基于SDN的城域綜合IP承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究

【摘要】? ? 移動通信和固網(wǎng)寬帶是城域綜合網(wǎng)絡(luò)的兩種關(guān)鍵性業(yè)務(wù)，在IP綜合承載網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境，可以有效地將而且融合在一起，提高網(wǎng)絡(luò)的通信速率，城域網(wǎng)絡(luò)除了對帶寬的剛性需求外，還需要將移動網(wǎng)絡(luò)與固定網(wǎng)絡(luò)進行深度的融合，要求網(wǎng)絡(luò)能實現(xiàn)全方位的覆蓋，要求同一區(qū)域內(nèi)移動網(wǎng)絡(luò)與固定網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)業(yè)務(wù)全覆蓋。通過對城域綜合IP承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)參考體系進行分析，探究了城域綜合IP承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的關(guān)鍵特征與主要技術(shù)，為相關(guān)研究者提供借鑒與參考。

【關(guān)鍵詞】? ? SDN? ? 城域綜合網(wǎng)絡(luò)? ? IP承載網(wǎng)絡(luò)

隨著城域網(wǎng)通信業(yè)務(wù)不斷增加的背景背景下，如何提高網(wǎng)絡(luò)通信的傳輸速率與用戶的體驗，不僅需要服務(wù)商為用戶提供多種業(yè)務(wù)，還需利用靈活多樣的組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，才能滿足通信的要求，在這種全業(yè)務(wù)運營的環(huán)境中，需要利用新技術(shù)來實現(xiàn)固定網(wǎng)絡(luò)與移動網(wǎng)絡(luò)的綜合承載，發(fā)揮移動網(wǎng)絡(luò)與固定網(wǎng)絡(luò)資源的協(xié)同效應(yīng)，實現(xiàn)二者的規(guī)模化發(fā)展，成為人們關(guān)注的熱點問題。同時，隨著網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長，網(wǎng)絡(luò)通信的時延敏感業(yè)務(wù)也影響著用戶的體驗效果，在面對5G業(yè)務(wù)對移動通信邊緣計算MEC技術(shù)的發(fā)展，也要求對城域網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)進行改造，以滿足大量數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的需求。

一、城域綜合IP承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)參考體系

SDN（Software Defined Netrork，軟件定義網(wǎng)絡(luò)的簡寫）具有軟件控制與資源轉(zhuǎn)移的等特征，主要功能是利用軟件控制方式實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理，并能將移動網(wǎng)絡(luò)通信中控制邏輯與固定網(wǎng)絡(luò)有效地結(jié)合在一起。SDN技術(shù)的控制器，可以有效的捕捉整個通信網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)表、網(wǎng)絡(luò)的全局靜態(tài)拓撲、移動網(wǎng)絡(luò)通信的故障狀態(tài)以及移動通信網(wǎng)絡(luò)中的資源利用效率等情況，并能結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通信的具體業(yè)務(wù)需求，可以對資源進行統(tǒng)一優(yōu)化與配置。利用SDN的可編程技術(shù)，可以利用其來部署網(wǎng)絡(luò)的通用硬件與高級軟件來代替移動通信網(wǎng)絡(luò)中的昂貴的通信設(shè)備，進而實現(xiàn)不同設(shè)備制造商之間的不兼容的狀況，結(jié)合城域通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的需要，設(shè)計如圖1所示的基于城域綜合IP承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

1、Web UI/服開系統(tǒng)/資源系統(tǒng)/綜合網(wǎng)管。是對網(wǎng)絡(luò)資源進行綜合管理，系統(tǒng)的API北向接口與城域網(wǎng)編排器連接，優(yōu)化城域網(wǎng)綜合能力，系統(tǒng)采用第三方應(yīng)用API編程接口，便于第三方業(yè)務(wù)接入到系統(tǒng)中，提高系統(tǒng)與外部網(wǎng)絡(luò)的通信效率。

2、城域網(wǎng)業(yè)務(wù)編排器。它的功能是通過北向API接口與上層服務(wù)系統(tǒng)連接，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)用，提高用戶之間的數(shù)據(jù)交換能力，通過南向API接口與城域綜合IP承載網(wǎng)控制連接，合理地調(diào)用網(wǎng)絡(luò)通信資源，以快速的實現(xiàn)城域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的資源實施調(diào)動與網(wǎng)絡(luò)資源的自動分配管理。

3、城域綜合IP承載網(wǎng)控制面。城域網(wǎng)的業(yè)務(wù)包括是多個層次，主要要有網(wǎng)關(guān)業(yè)務(wù)匯聚控制MSG-C系統(tǒng)、移網(wǎng)控制面設(shè)備S/PGW-C系統(tǒng)以及軟件管理SDN控制器等，主要功能是對城域網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)配與業(yè)務(wù)的集中控制。

4、城域綜合 IP 承載網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)面。在SDN架構(gòu)體系上，利用SDN的可編程功能，對IP承載網(wǎng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)與控制進行管理，在承載網(wǎng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能上，實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)與處理控制，并能將多種設(shè)備連接在一起，提高網(wǎng)絡(luò)承載能力。

5、城域綜合IP承載網(wǎng)接入網(wǎng)。主要功能是負責(zé)對城域內(nèi)的固定通信網(wǎng)絡(luò)以及無線移動通信數(shù)據(jù)接入與控制。

6、CDN。它的功能主要是負責(zé)大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的處理，例如視頻、網(wǎng)絡(luò)游戲、5G邊緣計算等一些大數(shù)據(jù)量的傳輸。

二、基于SDN的城域綜合IP承載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特征

2.1承載網(wǎng)絡(luò)扁平化

通過對城域IP綜合網(wǎng)絡(luò)進行扁平化的改造，在城域網(wǎng)的核心網(wǎng)中采用轉(zhuǎn)發(fā)面下沉技術(shù)，將通信網(wǎng)絡(luò)的S/PGW控制轉(zhuǎn)發(fā)面下沉，便于不同數(shù)據(jù)之間進行快速的交換，網(wǎng)絡(luò)的移動通信業(yè)務(wù)則是采用本地IP RAN 接入環(huán)，將移動網(wǎng)絡(luò)與固定網(wǎng)絡(luò)通信匯聚在核心網(wǎng)層，實現(xiàn)城域IP承載網(wǎng)絡(luò)的偏平化管理。

2.2 CDN內(nèi)容源下沉

在現(xiàn)有的城域通信網(wǎng)絡(luò)中，省核心機房將CDN節(jié)點控制在機房內(nèi)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信的傳輸距離過長，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)多跳而且復(fù)雜，如果網(wǎng)絡(luò)擁擠時還會出現(xiàn)丟包的情況，而且還會導(dǎo)致用戶訪問數(shù)據(jù)的出現(xiàn)延遲，網(wǎng)絡(luò)通信的體驗效果差等，采用城域網(wǎng)IP承載網(wǎng)絡(luò)，可以將CDN由核心DC下沉至匯聚DC，用戶可以通過本地節(jié)點來訪問數(shù)據(jù)，降低通信時延，也能提高用戶的體驗效果。

2.3控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面解耦合

利用SDN和NFV技術(shù)可以實現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的虛擬化技術(shù)，采用編程開發(fā)將同通信標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)硬件組合在一起，不僅便于服務(wù)商開發(fā)新的業(yè)務(wù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)軟件的全面革新，使得網(wǎng)絡(luò)擺脫了依賴傳統(tǒng)軟件的升級的方法，利用SDN和NFV技術(shù)提高了通信網(wǎng)絡(luò)軟件管理效率，也保證了通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)創(chuàng)新的集中化管理。將SDN、NFV設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)邊緣控制設(shè)備融合在一起，提高網(wǎng)絡(luò)通信效率，滿足復(fù)雜通信的要求。

三、基于SDN的城域綜合IP承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)要求

3.1基于SDN的城域綜合IP承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

采用SDN的可編程技術(shù)，將移動、固網(wǎng)多業(yè)務(wù)匯聚接入整合在一起，能實現(xiàn)移動通信網(wǎng)絡(luò)的回傳網(wǎng)、固網(wǎng)城域網(wǎng)等融合，使得移動通信網(wǎng)絡(luò)、固定網(wǎng)絡(luò)的各類業(yè)務(wù)能從匯聚層向多業(yè)務(wù)匯聚網(wǎng)關(guān)MSG統(tǒng)一承載，實現(xiàn)了大業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理;在具體的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上，實現(xiàn)了多業(yè)務(wù)匯聚網(wǎng)關(guān)MSG、S/PGW的轉(zhuǎn)控分離，將業(yè)務(wù)匯聚控制MSG-C系統(tǒng)、S/PGW-C核心層融合在一起，實現(xiàn)二者的集中控制與管理，并將城域網(wǎng)絡(luò)的移動控制面MSG-U、S/PGW-U匯聚層分布式轉(zhuǎn)發(fā)，將網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)利用CDN節(jié)點下沉技術(shù)將其下沉至匯聚層，從而能提高數(shù)據(jù)通信效率;在具體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理功能上，將移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)回傳的層級從7-10跳壓縮到4跳，在很大程度上提供了網(wǎng)絡(luò)通信速率，用戶在訪問CDN的熱點內(nèi)容源時，將數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)接層級由原來的10-12級減少到4級，這樣就使得城域綜合IP承載網(wǎng)實現(xiàn)了高性能、低時延、高帶寬、高傳輸速率的功能，利用SDN技術(shù)和NFV技術(shù)的結(jié)合，對通信網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)進行控制，實現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的智能化數(shù)據(jù)控制與管理，形成新一代城域網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，從有利于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的快速傳遞。基于SDN的城域綜合IP承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

3.2城域綜合IP承載網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求

1.編排器技術(shù)要求。業(yè)務(wù)編排器的功能是實現(xiàn)城域綜合IP承載網(wǎng)的業(yè)務(wù)編排與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)協(xié)同控制管理，業(yè)務(wù)編排功能是對網(wǎng)絡(luò)中資源進行抽象與封裝，利用編排器的靈活組合，為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)提供多功能的API標(biāo)準(zhǔn)接口，可以將多種數(shù)據(jù)通信連接在一起，以便于支持城域網(wǎng)定制性開發(fā)。編排器將各個網(wǎng)元連接在一起，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同控制，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)傳輸?shù)男枨螅詣悠帘尉W(wǎng)絡(luò)底層的設(shè)備差異，為網(wǎng)絡(luò)通信提供自動化、智能化的運維與管理手段。1）編排器近期部署。首先，移動業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一配置下發(fā)，通過編排器調(diào)用控制器對網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一配置，以保證不同廠家設(shè)備的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)配置，自動屏蔽設(shè)備之間異構(gòu)差異的細節(jié)，靈活的實現(xiàn)移動網(wǎng)絡(luò)通信。其次，固移QoS業(yè)務(wù)統(tǒng)一的控制與管理，移動寬帶網(wǎng)VoLTE、游戲加速等高QoS 級別業(yè)務(wù)往往對網(wǎng)絡(luò)通信傳輸速率、可靠性、穩(wěn)定性等提出了較高的要求，利用綜合IP承載網(wǎng)關(guān)可以有效的解決這一問題。2）編排器遠期部署。網(wǎng)絡(luò)的流量調(diào)優(yōu)控制，根據(jù)城域綜合IP承載網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)帶寬、通信流量、網(wǎng)絡(luò)通信鏈路質(zhì)量等，利用編排器與SDN技術(shù)協(xié)同控制，計算網(wǎng)絡(luò)通信的最佳路徑，提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的效率，而且利用城域IP綜合網(wǎng)絡(luò)能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信流量的智能控制。網(wǎng)絡(luò)新業(yè)務(wù)產(chǎn)品開發(fā)，利用編排器的協(xié)同能力編排，進行網(wǎng)絡(luò)新業(yè)務(wù)開發(fā)，能面向用戶、業(yè)務(wù)部門等，靈活的輸出個性化的業(yè)務(wù)與服務(wù)。

2. API接口技術(shù)要求。城域網(wǎng)編排器是保證網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)靈活控制，API對外接口主要包含南向接口和北向接口。它們具有不同的功能，通過利用南北向的靈活REST API 接口協(xié)議和控制器互通，從而能將固網(wǎng)與移動網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，以滿足不同用戶的差異化需求。1）編排器北向接口。北向接口的功能是獲得城域綜合IP承載網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)節(jié)點與同學(xué)的鏈路狀態(tài)，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)資源與業(yè)務(wù)資源的收集、處理與管理;并利用開發(fā)的服務(wù)通信接口，實現(xiàn)新業(yè)務(wù)的開通、變更、刪除與管理等，與網(wǎng)絡(luò)控制層級的Web UI的接口連接，提供開放的API服務(wù)，便于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源業(yè)務(wù)的自查控制與管理;北向接口與資源管理系統(tǒng)連接，重點是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一調(diào)度。2）編排器南向接口。通過南向接口編排器REST API接口，將網(wǎng)絡(luò)中的差異化數(shù)據(jù)服務(wù)連接在一起，通過控制器的配置的YANG模型，實現(xiàn)不同區(qū)域、廠家的控制器管理與對接，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的靈活組網(wǎng)。

3.控制面技術(shù)要求。1）拓撲管理。利用SDN技術(shù)的控制功能，能自動發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，自動對網(wǎng)絡(luò)信息進行直觀控制，展示網(wǎng)絡(luò)的告警信息等，還能直接反映網(wǎng)絡(luò)通信故障信息，便于管理員維護網(wǎng)絡(luò)。2）網(wǎng)絡(luò)配置管理。主要包括網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理、網(wǎng)絡(luò)的批量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的查詢能力等，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)交換機、路由器、防火墻等進行統(tǒng)一集中管理，提高網(wǎng)絡(luò)的配置效果，還支持IP 地址、VPN、VLAN等網(wǎng)絡(luò)資源的查詢與管理控制功能，便于與網(wǎng)絡(luò)資源管理系統(tǒng)的對接，提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率。3）控制器接口。SDN控制器南向接口的功能是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)鏈路的管理、網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的管理、通信策略的制定、表項下發(fā)等功能，從而能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源靈活配置，使得城域綜合網(wǎng)絡(luò)的配置效率更高?？刂破鞅毕蚪涌趯⒊怯蚓C合IP承載網(wǎng)絡(luò)的各種功能連接在一起，便于快速的對網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)部署、監(jiān)控與管理，及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信中存在的問題。

四、結(jié)束語

SDN/NFV技術(shù)作為新型的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)，利用SDN技術(shù)的功能抽象以及軟硬件解耦，使得網(wǎng)絡(luò)硬件與軟件之間的聯(lián)合變得靈活，突破傳統(tǒng)城域IP承載網(wǎng)絡(luò)通信的限制，從而能有效的提高網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的靈活性與拓展性?；赟DN和NFV的新型城域網(wǎng)綜合IP承載網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，為用戶提供了全新的體驗，克服了傳統(tǒng)城域網(wǎng)絡(luò)通信的不足，提高了網(wǎng)絡(luò)通信的效率。

作者簡介：彭楠（1984.08—），女，廣東汕頭人，大學(xué)本科理學(xué)學(xué)士，通信技術(shù)工程師，主要從事工作：數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)、承載網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、核心網(wǎng)等通信項目的規(guī)劃設(shè)計管理工作

參? 考? 文? 獻

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