唐雄燕 周光濤 朱鵬

中圖分類(lèi)號(hào)：TN915.03； TP393.03 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)接入和數(shù)據(jù)接入的靈活調(diào)度和智能服務(wù)。通過(guò)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(wú)中斷、能力虛擬化、控制集中化等特點(diǎn)，從而為運(yùn)營(yíng)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(diǎn)

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(shì)，越來(lái)越多的IT服務(wù)以云的方式來(lái)提供，各大運(yùn)營(yíng)商也開(kāi)始基于云計(jì)算技術(shù)組建自己的超級(jí)數(shù)據(jù)中心，面向企業(yè)/公眾用戶(hù)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(shì)，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(jí)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(wú)尺度網(wǎng)絡(luò)模型。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)也向著用戶(hù)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(hù)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(hù)中心網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交互。在用戶(hù)中心側(cè)，是傳統(tǒng)用戶(hù)接入的駐地網(wǎng)，主要根據(jù)用戶(hù)的地理位置進(jìn)行承建，負(fù)責(zé)將用戶(hù)接入到運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)；在數(shù)據(jù)中心側(cè)，是運(yùn)營(yíng)商或者業(yè)務(wù)提供商承建的超級(jí)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(chǔ)、計(jì)算以及處理。邊緣匯聚層是非常關(guān)鍵的一個(gè)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(hù)和數(shù)據(jù)服務(wù)統(tǒng)一接入到核心承載網(wǎng)，具有用戶(hù)/業(yè)務(wù)控制、業(yè)務(wù)提供、業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)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(mén)戶(hù)，對(duì)于電信運(yùn)營(yíng)商而言，是實(shí)現(xiàn)用戶(hù)和業(yè)務(wù)“永續(xù)連接”的紐帶，實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)“融合控制”的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)流量“本地疏導(dǎo)”的緩存，實(shí)現(xiàn)控制“功能聚合”的平臺(tái)。隨著云服務(wù)驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變革，人們對(duì)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(kāi)放、簡(jiǎn)單和綠色等特點(diǎn)[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(duì)底層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行虛擬化，實(shí)現(xiàn)可編程化控制，從而達(dá)到網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放與敏捷創(chuàng)新的目的。SDN從架構(gòu)上打破了原來(lái)依賴(lài)于專(zhuān)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(shí)簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維并提高了靈活運(yùn)營(yíng)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(kāi)放、動(dòng)態(tài)重構(gòu)以及集中管控等技術(shù)特點(diǎn)，使得邊緣網(wǎng)絡(luò)設(shè)備從傳統(tǒng)上依賴(lài)于單臺(tái)設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)和控制能力，逐漸過(guò)渡到由多臺(tái)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(diǎn)，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(lèi)，可分成不同級(jí)別的用戶(hù)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(kāi)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(diǎn)特征：

（1）彈性組網(wǎng)

實(shí)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(shí)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(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的動(dòng)態(tài)擴(kuò)容、綠色節(jié)能以及簡(jiǎn)化運(yùn)行維護(hù)。

（2）智能管控

實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)、用戶(hù)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(kāi)放、流量監(jiān)測(cè)、策略控制等技術(shù)在SDN架構(gòu)下的演進(jìn)和實(shí)現(xiàn)，從而能夠根據(jù)優(yōu)先級(jí)策略，動(dòng)態(tài)調(diào)整用戶(hù)及業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量并實(shí)現(xiàn)差異化的計(jì)費(fèi)，以滿足用戶(hù)及業(yè)務(wù)多樣化的需求。

（3）邊緣擴(kuò)展

實(shí)現(xiàn)邊緣網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(wú)感知的協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)和映射，滿足多個(gè)異構(gòu)邊緣網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，支持用戶(hù)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(lèi)：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(kāi)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(gè)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(hù)的需求、實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)情況進(jìn)行動(dòng)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(shí)現(xiàn)多個(gè)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(guò)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(guò)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(guò)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(cè)以及策略同步等，可采用數(shù)據(jù)通道共用鏈路或者獨(dú)立占用鏈路進(jìn)行配置。多臺(tái)設(shè)備之間聯(lián)合組網(wǎng)形成一個(gè)控制區(qū)域，不同控制區(qū)域之間彈性組網(wǎng)則可以通過(guò)不同域之間的控制接口以及互聯(lián)接口之間互動(dòng)來(lái)實(shí)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(gè)邊緣匯聚設(shè)備以共享資源池的形式統(tǒng)一對(duì)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(guò)資源池的集中管理來(lái)簡(jiǎn)化運(yùn)維，但對(duì)于單臺(tái)設(shè)備管理控制平面仍然是獨(dú)立維護(hù)，控制信息可以通過(guò)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(shí)現(xiàn)管理和控制平面的集中化，多臺(tái)設(shè)備虛擬化為一臺(tái)設(shè)備，從管理控制平面以及運(yùn)維的角度來(lái)看都是一臺(tái)設(shè)備，從網(wǎng)絡(luò)路由的角度來(lái)看也呈現(xiàn)單一節(jié)點(diǎn)。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(guò)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(shí)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(kāi)放接口，通過(guò)統(tǒng)一的控制平面實(shí)現(xiàn)邊緣網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及流量的智能調(diào)度，對(duì)用戶(hù)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(jiǎn)化運(yùn)維管理，實(shí)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(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)平面實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)、用戶(hù)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(jí)策略，動(dòng)態(tài)調(diào)整用戶(hù)及業(yè)務(wù)的QoS并實(shí)現(xiàn)差異化的服務(wù)能力。對(duì)于外部第三方應(yīng)用開(kāi)發(fā)商或用戶(hù)則可以通過(guò)運(yùn)營(yíng)商提供的開(kāi)放能力應(yīng)用編程接口（API），開(kāi)發(fā)出豐富多彩的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，隨時(shí)隨地按需定制自己對(duì)于運(yùn)營(yíng)商管道的能力需求。例如未來(lái)某個(gè)時(shí)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(duì)用戶(hù)、網(wǎng)絡(luò)以及業(yè)務(wù)的多維度感知、智能調(diào)度、動(dòng)態(tài)策略以及能力開(kāi)放等4個(gè)方面[6]。其中，多維感知主要通過(guò)與網(wǎng)元之間的接口交互，實(shí)現(xiàn)感知用戶(hù)（即感知用戶(hù)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(lèi)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(hù)當(dāng)前使用的業(yè)務(wù)類(lèi)型、業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的需求等）。智能調(diào)度指的是結(jié)合用戶(hù)行為、業(yè)務(wù)行為以及網(wǎng)絡(luò)資源負(fù)載情況，實(shí)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(dòng)化的配置。動(dòng)態(tài)策略指的是根據(jù)用戶(hù)、網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)多維度定義不同的優(yōu)先級(jí)和契約關(guān)系，動(dòng)態(tài)調(diào)整用戶(hù)所使用業(yè)務(wù)的QoS，根據(jù)不同的用戶(hù)、時(shí)間、位置等信息調(diào)整業(yè)務(wù)的QoS，實(shí)現(xiàn)差異化的計(jì)費(fèi)服務(wù)。能力開(kāi)放指的是利用運(yùn)營(yíng)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(guò)開(kāi)放接口對(duì)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(cè)（DPI）技術(shù)、融合策略與計(jì)費(fèi)控制（PCC）框架、自動(dòng)化配置技術(shù)以及能力開(kāi)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(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。

智能化技術(shù)為運(yùn)營(yíng)商提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)能力提供了技術(shù)手段，解決目前電信運(yùn)營(yíng)商增量不增收、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不均衡以及對(duì)用戶(hù)、業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)狀況掌控力弱的問(wèn)題，而邊緣匯聚層承擔(dān)用戶(hù)、業(yè)務(wù)接入的接口，是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能化控制的關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)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(hù)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(shí)現(xiàn)用戶(hù)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(duì)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(shí)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(lèi)典型的邊緣接入設(shè)備：一類(lèi)是用戶(hù)邊緣接入設(shè)備，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)接入網(wǎng)與核心承載網(wǎng)之間的連接；一類(lèi)是數(shù)據(jù)邊緣接入設(shè)備，實(shí)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(hù)和數(shù)據(jù)的移動(dòng)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(jì)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(dòng)性管理，基于包交換的無(wú)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(wú)間斷的接入服務(wù)體驗(yàn)，在用戶(hù)側(cè)，用戶(hù)可不受限于地點(diǎn)隨時(shí)使用個(gè)人賬號(hào)登陸網(wǎng)絡(luò)，享受無(wú)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(hù)仍然能夠訪問(wèn)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(shí)現(xiàn)對(duì)地址資源的統(tǒng)一分配和管理，實(shí)現(xiàn)身份標(biāo)識(shí)和位置標(biāo)識(shí)的分離[7]、用戶(hù)多歸屬和流量工程等功能，從而滿足用戶(hù)以及數(shù)據(jù)移動(dòng)性要求，保障遷移以后實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)無(wú)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(shí)協(xié)議（HIP）、位置標(biāo)識(shí)與身份標(biāo)識(shí)分離協(xié)議（LISP）、下一代互聯(lián)網(wǎng)路由架構(gòu)（RANGI）、標(biāo)識(shí)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(duì)核心承載網(wǎng)的壓力，需要考慮在用戶(hù)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。基于SDN控制平面的多維感知，能夠有效利用熱點(diǎn)流量分析結(jié)果，支持動(dòng)態(tài)更新內(nèi)容緩存，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)訪問(wèn)的加速，提升用戶(hù)的體驗(yàn)。

（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(wèn)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(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)協(xié)議無(wú)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(dòng)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(shì)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(shí)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(guó)際和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)組織中逐步開(kāi)展[9]。

在ITU-T SG13中，目前正在針對(duì)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(hù)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(yùn)營(yíng)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?jī)?yōu)化和協(xié)同等技術(shù)進(jìn)行動(dòng)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(kāi)放性路由。同時(shí)，ITU-T SG13也正在開(kāi)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(chǎng)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(lái)，增強(qiáng)了邊緣網(wǎng)絡(luò)開(kāi)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(dòng)，整體研究工作和SG13的網(wǎng)絡(luò)需求和架構(gòu)同時(shí)展開(kāi)，互相補(bǔ)充借鑒。在基于SDN的BNG實(shí)現(xiàn)方面，中國(guó)包括中興通訊、華為等主流設(shè)備提供商都開(kāi)展了相關(guān)的研究項(xiàng)目，主要研究BNG設(shè)備上實(shí)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)方面，CCSA TC1確定行標(biāo)研究項(xiàng)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(chǎng)景，重點(diǎn)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(xiàng)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(duì)寬帶業(yè)務(wù)感知系統(tǒng)對(duì)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(chǎng)景，規(guī)范了寬帶網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)感知行為，明確了對(duì)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(shí)CCSA TC1專(zhuān)門(mén)成立了未來(lái)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(xiàng)目《FDN應(yīng)用場(chǎng)景和需求》文稿中，對(duì)SDN技術(shù)在運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)中的各種應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了詳細(xì)的研究。其中，對(duì)基于SDN技術(shù)的城域網(wǎng)業(yè)務(wù)邊緣的應(yīng)用場(chǎng)景及具體需求進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的討論。提出了基于SDN技術(shù)，將多臺(tái)邊緣路由器設(shè)備虛擬成1臺(tái)邊緣設(shè)備，與用戶(hù)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(shí)現(xiàn)用戶(hù)接入的物理資源配置，從而可以實(shí)現(xiàn)高可靠性，并極大地簡(jiǎn)化設(shè)備的運(yùn)維管理。

4 軟件定義彈性邊緣網(wǎng)絡(luò)

的應(yīng)用場(chǎng)景

基于SDN的彈性邊緣網(wǎng)絡(luò)部署場(chǎng)景如圖6所示。部署場(chǎng)景通過(guò)基于SDN的彈性邊緣網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)部署，改變了依賴(lài)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立邊緣設(shè)備進(jìn)行用戶(hù)管理以及數(shù)據(jù)承載的模式。基于SDN的邊緣設(shè)備以池組化或者虛擬化方式組網(wǎng)，可以對(duì)用戶(hù)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(kāi)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(chǎng)景：

（1）任意接入

基于用戶(hù)的位置信息，用戶(hù)的登陸優(yōu)先選擇就近的BNG設(shè)備，當(dāng)優(yōu)先級(jí)高的BNG發(fā)生擁塞、故障，將主動(dòng)切換至次優(yōu)先級(jí)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)對(duì)設(shè)備的無(wú)感知接入，即插即用，用戶(hù)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(tái)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(shí)替代原有設(shè)備投入運(yùn)行，用戶(hù)信息不因故障而丟失，無(wú)需重建用戶(hù)會(huì)話和重新下發(fā)用戶(hù)屬性，真正做到對(duì)最終用戶(hù)的無(wú)感知切換。同時(shí)支持動(dòng)態(tài)設(shè)備擴(kuò)容，用戶(hù)動(dòng)態(tài)遷移，業(yè)務(wù)不中斷。

（3）負(fù)載均衡

各個(gè)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(guò)一段時(shí)間內(nèi)流量持續(xù)超負(fù)荷，則將部分用戶(hù)會(huì)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(hù)QoS。同時(shí)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的流量調(diào)度，并依據(jù)用戶(hù)以及業(yè)務(wù)的定制化要求，進(jìn)行流量?jī)?yōu)化疏導(dǎo)。

（4）簡(jiǎn)化運(yùn)維

基于SDN技術(shù)實(shí)現(xiàn)將多臺(tái)邊緣路由器設(shè)備虛擬成1臺(tái)邊緣設(shè)備，與用戶(hù)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(shí)現(xiàn)用戶(hù)接入的物理資源配置。多臺(tái)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(tái)邊緣路由器一樣，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一配置和業(yè)務(wù)開(kāi)通，并進(jìn)行批量的軟件升級(jí)。

（5）綠色節(jié)能

在一個(gè)控制域下的BNG組在網(wǎng)絡(luò)閑時(shí)接入用戶(hù)數(shù)很少的情況下，支持將域內(nèi)所有在線用戶(hù)遷移到一個(gè)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(hù)數(shù)開(kāi)始增加并超過(guò)一定閾值，則支持休眠BNG的快速喚醒，重新開(kāi)始用戶(hù)接入服務(wù)。

（6）協(xié)議轉(zhuǎn)換

BNG轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備不感知報(bào)文的協(xié)議類(lèi)型，所有的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)將完全由集中控制器軟件控制，對(duì)報(bào)文數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)訪問(wèn)均通過(guò)通用指令，由控制器指定數(shù)據(jù)的偏移和長(zhǎng)度來(lái)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(duì)協(xié)議的依賴(lài)，實(shí)現(xiàn)SDN的控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離更加徹底。

（7）能力開(kāi)放

通過(guò)控制器的南向接口，對(duì)網(wǎng)絡(luò)感知、策略控制、動(dòng)態(tài)調(diào)度等能力有限開(kāi)放，可以及時(shí)響應(yīng)來(lái)自用戶(hù)側(cè)對(duì)接入屬性的定制化要求，同時(shí)依據(jù)業(yè)務(wù)的屬性，進(jìn)行流量疏導(dǎo)優(yōu)化和動(dòng)態(tài)緩存加速，并通過(guò)其他通信接口建立起與用戶(hù)和業(yè)務(wù)平臺(tái)之間的互動(dòng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

信息通信服務(wù)模式正在逐步向云服務(wù)遷移，并驅(qū)動(dòng)大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)。云服務(wù)導(dǎo)致的用戶(hù)主機(jī)與服務(wù)器虛擬機(jī)之間的流量分布格局推動(dòng)了用戶(hù)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(jià)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(shí)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(shí)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(yùn)營(yíng)商的廣泛關(guān)注和高度重視，前景廣闊。

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