YANG模型與運營商開放平臺戰略

穆琙博　張宇華　工業和信息化部電信研究院通信標準研究所

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YANG模型與運營商開放平臺戰略

穆琙博張宇華工業和信息化部電信研究院通信標準研究所

摘要：近年來，隨著OTT業務的不斷發展，運營商面臨迫切的戰略轉型需要。建立能夠實現全局化資源管理、彈性化網絡服務的開放平臺已經成為全球各大運營商戰略轉型的關鍵核心。然而，受限于運營商現網環境中數量龐大的封閉型傳統網絡設備，以及不完善的標準化和規范化接口描述規則，各大運營商的平臺建設紛紛處于“進展緩慢”狀態。IETF的NETCONF工作組在2010年正式發布了服務于NETCONF協議的YANG模型，經過思科公司在OpenDayLight項目中的大力推廣，當前，YANG模型為運營商實現不同網絡架構的統一建模、平臺接口的規范性描述提供了新的發展思路。

關鍵詞：YANG模型；開放平臺；NETCONF；SNMP

1　引言

隨著OTT業務的不斷發展，應用和終端成為消費者關注的主要方向。當前，產業價值鏈逐漸傾向能夠提供內容和應用服務的互聯網公司。運營商受限于封閉不開放的網絡體系架構，無法精細化管理網絡資源，缺乏彈性的網絡服務能力，在OTT的競爭壓力下，傳統業務全面萎縮，單純的數據流量業務不僅未能扭轉量收“剪刀差”，還帶來了“價值管道化”的競爭風險，運營商面臨迫切的戰略轉型需要。

為應對發展危機，業界提出了一種應對策略，就是在ICT產業大融合的背景下，針對當前的網絡缺陷，統合SDN/NFV的架構優勢和云計算的彈性管理優勢，自上而下建立能夠實現智能化資源控制，并以開放能力的方式向第三方提供后臺網絡能力的新型開放型管理平臺，形成“智能管道”，從服務方式和商業模式方面，實現根本性的戰略轉型，其中，轉變現有孤立封閉的管理平臺，發展開放智能的可共享平臺是運營商戰略轉型的關鍵核心。這一點得到了全球運營商的認同。近幾年，幾乎每個大型運營商都提出了自己的開放合作計劃，著力于建立自己的開放平臺，然而在計劃落地的實際過程中，大多數處于“進展緩慢”狀態。究其原因，我們認為主要在于資源整合的難度較大，具體表現為兩個方面：運營商網絡環境中存在規模龐大的封閉型網絡設備、新的管理平臺缺少標準化和規范化的開放能力。對于運營商而言，任何的戰略轉型必須兼顧現有網絡環境中運行著的傳統網絡設備。當前，這些設備大多使用SNMP協議向管理平臺提供設備信息，因而，新型管理平臺的管理模型必須兼容SNMP的SMIv2信息模型；另一方面，新型管理平臺必須規范化開放能力，即在API接口方面形成一套標準化描述準則。

YANG模型是IETF的NETCONF工作組針對NETCONF協議于2010年10月正式發布的數據模型語言，經過5年時間的發展，在思科公司的大力推動下，YANG模型在OpenDayLight項目中成功實現了對不同的網絡架構進行統一化建模管理，同時，結合IETF提供的YANGtools工具，YANG模型對網絡開放平臺的整體開放能力提供了完整的管理規范。近兩年來，隨著OpenDayLight、ONOS等開源網絡操作系統的普及發展，YANG模型得到了業界的極大關注，業已成為解決運營商開放平臺轉型難題的關鍵技術。

2　YANG模型：統一化建模管理和API體系管理

YANG模型的興起與NETCONF協議的發展緊密相關。作為一種面向未來網絡的智能管理網絡協議，NETCONF已經被證明具有相對于SNMP的各種性能優勢：Tail-f于2014年提出了一種在復雜網絡環境下，滿足客戶更高需求的NETCONF方案實現，基于這個平臺，美國科羅拉多州立大學聯合美國有線電視實驗室圍繞SNMP和NETCONF協議進行了背靠背的比對測試，結果證明，在模擬的運營商網絡環境下，NETCONF協議在帶寬利用率、信道安全性、業務管理效率等方面具有顯著的性能優勢，因此，IESG在2014年建議采用NETCONF協議和YANG模型來代替SNMP協議進行網絡管理的未來演進。

YANG模型作為NETCONF協議的數據模型語言，從提出到落地實現，得到了業界的大力支持。IETF 從2010年到2015年在Netmod工作組一共推出了16 篇RFC文檔。其中，2010—2012年的RFC6020、RFC 6022、RFC6536和RFC6643，逐步完善了NETCONF協議下YANG模型理論研究，實現了YANG對SMIv2的映射轉換；2014年的RFC7223、RFC7277、RFC7317和RFC 7407，針對現網設備中的管理模型給出了基于YANG的參考模型（見表1）。思科主導的Open DayLight社區也從2014年2月第一代OpenDayLight Hydrogen版本開始，全面支持YANG模型實現異構網絡的統一化建模管理和接口定義管理，加快了YANG的落地實現進程。結合在OpenDayLight工程中的實際應用，當前，YANG模型主要在統一化建模和API體系兩個方面，發揮管理作用。

表1　IETF8篇經典YANG RFC

2.1統一化的建模管理

●統一的數據建模語言

RFC6643 定義 了YANG與SMIv2之間的映射轉換，這是YANG模型能夠實現異構網絡統一化管理的重要基礎。現網環境下，基于表結構的SMIv2是構成設備管理的基本信息結構，也是當前網絡管理平臺的基礎數據模型；YANG使用樹結構來存儲設備的配置數據和狀態數據（見圖1）。相對于表結構的SMIv2，YANG模型能夠建立更加復雜的結構類型（比如，union和list）、可以定制化協議操作、提供支持數據驅動工具的語句聲明、支持高級的檢索功能（比如，XML子樹和XPath搜索）。

●SDN-Enable網絡、傳統網絡、虛擬網絡3種異構網絡的統一化建模管理

目前，基于SDN/NFV的網絡架構已經成為業界解決網絡問題的重要共識，隨著SDN/NFV技術與云計算逐步深度融合，支持SDN/NFV的SDN-enable網絡開始在云化數據中心和運營商廣域網進行試點實地部署。當前，在運營商運維的網絡環境中，SDN-Enable網絡、傳統網絡和虛擬網絡是最有代表性的3種異構網絡，因此，針對這3種場景的YANG建模有助于形成各種異構網絡的統一化建模管理能力（見圖2）。

OpenDayLight在第一代Hydrogen版本提出了10 種YANG模型，分別描述了不同的IETF協議PDU；到2015年6月，在第3代Lithium版本的OpenDayLight工程中，YANG模型不再局限于配置數據和狀態數據的模型描述，圍繞SDN-Enable網絡、傳統網絡和虛擬網絡，YANG模型分別在服務、策略、協議和用戶方面完成了建模。同時，Li版本的YANG模型還增加了發揮統一編排作用的GBP模型和SFC模型，至此，YANG模型初步完成了3種異構網絡的建模管理。

2.2API體系管理

●MDA的接口描述語言

圖1　SMIv2到YANG的映射舉例

圖2　三大典型網絡體系架構

MDA，Model-DrivenArchitecture，模型驅動的體系架構，是對象管理組（Object Management Group）提出的一種以模型為基本單位進行架構的軟件框架。當前，在網絡應用領域，基于MDA的軟件結構模式已經得到產業界和學術界的大力支持，廣泛應用于描述網絡設備、網絡服務、網絡策略和網絡APIs的功能。YANG模型是一種成功的MDA的接口描述語言：YANG模型定義了模型化的RPC機制和信息通知（Notification）機制，描述了系統內部和外部之間的交互行為；YANG模型采用基于Domain的模型化設計方式，促進了軟件開發人員和網絡領域專家的協作能力。

在OpenDayLight工程實現當中，基于YANG模型描述實現的API接口將網絡與應用緊密地結合在一起，使網絡研究人員可以專注于API來設計網絡應用結構，避免了龐大的設備協議的干擾。

●YANGTools助力接口管理統一化

YANGTools是將YANG模型落地轉化為軟件代碼的工具集合，在YANG模型的落地過程中，通常需要一系列的工具集合組成工具鏈，支持模型到代碼生成的映射匹配，支撐模型可擴展要求。借助不同類型的YANGTools，YANG模型可以在不同的工作平臺、編程語言環境下，提供功能一致性的API接口描述。

在OpenDayLight工程當中，不同架構的服務、策略、協議和用戶均采用JavaDTO的封裝方式來描述接口屬性；YANG模型模型借助Binding-AwaredataAPIs實現了與JavaDTO和JavaAPI之間的映射轉換，將不同體系架構下的服務接口和數據接口作為YANG樹的一部分統一管理起來。

3　YANG模型在運營商開放平臺戰略轉型的應用實現

YANG模型在建模管理和API管理方面的優異性能，使得Open-DayLight在激烈的網絡操作系統的市場競爭當中保持了技術優勢，吸引了運營商的極大關注。當前，網絡能力開放化、服務能力智能化是運營商網絡演進發展的重要方向，得益于YANG模型的規范化和統一化管理能力，OpenDayLight工程成為運營商構建開放智能可共享平臺的首要參考項目。

●Telefonica的Net-IDE平臺

Net-IDE平臺是西班牙電信為推動網絡架構向著SDN/NFV方向演進，構建新型產業生態而計劃建立的一個新型集成應用平臺，其關鍵核心在于構建能夠支撐多種業務場景和應用需求的網絡APP引擎（見圖3）。西班牙電信借助OpenDayLight提供的標準YANG模型，自頂向下重新定義了一套抽象APIs。到目前為止，初步完成了網絡APP引擎的設計，為面向未來的整體解決方案提供了基礎支持。

●AT&T的AIC接口體系管理和控制器模型管理

AIC，AT&TIntegratedCloud，是AT&T公司在ICT融合的大背景下，圍繞以云服務為代表的新型應用場景，綜合現有的ICT新技術手段，推出的一整套兼容現有網絡業務、面向未來應用場景的綜合解決方案。

AIC轉變了原有的專業業務架構，在綜合了OpenStack、OpenDayLight、Linux、DPDK、OCI等開源基礎框架之后，AIC形成了能夠提供高效率、低成本、高擴展性的新型業務架構（見圖4）。其中，能夠支持可插拔的標準化、規范化的接口管理體系是構建新型業務架構的基礎。AT&T以YANG模型為原型基礎，設計了基礎的網絡APIs管理體系，進而形成了整體的接口管理體系。

圖3　西班牙電信的Net-IDE

圖4　AT&T業務架構升級

AIC體系架構圍繞全局化網絡管理能力，提出了五大管理要求：增強、控制、編排、管理和策略（ECOMP）。要支撐AIC應用編排層的管理能力落地，AT&T參考OpenDayLight工程，設計實現了能夠提供靈活網絡服務能力，開展全局網絡資源管理的新型網絡控制器軟件架構。控制器使用YANG模型作為網絡模型的管理核心，完成了對傳統網絡、虛擬網絡和SDN-Enable網絡的統一化建模管理（見圖5）。

4　國內運營商開展開放平臺戰略的發展建議

在當前ICT大融合的背景下，國內三大電信運營商紛紛以積極的態度擁抱網絡架構轉型的趨勢，建立能夠孵化全新產業鏈的新型開放平臺已經成為國內運營商戰略轉型的共識：中國聯通在標準服務體系方面和虛擬化測試方面開展了相關的試點研究工作，下一步，基于云化基礎設施，融合新型網絡和已有網絡的業務協同，構建能夠向產業界智能開放網絡能力的協同管理平臺將成為發展的重要方向；中國電信在專有的云化數據中心場景進行了實例部署，未來，以AT&T為學習榜樣，參考OpenDayLight工程，聯合產業界共同打造具備高性能、高可靠性的云化操作系統是中國電信的發展重點；中國移動在接入網設備、試點業務平臺方面開展了研究性工作，結合5G的規劃發展，未來能夠支撐全新產業鏈的新型網絡平臺將成為中國移動的發展重點。

圖5　AT&T控制器軟件體系架構

當前，國內電信運營商的開放平臺發展仍處于初級階段，如何兼容現有的傳統設備，設計標準化、規范化的開放平臺架構成為運營商需要考慮的首要難題。參考國外頂級電信運營商在應用YANG模型方面的實際經驗，結合OpenDayLight工程的成功應用部署，這里給出國內開展平臺轉型的3條發展建議：

●整合現有資源，升級管理平臺

升級現網環境下SNMP管理平臺，綜合已推進的NETCONF試點平臺，利用YANG模型，統一設計、統一部署新型結構化IT平臺，全面管理現網設備和新型網絡設備，為網絡架構轉型奠定平臺基礎。

●規范接口設計，強化管控能力

在管理平臺的轉型過程中，借鑒YANG模型，自頂向下綜合設計新型接口管理規范，把原有的IT系統能力進行統一的API封裝，形成功能相對獨立的模塊化管理子功能，提高管控能力。

●打造新型生態，統合上下游產業

以平臺API為核心，聯合設備制造商、互聯網公司等市場參與者，共同打造在開放網絡平臺下，ICT產業發展的新型生態。

5　結束語

本文針對電信運營商構建開放平臺，落地戰略轉型業已遇到的兩大現實難題：規模龐大的傳統設備難以兼容、新型平臺接口缺乏統一描述，結合YANG模型在OpenDayLight項目工程當中體現出的優異性能和國外運營商的成功試驗，給出國內運營商開放平臺戰略轉型發展的3條建議。

參考文獻

［1］William Stallings.SNMP，SNMPv2，SNMPv3，and RMON 1 and 2［S］.Addison-Wesley，1999.

［2］Tail-f Systems.ConfD-A Commercial On Device Management Solution，v3.3.4，Product Marketing Page［R/OL］. Tail-f Systems，2011.http：//www.tail-f.com/products-andservices/confd，Software obtained under Non-disclosure Agreement.

［3］Wasserman，Goddard.Using the NETCONF Configuration Protocol over Secure SHell（SSH）［S］.IETF RFC 4742，2006.

［4］McCloghrie，Perkins，Schoenwaelder.Structure of Management Information Version 2（SMIv2）［S］.IETF RFC 2578，1999.

收稿日期：（2016-03-04）