面向“双碳”战略的绿色新型城域网建设.pdf

4647上海信息化上海信息化企业案例ENTERPRISE CASE信息通信作为全球增长最快的行业之一，随着网络流量的快速增长、5G 技术的推广、网络设备的不断扩容升级，其碳排放也随着行业规模膨胀不断增长。图 1 展示了 20102030 年全球通信技术设施的电力需求，图 2 展示了 20102030年通信技术设施所需电力在全球电力需求中的比例。从中可以看出，如果没有采取高效的解决方案，继续按当前模式发展，那么到 2030 年，全球通信网络能耗的 CAGR（Compound Annual Growth Rate，年均复合增长率）将达到 13%，全球通信技术设施电力需求消耗将可能达到 30715TW/h，通信设施电力需求在全球电力需求的比例会增加到51%。基于建设绿色新云网、打造绿色新运营、构建绿色生态等要求，中国电信股份有限公司上海面向“双碳”战略的绿色新型城域网建设文 高勇超随着互联网用户、业务和应用的迅猛发展，网络能耗逐年增加，上海电信新型城域网面向未来业务，以绿色、融合、敏捷、简洁、云化、智能、安全为目标有序演进，既为上海城域用户提供最具特色的先进服务，又充分考虑网络能效的优化，为实现“双碳”目标贡献企业力量。分公司（以下简称“上海电信”）大力建设新型城域网，成为“双碳”战略在电信行业落地的有益探索。图1 20102030年全球通信技术设施电力需求图2 20102030年通信技术设施电力需求在全球电力需求中的比例构建云网融合的绿色新型信息基础设施为了应对全球气候变化和推动社会高质量发展，我国已将“双碳”目标上升为国家战略。2020 年 9 月，习近平总书记在第七十五届联合国大会上宣布，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值，努力争取在 2060 年前实现碳中和。实现“双碳”目标是一场艰巨的任务。中国电信积极贯彻习近平总书记关于碳达峰和碳中和的重要讲话精神，在 2021 年 8 月 26 日全国低碳日举行了“节能降碳 绿色发展中国电信碳达峰、碳中和行动计划”，旨在构建云网融合的绿色新型信息基础设施，为经济社会的绿色发展提供支持。围绕建设绿色新云网、打造绿色新运营、构建绿色生态等要求，上海电信从 2020 年开始试点部署新型城域网建设，新型城域网的设计以绿色、融合、简洁、云化、高效、智能、安全为目标，以满足未来业务需求的发展趋势。经过三年建设实践，上海电信的新型城域网已经从试点、试商用逐步发展到了规模部署阶段。在第五届数字中国建设峰会云生态大会上，上海电信云宽带首次亮相，标志着以边缘云为核心，固移融合、云网一体、绿色低碳的新型城域网正式建成，上海电信在家庭宽带应用方面实现了突破和业务创新。传统城域网络面临挑战传统城域网络为了提供优质的技术和服务，过去更多地关注通信设备功能性能的提升，力求获得更高的性能和可靠性，通过设备冗余配置和网络堆叠来确保用户体验和网络安全性，较少关注高能耗问题。上海电信的传统城域网络主要包括 IP 城域网、STN（Synchronous Transmission Network，同步传输网络）、固移分网建设运营，在搭建时又均设置了接入层、汇聚层及核心层，在每一层的网络上都有网络架构的辅助，增强对网络架构层运营的支持，网络设备的冗余会消耗大量能量以及后期扩容投资资源，同时也需要投入大量人力以及物力资源进行运营维护，导致CAPEX（Capital Expenditure，资本支出）居高不下，OPEX（Operating Expenditure，管理支出）持续增加。从图 3 上海电信传统城域网络架构图可以看出，在“双碳”目标的背景下，传统城域网络存在以下几个问题：首先是接入带宽增长和设备扩容压力。随着接入带宽需求逐年增加，传统城域网络面临设备扩容的巨大压力。目前光宽带和 5G 等流量每年增长近 20%，规模达到 50T+，未来还将面临 6G 和FTTR（Fiber to The Remote，光纤敷设到远端节点）等双万兆流量规模的增长，设备扩容成本巨大。其次是固移业务分网承载。传统城域网络将固定和移动业务分别承载在不同网络中，难以形成融合复用效应，用户分布不均，导致网络的总体利用率较低。传统城域网的平均利用率不足 50%，STN/IP RAN（IP Radio Access Network，IP 化的无线接入网）的平均利用率低于 30%。再次是传统树形网络架构限制。传统城域网络采用树形网络架构，已经难以满足东西向流量4647上海信息化上海信息化企业案例ENTERPRISE CASE信息通信作为全球增长最快的行业之一，随着网络流量的快速增长、5G 技术的推广、网络设备的不断扩容升级，其碳排放也随着行业规模膨胀不断增长。图 1 展示了 20102030 年全球通信技术设施的电力需求，图 2 展示了 20102030年通信技术设施所需电力在全球电力需求中的比例。从中可以看出，如果没有采取高效的解决方案，继续按当前模式发展，那么到 2030 年，全球通信网络能耗的 CAGR（Compound Annual Growth Rate，年均复合增长率）将达到 13%，全球通信技术设施电力需求消耗将可能达到 30715TW/h，通信设施电力需求在全球电力需求的比例会增加到51%。基于建设绿色新云网、打造绿色新运营、构建绿色生态等要求，中国电信股份有限公司上海面向“双碳”战略的绿色新型城域网建设文 高勇超随着互联网用户、业务和应用的迅猛发展，网络能耗逐年增加，上海电信新型城域网面向未来业务，以绿色、融合、敏捷、简洁、云化、智能、安全为目标有序演进，既为上海城域用户提供最具特色的先进服务，又充分考虑网络能效的优化，为实现“双碳”目标贡献企业力量。分公司（以下简称“上海电信”）大力建设新型城域网，成为“双碳”战略在电信行业落地的有益探索。图1 20102030年全球通信技术设施电力需求图2 20102030年通信技术设施电力需求在全球电力需求中的比例构建云网融合的绿色新型信息基础设施为了应对全球气候变化和推动社会高质量发展，我国已将“双碳”目标上升为国家战略。2020 年 9 月，习近平总书记在第七十五届联合国大会上宣布，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值，努力争取在 2060 年前实现碳中和。实现“双碳”目标是一场艰巨的任务。中国电信积极贯彻习近平总书记关于碳达峰和碳中和的重要讲话精神，在 2021 年 8 月 26 日全国低碳日举行了“节能降碳 绿色发展中国电信碳达峰、碳中和行动计划”，旨在构建云网融合的绿色新型信息基础设施，为经济社会的绿色发展提供支持。围绕建设绿色新云网、打造绿色新运营、构建绿色生态等要求，上海电信从 2020 年开始试点部署新型城域网建设，新型城域网的设计以绿色、融合、简洁、云化、高效、智能、安全为目标，以满足未来业务需求的发展趋势。经过三年建设实践，上海电信的新型城域网已经从试点、试商用逐步发展到了规模部署阶段。在第五届数字中国建设峰会云生态大会上，上海电信云宽带首次亮相，标志着以边缘云为核心，固移融合、云网一体、绿色低碳的新型城域网正式建成，上海电信在家庭宽带应用方面实现了突破和业务创新。传统城域网络面临挑战传统城域网络为了提供优质的技术和服务，过去更多地关注通信设备功能性能的提升，力求获得更高的性能和可靠性，通过设备冗余配置和网络堆叠来确保用户体验和网络安全性，较少关注高能耗问题。上海电信的传统城域网络主要包括 IP 城域网、STN（Synchronous Transmission Network，同步传输网络）、固移分网建设运营，在搭建时又均设置了接入层、汇聚层及核心层，在每一层的网络上都有网络架构的辅助，增强对网络架构层运营的支持，网络设备的冗余会消耗大量能量以及后期扩容投资资源，同时也需要投入大量人力以及物力资源进行运营维护，导致CAPEX（Capital Expenditure，资本支出）居高不下，OPEX（Operating Expenditure，管理支出）持续增加。从图 3 上海电信传统城域网络架构图可以看出，在“双碳”目标的背景下，传统城域网络存在以下几个问题：首先是接入带宽增长和设备扩容压力。随着接入带宽需求逐年增加，传统城域网络面临设备扩容的巨大压力。目前光宽带和 5G 等流量每年增长近 20%，规模达到 50T+，未来还将面临 6G 和FTTR（Fiber to The Remote，光纤敷设到远端节点）等双万兆流量规模的增长，设备扩容成本巨大。其次是固移业务分网承载。传统城域网络将固定和移动业务分别承载在不同网络中，难以形成融合复用效应，用户分布不均，导致网络的总体利用率较低。传统城域网的平均利用率不足 50%，STN/IP RAN（IP Radio Access Network，IP 化的无线接入网）的平均利用率低于 30%。再次是传统树形网络架构限制。传统城域网络采用树形网络架构，已经难以满足东西向流量4849上海信息化上海信息化企业案例ENTERPRISE CASE增长的需求。传统网络以南北向流量为主，核心设备作为流量中枢，核心集群的功耗、散热和配套需求高，扩容和替换的难度大，网络瓶颈问题突出。最后是业务功能与设备紧耦合。传统城域网络业务层网络功能与设备紧耦合，缺乏弹性扩容能力，业务接入控制设备绑定部署，导致设备数量冗余，资源利用率不均衡。Technology，信 息 与 通 信 技 术）业 务 和 AR/VR（Augmented Reality，增 强 现 实/Virtual Reality，虚拟现实）等低时延、高带宽和快速接入的发展需求。上海电信新型城域网的拓扑结构如图 4 所示。图3 上海电信传统城域网络架构图4 上海电信新型城域网络架构Server-Control Plane，虚拟宽带接入服务器控制面）以实现控制面标准化对接；在边缘云需求区设置 Leaf 节点，既满足边缘云节点快速入云的需求，又同时部署 vBRAS-UP（Virtual Remote Broadband Access Server-User Plane，虚 拟 宽带接入服务器转发面）以实现转发面标准化对接。同样，在深度边缘需求节点部署 Leaf 节点，以满足低时延业务对云资源池的快速访问需求。通过以上措施，在实现“双碳”目标的背景下，上海电信新型城域网在以下方面取得了重要进展：一是云网深度融合。通过在云网 POP 部署城域 Leaf 节点，并与城域 POD 和出口 POD 功能区对接，实现了云与网络的深度融合。基于业务量的需求，能够快速组建流量和实现快速的流量疏导。二是固移网络全面融合承载。新型城域网实现了固定网络和移动网络的全面融合承载。通过Leaf 节点的融合接入，固定和移动网络的接入设备得以快速接入，并实现弹性扩展。这样能够大幅减少设备数量，提高网络效率。三是 Spine-Leaf 扁平化简洁设计。新型城域网采用了创新的积木式模块化架构。核心 Spine节点实现了横向弹性扩展，提高了网络的灵活性和可扩展性。四是网元功能云化。新型城域网实现了网元功能的云化。通过部署转控分离的虚拟宽带接入服务器（vBRAS），实现了控制面的云化和转发面的池化集中部署，实现 N:1 冗余安全保护，推动了云和网络的一体化发展。结合上海用户的整体分布、现有机房资源、地理位置、光缆情况、区域未来的发展与定位等综合考虑，上海新型城域网整体规划由 1 个出口POD+8 个区域 POD 组成，单区域 POD 承载 60 80万个用户，经过三年的建设发展，新型城域网 8个 POD 已经全面覆盖了上海全市范围。各 POD 均采用 Spine-Leaf 架构组网，提供固网融合承载，每 POD 均对接边缘节点 3 4 个，vBRAS-UP 池 1个，为 POD 内用户提供近源服务。出口 POD 对接各区域 POD，作为 POD 间流量的汇聚，北向对接各高挂能力及网络出口，提供统一服务。成果初探 上海电信新型城域网一方面为用户的创新业务和应用提供便利，另一方面在设计和部署新型网络时充分考虑网络能效的优化，能兼顾网络资源利用率、能效优化以及可靠性、服务质量保障。同时，有序推进用户和业务迁移，传统网络在满足业务发展的同时平滑演进，STN 网络结合无线5G 基站建设和专线业务发展按需扩容，固移融合，弹性扩展，构建差异化的市场能力与网络能力，建设新一代可管可控的全业务新型城域网。图 5 显示了上海电信新型城域网络演进进程。在承载用户量和区域覆盖相当的情况下，横向对比了传统城域网与新型城域网在核心层、业务层、接入层设备的功耗变化。上海电信传统城域网络核心层 6 个核心集群（A 平面 4 个、B 平面2 个），实际功耗总计为 260.2Kw/h，对应新型城域网 8 个区域 POD 共计 16 台 Spine 设备，功耗总计为 134.8Kw/h，相较于传统城域网总功耗降低了125.4Kw/h，降幅高达 48.2%。同时，新型城域网络还破解了传统城域网络的核心集群网络瓶颈的新型城域网优势上海电信的新型城域网以边缘云为中心的算力承载网络为核心，通过组建以云为中心的城域POD（Point of Delivery，城域分发点），根据云资源池和边缘云所在机房设置 Spine 和 Leaf 节点，具有“网随云动”的特点。在云 POP（Post Office Protocol，云网入网点）内部署 Leaf 节点，城域网内采用 POD 弹性组网，满足算力网络快速入云、弹性组网和云间高速互访的需求，以应对未来新兴 ICT（Information and Communications 随着网络功能虚拟化技术的发展，转控分离的 vBRAS（Virtual Remote Broadband Access Server，虚拟宽带接入服务器）逐渐成为运营商部署的主流。新型城域网将云业务承载分为中心云、区域云、边缘云和深度边缘云，并采用积木式建网模式，包括城域网 POD、云网 POP 和出口 POD 功能区三大组件。各 POD 功能区与相应的边缘云协同一致。在枢纽机楼部署中心云，并设置Leaf节点，与骨干网络（163、CN2、5GC）对接，实现云间高速连接；在区域云中设置 Leaf 节点，与城域网的Spine 出口区对接，实现区域内的快速互访，并部署 vBRAS-CP（Virtual Remote Broadband Access 4849上海信息化上海信息化企业案例ENTERPRISE CASE增长的需求。传统网络以南北向流量为主，核心设备作为流量中枢，核心集群的功耗、散热和配套需求高，扩容和替换的难度大，网络瓶颈问题突出。最后是业务功能与设备紧耦合。传统城域网络业务层网络功能与设备紧耦合，缺乏弹性扩容能力，业务接入控制设备绑定部署，导致设备数量冗余，资源利用率不均衡。Technology，信 息 与 通 信 技 术）业 务 和 AR/VR（Augmented Reality，增 强 现 实/Virtual Reality，虚拟现实）等低时延、高带宽和快速接入的发展需求。上海电信新型城域网的拓扑结构如图 4 所示。图3 上海电信传统城域网络架构图4 上海电信新型城域网络架构Server-Control Plane，虚拟宽带接入服务器控制面）以实现控制面标准化对接；在边缘云需求区设置 Leaf 节点，既满足边缘云节点快速入云的需求，又同时部署 vBRAS-UP（Virtual Remote Broadband Access Server-User Plane，虚 拟 宽带接入服务器转发面）以实现转发面标准化对接。同样，在深度边缘需求节点部署 Leaf 节点，以满足低时延业务对云资源池的快速访问需求。通过以上措施，在实现“双碳”目标的背景下，上海电信新型城域网在以下方面取得了重要进展：一是云网深度融合。通过在云网 POP 部署城域 Leaf 节点，并与城域 POD 和出口 POD 功能区对接，实现了云与网络的深度融合。基于业务量的需求，能够快速组建流量和实现快速的流量疏导。二是固移网络全面融合承载。新型城域网实现了固定网络和移动网络的全面融合承载。通过Leaf 节点的融合接入，固定和移动网络的接入设备得以快速接入，并实现弹性扩展。这样能够大幅减少设备数量，提高网络效率。三是 Spine-Leaf 扁平化简洁设计。新型城域网采用了创新的积木式模块化架构。核心 Spine节点实现了横向弹性扩展，提高了网络的灵活性和可扩展性。四是网元功能云化。新型城域网实现了网元功能的云化。通过部署转控分离的虚拟宽带接入服务器（vBRAS），实现了控制面的云化和转发面的池化集中部署，实现 N:1 冗余安全保护，推动了云和网络的一体化发展。结合上海用户的整体分布、现有机房资源、地理位置、光缆情况、区域未来的发展与定位等综合考虑，上海新型城域网整体规划由 1 个出口POD+8 个区域 POD 组成，单区域 POD 承载 60 80万个用户，经过三年的建设发展，新型城域网 8个 POD 已经全面覆盖了上海全市范围。各 POD 均采用 Spine-Leaf 架构组网，提供固网融合承载，每 POD 均对接边缘节点 3 4 个，vBRAS-UP 池 1个，为 POD 内用户提供近源服务。出口 POD 对接各区域 POD，作为 POD 间流量的汇聚，北向对接各高挂能力及网络出口，提供统一服务。成果初探 上海电信新型城域网一方面为用户的创新业务和应用提供便利，另一方面在设计和部署新型网络时充分考虑网络能效的优化，能兼顾网络资源利用率、能效优化以及可靠性、服务质量保障。同时，有序推进用户和业务迁移，传统网络在满足业务发展的同时平滑演进，STN 网络结合无线5G 基站建设和专线业务发展按需扩容，固移融合，弹性扩展，构建差异化的市场能力与网络能力，建设新一代可管可控的全业务新型城域网。图 5 显示了上海电信新型城域网络演进进程。在承载用户量和区域覆盖相当的情况下，横向对比了传统城域网与新型城域网在核心层、业务层、接入层设备的功耗变化。上海电信传统城域网络核心层 6 个核心集群（A 平面 4 个、B 平面2 个），实际功耗总计为 260.2Kw/h，对应新型城域网 8 个区域 POD 共计 16 台 Spine 设备，功耗总计为 134.8Kw/h，相较于传统城域网总功耗降低了125.4Kw/h，降幅高达 48.2%。同时，新型城域网络还破解了传统城域网络的核心集群网络瓶颈的新型城域网优势上海电信的新型城域网以边缘云为中心的算力承载网络为核心，通过组建以云为中心的城域POD（Point of Delivery，城域分发点），根据云资源池和边缘云所在机房设置 Spine 和 Leaf 节点，具有“网随云动”的特点。在云 POP（Post Office Protocol，云网入网点）内部署 Leaf 节点，城域网内采用 POD 弹性组网，满足算力网络快速入云、弹性组网和云间高速互访的需求，以应对未来新兴 ICT（Information and Communications 随着网络功能虚拟化技术的发展，转控分离的 vBRAS（Virtual Remote Broadband Access Server，虚拟宽带接入服务器）逐渐成为运营商部署的主流。新型城域网将云业务承载分为中心云、区域云、边缘云和深度边缘云，并采用积木式建网模式，包括城域网 POD、云网 POP 和出口 POD 功能区三大组件。各 POD 功能区与相应的边缘云协同一致。在枢纽机楼部署中心云，并设置Leaf节点，与骨干网络（163、CN2、5GC）对接，实现云间高速连接；在区域云中设置 Leaf 节点，与城域网的Spine 出口区对接，实现区域内的快速互访，并部署 vBRAS-CP（Virtual Remote Broadband Access 5051上海信息化上海信息化难题，新型城域网单节点 Spine 设备轻功耗优选机房节点快速灵活部署，不仅极大地节约了核心集群所需配套的投资成本，还大幅加快了建设交付进度。传统城域网业务层 BRAS 设备共计 192 台，实际功耗总计为 501.4Kw/h，对应新型城域网 8 个区域 POD 共计 64 台 vBRAS 设备和 16 台 S-Leaf 汇聚设备，功耗总计为 220.6Kw/h，相较于传统网络总功耗降低了 280.8Kw/h，同比下降达 56%。通过转控分离技术，vBRAS 池化集中部署，设备数量减少112 台，使得设备利用率大幅提升。传统城域网接入层为多边缘接入，部分设备接入用户数受限，迭代建设总数量超千台，运维成本居高不下，而新型城域网按需拉远部署融合业务接入节点 A-leaf 设备，运用“积木式”模块化架构，打破层层转接方式，固、移、云全业务快速接入，从而大幅减少了设备数量。综上，新型城域网通过云网深度融合、采用Spine-Leaf 架构、固移网络全面融合承载和实现转控分离池化集中部署等举措，相较传统城域网在节能降耗方面取得了较大进展。“手种黄柑二百株，春来新叶遍城隅。”经过三年的建设发展，新型城域网的“新叶”已经悄然在上海基本实现全覆盖。按演进进程，预计到 2023 年年底，将有超过 400 万个用户迁移至上海电信新型城域网。同时，上海新型城域网建设经验也得到了中国电信集团公司认可，将在全国范围内推广，这是中国电信向“双碳+绿色新型基础网络”新征程迈进的重要一步。（本文作者单位系中国电信股份有限公司上海分公司）转控分离vBRAS架构系统转控分离的vBRAS是一种NFV（Network Function Virtualization，网络功能虚拟化）的架构系统，该系统将传统 BRAS拆分为控制面部件（Control Plane，简称 CP）和转发面部件（User Plane，简称 UP），两 个 部 件 共 同 实 现 传 统 BRAS功能。vBRAS-CP 负责用户控制和管理，vBRAS-UP 负责用户报文转发。CU 分离模式打破了传统 BRAS 设备控制平面和转发平面的紧耦合，方便灵活扩容和升级，可以应对不同规模用户量的接入场景。图5 上海电信新型城域网络演进进程欧盟在人工智能立法方面一直走在全球前列。2023 年 6 月，欧盟议会通过的人工智能法案草案，有可能成为全球首个关于人工智能的法案，必将对中国乃至全球人工智能技术的应用以及人工智能产业的发展产生重要影响。目的与影响2023 年 5 月 11 日，欧洲议会内部市场委员会和公民自由委员会以压倒性票数通过人工智能法案 提案的谈判授权草案，欧盟自此向 AI（Articical Intellgence，人工智能）技术立法与严格监管迈出关键步伐。2023 年 6 月 14 日，欧洲议会以 499欧盟人工智能法案简析及对我国的启示文 张伯超技术的变革总会在法律领域引发新的机遇与挑战。就人工智能而言，其具有巨大的商业潜力，有望赋能各行各业，但同时也带来了许多风险，如数据隐私保护、算法歧视、数据泄露等问题。欧盟推动人工智能立法，力图通过一部综合性立法抢占全球人工智能监管先机。票赞成、28 票反对和 93 票弃权的投票结果顺利通过了人工智能法案草案，在经过后续的三方谈判环节之后，该法案有望成为全球首个关于人工智能的法案，并将对全球 AI 技术应用和产业发展产生重要影响。欧盟颁布该法案的主要目的与影响如下：目的一：确保欧洲 AI 技术创新与应用在安全、透明、合规框架路径下发展。欧盟的人工智能法案始终遵循“基于风险”的基本原则，其制定的目的在于确保在欧盟市场上部署和使用的人工智能系统是安全的，并尊重现有法律基本权利和欧盟价值观；为欧洲人工智能发展制定确定性企业案例ENTERPRISE CASE