基于SDN 的城域網流量智能調優方式探討

楊世標，范永斌，黃坤

（中國聯通廣東分公司，廣東廣州，510630）

1 網絡自動化發展的必要性

當前電信運營商網絡很大程度上還依賴于維護工程師的經驗和技能，某運營商運維10000 臺設備規模的網絡需要接近400 人，而OTT 運維1000000 臺服務器的網絡僅僅需要200 多人。OTT 的高效與他們自帶的先進的網絡設計基因有關，從組網伊始就采用全IP 網絡、集中式運維，注重模塊化、標準化和自動化。而電信運營商由于歷史原因，網絡不斷在原有基礎上進行迭代，網絡架構、路由協議等不統一，且設備以傳統路由器交換機為主，建設愈發復雜，導致運營商網絡運營的CAPEX、OPEX 成本一直居高不下。

本文就如何在保有當前網絡投資，不改變當前網絡主體架構及設備的情況下，通過基于SDN、AI 算法實現城域網二干中繼流量的自動化、智能化調優，提高網絡安全性、降低網絡建設成本進行研究。

2 流量智能調優方案設計

2.1 傳統組網方式弊端

傳統城域網采用雙平面口字型組網架構與骨干核心對接，可構建城域網雙平面架構（雙平面間相互保護）。城域網使用IGP+BGP 架構，業務地址使用BGP 攜帶，全球通告，IGP為BGP 提供連接（TCP 可達性）的邏輯基礎架構，并在故障時提供高效收斂機制確保BGP 的穩定性。BGP 結合IGP 架構實現城域網業務流量收斂的高效及簡潔性。

由于接入層交換機設備性能不足、設備數量大，設備通常不會開啟BGP。常規組網方式是城域網核心CR 通過IGP 下發默認路由，解決匯聚以下設備的默認路由問題。

核心CR 根據匯聚設備發布的BGP 業務路由時所攜帶的BGP 屬性值，設置固定的MED 值，對回程流量進行雙平面的控制，實現流量的負載均衡。

該組網方式以城域網核心CR 為分割點，當核心CR 與骨干網或匯聚之間發生全阻時，骨干與匯聚彼此之間無感知，從而導致流量在城域網CR 之間進行繞轉，此外，若核心CR 與骨干之間發生部分中繼中斷，導致平面擁塞，而保護平面又無法完全承載故障平面流量時，無法快速進行精細化的流量調整，若為保障故障期間業務不受損，則城域網CR 之間橫聯帶寬需要與城域網CR 的出口帶寬同步進行擴容，然而該部分橫聯帶寬正常情況下極度輕載，資源無法得到有效利用，城域網出口中繼則必須將利用率嚴格控制在50%以下。

圖1 網絡架構圖

2.2 網絡優化方案設計

2.2.1 城域網IGP 域協議設計

全網使用ISIS 作為IGP 協議，各設備根據網絡層次的劃分，核心層設備為Level-2 層，匯聚層設備為Level-1-2層，接入層設備為Level-1 層。通過層次劃分的方式，由Level-1-2 設備向Level-1 層設備發布默認路由，核心CR 取消IGP 下發默認路由，通過轉發骨干發布的EBGP 默認路由解決城域網內匯聚設備默認路由問題。實現匯聚層設備默認路由可隨骨干與核心之間的狀態變化而變化。

2.2.2 城域網雙向流量調優策略設計

城域網出方向流量設計：城域網CR 設置接收骨干CR的BGP 路由策略，可靈活針對各AS 域的BGP 路由設置Local Preference 值為200（以下簡稱LP 值）；結合Netflow 系統采集的CR 至各AS 域的流量數據，當需要進行出向流量調整時，可根據流量數據調整相應AS 號的LP 值，實現出向流量的平面切換。

城域網入方向流量設計：城域網BRAS/SR/NAT（以下簡稱匯聚設備）通過BGP 發布業務路由，城域網CR 轉發業務路由至骨干CR，添加MED 值屬性控制回程路徑，通過設置IGPcost為MED 值的方式，匯聚設備鏈路中斷后的回程流量自動調整，實現骨干業務路由可隨匯聚核心與匯聚之間的狀態變化而變化。

基于以上網絡架構協議的設計，可實現核心CR 與骨干或匯聚之間發生全阻時，流量自動切換至保護平面，而無需再經故障平面核心CR 繞行至保護平面進行轉發，從而可減少城域網核心CR 之間的橫聯帶寬建設，只需保留少量帶寬為特定業務服務即可。

2.3 流量智能調優設計

隨著傳輸系統建設的不斷完善，城域網出口單平面全阻的情況已較少發生，然而，當某傳輸系統發生故障時，仍可能導致城域網某平面出現大量出口中繼中斷，導致平面發生擁塞。為進一步提高資源利用率，通過對流量的自動化智能調整，實現平面擁塞后的流量精細化管理，從而降低網絡建設成本及業務受損時長。

2.3.1 流量切換操作步驟

（1）城域網出向流量切換

由于城域網CR 采用雙平面口字型架構，出向流量基于集團發布路由時設置的MED 進行控制，根據BGP 選路原則，LP 值可優于MED 值進行路徑控制，城域網內接收骨干路由時，可通過調整LP 值調整選路。

（2）城域網入向流量切換

城域網匯聚設備通過BGP 發布業務路由時，通過添加BGP 路由屬性控制回程路徑。如希望從C1 平面回程，打上屬性AS:1001，城域網C1 向集團發布路由時，對AS:1001 的路由設置MED 為IGPcost（正常為1500），城域網C2 針對該屬性路由設置MED 值為3000，通過調整CR 與匯聚設備的IGP cost 進行回程流量調整。

如圖2，當C1 平面出口部分中繼中斷導致擁塞時，將CR2 接收AS 64666 的LP 值調整為200，將CR1 與匯聚設備的IGPcost 調整為4000 后，可將涉及的流量切換至CR2 平面，而無需進行平面流量完全切換。

圖2 C1 平面出口擁塞流量調整示意圖

2.3.2 流量智能調優系統架構設計

在上述網絡架構設計的基礎上，可實現統一、標準化的上下行流量切換操作。同時，結合IP 網管系統、Netflow 系統實時采集城域網CR 至各匯聚設備流量信息，城域網CR 至各AS 域流量信息，通過采集的數據進行分析，使用AI 智能算法，實現網絡流量預測。此外，通過中繼電路信息采集，可實現網絡故障下的中繼擁塞預測。

流量智能調優系統北向對接各綜合網管監控系統，接收網管推送的城域網設備告警、流量預測等信息；并根據相關信息生成流量調整策略及形成配置模板，通過南向接口將配置模板推送至SDN 控制器，由SDN 控制器完成配置的自動下發，全程自動化實現，無需人工干預。

當中繼鏈路故障恢復后，綜合網管系統自動調用流量智能調優系統，進行配置恢復操作，完成故障閉環。

圖3 流量智能調優架構圖

2.3.3 流量智能調優實現步驟

正常情況下，城域網雙平面CR 出口中繼峰值利用率在75%以下，雙平面互為保護，且雙平面出入向流量大致均衡。

當發生干線、板卡等故障導致某平面大面積出口中繼電路故障時，由于平面未中斷，基于IP 路由轉發的流量模型不會發生變化，將可能導致故障平面出口中繼發生擁塞，或在未來一段時間發生擁塞。如故障發生時間為19:30，在未來兩小時內，流量迎來高峰期，將導致網絡擁塞。因此，綜合網管系統根據當前故障平面剩余出口帶寬，及未來2 小時（一般干線故障搶修時限）流量預測數據，進行判斷當前或未來是否存在擁塞風險。若不存在擁塞風險，則不做任何操作，并持續進行觀測。當故障后存在擁塞或預測存在擁塞風險時，綜合網管系統將推送相關信息至流量智能調優系統。流量智能調優系統接收到綜合網管系統預測的擁塞預警，需要進行流量調整時，通過預測的擁塞情況、非故障平面冗余帶寬等信息，針對不同場景進行相應的策略下發。

（1）首先判斷非故障平面冗余帶寬是否滿足完全承載故障平面的所有流量，若能承載，則直接生成故障平面流量全切的配置策略，通過南向接口將策略轉換為標準模板推送至SDN 控制器，通過調用SDN 控制器下發配置將故障平面流量統一調整至非故障平面。

（2）若非故障平面無法完全承載故障平面的所有流量，需要進行擁塞流量切換時，針對需要進行調整的雙向流量分別進行計算。

如果出向流量計算需要調整50G，通過Netflow 系統采集的故障平面核心CR 至各AS 域的流量歷史數據，選取相應ASN組合，通過策略調整將該部分出向流量切換至非故障平面。

如果入向流量計算需要調整80G，通過綜合網管系統采集的故障平面核心CR 至各城域網匯聚設備的流量歷史數據，選取相應的匯聚設備組合，調整相應鏈路的IGPcost 值，將該部分匯聚設備發布的業務IP 地址流量切換至非故障平面（具體調整方式見2.3.1 流量切換操作步驟）。

全程流量智能調優系統基于提前規劃的流量智能調優模型進行自動計算，生成具體的調整策略，然后系統通過南向接口將策略轉換為標準模板推送至SDN 控制器，通過調用SDN 控制器下發配置，實現流量的自動化、智能化的快速、靈活調整。

當故障結束時，綜合網管系統推送故障恢復信息至流量智能調優系統，流量智能調優系統調用SDN 控制器，下發配置恢復操作，恢復原有流量模型，從而完成故障閉環管理。

圖4 流量智能調優示意圖

圖5 流量智能調優流程圖

3 結語

未來，無人自動駕駛網絡將是網絡發展的方向，自動化維護的發展趨勢不可逆轉。隨著網絡的不斷演進，按傳統方式繼續進行網絡建設的方式不再適合。本文通過在現有網絡架構的基礎上，進行網絡自動化維護的改造，為將來通信運營商實現無人自動駕駛網絡的發展做出探索。