華為企業(yè)SDN解決方案讓網(wǎng)絡(luò)更便捷地為業(yè)務(wù)服務(wù)

文/馬云

1為中國人民武裝警察部隊學(xué)院訓(xùn)練部，2為中國人民武裝警察部隊特種警察學(xué)院教學(xué)科研部）

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)路在何方

近十多年來，互聯(lián)網(wǎng)的爆炸式增長，使得其承載技術(shù) IP＋以太成為事實上的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。IP能有如此的成就，除了強大的標(biāo)準(zhǔn)組織和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟外，兩大天然的技術(shù)優(yōu)勢功不可沒。

第一是無所不在的互聯(lián)性：IP能夠成功穿越幾乎所有類型的異種網(wǎng)絡(luò)，IP over everything 是其當(dāng)年形象的寫照，為其一統(tǒng)天下奠定了基礎(chǔ)。第二，面向無連接的網(wǎng)絡(luò)特征（和IP并存的以太網(wǎng)，也具備這個特征）：IP網(wǎng)絡(luò)把所有和業(yè)務(wù)狀態(tài)相關(guān)的信息都留在了主機(jī)（Hosts），網(wǎng)絡(luò)中只有獨立的數(shù)據(jù)包，沒有任何業(yè)務(wù)狀態(tài)，使其成功規(guī)避了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。這個無連接的特點，也使得網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)徹底解耦，為互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速創(chuàng)新提供了可能。但成也蕭何，敗也蕭何，以IP為代表(以太也在其列)的這種業(yè)務(wù)無需知道網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)也無需知道業(yè)務(wù)的解耦模式，造就了互聯(lián)網(wǎng)的快速業(yè)務(wù)創(chuàng)新，同時也造成了業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的天然割裂，使得業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)之間缺乏有效的溝通機(jī)制。

近些年來，隨著實時業(yè)務(wù)如視頻語音、云數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)和移動業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，人們突然發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)是不能完全分開的，并且形成了以下問題：

缺失的體驗保證：傳統(tǒng)面向連接的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，每個業(yè)務(wù)連接VC在網(wǎng)絡(luò)中有明確的標(biāo)識，質(zhì)量的保證與監(jiān)控，可以依據(jù)此連接來進(jìn)行，業(yè)務(wù)的質(zhì)量保證具有天然的優(yōu)勢。而IP網(wǎng)絡(luò)中只有數(shù)據(jù)包的流入和流出，并沒有任何業(yè)務(wù)連接的信息，針對業(yè)務(wù)的質(zhì)量保證和監(jiān)控措施很難實施。到目前為止，絕大多數(shù)的IP網(wǎng)絡(luò)，包括互聯(lián)網(wǎng)，只有基于大帶寬的粗放帶寬保障措施，質(zhì)量保證和監(jiān)控基本處于放棄狀態(tài)。其后果是，我們的業(yè)務(wù)只有連通而無體驗的保證，經(jīng)常會遇到業(yè)務(wù)質(zhì)量受損的情況：視頻馬賽克，語音聽不清，上網(wǎng)慢，云桌面反應(yīng)遲鈍等。

低效的業(yè)務(wù)部署：由于網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的割裂，目前大部分的網(wǎng)絡(luò)配置是通過命令行或者網(wǎng)管，由管理員手工配置的，本身是一個靜態(tài)的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)遇到需要網(wǎng)絡(luò)及時做出動態(tài)業(yè)務(wù)調(diào)整時，就顯得非常低效，甚至無法實施。例如，云數(shù)據(jù)中心中虛擬機(jī)的動態(tài)遷移，企業(yè)移動辦公時用戶位置變化這種動態(tài)業(yè)務(wù)，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)則無法適配。

緩慢的業(yè)務(wù)適應(yīng)：由于網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)割裂，造成網(wǎng)絡(luò)發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于業(yè)務(wù)發(fā)展速度，需要數(shù)年的架構(gòu)調(diào)整，引入新設(shè)備，才能滿足新業(yè)務(wù)的需求。

SDN是什么

SDN概念自問世以來，得到了業(yè)界廣泛的關(guān)注，其熱度日益提升的同時，其概念范圍也在不停地變化?？偨Y(jié)業(yè)界以SDN為概念的技術(shù)，有如下三個：

集中式控制架構(gòu)：把原來IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的路由控制平面，集中到一個Controller，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù)Controller下發(fā)的控制表項進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，自身不具備太多智能型。此架構(gòu)目前由ONF主導(dǎo)，控制協(xié)議是OpenFlow。

網(wǎng)絡(luò)能力開放：其主要思路是把網(wǎng)絡(luò)能力，封裝為類似操作系統(tǒng)的API，上面的應(yīng)用和業(yè)務(wù)，可以通過調(diào)用API獲取網(wǎng)絡(luò)的能力，從而實現(xiàn)業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)的緊密融合。

Overlay和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化：以近些年來數(shù)據(jù)中心內(nèi)的虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為代表，vSwitch、vRouter、vFirewall這些產(chǎn)品類似于服務(wù)器資源的虛擬化，在通用服務(wù)器虛擬機(jī)平臺上，通過軟件的方式，模擬實現(xiàn)傳統(tǒng)設(shè)備功能，從而實現(xiàn)最靈活的設(shè)備能力(傳統(tǒng)設(shè)備由于ASIC功能固化，對新業(yè)務(wù)的靈活支持能力欠缺)，可以實現(xiàn)最方便地部署和管理。

華為SDN解決方案

華為公司SDN解決方案瞄準(zhǔn)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存在的三大問題，提供一個網(wǎng)絡(luò)最大限度適應(yīng)業(yè)務(wù)的架構(gòu)，最終為客戶構(gòu)建優(yōu)質(zhì)高效的網(wǎng)絡(luò)。

華為SDN解決方案，分設(shè)備、控制和管理協(xié)同三個層次：設(shè)備層包含了華為公司的物理設(shè)備以及運行到Hypervisor上的虛擬設(shè)備，控制為Controller，管理協(xié)同層控制整個網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)端到端的業(yè)務(wù)部署。每個層次都提供獨立開放的API，分別提供設(shè)備能力抽象、網(wǎng)絡(luò)能力抽象和業(yè)務(wù)能力抽象以滿足各種不同層次用戶的編程需要。

圖1 華為SDN解決方案

為了徹底解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存在的三大問題，在業(yè)界SDN的集中式控制、開放API和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的基礎(chǔ)上，華為新增加了全可編程、業(yè)務(wù)友好架構(gòu)和SDN Ready/平滑演進(jìn)3個新的機(jī)制。其解決方案，不僅可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)對云業(yè)務(wù)和移動業(yè)務(wù)的及時部署相應(yīng)，對所有新業(yè)務(wù)的快速編程支持，而且可以及時感知所有影響業(yè)務(wù)體驗的網(wǎng)絡(luò)因素并即時精確定位，從而從根本上提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和故障定位效率。全可編程的網(wǎng)絡(luò)

SDN的核心是軟件定義，是網(wǎng)絡(luò)對業(yè)務(wù)的快速靈活響應(yīng)和快速業(yè)務(wù)創(chuàng)新。目前SDN的集中控制架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)能力開放，只能實現(xiàn)部分的網(wǎng)絡(luò)能力軟件化，在最關(guān)鍵的物理設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)面上，由于固化的ASIC存在，其轉(zhuǎn)發(fā)行為是固定不可編程的，這就從跟本上限制了未來對新業(yè)務(wù)的支持。為了突破固化ASIC的限制，Overlay模式的vSwitch、vFirewall把設(shè)備能力直接用服務(wù)器虛擬化的方式實現(xiàn)，但服務(wù)器虛擬化，雖然獲得了軟件定義的靈活性，由于服務(wù)器CPU并不是面向高速轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)計的，網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)性能也受到了很大的影響。為了獲得軟件的靈活性和硬件的性能，華為可編程交換機(jī)采用了面向高吞吐率ENP技術(shù)，首次在交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了軟件化+高性能+低功耗+低成本，真正實現(xiàn)了從轉(zhuǎn)發(fā)面到控制面的全可編程的網(wǎng)絡(luò)。業(yè)務(wù)友好架構(gòu)

圖2 華為公司SDN Ready策略圖

經(jīng)過多年的研究，華為提出了包守恒監(jiān)控技術(shù)iPCA(Packet Conservation Algorithm for Internet)，為傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)增加了一個主動質(zhì)量感知機(jī)制，實現(xiàn)了即時質(zhì)量感知和即時故障定位，從根本上攻克了IP網(wǎng)絡(luò)的體驗保證難題。其基本思路是感知和保證每個包的質(zhì)量，通過全局保證每個包的質(zhì)量來保證整個業(yè)務(wù)的質(zhì)量。它既保留了IP網(wǎng)絡(luò)無連接的優(yōu)勢，又讓IP網(wǎng)絡(luò)具備了傳統(tǒng)面向連接網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量保證措施。SDN Ready和平滑演進(jìn)

SDN為我們勾畫了一個美好的未來網(wǎng)絡(luò)圖景，但不可否認(rèn)的是，SDN的技術(shù)和架構(gòu)成熟還需要很長時間，目前還不具備現(xiàn)網(wǎng)大規(guī)模部署的條件。是否現(xiàn)在就獲得SDN的價值，同時具備向未來SDN終極架構(gòu)平滑過渡的能力，華為提出了SDN Ready概念：通過目前已經(jīng)成熟的技術(shù)和架構(gòu)，結(jié)合華為在ENP和iPCA的創(chuàng)新，先讓客戶獲得SDN的價值：高效的動態(tài)業(yè)務(wù)部署能力，快速的新業(yè)務(wù)響應(yīng)能力和優(yōu)質(zhì)的業(yè)務(wù)體驗保證能力，未來只需要升級軟件，就可以平滑過渡到終極SDN架構(gòu)。

華為在數(shù)據(jù)中心、廣域和園區(qū)，先通過較成熟的領(lǐng)域控制器架構(gòu)，讓用戶先享受SDN帶來的價值，未來通過簡單的軟件升級，平滑過渡到華為Uni-Controller統(tǒng)一SDN架構(gòu)?；赟DN Ready的架構(gòu)，我們可以幫助客戶構(gòu)建多租戶云數(shù)據(jù)中心，提供高效廣域鏈路優(yōu)化解決方案，并構(gòu)建以無線和安全、云和視頻為核心的下一代園區(qū)網(wǎng)。

華為SDN解決方案，更多地是面向價值而不是單純技術(shù)，它凝聚了華為對未來網(wǎng)絡(luò)的核心訴求，從網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)機(jī)制上消除了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)缺乏體驗保證，部署低效和響應(yīng)慢的問題。從傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)被動適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)主動適應(yīng)業(yè)務(wù)，從而構(gòu)建一個業(yè)務(wù)友好的網(wǎng)絡(luò)。其終極的目標(biāo)，是幫助用戶實現(xiàn)無距離障礙的自由溝通的夢想，讓人與人、人與物、人與信息的溝通，不再受任何因素的干擾和限制，變得自由、舒適和高效。線具有穩(wěn)定的向前定向性。當(dāng)d=70mm時，輻射方向圖沿y軸趨于雙向，在側(cè)向的輻射明顯降低。這個仿真結(jié)果說明：1. 在RFID天線設(shè)計中，要前瞻性地考慮到天線和環(huán)境的匹配。2. 如果天線本身的結(jié)構(gòu)已經(jīng)固定，那么在RFID部署規(guī)劃中，要進(jìn)行基于使用場景的計算電磁學(xué)仿真，以得到一個優(yōu)化的標(biāo)簽天線安裝方案。

進(jìn)一步通過測試研究RFID標(biāo)簽天線貼裝在不同物體上的電磁性能變化，發(fā)現(xiàn)標(biāo)簽天線為全向天線時，圓柱金屬易拉罐引起的性能下降是最嚴(yán)重的，在它與天線距離50mm的時候，反向散射信號電平下降大于20dB。天線與物體的中心距離分開到100-150mm的時候，反向散射信號電平下降約10 到12dB。當(dāng)RFID標(biāo)簽天線的附著物為塑料和玻璃瓶裝飲料時，反向散射降低約為10dB。當(dāng)天線的附著物為蘋果時，結(jié)果類似。這說明在RFID應(yīng)用中，要充分考慮到天線和環(huán)境的匹配，以規(guī)避不利影響。RFID相關(guān)電磁兼容技術(shù)

目前在900MHz頻段工作的無線設(shè)備包括RFID設(shè)備、GSM移動通信設(shè)備，以及用于工業(yè)、科研、醫(yī)療用途無線設(shè)備（國際稱為ISM頻段），在此頻段中的890MHz~915MHz用于GSM系統(tǒng)的上行傳輸；935MHz~960 MHz用于GSM系統(tǒng)的下行傳輸。在這兩個頻段之間留有20MHz的間隙，即在915MHz~935 MHz這20 MHz是可分配給RFID使用，因此不會造成彼此之間的干擾。

此外，RFID讀寫器采取先進(jìn)的“跳頻”（即讀寫器的工作頻率能在整個工作頻段內(nèi)隨機(jī)變化）抗干擾方式，每幾十毫秒改變一次工作頻率，而且在個頻段中按隨機(jī)函數(shù)來改變其頻率，以避免受到偶然的突發(fā)干擾影響。在RFID與GSM手機(jī)的多次電磁兼容性實驗中，從未發(fā)生讀寫器受干擾的現(xiàn)象。

大部分RFID讀寫器的輸出功率為1W（測試值），考慮天線的增益后的等效全向輻射功率為6W，僅比GSM手機(jī)的最大輸出功率大一些，然而手機(jī)通話時與人腦的距離只有數(shù)厘米，尚且沒有明確證據(jù)說明會對人體健康造成威脅，與之相比，RFID讀寫器的天線與人體的距離要遠(yuǎn)的多，故可能的影響將更小。

在我國推廣使用的基于ISO/18000-6及美國T-6標(biāo)準(zhǔn)的915MHz RFID設(shè)備曾在我國授權(quán)的電磁實驗室進(jìn)行全面的測試，其測試結(jié)果滿足國家關(guān)于電磁兼容性實驗規(guī)范中輻射干擾實驗標(biāo)準(zhǔn)GB 6833.10-87及電磁輻射防護(hù)規(guī)定GB8702-88的要求。前者是驗證RFID產(chǎn)品是否會對同頻段的其他電子產(chǎn)品造成干擾，后者是驗證被測RFID系統(tǒng)是否能夠忍受同頻段其他電子產(chǎn)品干擾。測試結(jié)果表明滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，且指標(biāo)還有余量。此外，現(xiàn)場干擾模擬測試也表明：即使GSM手機(jī)在與RFID識別卡非常近的距離上發(fā)射，也絲毫不影響RFID系統(tǒng)的正常使用。

優(yōu)化方案

基于以上研究成果，充分考慮武警信息系統(tǒng)的建設(shè)需求，我們提出對應(yīng)的三方面的優(yōu)化設(shè)計方案：

1. 數(shù)字調(diào)制方面。在武警專用信息系統(tǒng)的構(gòu)建中，如果涉及頻段沖突或者頻段受限等因素，在數(shù)字調(diào)制技術(shù)的選擇上應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇采用希爾伯特變換的單邊帶幅度調(diào)制SSB-ASK，壓縮信號頻譜。頻譜壓縮后，在提高發(fā)射功率方面就有較高的裕量，這樣有利于提高RFID系統(tǒng)的覆蓋范圍。

2. 標(biāo)簽天線方面。在系統(tǒng)的構(gòu)建中，要充分考慮標(biāo)簽天線電磁特性與應(yīng)用環(huán)境的匹配。武警專用信息系統(tǒng)強調(diào)性能可靠，由于應(yīng)用環(huán)境中存在大量車輛、器械裝備等金屬反射物，所以要利用基于計算電磁學(xué)的仿真系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)的仿真驗證，確保讀寫功能的可靠準(zhǔn)確。特別是緊貼金屬設(shè)備的RFID標(biāo)簽天線，要進(jìn)行特別的優(yōu)化設(shè)計，以保證阻抗匹配。

3. 電磁兼容方面。理論分析和測試均表明：基于“防碰撞”的系統(tǒng)設(shè)計，RFID設(shè)備和其他無線系統(tǒng)的電磁兼容性是可以實現(xiàn)的。進(jìn)一步說，由于某些專用武警RFID系統(tǒng)要求較大的覆蓋范圍，在功率增強的前提下，要保證數(shù)字調(diào)制信號不失真、帶外雜散不超標(biāo)，進(jìn)而保證不產(chǎn)生帶外干擾，那么RFID讀寫器發(fā)射機(jī)就要選用線性度較優(yōu)的功率放大器，以保證電磁兼容性的需要。

近年來，RFID技術(shù)已經(jīng)在社會眾多領(lǐng)域開始應(yīng)用，對改善人類生活質(zhì)量、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、加強公共安全以及提高社會信息化水平產(chǎn)生了重要影響。對RFID關(guān)鍵物理層技術(shù)的研究必將進(jìn)一步提高物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的可靠性和安全性，為進(jìn)一步構(gòu)建武警信息化中勤務(wù)管控系統(tǒng)、偵察指控系統(tǒng)和安全防護(hù)系統(tǒng)等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)奠定堅實基礎(chǔ)。