智慧切片路由器：基于LitePaaS的节点切片

随着网络场景应用的多样化，不同的业务场景需要不同类型的网络提供差异化服务。网络切片（Network Slicing）技术可以让网络提供商将一个网络资源基础设施切分出多个虚拟的端到端网络，针对具体应用场景的需求，在切片上独立进行相应的业务部署和控制管理。网络切片是一个网络级的概念，网络切片的维度，需要网络节点设备的控制面和转发面的支撑，即在一个物理设备上，存在多个隔离的虚拟化设备，本文称之为节点切片（Node Slicing）。

节点切片的技术要求

节点切片通过对物理设备的虚拟化，可以把一台物理设备虚拟成多台逻辑意义上的虚拟设备，同时要满足用户对于业务隔离、按需适配、精细管理、系统安全性和可靠性等方面的要求。设备要支持节点切片通常需要具备如下技术要求：

● 各个平面切片隔离，每个切片具备独立的管理、控制和转发平面，具有独立的管理权限、协议处理、转发表项，各个切片可以独立启停、互不影响。
● 切片业务灵活编排，满足网络切片业务的按需适配，各个切片可以运行不同的功能集和不同的软件版本。
● 设备资源切片管理，可以对设备的控制面资源、转发面资源进行多种粒度和维度的灵活分配，使设备的物理资源和逻辑资源能够高效利用。
● 切片独立版本升级，可以对单独一个切片进行版本升级，不影响其他切片业务正常运行，支持快速部署单个切片的新业务和提升设备的可维护性、可靠性。

传统的逻辑路由器（Logical Router）和虚拟路由器（Virtual Router）技术实现了设备的逻辑隔离，初步具备节点切片能力，但是切片业务的灵活编排、设备资源管理、独立版本升级等方面，传统的逻辑路由器技术架构无法满足。

如果采用VM（Virtual Machine）技术，能支持设备CPU和内存资源等切片隔离和独立升级，但是VM技术对设备的CPU和内存资源消耗大，虚机的软件系统臃肿，能够支持的节点切片数量非常有限，通常无法满足单台网络设备4个以上的业务切片需求。

Docker容器技术和LitePaaS平台

Docker容器技术，基于Linux内核实现轻量级的高性能资源隔离，利用更加节省的硬件资源提供给用户更多的计算资源，实现类似VM的功能，但是比VM轻量，支持秒级启动，适合微服务的灵活定制和快速部署。容器技术具备良好的隔离性和便捷的业务部署特性，与节点切片的需求非常契合，是切片技术的未来发展趋势。

为了支持切片业务的灵活编排，中兴通讯的下一代路由操作系统（ROSng）采用LitePaaS（轻量级PaaS）平台实现对容器的编排管理。如图1所示，LitePaaS平台是基于容器的轻量级嵌入式云平台，支持包括X86、ARM等各种CPU型号，以高可靠性、性能和资源开销做到极致为主要设计目标，并支持如下特性：

● 切片业务的动态灵活编排；
● 负荷分担方式的容器部署；
● 主备HA方式的容器部署；
● 容器的CPU、内存、网络、存储等资源编排；
● 满足特定外部条件的容器部署。

LitePaaS平台的以上特性，结合容器良好的隔离性和CPU、内存配额管理能力，能够满足节点切片需求。

基于LitePaaS的节点切片实现

采用LitePaaS平台实现节点切片，设备上运行的软件分为可切片化部分和不可切片化部分。

可切片化部分包括操作系统支持的各种协议、产品业务模块等，这些软件模块都可以制作成软件镜像，由LitePaaS编排部署，每个切片可以灵活部署需要支持的业务到相应的容器中，打包镜像，快速部署，实现“智慧切片”。

不可切片化部分包括：传统管理软件（软件部署管理SDM、切片管理SliceM、设备管理等）、LitePaaS、FPGA、驱动等，这些软件还是按照传统方式制作成基础（Base）包，由SDM下载部署。LitePaaS负责业务编排、镜像管理、容器部署和可靠性管理，SDM组件负责Docker镜像包的解析和安装等功能，SliceM组件负责切片的创建、使能、停止和实例化等功能。

基于LitePaaS的节点切片总体架构如图2所示。

中兴通讯采用容器技术实现的智慧切片路由器可以支持如下主要特性：

● 切片系统资源隔离
支持节点设备的管理平面、控制平面和转发平面的进程空间隔离。凭借容器技术本身的优势，可以对设备各个切片的CPU、内存、协议表项、转发表项等资源做精确的管理控制，可以灵活配置切片的最大资源额度、最小资源额度、固定资源额度等，实现节点切片的高效、高性能应用。

● 切片业务灵活编排
支持各切片按需定制业务，支持秒级切片应用快速部署，各个切片可以运行不同的功能集和不同的软件版本，在设备运行过程中，可以灵活创建、启动、停止、删除切片，支持动态修改切片的业务类型，支持不同切片的业务隔离和故障隔离，各个切片之间互不影响。

● 切片版本独立升级
支持对单个切片粒度的独立版本升级，每个切片都可以升级本切片业务的软件版本，不影响其他切片业务的正常运行，并能够支持切片版本的ISSU（In-Service Software Upgrade）升级。

● 切片资源粒度精细
支持精细和灵活的端口资源切片，能够支持基于线卡粒度、物理端口粒度、VLAN子接口粒度、FlexE子通道粒度等多种资源分配方式。

● 切片独立管理部署
支持网管和控制器对切片的管理和控制，包括切片创建、资源分配、网络拓扑和资源统一管理、网络抽象、路径计算、策略管理、业务部署等功能，形成独立的逻辑切片，支持切片之间控制面和管理面隔离。

智慧切片路由器应用场景

智慧切片路由器支持的应用场景主要有：

● 端到端网络切片
5G时代需要支撑增强移动宽带（eMBB）、海量机器类通信（mMTC）和超可靠低时延通信（uRLLC）等多样化场景下不同业务的差异化指标要求，5G业务的端到端网络切片，需要无线网络、核心网和承载网共同配合，在一张承载网络上实现不同业务的物理隔离，实现不同的业务平面，节点切片可以和FlexE、SDN等技术结合，满足端到端网络切片应用场景。

● 网络整合和局点简化
节点切片技术允许网络运营商在一个路由器设备中虚拟成多个单独的路由器，这使网络运营商能够将大型路由器部署为多个支持不同业务的小型路由器的角色，改进资产分配，并实现水平或垂直的网络整合。典型的网络水平整合场景如切片路由器批发、跨域POP路由器整合等，典型的网络垂直整合场景如边缘和汇聚节点设备整合、汇聚和核心节点整合，简化拓扑，便于运维管理，带来新的业务收益。

● 业务区分和隔离
通过对同一个物理路由器部署节点切片划分隔离不同的业务，业务如同运行在几个独立的设备上，可以起到隔离业务，提高安全性、可靠性的作用。如视频业务由一个单独的切片来承载，数据业务由另一个切片来承载，语音业务由第三个切片承载。

● 新业务验证和部署
随着网络的发展和业务竞争需要，网络运营商经常需要部署新的物理路由器，以支持新业务的推出和增加网络收益，比如BIER组播业务、IPv6新业务等。网络运营商可能希望对某项新业务进行概念验证部署，以检查技术问题并评估潜在的用户需求，如果未经验证的新业务直接在现网设备上进行部署，存在很大安全隐患，因此运营商可以利用节点切片的业务隔离性进行新业务验证，从而有效屏蔽风险，提升网络收益。节点切片和业务灵活编排和版本升级等特性，可以让运营商快速部署新业务，增强网络竞争力。

中兴通讯基于LitePaaS和容器技术实现的智慧切片路由器上的每个切片都可以具有完全的物理设备功能，具有独立的硬件资源和独立的软件环境、数据。可以像重启一台物理设备一样单独重启一个切片，可以按需部署每个切片需要支持的业务，使物理设备资源最大化利用、高效隔离、便于管理，满足运营商对不同客户或者特定场景的差异化需求，实现资源共享、灵活调度和业务快速上线，节省投资成本和运营成本，助力网络演进和发展，提升运营商网络收益和业务竞争力。