宽带核心网(BNC)技术白皮书

宽带核心网（BNC）白皮书 宽带核心网（BNC） 技术白皮书 中国联合网络通信集团有限公司2024年7月 版权声明 本报告版权属于中国联合网络通信集团有限公司，并受法律保护。转载、摘编或利用其他方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国联合网络通信集团有限公司”。违反上述声明者，本公司将追究其相关法律责任。 联合编写单位（排序不分先后）： 华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司、新华三技术有限公司、上海诺基亚贝尔股份有限公司 编写组成员（排序不分先后）： 傅强，吕洪涛，唐雄燕，李海波，王泽林，王海军，白文其，徐博华，朱琳，张玉桃，花荣荣，陈迟馨，肖湘光，缪一民，张学茹，韩博文，张冬月 目录 一、宽带业务发展的新机遇、新挑战2 （一）新机遇2 （二）新挑战3 二、重构固定宽带网络架构，面向业务一体化运营6 （一）固定宽带网络架构及存在的问题6 （二）重构固定宽带网络架构7 （三）宽带核心网（BNC）发展愿景10 三、宽带核心网（BNC）技术演进11 四、宽带核心网（BNC）系统架构15 （一）管理面15 1.网元管理16 2.业务编排16 3.智能运维16 4.数字孪生16 （二）控制面17 1.接入控制17 2.智能策略17 3.智慧运营18 4.服务化架构18 （三）用户转发面21 1.转发控制21 2.智能感知22 3.安全自愈22 （四）智能算力底座22 五、宽带核心网（BNC）关键技术24 （一）转控分离24 （二）服务化架构25 （三）信令化业务控制27 （四）用户永远在线28 1.CP异地1+1热备28 2.双CP中断极限逃生29 3.UP异地温备池化29 （五）内生网元智能30 1.智能应用识别32 2.智能流量转发策略33 3.智能业务质量分析与保障33 六、宽带核心网（BNC）业务场景36 （一）典型组网方案36 1.UP1+1温备模型36 2.UP3+1温备模型36 （二）典型业务场景38 1.专线信令化承载38 2.智能业务加速40 3.IPv6浓度分析41 4.绿色上网服务42 5.用户边缘云网一体服务42 6.政企固移融合边缘云业务42 7.企业专线移机不换IP地址43 8.智算业务入算服务44 七、未来展望46 附录I缩略语列表47 前言 我国“十四五”规划和2035年远景目标纲要将未来网络作为六大未来产业之一，未来网络是新质生产力的重要组成部分。建设更快捷、更智能、更安全的下一代互联网，提供高品质、高安全、可定制的差异化服务成为未来网络的演进方向。 宽带网络作为我国经济社会发展的战略性公共基础设施，是实施网络强国、数字中国战略的重要承载底座。随着新一轮科技革命和产业革命不断深入，宽带业务从单一型的ToH互联网上网业务向复合型的ToB/ToH业务转变。业务场景多元、业务需求多变，需要宽带网络提供更灵活的业务控制能力、更快速的业务创新能力、更安全的业务保障能力。中国联通基于业务需求的变化和以客户为中心的经营理念，提出“宽带核心网”概念，将宽带网络的核心能力从业务接入能力转变为业务控制、创新和运营能力，并逐步向“移动核心网”能力看齐。 本白皮书分析了宽带业务发展面临的新机遇和挑战，提出基于服务化架构和智能算力底座，构建灵活、高效、智慧、安全的宽带核心网的发展愿景，并对宽带核心网系统架构、关键技术做了详尽介绍。白皮书还探讨了宽带核心网多样化的典型业务场景，为宽带业务创新和方案设计提供参考。最后，白皮书对宽带核心网未来发展作出展望，同时诚邀业界同仁携手并进，共同推进面向6G的空天地固移融合网络演进，为推动互联网2030、实现网络强国和数字中国贡献力量。 -1- 一、宽带业务发展的新机遇、新挑战 随着互联网的快速不断发展和智慧家庭终端的大规模普及，中国三大运营商在宽带智能业务上的探索都取得了显著的进展。截至2024年2月，我国固定宽带用户数达6.43亿户，其中FTTH用户占比95.4%，百兆以上用户占比94.5%。城乡差距急剧缩小，东中西部渗透率差异小于1%，基本实现宽带互联网接入平权。近年来，智慧家庭增值业务逐渐成为运营商宽带收入的增长引擎。随着互联网应用和物联网的发展，对宽带网络提出大量的新需求，也给运营商宽带网络运营带来新的机遇和挑战。 （一）新机遇 从政策层面看：随着“新基建”战略的深入实施，5G网络和宽带网络已经实现从百兆向“双千兆”升级，“双千兆”也成为支撑经 济社会高质量发展、构建新发展格局的新型基础设施的关键环节。工信部通过持续开展“千兆追光计划”等活动，深入推进千兆光网创新应用，强调加快千兆行业专网建设，围绕工业、教育、医疗等重点领域，开展典型场景建设应用试点示范。宽带网络面临新的发展机遇，通过固移融合、边缘云网协同等业务创新，不仅提供家庭用户互联网连接，还将在工业互联网、智慧城市和智慧乡村等领域发挥重要作用。 从互联网演进看：下一代互联网将以IPv6为基础协议，国内移 动互联网的IPv6流量占比已超60%，固网互联网IPv6流量占比达 到20%。宽带网络作为固网互联网的用户触点网络，是推动互联网向IPv6演进的关键，宽带网络需要加强从终端到网关优先支持IPv6访问的能力，并加速优化IPv6业务性能。未来网络将是空天地一体化的网络，以“星链”为代表的卫星互联网已经显示出巨大的生命力，我国近年持续大力发展卫星互联网。IMT-2030提出的6G网络愿景中，明确提出空天地立体广域覆盖通信网络提供泛在联接的方向，因此，固定宽带网络面临向空天地融合网络发展的新机遇。 从业务需求看：随着政策的驱动、IPv6技术的推广、互联网新 应用和中/高速物联网的发展，人们对于固定宽带网络的诉求从简单的家庭互联网连接，向家庭、政企、园区等复合型应用场景的方式转变，向固移融合的互联网服务转变。从传统的语音、电视、互联网应用向人人/人机/现实与虚拟间文本、语音、图像、视频、语义等多种模式应用演进。多元化的业务场景、多变的业务需求，需要宽带网络提供更灵活的业务控制能力、更快速的业务创新能力，以及更安全的业务保障能力。 （二）新挑战 新的发展机遇，给当前宽带网络技术和运营组织体系带来诸多新的挑战。 运营理念的挑战：宽带业务场景和需求多元化，要求运营商从面 向网络建设和运维向面向业务和客户服务转型，对宽带网络的架构和 运营模式都带来巨大的挑战。 服务体验的挑战：尽管宽带技术不断进步，但针对不同用户、不同业务的不同颗粒度的差异化服务能力较弱，宽带逐渐被管道化。如何让网络与业务深度耦合，提供更高效、更稳定的服务，提高不同客户的服务体验成为运营商面对的新挑战。 服务能力的挑战：业务场景从传统的家庭上网，向家庭组网 （FTTR等）、智慧家庭（视频监控、家居/家电遥控、资源共享等）、专项应用质量保障（办公业务保障、视频和游戏保障等）、绿色安全上网、边缘云网服务等多元化业务转变；从传统的企业上网，向智能制造、工业互联网、智慧社区、智慧城市、智慧医疗、远程教育多场景转变。对运营商快速业务创新能力、差异化端到端网络资源调配、边缘算网融合等业务控制能力、智能自动化的运营服务能力提出了更高的要求。 智能运营的挑战：运营商的运营理念正从面向网络KPI的运营， 向面向用户和业务的价值运营转变，需要宽带网络有更高阶的智能化技术和平台，提供更强的业务识别、判断、智能分析和策略部署能力，从而实现差异化保障能力，为用户、业务提供更好的应用体验。 运营能效的挑战：随着技术的进步，宽带网络设备容量越来越大、 能力越来越强，如何优化网络架构和传输方案，降低运维复杂度，提高网络可靠性和性能，并同步减少网络单位能耗和成本，是运营商面 临的又一挑战。 网络安全的挑战：2023年我国遭受恶意软件攻击总次数达 281.4亿次，比2022年的246.3亿次增长了14.3%，用户的个人隐私和信息安全面临风险；《网络安全法》对互联网内容治理做出明确的规范，但仍有大量不良内容以多种方式充斥互联网；随着网络应用的广泛和深入，网络安全威胁也在不断增加，为客户提供更有安全保障的互联网连接和服务也成为运营商宽带网络发展面临的一个重要课题。 -5- 二、重构固定宽带网络架构，面向业务一体化运营 （一）固定宽带网络架构及存在的问题 在运营商网络中，固定宽带网络常常分为终端、宽带接入网、IP城域网、运营支撑系统四大部分，如图1所示。 图1传统固定宽带网络架构 宽带接入网主要完成面向客户的接入。目前国内运营商已经全面实现全光接入，PON是主要的宽带接入技术。 BNG设备是宽带接入网和互联网的衔接点，通常采用分布式部署模式，分散部署在城域网中的汇聚节点。在功能上BNG是用户注册和接入互联网的门户，是控制用户接入网络和接入能力的策略执行点。但在网络结构上，BNG设备是IP城域网的边缘设备。运营商对BNG的网络属性比较关注，但对BNG作为用户接入网关的业务属性相关的研究较少。 网络运营支撑系统通常包括： 1)用户认证鉴权和计费系统（一般称为AAA系统），是用户接入网络和接入能力策略控制点。 2)地址分配系统，在传统的网络架构中，针对PPPoE业务，由BNG在配置规划好的地址池中随机为用户分配地址；针对IPoE业务，一般由DHCP服务器为用户分配地址。 3)面向网络运维的终端和网络管理系统，面向业务运营的服务开通系统、号线系统等，分属不同的专业管理。 随着业务和应用的发展，传统宽带网络架构不利于面向业务运营的问题愈发突出，主要表现在： 1)传统分段化宽带网络组织管理模式下，不同专业间协同困难，网络采用预配置模式，面向业务需求的灵活调度和调整能力弱。 2)缺乏集中、完善的网管系统和业务控制系统，面向业务的运营手段不足，新特性/技术引入需要设备逐台整机升级，变更全局业务策略时配置周期长、设备版本多、功能差异大。 3)BNG分布式部署，未部署整机保护和跨机房保护手段，单机故障将导致数万用户业务中断，安全隐患大。 4)不同区县业务分布不均，不同BNG设备承载的用户数、流量差异较大，设备整体效能低（设备板卡、端口利用率较低，IPv4地址资源使用率较低）。 （二）重构固定宽带网络架构 面对业务发展的挑战和网络存在的问题，中国联通提出对宽带网 络架构进行重构，将“光接入网+BNG+网络运营支撑”重构为端到端“宽带网络”，实现宽带网络端到端一体化运营，重构后的宽带网络架构如图2所示。 图2端到端宽带网络架构 重构后的宽带网络架构中，BNG从IP网络中的一个网元，结合宽带网络的业务控制能力，演进为宽带网络的核心网，这不仅仅是网元专业归属的调整，更是宽带网络基于面向业务运营的理念，实施的一个重要技术创新。 新型宽带网络架构的核心特征包括： 1)运营组织架构重构：将“光接入网+BNG+网络运营支撑”由多个不同的运营专业重构为“宽带网络”专业，实现宽带网络一体化的规建维优营。 2)打造宽带核心网（BroadbandNetworkCore，BNC）：BNC定位为固网宽带业务的控制中心和基于用户会话策略的分流锚点，BNC是新型宽带网络的最重要的能力中心；BNC控制面云化，采用服务化架构，不仅包含宽带接入网关(BNG)、 AAA/DHCP等网络功能和业务能力，还包含业务和网络体验智能感知、网络和服务内生安全等新的服务能力，服务化架构下各个核心网功能网元间高效协同为客户提供服务。 3)数据驱动、智能内生：新型宽带网络增强对网络和业务数 据的采集能力，引入人工智能技术，构建智能算力底座，提供业务层、网络层、管理层多级智能，实现网络智慧运维、业务智慧运营，进而增强NaaS服务能力。 4)网络即服务（NetworkingasaService，NaaS）：通过 打造宽带核心网，将宽带网络的核心能力从业务接入能力转变为业务控制、创新、运营能力，推动业务和产品创新，提升面向业务和客户的服务能力，提升网络即服务的运营能力，NaaS不仅仅将宽带网络的互联网接入连接作为一种可配置的基础服务，而且还能通过智能