型，为用户提供优质网络体验，推动社会经济健康发展。

2 城域数据网现状及存在问题

2.1 城域数据网网络架构

城域数据网部署于省干承载网和接入网之间，旨在为该城市区域内的多类型业务提供接入服务，并确保这些业务具备卓越的安全性能与稳健的服务质量。它向上通过核心路由器上连至省网，向下通过接入网接入用户。

架构存在的问题主要体现在以下几个方面：余设计不足、网络复杂度高、服务质量难以保证、安全风险、缺乏弹性等问题。

2.2 设备利用率不均衡

以某运营商省会城市城域网为例，2023年，该城域数据网用户数高达396万，主要包括宽带用户、电视用户、IDC以及专线用户。截止至23年年底，BRAS数量为120台，交换机153台。如表2所示，2023年BRAS上行带宽28960G，实际流量9258G，宽带利用率32%，与2022年6885G的峰值流量相比，增幅34%。120台BRAS分别分布在该城市的21个不同区县。

通过对120台BRAS的带宽利用率进行分析，可以看出它们存在较大的差异，资源使用很不均衡。其中，有13台BRAS的带宽利用率超过了60%，在面对更加大量的用户时，很有可能出现现网用户网速慢、卡顿等现象。另一方面，有27台BRAS的带宽利用率低于10%，这意味着这些设备没有充分利用它们的带宽资源。

再通过对120台BRAS的槽位利用率进行分析，有超过一半的BRAS槽位利用率超过80%，甚至有38台BRAS槽位已完全插满。

具体而言，120台BRAS设备的带宽利用率仅为32%，表明网络资源并未得到充分高效的利用。其中，部分BRAS设备的带宽利用率超过60%，接近饱和状态，可能导致用户网络体验变差，如网速下降、连接不稳定等；而另外有近半数BRAS的带宽利用率却不足10%，显示出资源分配严重不均衡。此外，槽位利用率的分析进一步证实了资源分配不合理的现状，多数BRAS的槽位使用率超过80%，有的甚至达到饱和，这不仅限制了网络的扩展能力，也增加了维护难度。

造成这种问题的原因有：

BRAS建设常滞后于OLT等业务接入，如TYSBJ BRAS用户数超4万需新增BRAS 02，但OLT先建成时，只能先接入现有BRAS 01。维护割接困难，尤其是专线业务，因其IP地址固定，用户不愿变更，导致难以从BRAS 01割接到BRAS 02。此外，传输资源不足，如新建OLT无法直连BRAS 02，因管道不通或传输建设滞后。网络建设期间，数据统计可能无法准确反映日常运营状况，影响决策准确性。

2.3 故障分析

从分析2023年某运营商省会城市城域数据网的故障记录，可以得出以下几个主要类型的故障及其特点，链路中断或闪断发生69次，设备故障发生2次，单板故障10次，核心端口故障26次。

城域数据网面临多种故障，包括链路中断（如青羊大道BAS01到黄苑东街SW01）、设备故障（如高新BRAS01离线）、单板故障（如青羊大道BAS01单板温度异常）和核心端口故障（如都江堰BAS02到核心RT07链路中断）。这些故障由光路中断、设备老化、电源故障等因素引起，导致服务中断、功能丧失，严重影响网络稳定性和数据传输。为支撑城市数字化转型，亟需优化网络架构，提升资源分配效率、网络可靠性和服务质量，确保数据传输畅通，推动智慧城市发展。

3 城域数据网架构优化与性能提升策略

为有效应对上述挑战，本研究针对性地提出了一系列创新策略，旨在通过多维度的优化措施，提升城域数据网的网络性能与智能化，实现城域数据网的全面升级。主要包括了以下几个核心策略：vBRAS部署、环形拓扑结构、引入IPv6+新技术。

3.1 部署vBRAS，提升资源利用率

vBRAS技术[1]通过分离BRAS的控制面（BRAS-CP）和数据转发面（BRAS-UP），引入云化和虚拟化，革新网络架构。BRAS-CP在云平台实现用户认证、计费等功能，提高灵活性和扩展性；BRAS-UP专注流量转发和QoS保障，依赖高性能硬件。分离设计使控制面能集中管理多个转发面单元，提升运营效率，简化业务部署，增强资源利用，推动系统开放性和兼容性。行业已探索出三种主要应用模式。

（1）转控一体化，集成传输与控制功能于同一虚拟机，实现软硬件解耦；

（2）转发与控制模块分别部署在独立虚拟机上，实现物理分离；

（3）专用设备转控分离，控制面位于x86服务器，转发面基于高性能硬件，采用混合部署策略。

在某省会城市城域数据网中部署vBRAS，既要考虑如何解决传统BRAS存在的问题，也要考虑现网情况，实现网络平滑演进。鉴于一体化模式vBRAS属于转控紧耦，存在与传统BRAS同样的问题，因此vBRAS部署一般考虑采用转控分离模式和专用设备转控分离模式来部署vBRAS，该部署策略细分为初期、中期和长期三个逐步推进的阶段规划。

3.2 采用环形拓扑，构建新型城域网架构

城域数据网采用的传统层次化架构面临多级跳转导致的延迟增加、单点故障风险及网络资源分配不均等问题。环形拓扑[2]通过闭环连接提供多路径选择，增强网络冗余性和可靠性，确保业务连续性和数据传输不间断，同时平衡流量，避免局部过载。优化措施包括引入Spine-Leaf架构减少跳数、VLAN/VXLAN分段隔离、SDN技术提升灵活性、NFV降低成本、MEC支持实时应用及强化安全监控，共同提升网络效率、可靠性和安全性，适应现代业务需求，为智慧城市建设、5G应用部署奠定基础。

3.3 引入IPv6+新技术，打造智能城域网

IPv6+技术[3]在原有IPv6基础上集成了SRv6、随流检测、网络切片等先进功能，解决了地址资源枯竭问题，提升了网络灵活性和智能化。SRv6简化网络架构，支持路径灵活编程和业务快速部署；随流检测技术实现流量精细监控与优化；网络切片提供定制化服务，满足不同业务需求；集成的安全机制增强了网络安全。结合SDN与NFV，IPv6+促进了网络自动化运维，加速了边缘计算与分布式服务发展，为智能城市、工业物联网等应用提供低延迟、高效率的数据处理平台，构建了一个高度智能化、安全、高效的城域网络环境。

4、结语

综上所述，通过对城域数据网的架构优化与性能提升策略的深入研究与实践，我们已明确了当前网络存在的问题，并针对性地提出了包括网络扁平化、IDC/CDN接入优化、BRAS双机热备、vBRAS部署、采用环形拓扑以及引入IPv6+新技术等一系列解决方案。这些策略的实施，不仅有效提升了网络资源的利用率和分配均衡性，还显著增强了网络的可靠性和服务质量，为用户提供了一个更稳定、高效的网络环境，同时也为智慧城市的建设和数字经济的繁荣打下了坚实的基础。

参考文献

[1]刘波.CMNet vBRAS现网应用方案探讨[J].移动通信，2018，42（3）

[2]朱军峰，邓大冲.云网融合下的新型城域网演进方案[J].江苏通信，2023，39（04）：43-48+73.

[3]张韵虹.铁路数据通信网IPv6+技术应用研究[J/OL].铁道通信信号，1-9[2024-04-14].