SDN技術在電力廣域網的研究與應用

李彬

摘要：本文探討了SDN技術的概念、技術架構、技術特征及關鍵技術，結合電力廣域網現狀，分析研究了SDN技術在電力廣域網的應用方案及成效，最后描繪了SDN技術的應用前景。

關鍵詞：電力；SDN；廣域網

中圖分類號：TP393.09 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）01-0040-02

0 引言

近年來，隨著以物聯網、云計算、移動互聯為代表的新型網絡快速發展，網絡設備和技術變得日益復雜，對傳統網絡提出了更高要求。而目前網絡體系存在著網絡配置固化，網絡的靈活性和擴展性較差等問題，導致大型網絡流量的調整必須在每個網元上配置流量策略，不僅繁瑣而且還很容易出現故障。SDN（software defined networking，軟件定義網絡）技術的提出，為當前網絡問題提供了新的解決思路。SDN技術將網絡的控制平面和數據平面分離，把網絡控制功能從網絡設備中分離出來，通過集中控制的方式，實現業務自動化部署和動態調整，大大縮短了業務部署周期。

1 SDN技術介紹及關鍵技術

1.1 SDN技術概念

SDN技術是以斯坦福大學教授Nike Mckewn為首的團隊提出的一種新型網絡架構，它提供一個可編程的集中式網絡，將應用軟件參與網絡的控制管理，滿足上層業務的需求。SDN網絡包括SDN控制器、南向接口和北向接口，其中SDN控制器是SDN網絡的核心，提供整個網絡的集中視圖，南向接口用于信息轉發至網絡中的交換機和路由器設備，而北向接口用于應用通訊和服務部署。

1.2 SDN技術架構

2016年ONF（Open Network Faundation）組織對軟件定義網絡（SDN）的技術架構進行了描述，按功能總體分為三層體系：應用層、控制層和轉發層，此外，還包括連接應用層和控制層的北向接口及連通控制層和轉發層的南向接口。應用層通過控制層提供網絡開放接口和對外服務；控制層包括控制器和網絡操作系統，用于集中管理網絡資源，提供全局網絡試圖；轉發層由各種網絡設備組成，實現數據分組交換功能。

1.3 SDN技術特征

SDN技術須具備幾個特征[1]：（1）實現網絡的轉發和控制分離：網絡設備功能解耦合，控制單元獨立于網絡轉發和處理單元并獨立部署，轉控分離可以實現更高效的控制；（2）實現網元的集中控制：設備網元通過控制器集中管理和下發流表，可以更有效的調度資源來滿足客戶的需求；（3）網絡業務可編程：用戶可通過與控制器交換信息來滿足自身需求，實現業務敏捷性；（4）具備開放的接口：它要求接口的技術實現標準化并且貢獻給整個產業，用戶只需要通過控制器提供的開放接口，通過編程方式定義一個新的網絡功能，然后在控制器上運行即可。

1.4 關鍵技術

（1）南向接口技術。南向接口是從控制平面角度面向數據平面，用于提供給其他廠家網元的功能，即向下提供的接口。通過南向接口可將信息轉發至網絡中的交換機和路由器。SDN網元中各個轉發表項由SDN控制器統一下發，并非根據周圍網絡環境本地生成，因此SDN交換機只需關注基于表項的數據處理，無需理會控制邏輯如何實現，因此數據處理的效率也就成為SDN交換機性能最關鍵指標。（2）北向接口技術。北向接口是從控制平面角度面向應用，供其他廠家設備接入和管理網元的接口。用戶通過控制器向上層業務應用開放的接口，即SDN北向接口，能夠快捷調用底層的網絡資源。目前業界并無統一的北向接口標準，各大型廠商正聚焦于此，開發定義SDN模型和北向接口。（3）東西向接口技術。東西向接口是實現各控制器之間通信的接口。由于單個控制器能力有限，為滿足SDN網絡大規模部署和擴展性要求，東西向接口定義成為下一個SDN研究熱點。目前對于SDN東西向接口的研究還處于初級階段，行業標準不足。

2 國網江西電力數據通信網的研究與應用

2.1 江西廣域網架構

國網江西省電力有限公司廣域網由通信數據網所承載。2016年江西公司完成了數據網改造工作，江西省電力數據通信網與國網骨干網完成融合，國網數據通信骨干網向下延伸，覆蓋包括省公司本部、省內鷹潭第二匯聚點及參與省公司廣域網組網的各地市和直屬單位。江西網絡架構分三個層次：廣域網核心層、地市核心骨干層（省數據通信網邊緣層）和地市接入層，每個層次采用兩臺設備，口字型方式冗余組網。廣域網核心層及地市核心骨干層所有節點都屬于國網數據通信骨干網的BGP AS64600域，自治域內IGP采用ISIS路由協議，地市接入層設備與各CE業務接入路由器采用OSPF協議進行路由選擇[2]。

廣域網采用四大關鍵技術：IP over SDH技術、ISIS關鍵路由技術、BGP路由轉發控制技術、MPLS VPN流量隔離技術。承載信息、通信、調度、視頻、IPV6、語音、IMS、網管等多個業務VPN，各業務VPN之間安全隔離。

2.2 SDN技術在江西廣域網的應用

江西SDN廣域網應用方案和其他場景下的SDN網絡架構類似，也是一個分層、開放、靈活的網絡架構，SDN網絡架構分為網絡設備層、控制層和應用層三個層次[3]：

（1）網絡設備層：網絡設備接收SDN控制器的指令，包括傳統的SNMP、NETCONF等數據傳輸方式，支持通過SDN架構下的BGP-LS、Openflow等協議與控制器進行通信；同時在轉發層面進行優化，支持段路由SR和Openflow硬件轉發，提供高性能的轉發平面。（2）控制層：主要由控制器和APP軟件組成，該方案基于開源的OpenDayLight平臺，支撐各種APP集成；可根據廣域網的結構特征，定制化開發APP，滿足用戶在不同場景下的業務需求；通過統一的南向接口協議和底層設備通信；通過北向接口向用戶提供豐富的API接口，實現和編排系統集成，滿足用戶功能需求。（3）應用層：通過調用APP提供的API接口，實現業務的二次編排，具備全省網絡需求和網絡組織的全局視圖，對所有流量計算出最佳最明確的路徑，實現全網的實時監控、圖形化展示及故障定位等，進而簡化網絡的運維管理。

通過SDN技術在廣域網的應用，解決了當前全省廣域網的鏈路帶寬利用率低、網管成本高等的問題。提高了廣域網的整體性能，同時簡化網絡管理，節約運維成本。

3 結語

當前SDN技術成已經為引領網絡發展的熱門技術，受到廣泛的關注。然而SDN技術在許多關鍵領域仍需取得突破，包括跨域通信、擴展性等問題，盡管如此，未來一段時間SDN技術仍將是研究熱點，擁有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1] 王愛俊，毛東峰，孫瓊，等.廣域網IP SDN控制器架構與關鍵技術研究[J].電信技術，2017（3）：16-20.

[2] 毛明，陳庶樵，崔世建.SDN控制器部署中的可靠性優化研究[J].電子技術應用，2017（3）：108-111.

[3] 馬文婷.基于OpenFlow的SDN控制器關鍵技術研究[D].北京郵電大學，2015.

Abstract：In this paper， the concept， technical architecture， technical characteristics and key technologies of SDN technology are discussed， based on the current situation of power WAN， the application scheme and effect of SDN technology in power WAN are analyzed and studied， finally， the application prospect of SDN technology is described.

Key words：power； SDN； WAN