SDN在通信網(wǎng)中的適應(yīng)性研究

王蒙+徐顯達(dá)

[摘 要]近幾年來，為了適應(yīng)國家的戰(zhàn)略發(fā)展，國家電網(wǎng)企業(yè)針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷進(jìn)行探索和改革，目前已經(jīng)形成了小有規(guī)模的研究隊(duì)伍，同時(shí)還掌握了一些先進(jìn)的研發(fā)技術(shù)。本文介紹了SDN技術(shù)，分析了目前通信網(wǎng)中的技術(shù)現(xiàn)狀，進(jìn)一步探討了SDN技術(shù)在通信網(wǎng)中的適應(yīng)性。

[關(guān)鍵詞]SDN；技術(shù)；通信網(wǎng)絡(luò)；適應(yīng)性

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.08.084

[中圖分類號(hào)]TN915.853 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2017）08-0-02

在過去的幾十年里，光纖通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展飛快。伴隨DWDM、OTW等設(shè)備的成功運(yùn)用，光纖通信網(wǎng)絡(luò)得到了前所未有的發(fā)展。伴隨著通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大化、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和路由的復(fù)雜化，PCE技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，解決了路徑計(jì)算和路由自動(dòng)分配的問題。目前，通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)朝著革命性的方向發(fā)展，承載的業(yè)務(wù)變化較大，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)交換技術(shù)已然不能適應(yīng)現(xiàn)代化的發(fā)展要求，亟待新技術(shù)系統(tǒng)來推動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

1 SDN技術(shù)概述

SDN屬于創(chuàng)新型網(wǎng)路技術(shù)，該技術(shù)的設(shè)計(jì)原理主要是針對(duì)傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)平面，即控制層和轉(zhuǎn)發(fā)層，并使這兩者處于分離的狀態(tài)，進(jìn)而可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可編程進(jìn)行控制，如圖1所示。

相關(guān)資料表明，SDN技術(shù)具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。一是網(wǎng)絡(luò)效率高。通過分離控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面，使控制器能夠在宏觀的角度對(duì)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作狀態(tài)進(jìn)行觀察，并且結(jié)合規(guī)則和要求對(duì)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)行傳達(dá)操作命令，進(jìn)一步提高通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。比如Google公司通過采用SDN技術(shù)，選擇具有適應(yīng)性的B4網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，使全球骨干網(wǎng)絡(luò)鏈路的帶寬使用率提高了3倍以上，幾乎接近100%。二是網(wǎng)絡(luò)集中部署。SDN的控制平面具有完整的網(wǎng)絡(luò)視圖，起到集中配置的功效，不再需要對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行繁瑣性的逐一更改。另外，正是SDN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備達(dá)到了開放性的協(xié)議要求，導(dǎo)致運(yùn)營商或者企業(yè)在擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)中，不再受到設(shè)備供應(yīng)商的制約。三是虛擬化能力更強(qiáng)。在通訊網(wǎng)中，計(jì)算能力及儲(chǔ)存能力逐漸實(shí)現(xiàn)了虛擬化的目標(biāo)。通過SDN技術(shù)的支持，推動(dòng)了通訊網(wǎng)絡(luò)能力虛擬化的形成，達(dá)到了較佳的性能與安全性隔離效果，進(jìn)而為多樣化的業(yè)務(wù)體系提供優(yōu)質(zhì)差異性的服務(wù)。除此之外，SDN技術(shù)保證了通訊網(wǎng)絡(luò)的安全性，還提升了用戶的體驗(yàn)值。具體視圖如圖2所示。

2 光纖通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)現(xiàn)狀

據(jù)調(diào)查，光纖通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為多個(gè)單位提供了通信道基礎(chǔ)性服務(wù)，一般服務(wù)的對(duì)象以生產(chǎn)、銷售以及行政工作為主。目前，在電力光纖通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，還是以SDH/M STP為重要技術(shù)體制，有些地區(qū)已經(jīng)選用了W DM/OTN組網(wǎng)技術(shù)，有的省級(jí)地區(qū)采用2.5/10 G SDH或者O TN+SD H技術(shù)創(chuàng)設(shè)骨干傳輸網(wǎng)。由此可以看出，大多數(shù)地區(qū)采取的組網(wǎng)方式仍然是以SD H環(huán)網(wǎng)技術(shù)為主。其中，在對(duì)環(huán)間業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)節(jié)中，通常利用大節(jié)點(diǎn)間設(shè)備的支路轉(zhuǎn)接功能來實(shí)現(xiàn)，一般情況下，其承載的業(yè)務(wù)類型較多，如行政電話、視屏監(jiān)控、會(huì)議電視、自動(dòng)化裝置信息、管理信息系統(tǒng)等。

在當(dāng)前的光纖通信網(wǎng)絡(luò)中，通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備種類多樣化，涉及SD H設(shè)備、PTN設(shè)備和OTN設(shè)備等，同時(shí)每個(gè)設(shè)備的組網(wǎng)方式比較獨(dú)立，很難對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，不利于形成有效的統(tǒng)一管理模式，并且不同的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備在軟件與硬件方面，處于高度集中的狀態(tài)，從而形成較為封閉的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，導(dǎo)致其存在以下弊端。一是通信網(wǎng)業(yè)務(wù)缺乏更強(qiáng)的調(diào)度力及時(shí)效性。在通信網(wǎng)端到端業(yè)務(wù)配置中消耗的時(shí)間和精力多，要求投入大量的人力來進(jìn)行合理的網(wǎng)絡(luò)資源分配，并且要求對(duì)光纖通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)再次進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。二是針對(duì)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，難以準(zhǔn)確且迅速做出一定的反應(yīng)。如果發(fā)生故障，很有可能會(huì)導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓，恢復(fù)時(shí)間較長，且無法對(duì)光纖網(wǎng)絡(luò)的邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)性或者動(dòng)態(tài)性的轉(zhuǎn)變。三是網(wǎng)絡(luò)的靈活性不強(qiáng)。在通信網(wǎng)端至端業(yè)務(wù)配置時(shí)，容易產(chǎn)生阻塞，針對(duì)特殊的業(yè)務(wù)信息缺乏一定的承載力，使光纖通信網(wǎng)絡(luò)利用效果不顯著，同時(shí)提高了后期數(shù)據(jù)種類的增加難度。四是可擴(kuò)展范圍不大。伴隨環(huán)網(wǎng)數(shù)量的增多，網(wǎng)絡(luò)資源形成了瓶頸的狀態(tài)，在擴(kuò)大和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)模方面，需要大量的資金，應(yīng)對(duì)復(fù)雜多樣的業(yè)務(wù)，光纖通信網(wǎng)絡(luò)難以滿足跨環(huán)大帶寬業(yè)務(wù)發(fā)展的要求。所以，如何解決傳統(tǒng)光纖通信網(wǎng)絡(luò)存在的問題，考察新技術(shù)的適應(yīng)性，結(jié)合企業(yè)自身的發(fā)展情況采用SDN技術(shù)具有重要的意義。

3 SDN在通信網(wǎng)中的適應(yīng)性研究

在光纖通信網(wǎng)絡(luò)中融入SDN技術(shù)的最重要目標(biāo)是將控制層和傳達(dá)層分離，運(yùn)用集中管理的手段、簡化復(fù)雜已有光纖網(wǎng)絡(luò)的方法以及管理私有控制協(xié)議的途徑，通過在應(yīng)用層接口和開放網(wǎng)絡(luò)接口，使光纖網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮可編程功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“四個(gè)發(fā)展目標(biāo)”，即促進(jìn)未來數(shù)據(jù)中心互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、承載的業(yè)務(wù)靈活化、網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)創(chuàng)新。另外，實(shí)施“三集五大”和智能電網(wǎng)建設(shè)，采用云計(jì)算技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，促進(jìn)傳統(tǒng)光纖通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的革新，同時(shí)為SDN技術(shù)的引用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，使SDN技術(shù)能夠適應(yīng)新形勢(shì)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展要求。筆者結(jié)合有關(guān)研究，得出SDN技術(shù)適用于以下幾個(gè)方面。

3.1 適應(yīng)于電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心層

目前，國家電網(wǎng)企業(yè)已經(jīng)建好三大數(shù)據(jù)中心，并分布在北京、上海以及西安地區(qū)。而針對(duì)數(shù)據(jù)中心的內(nèi)部，創(chuàng)新型技術(shù)SDN能夠?qū)α髁窟M(jìn)行管理，并且可以利用虛擬化的手段對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行切片，對(duì)多應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理監(jiān)控。然而在每個(gè)數(shù)據(jù)中心層面，都需要定期開展數(shù)據(jù)同步、進(jìn)行備份以及推送流量。這時(shí)引用SDN技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)中心虛擬化和智能化管控。具體來說，通過在電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心出口處布置SDN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，管控帶寬利用率的狀態(tài)量，可以實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心控制設(shè)備，控制器會(huì)結(jié)合優(yōu)化知識(shí)，對(duì)不同數(shù)據(jù)中心的鏈路流量和業(yè)務(wù)流量進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，從而改善鏈路的利用效果。

3.2 適用于骨干網(wǎng)層

現(xiàn)階段，國建電網(wǎng)企業(yè)已經(jīng)建好了非常大的行業(yè)專網(wǎng)，可以從多個(gè)方面對(duì)通信骨干網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，如企業(yè)通過優(yōu)化流量監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化配置以及差異化處理等方面，提高通信骨干網(wǎng)的傳輸力及管控力，同時(shí)能對(duì)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行有效利用。例如：在通信骨干網(wǎng)邊緣的適應(yīng)性場景中，相關(guān)人員可以選用SDN技術(shù)，對(duì)很多臺(tái)邊緣設(shè)備進(jìn)行虛擬化，虛擬成一臺(tái)設(shè)備，由骨干網(wǎng)層面的控制設(shè)備對(duì)用戶的業(yè)務(wù)屬性進(jìn)行統(tǒng)一管理，進(jìn)而達(dá)到流量控制和差異化處理的目的，同時(shí)骨干網(wǎng)邊緣設(shè)備僅僅承擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的任務(wù)，使骨干網(wǎng)的運(yùn)行效率及管控能力得到了極大的提高。

3.3 適用于接入網(wǎng)層

通信網(wǎng)中的接入網(wǎng)，具有海量節(jié)點(diǎn)和大量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。通過引用SDN技術(shù)，能夠?qū)尤牍?jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一的管理及維護(hù)，為新業(yè)務(wù)的迅速部署提供便利。比如，在OLT（Optical Line Terminal）和海量遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接的過程中，采用SDN技術(shù)，這些節(jié)點(diǎn)能夠變成較大的虛擬化節(jié)點(diǎn)，使遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的控制層發(fā)生上移的變化，并且上移到接入網(wǎng)的控制設(shè)備中，使全部的參數(shù)分配能夠下達(dá)到相應(yīng)的虛擬節(jié)點(diǎn)，進(jìn)一步將參數(shù)配置順利進(jìn)行內(nèi)部分解。另外，當(dāng)有新的業(yè)務(wù)或者新的特定要求部署時(shí)，接入網(wǎng)的控制設(shè)備能夠直接對(duì)虛擬節(jié)點(diǎn)的流表進(jìn)行配置，逐漸提升接入網(wǎng)層面部署的效率。

4 結(jié) 語

SDN技術(shù)在通信網(wǎng)中具有一定的適應(yīng)性，可以達(dá)到當(dāng)下互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的要求。與此同時(shí)，還有利于國家電網(wǎng)構(gòu)建先進(jìn)、完善、科學(xué)、統(tǒng)一、合理的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)系統(tǒng)，促進(jìn)我國通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)朝著智能化、帶寬化以及靈活化的方向發(fā)展。

主要參考文獻(xiàn)

[1]劉川，黃輝，喻強(qiáng)，等.基于SDN的電力通信集中控制高可靠性業(yè)務(wù)支撐機(jī)制研究[J].電力信息與通信技術(shù)，2015（12）.