光傳送網(wǎng)北向接口信息模型研究

徐云斌，趙 星，王亞男，張 庚

(1.中國(guó)信息通信研究院，北京 100191； 2. 中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京 100192)

0 引 言

隨著第五代移動(dòng)通信(5th Generation, 5G)網(wǎng)絡(luò)試商用的到來(lái)，傳送網(wǎng)絡(luò)采用了新的技術(shù)滿足5G網(wǎng)絡(luò)的需求，如大帶寬、低時(shí)延和海量連接等。對(duì)傳送網(wǎng)絡(luò)的管控技術(shù)而言，也出現(xiàn)了新的需求，例如支持網(wǎng)絡(luò)切片的快速開(kāi)通和部署，支持網(wǎng)絡(luò)切片的規(guī)劃、自動(dòng)部署、開(kāi)通和運(yùn)維，基于時(shí)延實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的管控，以及提供差異化和多服務(wù)等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)等。5G傳送網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)切片需要面向多層次的網(wǎng)絡(luò)資源，自動(dòng)化和智能化的網(wǎng)絡(luò)管控需求越發(fā)強(qiáng)烈，為了達(dá)到這一目標(biāo)，5G傳送網(wǎng)的管控系統(tǒng)需要向上層的編排系統(tǒng)提供開(kāi)放的和標(biāo)準(zhǔn)化的北向接口(Northbound Interface ,NBI)，實(shí)現(xiàn)端到端的業(yè)務(wù)編排和切片編排，這樣就可以完成5G網(wǎng)絡(luò)全程端到端的自動(dòng)化管控。本文將重點(diǎn)針對(duì)NBI的功能需求和信息模型建模方案等開(kāi)展分析。

1 NBI功能需求

第三代合作伙伴計(jì)劃(3rd Generation Partnership Project, 3GPP)規(guī)范TS 28.530[1]給出了3GPP管控系統(tǒng)和非3GPP管控系統(tǒng)之間進(jìn)行互通時(shí)的架構(gòu)，例如3GPP管控系統(tǒng)在與數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和傳送網(wǎng)管控系統(tǒng)互通過(guò)程中，需要交互的內(nèi)容包括：一是獲取這些非3GPP系統(tǒng)的能力信息；二是向非3GPP系統(tǒng)提供切片需求以及資源需求，三是與非3GPP系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。圖1所示為5G傳送網(wǎng)端到端協(xié)同管控架構(gòu)，傳送網(wǎng)作為5G接入網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)的傳送網(wǎng)絡(luò)，是后者的服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)，從端到端的管控概念而言，需要端到端的業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)編排功能，通過(guò)NBI實(shí)現(xiàn)與傳送網(wǎng)管控系統(tǒng)的互通。

圖1 5G傳送網(wǎng)端到端協(xié)同管控架構(gòu)

通過(guò)NBI，傳送網(wǎng)管控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多區(qū)域和多廠商的網(wǎng)絡(luò)管控，并和上層的協(xié)同管控編排系統(tǒng)一起，實(shí)現(xiàn)端到端業(yè)務(wù)編排和切片編排，在這一過(guò)程中，傳送網(wǎng)管控系統(tǒng)與上層業(yè)務(wù)管控系統(tǒng)通過(guò)NBI交互的內(nèi)容包括：

(1) 能力交互：上層管控系統(tǒng)需要與傳送網(wǎng)管控系統(tǒng)進(jìn)行能力交互，包括邊緣網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜唾Y源抽象信息的交互，網(wǎng)絡(luò)切片能力和策略的交互；

(2) 切片創(chuàng)建：傳送網(wǎng)管控系統(tǒng)基于上層網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)的請(qǐng)求，發(fā)起切片網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建。傳送網(wǎng)管控系統(tǒng)應(yīng)能夠計(jì)算切片網(wǎng)絡(luò)所需要的資源，滿足上層業(yè)務(wù)的帶寬和時(shí)延等服務(wù)等級(jí)協(xié)議(Service Level Agreement, SLA)需求，并且完成對(duì)傳送網(wǎng)絡(luò)資源的標(biāo)記，便于在后續(xù)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)切片網(wǎng)絡(luò)的隔離。

(3) 切片運(yùn)維：傳送網(wǎng)管控系統(tǒng)對(duì)切片網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括流量和時(shí)延等SLA信息，以及告警和性能信息。傳送網(wǎng)管控系統(tǒng)可以基于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)結(jié)果，結(jié)合人工智能(Artificial Intelligence, AI)技術(shù)，對(duì)切片網(wǎng)絡(luò)的資源以及傳送的業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整等維護(hù)操作。

(4) 切片刪除：刪除切片網(wǎng)絡(luò)傳送的業(yè)務(wù)，釋放切片網(wǎng)絡(luò)占用的資源。

2 NBI信息模型需求分析

傳送網(wǎng)管控系統(tǒng)內(nèi)部采用層次化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在多域管控系統(tǒng)和廠商域管控系統(tǒng)之間，定義了控制器層間接口(Interlayer Control Plane Interface, I-CPI)，面向光傳送網(wǎng)絡(luò)(Optical Transport Network , OTN)技術(shù)也定義了相應(yīng)的信息模型，如開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)基金會(huì)(Open Networking Foundation, ONF)定義的傳送應(yīng)用程序接口(Transport Application Programming Interface，TAPI)模型[2]，此模型將底層的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行了抽象，實(shí)現(xiàn)了拓?fù)滟Y源收集、端到端業(yè)務(wù)創(chuàng)建、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)、告警和性能收集等功能。I-CPI采用的信息模型對(duì)傳送網(wǎng)詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行了定義，此模型在用到傳送網(wǎng)管控系統(tǒng)和上層編排系統(tǒng)之間NBI的過(guò)程中，需要進(jìn)一步的抽象和虛擬化。在與上層業(yè)務(wù)編排系統(tǒng)進(jìn)行交互的過(guò)程中，傳送網(wǎng)管控系統(tǒng)需要為其提供拓?fù)滟Y源及網(wǎng)絡(luò)能力信息，同時(shí)需要將上層發(fā)送的請(qǐng)求進(jìn)行映射轉(zhuǎn)換，形成傳送網(wǎng)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)切片及業(yè)務(wù)傳送方案，如表1所示。

表1 業(yè)務(wù)編排映射示例

由上表可知，上層業(yè)務(wù)編排系統(tǒng)發(fā)送給傳送網(wǎng)管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)編排或切片編排請(qǐng)求與傳送網(wǎng)具體的實(shí)現(xiàn)方案存在一定的差異。例如，上層業(yè)務(wù)編排系統(tǒng)發(fā)送在多個(gè)站點(diǎn)之間建立多點(diǎn)到多點(diǎn)的連接，在傳送網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，可以采用L2VPN方案?jìng)魉停簧蠈訕I(yè)務(wù)編排系統(tǒng)發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)切片需要提供隔離特性，在傳送網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，可以采用時(shí)分復(fù)用(Time-Division Multiplexing, TDM)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片的硬隔離。因此，傳送網(wǎng)絡(luò)NBI的信息模型應(yīng)既能提供傳送網(wǎng)絡(luò)資源抽象信息，又能屏蔽傳送網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部技術(shù)實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，例如具體的業(yè)務(wù)適配方案、業(yè)務(wù)操作管理維護(hù)(Operation Administration and Maintenance, OAM)配置方案和業(yè)務(wù)的多層網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方案，可以不向上層網(wǎng)絡(luò)提供，但是一些能力信息，例如該業(yè)務(wù)采用時(shí)隙技術(shù)或者分組方案?jìng)魉汀⑹欠裉峁└婢托阅鼙O(jiān)測(cè)、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)提供的可靠性等級(jí)等，需要向上層業(yè)務(wù)編排系統(tǒng)提供。

3 NBI信息模型分析

ONF TAPI 2.0模型[2]給出了虛擬網(wǎng)絡(luò)(Virtual Network, VN)模型，可以用于傳送網(wǎng)絡(luò)抽象，定義的模型如圖2所示。

圖2 ONF TAPI 2.0 VN模型

拓?fù)淠Ｐ筒糠郑梢杂糜谕負(fù)湫畔⒑途W(wǎng)絡(luò)能力的交互。例如，網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)可以用網(wǎng)絡(luò)邊界點(diǎn)(NodeEdgePoint)表示，網(wǎng)絡(luò)之間的連接關(guān)系可以用鏈路(Link)對(duì)象表示。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)切片編排和業(yè)務(wù)編排操作，可以采用VN模型實(shí)現(xiàn)，例如可以采用VN業(yè)務(wù)對(duì)象實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建、調(diào)整和刪除操作。ONF TAPI VN模型定義較為復(fù)雜，在用于NBI的過(guò)程中需要進(jìn)行簡(jiǎn)化。例如，在NBI應(yīng)不具備路由計(jì)算功能，因此模型中節(jié)點(diǎn)(Node)、鏈路(Link)等對(duì)象定義的與路由計(jì)算相關(guān)的參數(shù)可以省略，此外，該模型VN的類型和隔離屬性等信息，需要進(jìn)行擴(kuò)展。

國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(The Internet Engineering Task Force , IETF)的流量工程網(wǎng)絡(luò)抽象控制(Abstraction and Control of TE Networks, ACTN)也定義了VN網(wǎng)絡(luò)模型[3]，ACTN VN模型主要是用于客戶網(wǎng)絡(luò)控制器(Customer Network Controller, CNC)和多域協(xié)調(diào)控制器(Multi-Domain Service Coordinator, MDSC)之間的客戶網(wǎng)絡(luò)接口(CNC-MDSC Interface, CMI)，對(duì)應(yīng)傳送網(wǎng)的NBI。其中VN對(duì)象和接入點(diǎn)(Access Point, AP)對(duì)象可以用于構(gòu)建VN，VN成員對(duì)象(vn-member)可以用于VN及其業(yè)務(wù)的創(chuàng)建和刪除等操作。采用層1連通性業(yè)務(wù)模型(L1 Connectivity Service Model , L1CSM)[4]、L2 VPN 業(yè)務(wù)模型(L2VPN Service Model, L2SM)[5]和L3 VPN業(yè)務(wù)模型(L3VPN Service Model, L3SM)[6]分別表示1～3層網(wǎng)絡(luò)的能力信息，L0層光層的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力信息還沒(méi)有定義。

由此可知，IETF ACTN VN對(duì)象建模更加簡(jiǎn)單，但是IETF在標(biāo)準(zhǔn)化的過(guò)程中將各個(gè)信息的定義分散到了多個(gè)文稿中，因此在國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化的過(guò)程中，需要對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整合，形成一套標(biāo)準(zhǔn)。此外，在對(duì)L0～L1層的層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)擴(kuò)展方面，IETF也參考了ONF和ITU-T的相關(guān)規(guī)范。

ONF TAPI VN和IETF ACTN VN模型的比較如表2所示。

表2 ONF TAPI VN和IETF ACTN VN模型比較

4 NBI建模方案

傳送網(wǎng)NBI建模過(guò)程中，可參考ONF TAPI和IETF ACTN兩套方案，在網(wǎng)絡(luò)建模過(guò)程中應(yīng)滿足以下原則：

(1) 應(yīng)考慮與5G核心網(wǎng)和5G接入網(wǎng)的兼容，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對(duì)象定義過(guò)程中，采用一套標(biāo)準(zhǔn)方案，并在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展傳送網(wǎng)的能力信息；

(2) 應(yīng)考慮與傳送網(wǎng)I-CPI以及南向接口(Southbound Interface, SBI)的兼容性，盡量采用一套標(biāo)準(zhǔn)體系，以保障管控系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的一致性；

(3) NBI應(yīng)基于業(yè)務(wù)編排及網(wǎng)絡(luò)編排需求進(jìn)行模型定義，在對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源抽象的基礎(chǔ)上，提供底層網(wǎng)絡(luò)的能力信息。

本文提出的NBI建模方案如圖3所示。在滿足NBI網(wǎng)絡(luò)切片編排需求及業(yè)務(wù)編排需求的基礎(chǔ)上，借鑒ONF的模型定義方法，借鑒IETF模型抽象思路，將信息模型分為兩個(gè)大的部分，一是對(duì)象功能部分，包括VN拓?fù)洹N節(jié)點(diǎn)、VN AP以及VNS等，其中VN拓?fù)洹N節(jié)點(diǎn)以及VN AP用于描述VN的資源信息，當(dāng)VN創(chuàng)建完成或者狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，這些對(duì)象可以用于在管控系統(tǒng)和VN用戶之間交互VN的資源信息。VNS主要用于實(shí)現(xiàn)VN的操作，包括創(chuàng)建、刪除和調(diào)整等，同時(shí)VNS擴(kuò)展了VN的特性條件約束包，VN的帶寬、隔離特性、服務(wù)等級(jí)、時(shí)延以及可靠性等特性需求都可以在該條件包中進(jìn)行描述。第二部分是層協(xié)議能力擴(kuò)展信息，用于描述傳送網(wǎng)絡(luò)支持的層協(xié)議能力擴(kuò)展，層協(xié)議能力信息通過(guò)交換能力、帶寬顆粒和VLAN標(biāo)識(shí)等信息，描述傳送網(wǎng)光層、電層、以太網(wǎng)層和IP層的能力信息，對(duì)于各個(gè)層次內(nèi)部技術(shù)實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，如層次之間的業(yè)務(wù)適配和OAM操作等信息屏蔽。對(duì)于5G承載網(wǎng)絡(luò)，目前各個(gè)運(yùn)營(yíng)商均提出了各自的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，本建模方案可以屏蔽各個(gè)技術(shù)方案的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，同時(shí)可以描述各個(gè)技術(shù)方案所具備網(wǎng)絡(luò)層次的能力信息，可以實(shí)現(xiàn)在NBI層面，統(tǒng)一用于管控的網(wǎng)絡(luò)接口，各個(gè)運(yùn)營(yíng)商可以在本接口方案的基礎(chǔ)上基于各自不同的需求進(jìn)行裁剪和擴(kuò)充。

圖3 NBI建模示例

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)引入開(kāi)放和標(biāo)準(zhǔn)可編程的NBI，實(shí)現(xiàn)端到端自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)切片編排及業(yè)務(wù)編排，是5G傳送網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)的需求之一，為達(dá)到這一目的， NBI需要提供統(tǒng)一的信息模型，該模型既需考慮5G核心網(wǎng)絡(luò)以及5G接入網(wǎng)絡(luò)的模型定義特點(diǎn)，又需要對(duì)傳送網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部進(jìn)行抽象，屏蔽內(nèi)部技術(shù)實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，同時(shí)提供傳送網(wǎng)內(nèi)部的能力信息，在信息模型定義的過(guò)程中，可以參考IETF ACTN VN模型以及ONF TAPI VN模型，制定國(guó)內(nèi)NBI標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)NBI的開(kāi)放。