SDN在承載網(wǎng)中的應(yīng)用探討

呂云輝 李敏 王克信

普天信息工程設(shè)計(jì)服務(wù)有限公司 北京 100088

前言

SDN（Software Dfined Networking，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）特點(diǎn)是控制層和轉(zhuǎn)發(fā)層的分離、集中控制網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)并通過(guò)開(kāi)放的編程接口來(lái)實(shí)現(xiàn)底層設(shè)施對(duì)上層應(yīng)用的透明化。運(yùn)營(yíng)商一般將承載網(wǎng)分為一般的傳輸承載網(wǎng)和IP承載網(wǎng)，本文主要從這兩個(gè)方面探討SDN在運(yùn)營(yíng)商的承載網(wǎng)的應(yīng)用。

1 SDN在承載網(wǎng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

提高鏈路利用率，降低成本。應(yīng)用SDN技術(shù)后，承載網(wǎng)可依據(jù)鏈路的實(shí)際情況來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)發(fā)量，并使得承載更加精細(xì)化，從而提提升鏈路利用率，進(jìn)而可以使得網(wǎng)絡(luò)建設(shè)前瞻性、目的性、可預(yù)見(jiàn)性更強(qiáng)，能夠有效降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。

更有效的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理。融入SDN后的承載網(wǎng)，控制層面主動(dòng)獲取網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備狀態(tài)，并對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)層面自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)整轉(zhuǎn)發(fā)行為。減少人工干預(yù)，使維護(hù)工作變得更加簡(jiǎn)單、有效，大大降低運(yùn)維成本[1]。

2 SDN在傳輸承載網(wǎng)上的應(yīng)用

當(dāng)前PTN網(wǎng)絡(luò)是運(yùn)營(yíng)商使用的傳輸承載網(wǎng)絡(luò)的代表，其特點(diǎn)是統(tǒng)計(jì)復(fù)用、端到端Qos和集中化的網(wǎng)管，提供了電信級(jí)運(yùn)營(yíng)保障；而SDN的理念是提升互聯(lián)網(wǎng)客戶體驗(yàn)，特點(diǎn)是智能控制、集中控制和開(kāi)放的平臺(tái)。

SDN在傳輸承載網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)控制和承載分離，其主要功能包含：采用SDN來(lái)響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)切片的連接請(qǐng)求、確定SDN域中的組件和訪問(wèn)點(diǎn)、接收拓?fù)湫畔ⅰ@取設(shè)備節(jié)點(diǎn)狀態(tài)、檢測(cè)來(lái)自協(xié)調(diào)器的流信息、管理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)滟Y源等。運(yùn)營(yíng)商需要在現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，將SDN技術(shù)應(yīng)用在PTN承載網(wǎng)構(gòu)建成SPTN網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步精確的、差異化的承載能力來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)的能力。此網(wǎng)絡(luò)具備業(yè)務(wù)靈活調(diào)度、高可靠性、低時(shí)延、高精度時(shí)鐘、易運(yùn)維、嚴(yán)格QOS保障等屬性。SPTN主要面向城域綜合業(yè)務(wù)承載的傳送網(wǎng)技術(shù)機(jī)制，對(duì)前/中/回傳、企事業(yè)專(zhuān)線/專(zhuān)網(wǎng)、家庭寬帶等高質(zhì)量要求的業(yè)務(wù)進(jìn)行綜合承載。

集中管理和控制的SDN架構(gòu)：采用基于SDN管控融合架構(gòu)，支持業(yè)務(wù)部署和運(yùn)維的自動(dòng)化能力，以及感知網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)并進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)自優(yōu)化能力。同時(shí)，基于SDN的管控融合架構(gòu)提供簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)、跨網(wǎng)絡(luò)域/技術(shù)域業(yè)務(wù)協(xié)同等能力。網(wǎng)絡(luò)SDN集中管控架構(gòu)，系統(tǒng)由傳送平面、控制平面、管理平面、應(yīng)用/協(xié)同平面組成。應(yīng)用層通過(guò)北向接口使APP軟件承載網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用更加便捷，包括面向運(yùn)營(yíng)商的O-APP和未來(lái)開(kāi)放面向用戶的U-APP。通過(guò)應(yīng)用層，可以便捷通過(guò)開(kāi)發(fā)應(yīng)用許多面向工程、運(yùn)行維護(hù)、市場(chǎng)發(fā)展需要的軟件，以提高自身效益。控制層包括D-Controller（單域控制器）和S-Controller（多域控制器）：用于分層部署的控制器之間進(jìn)行資源的協(xié)同調(diào)度和控制，每層控制器和其他層的控制器之間均可通過(guò)層間接口交互。定義基于控制域的網(wǎng)絡(luò)級(jí)資源信息模型，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)控制器分層分域協(xié)同控制，上層控制器通過(guò)接口對(duì)多個(gè)下層控制器的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行調(diào)度。單域控制器具有業(yè)務(wù)控制、邏輯顯示、路徑計(jì)算、優(yōu)化等功能，多域控制器負(fù)責(zé)發(fā)起對(duì)跨域SPTN業(yè)務(wù)的控制、跨域網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)、跨域業(yè)務(wù)編排。在此種方式下，可以有效增強(qiáng)承載網(wǎng)的業(yè)務(wù)保護(hù)和業(yè)務(wù)恢復(fù)能力。轉(zhuǎn)發(fā)層要兼顧傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型，傳統(tǒng)的承載網(wǎng)通過(guò)Qx接口與EMS/SNMS連接，采用SDN技術(shù)的SPTN網(wǎng)絡(luò)則可以直接通過(guò)Open Flow/OF-Config接口與控制層連接，轉(zhuǎn)發(fā)層處于最底層，在網(wǎng)管和控制器失效后仍然能具備基本的運(yùn)行功能。

3 SDN在lP承載網(wǎng)上的應(yīng)用

SDN可以提升IP承載網(wǎng)的利用率和節(jié)約傳輸容量。目前各家運(yùn)營(yíng)商都是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的流量峰值來(lái)預(yù)測(cè)IP承載網(wǎng)路徑和帶寬的預(yù)測(cè)，其路由器和交換機(jī)之間容量是固定狀態(tài)，在上行鏈路失敗時(shí)，會(huì)引起路徑選擇重復(fù)和競(jìng)爭(zhēng)情況，使得網(wǎng)無(wú)法自愈，且會(huì)引發(fā)“重試”失效問(wèn)題，使得網(wǎng)絡(luò)利用率小于30% 。

引入SDN技術(shù)后，SDN控制器可以使網(wǎng)絡(luò)具有組織和需求全局化的結(jié)構(gòu)視圖，可以自主算路和路徑選擇，同時(shí)界定各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)行為，能降低保護(hù)帶寬的設(shè)置率。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，可以將流量直接切換至預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)通道中，有效提升了網(wǎng)絡(luò)收斂和利用率，可以預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)利用率提升到90%以上。一般模式下網(wǎng)絡(luò)流量、數(shù)據(jù)處理主要以IDC之間端到端的通信峰值為依據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)隧道網(wǎng)格、硬件板卡等，在引進(jìn)SDN后，通過(guò)節(jié)點(diǎn)增加的支持Open Flow協(xié)議的交換機(jī)，根據(jù)用戶需求，通過(guò)SDN控制器可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)各容量進(jìn)行實(shí)時(shí)配置，不僅保證了通信性能，同時(shí)節(jié)省了傳輸容量。

當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商IP承載網(wǎng)其各類(lèi)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與應(yīng)用層、服務(wù)層間的綁定非常密切，缺乏深層次的調(diào)度與平衡，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)利用率不高。SDN技術(shù)因其網(wǎng)絡(luò)組織形式的全局性以及更加直觀的視圖性，且能將下層級(jí)的信息反饋至應(yīng)用層等特點(diǎn)，能夠使融入SDN技術(shù)的承載網(wǎng)絡(luò)的整體利用率提升。運(yùn)營(yíng)商IP承載網(wǎng)絡(luò)下，系統(tǒng)服務(wù)器通常能夠按照服務(wù)器可用性的實(shí)際情況和資源的使用情況進(jìn)行服務(wù)器自主選擇，將服務(wù)器下的負(fù)載進(jìn)行合理分擔(dān)，這一選擇過(guò)程往往容易缺乏對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的考量，進(jìn)而導(dǎo)致服務(wù)器出現(xiàn)空閑的情況，進(jìn)而為某些路徑造成擁堵的問(wèn)題，深刻影響這信息的傳輸效果[1]。基于SDN技術(shù)的承載網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行服務(wù)器選擇時(shí)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)自主選擇的預(yù)期目標(biāo)，同時(shí)要能對(duì)空閑的服務(wù)器進(jìn)行科學(xué)利用，實(shí)時(shí)感知控制器的工作情況，盡可能在路徑中選擇高容量路徑達(dá)到信息傳輸?shù)哪康模胶舛藢?duì)端的數(shù)據(jù)負(fù)載。

4 結(jié)束語(yǔ)

SDN技術(shù)融入運(yùn)營(yíng)商的承載網(wǎng)絡(luò)，不論是傳輸還是IP網(wǎng)都能夠提升網(wǎng)絡(luò)效率和質(zhì)量，為5G業(yè)務(wù)的承載以及后期海里數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載和處理打下基礎(chǔ)，是承載網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢(shì)。