基于軟件定義的彈性智能邊緣網(wǎng)絡(luò)

唐雄燕 周光濤 朱鵬

中圖分類號：TN915.03； TP393.03 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1009-6868 （2013） 05-0032-006

提出了一種基于軟件定義的彈性智能邊緣網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以實現(xiàn)對用戶接入和數(shù)據(jù)接入的靈活調(diào)度和智能服務(wù)。通過軟件定義的邊緣設(shè)備彈性組網(wǎng)，使得網(wǎng)絡(luò)具備服務(wù)無中斷、能力虛擬化、控制集中化等特點，從而為運營商降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本、提升服務(wù)質(zhì)量以及增強(qiáng)安全管控能力提供了技術(shù)手段。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)虛擬化；彈性智能邊緣節(jié)點

In this paper， we propose anelastic， smart edge-network architecture based on software-defined networking. This architecture allows for intelligent service delivery and flexible scheduling of user access and data access. With this technology， the can be virtualized and centrally controlled. In this way， network construction costs are reduced， there are fewer network interruptions， QoS is improved， and security is strengthened.

software-defined networks； network virtualization； elastic and smart edge

目前大數(shù)據(jù)服務(wù)已經(jīng)出現(xiàn)了云化的趨勢，越來越多的IT服務(wù)以云的方式來提供，各大運營商也開始基于云計算技術(shù)組建自己的超級數(shù)據(jù)中心，面向企業(yè)/公眾用戶提供資源出租/數(shù)據(jù)服務(wù)。在云服務(wù)的背景下，數(shù)據(jù)出現(xiàn)了集中化的趨勢，從而使得網(wǎng)絡(luò)格局以及網(wǎng)絡(luò)流量的分布也發(fā)生了很大的變化。

隨著數(shù)據(jù)日益集中到少數(shù)的超級數(shù)據(jù)中心，網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)模型從原有的泊松分布模型轉(zhuǎn)化為無尺度網(wǎng)絡(luò)模型。整個網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)也向著用戶與數(shù)據(jù)、邊緣與核心分離的方向發(fā)展，其中，邊緣接入網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了用戶中心和數(shù)據(jù)中心的雙中心格局。核心承載網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)不同的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)以及用戶中心網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交互。在用戶中心側(cè)，是傳統(tǒng)用戶接入的駐地網(wǎng)，主要根據(jù)用戶的地理位置進(jìn)行承建，負(fù)責(zé)將用戶接入到運營商網(wǎng)絡(luò)；在數(shù)據(jù)中心側(cè)，是運營商或者業(yè)務(wù)提供商承建的超級數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，主要依據(jù)能源與土地資源最優(yōu)的原則選址建設(shè)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲、計算以及處理。邊緣匯聚層是非常關(guān)鍵的一個控制層次，在傳統(tǒng)城域網(wǎng)中由邊緣匯聚設(shè)備（如BRAS、SR、GGSN和xGW等）構(gòu)成，負(fù)責(zé)將用戶和數(shù)據(jù)服務(wù)統(tǒng)一接入到核心承載網(wǎng)，具有用戶/業(yè)務(wù)控制、業(yè)務(wù)提供、業(yè)務(wù)監(jiān)測及業(yè)務(wù)策略執(zhí)行等重要功能。邊緣匯聚層是連接核心承載網(wǎng)絡(luò)與邊緣接入網(wǎng)絡(luò)的第一道門戶，對于電信運營商而言，是實現(xiàn)用戶和業(yè)務(wù)“永續(xù)連接”的紐帶，實現(xiàn)多網(wǎng)“融合控制”的節(jié)點，實現(xiàn)流量“本地疏導(dǎo)”的緩存，實現(xiàn)控制“功能聚合”的平臺。隨著云服務(wù)驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變革，人們對IP承載網(wǎng)的邊緣匯聚層提出了新的要求，需要進(jìn)一步具備可靠、智能、開放、簡單和綠色等特點[1]。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）是一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，旨在將網(wǎng)絡(luò)的控制平面與轉(zhuǎn)發(fā)平面進(jìn)行分離，并對底層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行虛擬化，實現(xiàn)可編程化控制，從而達(dá)到網(wǎng)絡(luò)開放與敏捷創(chuàng)新的目的。SDN從架構(gòu)上打破了原來依賴于專有網(wǎng)元能力形成的封閉、僵化的控制體系，一方面降低了設(shè)備生產(chǎn)的成本，同時簡化了網(wǎng)絡(luò)運維并提高了靈活運營的能力[2]。

SDN技術(shù)為邊緣匯聚層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和組網(wǎng)架構(gòu)提供了新的思路，如控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離、虛擬化、能力開放、動態(tài)重構(gòu)以及集中管控等技術(shù)特點，使得邊緣網(wǎng)絡(luò)設(shè)備從傳統(tǒng)上依賴于單臺設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)和控制能力，逐漸過渡到由多臺邊緣設(shè)備協(xié)同組網(wǎng)提供服務(wù)[3]。本文將提出基于SDN技術(shù)的彈性智能邊緣網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)，致力于以低成本的方式提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的可靠性、可控性以及靈活性。

1 軟件定義彈性邊緣網(wǎng)絡(luò)

架構(gòu)

彈性智能的邊緣網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。邊緣網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分布在接入網(wǎng)和核心承載網(wǎng)之間，作為邊緣接入網(wǎng)絡(luò)與核心網(wǎng)絡(luò)的邊界點，形成了邊緣和核心網(wǎng)絡(luò)分離的架構(gòu)。邊緣設(shè)備的硬件形態(tài)基于不同的轉(zhuǎn)發(fā)能力要求以及部署的物理位置進(jìn)行分類，可分成不同級別的用戶接入邊緣設(shè)備以及數(shù)據(jù)接入邊緣設(shè)備?；跇?biāo)準(zhǔn)化開放的接口，邊緣設(shè)備中的控制前端與集中的彈性智能邊緣網(wǎng)絡(luò)控制平面之間進(jìn)行信息交互，從而構(gòu)建統(tǒng)一的邊緣控制網(wǎng)絡(luò)。主要具備但不限于以下幾點特征：

（1）彈性組網(wǎng)

實現(xiàn)邊緣設(shè)備以統(tǒng)一資源池的形式進(jìn)行集中管控，從而實現(xiàn)設(shè)備之間的相互備份、負(fù)載分擔(dān)、資源共享以及虛擬化，能夠提高可靠性，提升設(shè)備資源利用率，同時能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的動態(tài)擴(kuò)容、綠色節(jié)能以及簡化運行維護(hù)。

（2）智能管控

實現(xiàn)對業(yè)務(wù)、用戶以及網(wǎng)絡(luò)狀況的深度感知及精確掌控，更好的支持網(wǎng)絡(luò)能力開放、流量監(jiān)測、策略控制等技術(shù)在SDN架構(gòu)下的演進(jìn)和實現(xiàn)，從而能夠根據(jù)優(yōu)先級策略，動態(tài)調(diào)整用戶及業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量并實現(xiàn)差異化的計費，以滿足用戶及業(yè)務(wù)多樣化的需求。

（3）邊緣擴(kuò)展

實現(xiàn)邊緣網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的功能按需擴(kuò)展，增強(qiáng)邊緣網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)之?dāng)?shù)據(jù)處理的能力，比如，支持多業(yè)務(wù)、多網(wǎng)絡(luò)以及多協(xié)議的接入，支持無感知的協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)和映射，滿足多個異構(gòu)邊緣網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，支持用戶中心與數(shù)據(jù)中心之間的內(nèi)容緩存以及流量加速等新能力。

2 軟件定義彈性智能邊緣

網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)

結(jié)合彈性智能邊緣網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求，構(gòu)建彈性智能邊緣網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)大致可分3類：彈性化技術(shù)、智能化技術(shù)以及邊緣控制技術(shù)，其中彈性化技術(shù)側(cè)重于設(shè)備以及組網(wǎng)能力的擴(kuò)展性與靈活性，智能化技術(shù)側(cè)重于管理控制平面的功能性與開放性，邊緣控制技術(shù)側(cè)重于邊緣網(wǎng)絡(luò)與核心網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)同性和互通性。

（1）彈性化技術(shù)

彈性化技術(shù)將多個邊緣匯聚層設(shè)備組合在一起，使得邊緣匯聚層具有能夠根據(jù)用戶的需求、實際的網(wǎng)絡(luò)情況進(jìn)行動態(tài)調(diào)整的能力，從而能夠優(yōu)化系統(tǒng)效率、提高系統(tǒng)可靠性。彈性化技術(shù)實現(xiàn)多個設(shè)備以及鏈路之間的協(xié)同和虛擬化。

彈性化邊緣設(shè)備組網(wǎng)如圖2所示。邊緣設(shè)備彈性化組網(wǎng)技術(shù)主要體現(xiàn)在設(shè)備之間通過互聯(lián)數(shù)據(jù)接口以及控制接口進(jìn)行關(guān)聯(lián)，其中，通過互聯(lián)數(shù)據(jù)接口，支持邊緣設(shè)備之間的數(shù)據(jù)遷移、流量調(diào)度以及負(fù)載分擔(dān)，可采用上聯(lián)鏈路、直連鏈路或者下聯(lián)鏈路之間建立數(shù)據(jù)通道。通過控制接口，支持設(shè)備控制平面的配置收發(fā)、狀態(tài)監(jiān)測以及策略同步等，可采用數(shù)據(jù)通道共用鏈路或者獨立占用鏈路進(jìn)行配置。多臺設(shè)備之間聯(lián)合組網(wǎng)形成一個控制區(qū)域，不同控制區(qū)域之間彈性組網(wǎng)則可以通過不同域之間的控制接口以及互聯(lián)接口之間互動來實現(xiàn)。

彈性化技術(shù)可采用分布式控制以及集中式控制方式，其中，分布式技術(shù)是指多個邊緣匯聚設(shè)備以共享資源池的形式統(tǒng)一對外提供服務(wù)，比如地址資源、鏈路資源以及設(shè)備資源等，相互之間互為備份、負(fù)載分擔(dān)，從而提高系統(tǒng)的可靠性，提升系統(tǒng)效率。雖然可以通過資源池的集中管理來簡化運維，但對于單臺設(shè)備管理控制平面仍然是獨立維護(hù)，控制信息可以通過不同設(shè)備控制平面之間的同步接口進(jìn)行交互。集中化組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)一步實現(xiàn)管理和控制平面的集中化，多臺設(shè)備虛擬化為一臺設(shè)備，從管理控制平面以及運維的角度來看都是一臺設(shè)備，從網(wǎng)絡(luò)路由的角度來看也呈現(xiàn)單一節(jié)點。目前業(yè)界提出的Pool技術(shù)、虛擬集群技術(shù)[4]以及Cluster技術(shù)等都具備了彈性化的技術(shù)特征。

基于SDN的彈性化組網(wǎng)可采用區(qū)域內(nèi)集中化控制以及區(qū)域間分布式控制的結(jié)合形式，從而滿足大規(guī)模組網(wǎng)的要求。通過多設(shè)備聯(lián)合組網(wǎng)以及多區(qū)域之間協(xié)同組網(wǎng)，可實現(xiàn)邊緣網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)能力擴(kuò)展。

（2）智能化技術(shù)

智能化技術(shù)是采用標(biāo)準(zhǔn)化的開放接口，通過統(tǒng)一的控制平面實現(xiàn)邊緣網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及流量的智能調(diào)度，對用戶和業(yè)務(wù)層面提供定制化的智能管道功能，從而能夠提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力、簡化運維管理，實現(xiàn)邊緣網(wǎng)絡(luò)的全面可控可管[5]。

智能化控制平面框架如圖3所示。統(tǒng)一的控制平面可以驅(qū)動轉(zhuǎn)發(fā)平面實現(xiàn)對業(yè)務(wù)、用戶以及網(wǎng)絡(luò)狀況的感知及精確掌控，進(jìn)而根據(jù)優(yōu)先級策略，動態(tài)調(diào)整用戶及業(yè)務(wù)的QoS并實現(xiàn)差異化的服務(wù)能力。對于外部第三方應(yīng)用開發(fā)商或用戶則可以通過運營商提供的開放能力應(yīng)用編程接口（API），開發(fā)出豐富多彩的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，隨時隨地按需定制自己對于運營商管道的能力需求。例如未來某個時間段傳輸某業(yè)務(wù)需要定制要求的帶寬及相應(yīng)的QoS保障。

智能化技術(shù)主要包括對用戶、網(wǎng)絡(luò)以及業(yè)務(wù)的多維度感知、智能調(diào)度、動態(tài)策略以及能力開放等4個方面[6]。其中，多維感知主要通過與網(wǎng)元之間的接口交互，實現(xiàn)感知用戶（即感知用戶所處的位置、正在使用的業(yè)務(wù)等）、感知網(wǎng)絡(luò)（即感知網(wǎng)絡(luò)類型、當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)資源使用情況等）和感知業(yè)務(wù)（即感知用戶當(dāng)前使用的業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)資源的需求等）。智能調(diào)度指的是結(jié)合用戶行為、業(yè)務(wù)行為以及網(wǎng)絡(luò)資源負(fù)載情況，實現(xiàn)智能的網(wǎng)絡(luò)鏈路建立、流量的優(yōu)化疏導(dǎo)以及自動化的配置。動態(tài)策略指的是根據(jù)用戶、網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)多維度定義不同的優(yōu)先級和契約關(guān)系，動態(tài)調(diào)整用戶所使用業(yè)務(wù)的QoS，根據(jù)不同的用戶、時間、位置等信息調(diào)整業(yè)務(wù)的QoS，實現(xiàn)差異化的計費服務(wù)。能力開放指的是利用運營商擁有的網(wǎng)絡(luò)帶寬等資源進(jìn)行指配和調(diào)度以及相應(yīng)QoS控制的能力，通過開放接口對外提供可定制化的服務(wù)。目前，業(yè)界討論的數(shù)據(jù)包檢測（DPI）技術(shù)、融合策略與計費控制（PCC）框架、自動化配置技術(shù)以及能力開放接口等，都為基于SDN的邊緣網(wǎng)絡(luò)控制平面提供了技術(shù)實現(xiàn)基礎(chǔ)。

智能化技術(shù)為運營商提升網(wǎng)絡(luò)運營能力提供了技術(shù)手段，解決目前電信運營商增量不增收、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不均衡以及對用戶、業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)狀況掌控力弱的問題，而邊緣匯聚層承擔(dān)用戶、業(yè)務(wù)接入的接口，是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能化控制的關(guān)鍵點，通過軟件定義的方式構(gòu)建統(tǒng)一控制平面，可以更好地滿足用戶需求定制化、資源調(diào)整靈活化以及服務(wù)提供快速化的要求。

（3）邊緣控制技術(shù)

邊緣控制技術(shù)主要利用邊緣匯聚層實現(xiàn)用戶網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)和核心承載網(wǎng)絡(luò)之間的銜接，滿足不同服務(wù)域之間以及不同層網(wǎng)絡(luò)之間對數(shù)據(jù)協(xié)同處理的要求，從而提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)效率，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化利用，盡可能的消除網(wǎng)絡(luò)服務(wù)瓶頸。

邊緣網(wǎng)絡(luò)協(xié)同組網(wǎng)如圖4所示。在核心承載網(wǎng)的外圍有眾多基于軟件定義的邊緣控制設(shè)備聯(lián)合組網(wǎng)，包括兩類典型的邊緣接入設(shè)備：一類是用戶邊緣接入設(shè)備，實現(xiàn)用戶接入網(wǎng)與核心承載網(wǎng)之間的連接；一類是數(shù)據(jù)邊緣接入設(shè)備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)與核心承載網(wǎng)之間的互聯(lián)。作為邊緣接入設(shè)備，不僅僅完成常規(guī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，還可以完成不用區(qū)域網(wǎng)絡(luò)之間的資源協(xié)同，比如用戶和數(shù)據(jù)的移動性管理、網(wǎng)絡(luò)加速、資源協(xié)同以及協(xié)議翻譯等。

隨著云計算服務(wù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)流量的交互主要從主機(jī)與主機(jī)之間遷移至主機(jī)與服務(wù)器之間以及服務(wù)器虛擬機(jī)之間。邊緣控制接入技術(shù)主要包括基于身份和位置分離的移動性管理，基于包交換的無感知協(xié)議翻譯，基于業(yè)務(wù)感知的邊緣內(nèi)容加速以及基于路徑優(yōu)化的IP與光層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同等幾大技術(shù)，其中：

（1）為了提供無間斷的接入服務(wù)體驗，在用戶側(cè)，用戶可不受限于地點隨時使用個人賬號登陸網(wǎng)絡(luò)，享受無間斷的業(yè)務(wù)提供。而在數(shù)據(jù)層，大量的虛擬機(jī)在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部以及數(shù)據(jù)中心之間進(jìn)行遷移，需要保證用戶仍然能夠訪問遷移以后的業(yè)務(wù)。因此，基于SDN技術(shù)的邊緣設(shè)備或者邊緣網(wǎng)絡(luò)需要實現(xiàn)對地址資源的統(tǒng)一分配和管理，實現(xiàn)身份標(biāo)識和位置標(biāo)識的分離[7]、用戶多歸屬和流量工程等功能，從而滿足用戶以及數(shù)據(jù)移動性要求，保障遷移以后實現(xiàn)業(yè)務(wù)無中斷服務(wù)。目前，業(yè)界討論的主機(jī)側(cè)以及網(wǎng)絡(luò)側(cè)的身份與位置分離技術(shù)，包括主機(jī)標(biāo)識協(xié)議（HIP）、位置標(biāo)識與身份標(biāo)識分離協(xié)議（LISP）、下一代互聯(lián)網(wǎng)路由架構(gòu)（RANGI）、標(biāo)識網(wǎng)等方案[8]，可以考慮在基于SDN的彈性智能邊緣網(wǎng)中進(jìn)行應(yīng)用。

（2）為了減緩主機(jī)與服務(wù)器之間的交互流量對核心承載網(wǎng)的壓力，需要考慮在用戶邊緣接入網(wǎng)絡(luò)支持內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）加速功能?；赟DN控制平面的多維感知，能夠有效利用熱點流量分析結(jié)果，支持動態(tài)更新內(nèi)容緩存，實現(xiàn)用戶網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)訪問的加速，提升用戶的體驗。

（3）為了解決接入網(wǎng)絡(luò)以及核心承載網(wǎng)絡(luò)分離下大顆粒度數(shù)據(jù)的傳輸效率和性能低下問題，需要考慮在邊緣網(wǎng)絡(luò)建立光傳輸層與IP路由層的資源協(xié)同機(jī)制，基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)跨層的統(tǒng)一控制平面，可以按需進(jìn)行鏈路資源的分配和調(diào)整，從而提高網(wǎng)絡(luò)資源的使用效率，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。

（4）為了支持接入網(wǎng)絡(luò)與核心網(wǎng)之間的解耦，不同的接入網(wǎng)以及核心網(wǎng)內(nèi)部可以采用不同的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，比如IPv4協(xié)議或者IPv6協(xié)議，邊緣網(wǎng)絡(luò)設(shè)備負(fù)責(zé)實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換?；赟DN技術(shù)，控制平面完成協(xié)議解析和協(xié)議映射，數(shù)據(jù)平面實現(xiàn)對協(xié)議無感知的轉(zhuǎn)發(fā)，從而極大的提高了網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性，推動了異構(gòu)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通，有效消除了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議差異。

3 基于SDN的邊緣網(wǎng)絡(luò)

標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

隨著邊緣接入網(wǎng)絡(luò)和與核心承載網(wǎng)絡(luò)之間的分離趨勢日漸明顯，邊緣網(wǎng)絡(luò)作為網(wǎng)絡(luò)解耦的邊界位置，尤其在網(wǎng)絡(luò)走向云化服務(wù)的時代，其關(guān)鍵作用日益凸顯，近期關(guān)于基于SDN的彈性智能邊緣網(wǎng)絡(luò)部署及演進(jìn)在業(yè)界引起廣泛的關(guān)注，其標(biāo)準(zhǔn)化工作也在國際和中國標(biāo)準(zhǔn)組織中逐步開展[9]。

在ITU-T SG13中，目前正在針對基于SDN的智能型網(wǎng)絡(luò)（S-NICE）功能架構(gòu)進(jìn)行研究，使得網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)用戶和應(yīng)用供應(yīng)商的要求提供智能化的服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)運營商可以根據(jù)這些要求分配指定的網(wǎng)絡(luò)資源，并基于多維感知、流量優(yōu)化和協(xié)同等技術(shù)進(jìn)行動態(tài)的適應(yīng)和調(diào)整。S-NICE不僅僅是支持智能化特性，也支持軟件定義特性，它還要求在傳輸層、控制層和應(yīng)用層具備SDN技術(shù)和開放性路由。同時，ITU-T SG13也正在開展基“Y.FNsdn-通信網(wǎng)絡(luò)SDN框架”研究課題，充分討論SDN在通信網(wǎng)路中的應(yīng)用場景?；赟DN-BNG的框架圖如圖5所示[10]。SDN-BNG標(biāo)準(zhǔn)框架將智能控制功能從BNG中分出來，增強(qiáng)了邊緣網(wǎng)絡(luò)開展業(yè)務(wù)的靈活性。

此外，在ITU-T SG11中，SDN標(biāo)準(zhǔn)研究工作也全面啟動，整體研究工作和SG13的網(wǎng)絡(luò)需求和架構(gòu)同時展開，互相補(bǔ)充借鑒。在基于SDN的BNG實現(xiàn)方面，中國包括中興通訊、華為等主流設(shè)備提供商都開展了相關(guān)的研究項目，主要研究BNG設(shè)備上實現(xiàn)SDN的需求和架構(gòu)以及BNG設(shè)備與SDN控制器之間的接口定義。

在中國標(biāo)準(zhǔn)方面，CCSA TC1確定行標(biāo)研究項目《寬帶網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器（BNAS）多機(jī)池組化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)要求》，提出了BNAS多機(jī)池組化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和部署場景，重點研究BNAS多機(jī)池組化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)要求。行標(biāo)研究項目《寬帶網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器（BNAS）設(shè)備流量分析控制技術(shù)要求》針對寬帶業(yè)務(wù)感知系統(tǒng)對寬帶網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)（BNG）設(shè)備、DPI/Policy Server/AAA等設(shè)備的具體技術(shù)要求，提出了寬帶網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)感知系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)部署場景，規(guī)范了寬帶網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)感知行為，明確了對寬帶網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)感知系統(tǒng)的技術(shù)要求及相互之間的接口。同時CCSA TC1專門成立了未來數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（FDN）特別任務(wù)工作組，主要負(fù)責(zé)SDN及網(wǎng)絡(luò)虛擬化方面的標(biāo)準(zhǔn)研究工作。在行標(biāo)項目《FDN應(yīng)用場景和需求》文稿中，對SDN技術(shù)在運營商網(wǎng)絡(luò)中的各種應(yīng)用場景進(jìn)行了詳細(xì)的研究。其中，對基于SDN技術(shù)的城域網(wǎng)業(yè)務(wù)邊緣的應(yīng)用場景及具體需求進(jìn)行了專門的討論。提出了基于SDN技術(shù)，將多臺邊緣路由器設(shè)備虛擬成1臺邊緣設(shè)備，與用戶相關(guān)的業(yè)務(wù)屬性由FDN控制器進(jìn)行配置和管理，邊緣設(shè)備只實現(xiàn)用戶接入的物理資源配置，從而可以實現(xiàn)高可靠性，并極大地簡化設(shè)備的運維管理。

4 軟件定義彈性邊緣網(wǎng)絡(luò)

的應(yīng)用場景

基于SDN的彈性邊緣網(wǎng)絡(luò)部署場景如圖6所示。部署場景通過基于SDN的彈性邊緣網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)部署，改變了依賴現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)獨立邊緣設(shè)備進(jìn)行用戶管理以及數(shù)據(jù)承載的模式?；赟DN的邊緣設(shè)備以池組化或者虛擬化方式組網(wǎng)，可以對用戶數(shù)據(jù)、虛擬局域網(wǎng)（VLAN）和地址資源統(tǒng)一規(guī)劃，利用集中化的控制平面和網(wǎng)絡(luò)能力開放，可以支持網(wǎng)絡(luò)功能的不斷擴(kuò)展。以基于SDN的BNG為例，可以支持但不限于以下幾種應(yīng)用場景：

（1）任意接入

基于用戶的位置信息，用戶的登陸優(yōu)先選擇就近的BNG設(shè)備，當(dāng)優(yōu)先級高的BNG發(fā)生擁塞、故障，將主動切換至次優(yōu)先級設(shè)備，實現(xiàn)用戶對設(shè)備的無感知接入，即插即用，用戶的狀態(tài)在控制平面以及各邊緣設(shè)備之間進(jìn)行同步。

（2）故障保護(hù)

當(dāng)其中一臺邊緣路由器出現(xiàn)故障而脫網(wǎng)之后，其他冗余的邊緣路由器能夠即時替代原有設(shè)備投入運行，用戶信息不因故障而丟失，無需重建用戶會話和重新下發(fā)用戶屬性，真正做到對最終用戶的無感知切換。同時支持動態(tài)設(shè)備擴(kuò)容，用戶動態(tài)遷移，業(yè)務(wù)不中斷。

（3）負(fù)載均衡

各個BNG的負(fù)載情況能夠由集中控制器統(tǒng)一控制，如果有BNG在超過一段時間內(nèi)流量持續(xù)超負(fù)荷，則將部分用戶會話轉(zhuǎn)移到流量負(fù)荷小的BNG上，達(dá)到平抑流量潮汐的目的，保證用戶QoS。同時，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況，實現(xiàn)動態(tài)的流量調(diào)度，并依據(jù)用戶以及業(yè)務(wù)的定制化要求，進(jìn)行流量優(yōu)化疏導(dǎo)。

（4）簡化運維

基于SDN技術(shù)實現(xiàn)將多臺邊緣路由器設(shè)備虛擬成1臺邊緣設(shè)備，與用戶相關(guān)的業(yè)務(wù)屬性由網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NOS）進(jìn)行配置和管理，邊緣設(shè)備只實現(xiàn)用戶接入的物理資源配置。多臺邊緣設(shè)備以及相關(guān)的擴(kuò)展設(shè)備，都可以虛擬成邊緣路由器上的板卡，網(wǎng)管人員如同配置1臺邊緣路由器一樣，實現(xiàn)統(tǒng)一配置和業(yè)務(wù)開通，并進(jìn)行批量的軟件升級。

（5）綠色節(jié)能

在一個控制域下的BNG組在網(wǎng)絡(luò)閑時接入用戶數(shù)很少的情況下，支持將域內(nèi)所有在線用戶遷移到一個當(dāng)值BNG上，其他BNG進(jìn)入休眠狀態(tài)，降低設(shè)備功耗，達(dá)到節(jié)能目的，如果當(dāng)值BNG設(shè)備發(fā)生故障或者用戶數(shù)開始增加并超過一定閾值，則支持休眠BNG的快速喚醒，重新開始用戶接入服務(wù)。

（6）協(xié)議轉(zhuǎn)換

BNG轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備不感知報文的協(xié)議類型，所有的報文轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)將完全由集中控制器軟件控制，對報文數(shù)據(jù)的讀寫訪問均通過通用指令，由控制器指定數(shù)據(jù)的偏移和長度來進(jìn)行。BNG轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備支持任何現(xiàn)有的/自定義的基于數(shù)據(jù)包的協(xié)議，消除轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備對協(xié)議的依賴，實現(xiàn)SDN的控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離更加徹底。

（7）能力開放

通過控制器的南向接口，對網(wǎng)絡(luò)感知、策略控制、動態(tài)調(diào)度等能力有限開放，可以及時響應(yīng)來自用戶側(cè)對接入屬性的定制化要求，同時依據(jù)業(yè)務(wù)的屬性，進(jìn)行流量疏導(dǎo)優(yōu)化和動態(tài)緩存加速，并通過其他通信接口建立起與用戶和業(yè)務(wù)平臺之間的互動。

5 結(jié)束語

信息通信服務(wù)模式正在逐步向云服務(wù)遷移，并驅(qū)動大數(shù)據(jù)時代的到來。云服務(wù)導(dǎo)致的用戶主機(jī)與服務(wù)器虛擬機(jī)之間的流量分布格局推動了用戶接入網(wǎng)、核心承載網(wǎng)以及數(shù)據(jù)接入網(wǎng)之間的解耦，邊緣網(wǎng)絡(luò)的作用和價值愈加顯著。SDN為構(gòu)建彈性智能邊緣網(wǎng)絡(luò)提供了重要的技術(shù)思想和手段，基于SDN技術(shù)可以實現(xiàn)邊緣設(shè)備的虛擬組網(wǎng)和集中控制，并能根據(jù)需求的變化實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的不斷擴(kuò)展，從而降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本、提升服務(wù)質(zhì)量并增強(qiáng)安全管控能力。邊緣網(wǎng)絡(luò)有望成為SDN最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一，雖然相關(guān)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化工作還處在起步階段，但已引起了設(shè)備制造商和運營商的廣泛關(guān)注和高度重視，前景廣闊。

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