微服务化的vBRAS架构演进关键技术探讨

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微服务化的vBRAS架构演进关键技术探讨
发布时间：2024-06-24 作者：中兴通讯 陈迟馨，王怀滨
微服务化的vBRAS架构演进关键技术探讨 (zte.com.cn)

        随着中国电信城域云网的规模建设，以转控分离为核心的vBRAS快速部署，并大规模进行业务承载。转控（C/U）分离的vBRAS架构有效解决了传统BRAS产品面临的困境与挑战。但基于虚机部署的vBRAS也暴露出其局限性：
        - 虚机部署的vBRAS对虚拟化平台资源和性能要求高，不利于业务与基础设施的解耦，所以目前虚机部署的vBRAS业务大都运行在专有资源池之上。
        - 虚机部署的vBRAS组件间业务处理是有状态的，导致组件负荷分担困难，很难实现按需动态部署和弹性伸缩。
        - 虚机部署的业务组件独立升级困难。
        微服务化vBRAS采用微服务化的软件与业务架构，以高性能分布式数据库为核心，组件无状态化，为vBRAS带来更加灵活、弹性、可靠的新形态。微服务化的vBRAS对平台硬件资源的要求降低，可以灵活部署在第三方平台之上，并可以在不同平台之间灵活切换。微服务化灵活的独立组件升级，解决了传统设备、虚机方式组件升级困难、升级周期长的问题。
        微服务化的vBRAS架构演进的关键技术包括业务系统微服务化、C/U接口标准化、CC异地容灾、UP面池备、组件无状态化、组件独立升级等。

业务系统微服务化
        vBRAS微服务化目前还处于概念阶段。微服务化vBRAS，按照云原生的理念，运行在基于微服务化的平台之上，提供组件灵活部署、业务按需动态构建等关键特征。vBRAS业务自身的微服务化改造主要包括组件的池组化、无状态化、去中心化等。

C/U接口标准化
        目前vBRAS C/U之间的接口事实存在三套标准：WT487，由中国移动牵头，国内厂商主导，目前完成实验室的异厂家对接；TR459，国外厂商和国外运营商主导的标准，主打固移融合；厂商自定义的私有标准，目前规模承载业务的实际都是厂商私有标准。同时出现三套标准，不利于vBRAS业务的快速发展，从长远看还需要不断融合。
        虚机架构的vBRAS部署要同时支持这三种接口，并且实现不同接口之间的按需选择是非常困难的。基于微服务化的方式，采用云原生的理念，接口组件化、微服务化，按照不同的场景动态选择不同的组件和微服务，将使接口切换变得容易。

vBRAS双CP面异地容灾
        vBRAS的控制面类似于无线核心网部分。控制面对应无线核心网，转发面对应核心网的UPF。控制面按照地市或者省进行部署，单一控制面承载了远超传统BRAS设备的能力，所以控制面异地容灾就显得非常重要。vBRAS双CP异地容灾的核心需求是热备、可靠、快捷。vBRAS双CP异地容灾的关键问题是怎样实现vBRAS两个控制面间快速的用户同步和热备、怎样在不同的故障场景下实现业务的快速恢复。

vBRAS UP面池备
        UP面池备是vBRAS的核心功能，是传统BRAS演进到C/U分离的vBRAS最初的驱动力。UP面池备可以支持1+1/1:1/N+1/N:1等备份机制。传统BRAS之间用户不均、业务不均的情况，在C/U分离vBRAS架构之下得到了解决。vBRAS UP面池备的核心技术包括：
        - 用户在UP池内的负荷分担算法：基于MAC地址的负荷分担算法、基于VLAN负荷分担算法、基于用户数的负荷分担算法、综合多种关键因子的负荷分担算法;
        - UP间池备切换技术：当发生UP故障后，vBRAS用户在UP池间备份切换，用户不需要重新拨号，1+1到N+1平滑升级，业务不中断。

组件无状态化
        C/U分离的vBRAS接入性能已经得到了很大的提升，但还存在性能瓶颈。主要原因是核心组件是集中式的，比如主控、负荷分担组件都是主备模式集中部署，存在性能瓶颈。要提高系统的整体性能，需要打破集中化，核心组件需要去中心化。核心组件去中心化的关键技术是组件无状态改造，通过组件的无状态改造，核心组件由主备模式演进到池组化模式，从而突破性能上限。无状态改造的核心是组件以分布式数据库为基础，通过分布式数据库为各种应用提供高性能、高可靠、灵活扩展的能力。

组件的去中心化
        为了充分利用系统资源，在有限资源情况下为业务提供最大的性能、可靠性等，组件需要去中心化。这里的去中心化有几个方面的含义，包括组件的无状态池化、组件的随时随地部署。无状态化前面已描述。组件的随时随地部署打破了传统业务需要固定位置、固定形态的部署方式。随时随地是算力结合AI的一种选择：算力最优选择、组件智能开通、业务智能部署。

组件独立升级
        传统BRAS不支持组件独立升级能力，新增功能或新增特性升级的方式主要有三种：大版本升级、补丁升级、组件升级。大版本升级过程复杂，升级周期长，升级风险高。现网用得最多的是补丁升级，包括冷补丁和热补丁两种方式。冷补丁升级，升级次数受限制，同大版本升级类似，升级周期长，升级风险高。热补丁升级相对来说比较灵活，但由于不同进程、模块之间的耦合性，补丁升级需要进行的关联测试非常复杂。组件独立升级解决了模块之间耦合的情况，降低了软件的复杂度，减少了开发和测试的难度。组件升级的核心是组件化、微服务化。

主备组件NSR
        目前C/U分离的vBRAS部署组件还是主备模式的，组件升级或故障切换时需要进行主备切换，往往升级周期长，业务中断时间长。为了解决这个问题，在vBRAS上具有主备部署特点的组件需要支持NSR（non-stop routing），保证正常情况下组件状态一致，组件升级或切换时主备切换快速，从而保障业务不中断。

        vBRAS微服务化是为了更好地满足vBRAS业务需求发速发展以及固移融合需求而采用的业务架构。和传统的vBRAS架构相比，微服务化vBRAS提供更高的灵活性、可靠性，以及更高的性能。