中國聯通UTN網絡引入SDN的思考

中國聯通網絡技術研究院│曹暢

中國聯通UTN網絡引入SDN的思考

中國聯通網絡技術研究院│曹暢

隨著SDN技術由炒作期走向成熟期，SDN與現網應用結合、與已有運維體系結合的需求越來越強烈，SDN的研究必須走出實驗室，走向運營商運維的第一線。

為了應對移動回傳和集客專線業務分組化、高速化的發展趨勢，中國聯通自2012年起在全國300多個城域網中大規模開展了本地綜合承載傳送網（UTN）建設，旨在打造一張城域范圍內的精品網絡。

中國聯通UTN網絡概況

UTN技術基于IP/MPLS技術標準體系，支持BFD、MPLS-TE等多種特性功能，具有對運營商網絡普遍的適用性。目前UTN網絡采用三層路由器設備組網，核心匯聚層主要定位于邊緣流量的匯聚和轉發，多采用雙歸屬、口字形或者環形結構組網。UTN接入層位于網絡邊緣，用于提供靈活的業務接入，設備多以環形結構為主，同時考慮到地理環境以及資源因素，還有少部分地區采用雙上聯、鏈型等多種結構組網。

結合所承載的業務類型，目前UTN網絡的組織結構如圖1所示，主要有3種業務承載方式。

● 方式一：端到端采用分段L2VPN方式，在匯聚設備進行分段

● 方式二：接入層采用L2VPN方式，在核心匯聚層采用IP/MPLS L3VPN方式

● 方式三：端到端采用分段L3VPN方式，在匯聚設備進行分段

以傳統路由器架構為基礎，結合上述3種業務承載方式，3G時代和LTE初期的移動業務承載問題能夠通過部署UTN得以較好解決。但是，隨著LTE的深入部署和5G時代的到來，一方面，UTN全網尤其是接入層的節點規模將會迅速膨脹，帶來了成本的增加和運維的繁瑣。另一方面，為提升用戶感知和業務體驗，UTN網絡跨廠家、跨網絡形態組網愈加重要，這些變化都對現有UTN網絡的設備成本、運維管理、可用性、互通性提出了更高的挑戰，需要引入SDN等新技術加以解決。

圖1 中國聯通UTN網絡業務組織方式

SDN在UTN網絡中的引入方式

中國聯通UTN網絡簡化運維、降低成本、提升性能和感知質量的訴求，與SDN的技術優勢十分契合。首先，SDN在網絡中引入了集中的控制平面，便于網絡運維的集中化和業務優化的自動化，解決了目前網管調整方式中依賴人工和質量不可控的問題，在多廠家聯合組網、業務跨OTN、IP承載網聯合部署時，使用集中控制平面的優勢會更加明顯。其次，SDN將控制與轉發的分離作為重要目標，有利于海量轉發網元與控制器的解耦，并且可簡化UTN設備形態，便于降低網絡建設成本。最后，SDN通過開放北向接口，可以接入各種功能豐富的第三方APP，以增強網絡數據的分析和使用能力，便于運維部門進行網絡的持續優化。

基于以上原因，中國聯通很早已開展將SDN引入UTN網絡的研究工作，并確定了未來基于SDN的UTN網絡——SD-UTN網絡架構體系和演進方向。SD-UTN網絡的邏輯架構包括數據平面、控制平面、管理平面和應用平面4個組成部分。

數據平面由兩種數據轉發網元組成，包含已在網的UTN網元和未來在網絡中新引入的SD-UTN網元。SDUTN網元是指根據SDN控制器的控制進行報文的轉發及協議的處理、執行，與控制器之間通信接口標準化，并且集成必要的業務適配與承載、QoS、OAM、網絡保護、同步等相關功能的新一代UTN轉發模塊。

控制平面為SDN控制器，通過運行各種協議實現對全網資源或部分網絡資源的協同和調度，生成明確的策略指導業務轉發、QoS、保護與恢復等功能的實現。隨著控制平面功能的完善，控制包括UTN在內的各種形態的網元，都應通過統一架構的網元控制器實現。而網絡協同器所控制的網絡類型，也將不局限于UTN這一種網絡形態。

管理平面保持對現有UTN網絡的管理功能不變，仍然分為EMS系統和NMS系統，其中EMS系統中還可包含設備廠家自身或者第三方的性能采集模塊，引入SDN后，管理平面原有的性能管理、資源管理、故障管理等功能保持不變，業務配置與調整功能應與控制平面共同完成，在業務布放、調整過程中需要的網絡資源、性能、故障等信息，管理平面和控制平面應實現同步。

應用平面提供與UTN網絡智能控制與能力開放相關的APP應用，近期主要聚焦集團客戶專線場景，針對不同的使用人群，可分為運維人員APP、市場經理APP和客戶APP3類，可通過權限劃分予以區分。

在該邏輯架構中，中國聯通前期已對網絡協同器和網元控制器之間的接口、控制平臺與應用平面之間接口進行了標準化，目前正在探索控制平面與管理平面之間I接口，以及控制器與網元之間的南向接口（網絡控制器與UTM網元之間）的標準化方式。

網絡長期演進方案

● 近期網絡架構

為了保持網絡的平滑演進，同時提升網絡能力，將SDN技術引入UTN網絡分為近期和遠期兩個階段。

首先，接入層UTN網元和SD-UTN網元共存，維持這兩種設備的IP/MPLS轉發機制不變，OAM機制與保護機制不變，在此基礎上逐步移除分布在UTN接入層設備上的路由計算、信令處理等控制協議功能，例如IGP中OSPF/IS-IS，RSVP-TE/LDP，LRM等；核心匯聚層的UTN設備形態一般應保持不變，但控制平面可支持雙棧，路徑計算功能可以由設備分布式實現變為通過網元控制器集中實現。在近期架構中，SD-UTN設備仍可保留少部分控制功能或控制代理功能，并逐步支持Openflow協議所要求的流表轉發功能，SD-UTN網元的南向接口需通過標準化協議實現。

其次，每個網元控制器一般控制同一廠家的網元，且往往是同一類型的網元，網元控制器由該廠家提供，負責本廠家轉發設備的控制，并結合本廠家EMS共同實現本廠家設備的自動運維，網元控制器與單廠家EMS在系統設計上應該遵循同廠家同系統，操作界面統一的原則。

最后，對于跨域（跨廠家）的端到端業務配置和端到端的資源管理、運維管理，由網絡協同器實現，在建設了UTN綜合網管的地區，網絡協同器應與綜合網管合設，相關操作功能均可通過應用平面APP或綜合網管的服務開通系統完成。

● 遠期網絡架構

未來SD-UTN遠期網絡架構中，控制功能的移除不僅局限在接入層網元中，也將涵蓋核心、匯聚層網元，若控制功能已在設備中完全移除，則稱該設備形態為遠期SD-UTN設備。隨著傳統UTN設備的退網，網絡中主要的設備形態以SD-UTN設備為主，但不同時期的SDUTN設備形態會長期共存。通過南向接口標準化、網元控制器與UTN設備實現了解耦，第三方或運營商自研的網元控制器可以直接控制異廠家SD-UTN網元和其他形態網元。此階段網元控制器與EMS應形成統一的本地網元管控平臺。而網絡協同器也應與改造后的集團OSS系統共建，實現集團網絡級管控平臺，該平臺需要通過云化方式部署，可以全國集中建設，并根據需要釋放相應的能力給遠端不同區域（例如不同省份）的UTN網絡和其他網絡使用。SD-UTN應用平面除提供管理配置類APP之外，還將發掘一些架構在UTN網絡之上的獨立服務APP，例如網絡大數據的分析和處理等。

小結與思考

中國聯通SD-UTN研究本著業務先行、先易后難、接口開放的原則，已經取得了階段性進展，實現了MPLS VPN業務的快速下發和部署。同時，聯通還積極與ONOS等國際開源組織合作，共同探索控制器的目標架構與功能要求，并且利用ONOS開源控制器，在天津聯通現網開通了視頻專線業務。

隨著SDN技術由炒作期走向成熟期，SDN與現網應用結合、與已有運維體系結合的需求越來越強烈，SDN的研究必須走出實驗室，走向運營商運維的第一線。因此一定不要孤立的從控制技術角度，而是要從整網運維能力提升的角度來看待和研究SDN，SDN不是要替代現網已有的運維平臺，而是要與其優勢互補，實現強強聯合，共同為新業務的引入和發展服務。

編輯｜魯義軒 luyixuan@bixintong.com.cn