中興通訊 | 刁淵炯

固網(wǎng)引入SDN助力運(yùn)營商構(gòu)建彈性、敏捷的寬帶網(wǎng)絡(luò)

中興通訊 | 刁淵炯

SDN具有全局的網(wǎng)絡(luò)視圖，可以集中控制網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)行為，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的可編程和自動(dòng)化。SDN有助于實(shí)現(xiàn)彈性、敏捷、智能的寬帶網(wǎng)絡(luò)。

此前運(yùn)營商接入網(wǎng)的收入主要來自于語音業(yè)務(wù)，當(dāng)時(shí)連接數(shù)×?xí)r長和固網(wǎng)接入的價(jià)值基本相等，運(yùn)營商關(guān)注接通率、呼叫保持時(shí)長等業(yè)務(wù)指標(biāo)。隨著互聯(lián)網(wǎng)的興起，固網(wǎng)接入逐步導(dǎo)入了三重播放（語音、IPTV、高速上網(wǎng)），接入網(wǎng)為此建立了簡單的多業(yè)務(wù)管道，分別對(duì)應(yīng)固定帶寬、保證帶寬和盡力而為的3種業(yè)務(wù)策略。語音和IPTV一直是運(yùn)營商的自營業(yè)務(wù)，運(yùn)營商在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)，就能較為準(zhǔn)確地估算這兩者需要的網(wǎng)絡(luò)資源。而高速上網(wǎng)管道則出現(xiàn)了運(yùn)營商不希望看到的增量不增收的“剪刀差”現(xiàn)象。同時(shí)，運(yùn)營商還面臨以下3方面更具體的挑戰(zhàn)。

● 需要升級(jí)網(wǎng)絡(luò)以應(yīng)對(duì)膨脹的帶寬需求。這導(dǎo)致了多代接入技術(shù)共存，增加了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維難度。GPON、XGPON等多代技術(shù)會(huì)有共存期，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)無法一步到位地實(shí)現(xiàn)FTTH。FTTB、FTTC等多種建網(wǎng)模式共存，增加了設(shè)備種類和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維難度。

● 需要更彈性地切分管道資源以滿足多業(yè)務(wù)需求。一方面，OTT應(yīng)用正在蠶食語音和IPTV業(yè)務(wù)的管道價(jià)值，導(dǎo)致運(yùn)營商可能需要將原來單業(yè)務(wù)獨(dú)占管道的模型，調(diào)整為多業(yè)務(wù)共享管道的模型。另一方面，企業(yè)專線、Small Cell回程則可能需要隨時(shí)從公眾網(wǎng)絡(luò)中切分出L2層的專用VLAN業(yè)務(wù)管道。所以網(wǎng)絡(luò)需要靈活定義及自動(dòng)化部署單業(yè)務(wù)管道、多業(yè)務(wù)管道的能力。

● 需要網(wǎng)絡(luò)虛擬化能力，否則難以適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新周期?；ヂ?lián)網(wǎng)軟件產(chǎn)品通常通過快速迭代實(shí)現(xiàn)演進(jìn)。而這種敏捷開發(fā)需要一個(gè)可敏捷定制的虛擬網(wǎng)絡(luò)，以此分配網(wǎng)絡(luò)資源和隔離產(chǎn)品開發(fā)中的試錯(cuò)成本?？咳斯す蔚闹饌€(gè)設(shè)備配置，施工周期長且容易出錯(cuò)。移動(dòng)回程、企業(yè)專網(wǎng)、虛擬運(yùn)營商等可能與普通家庭用戶共享同一個(gè)寬帶網(wǎng)絡(luò)，但他們的需求有所不同，他們希望在各自的虛擬化網(wǎng)絡(luò)視圖中，對(duì)自己的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蜖顟B(tài)有更敏捷的控制。

固網(wǎng)寬帶SDN三大特征

SDN的特征在于具有全局的網(wǎng)絡(luò)視圖，可以集中控制網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)行為，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的可編程和自動(dòng)化。SDN的特征有助于運(yùn)營商實(shí)現(xiàn)彈性、敏捷、智能的寬帶網(wǎng)絡(luò)。

● 敏捷——快速開發(fā)部署新業(yè)務(wù)：在同一網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上進(jìn)行新業(yè)務(wù)開發(fā)、部署和維護(hù)，快速迭代，縮短業(yè)務(wù)上市周期；轉(zhuǎn)發(fā)和控制分離，控制功能采用軟件實(shí)現(xiàn)，新業(yè)務(wù)一般只需改變控制功能；軟件與硬件分離，硬件通用化，縮短硬件開發(fā)時(shí)間，延長硬件生命周期。

● 彈性——業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管道調(diào)整：由應(yīng)用驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管道自動(dòng)配置，提升網(wǎng)絡(luò)價(jià)值，為精細(xì)化流量經(jīng)營提供基礎(chǔ)。

● 智能——智能運(yùn)營和運(yùn)維：即時(shí)采集、分析用戶數(shù)據(jù)，即時(shí)控制變更網(wǎng)絡(luò)行為，挖掘大數(shù)據(jù)服務(wù)價(jià)值；可按照忙閑時(shí)段分布，合理開啟和關(guān)閉網(wǎng)元和鏈路，節(jié)約運(yùn)營費(fèi)用。

中興通訊SDN關(guān)鍵組件

虛擬ONU，實(shí)現(xiàn)簡單接入管道

接入網(wǎng)具有顯著的流量匯聚后再交換特性，早在語音業(yè)務(wù)時(shí)代運(yùn)營商就有大容量、少局所的集中控制需求，以降低運(yùn)營成本?，F(xiàn)在，到了100Mbit/s入戶的All IP接入網(wǎng)時(shí)代，銅線受傳輸損耗、串?dāng)_等條件的制約，已經(jīng)無法獨(dú)自完成5km以上的無源傳輸任務(wù)。單模光纖因?yàn)槠涞蛽p耗、長距、大帶寬的優(yōu)點(diǎn)，促成了FTTH/FTTB/FTTC等解決方案的廣泛部署。但除FTTH模式中，局端的OLT（optical line terminal）可以集中控制用戶網(wǎng)絡(luò)終端ONT（optical network terminal）外，F(xiàn)TTB/FTTC方案，OLT都只能控制到多端口的MDU。要建立用戶終端到網(wǎng)絡(luò)的點(diǎn)到點(diǎn)邏輯管道，必須依賴跨網(wǎng)元的網(wǎng)管系統(tǒng)，協(xié)同MDU和OLT共同完成。另外，對(duì)于MDU，運(yùn)營商也期望盡量簡化安裝開通流程。而當(dāng)前的MDU，需要預(yù)配置管理IP、做VLAN規(guī)劃、配置MDU用戶端口的帶寬模板。MDU的數(shù)量是OLT的十倍、百倍，這就需要EMS網(wǎng)管進(jìn)行大量的配置管理。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化開通流程，需要將規(guī)劃的規(guī)則編排成網(wǎng)管腳本。

SDN的核心理念是集中控制和自動(dòng)化配置。OLT的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)位置通常在綜合接入機(jī)房，可以覆蓋上萬用戶，是個(gè)合理的集中控制點(diǎn)。另外，現(xiàn)有的ONU和OLT之間已經(jīng)有自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和完善的認(rèn)證機(jī)制，有ONU向OLT的注冊(cè)流程，有不需要配置IP地址就能自動(dòng)建立連接的帶內(nèi)管理控制通道。這些都為以O(shè)LT為中心控制上萬用戶提供了前提條件。

中興通訊建議引入虛擬ONU（vONU）的方案，作為多用戶端口MDU或DPU（FTTDp方案）的部署方式。如圖1所示，vONU實(shí)現(xiàn)資源分配到戶的FTTH式管理，可以方便地建立從OLT直達(dá)用戶的簡單邏輯管道，利用OLT作為集中控制器，達(dá)到控制所有覆蓋范圍內(nèi)的用戶接入的目的。

圖1 vONU實(shí)現(xiàn)資源分配到戶的FTTH式管理

vONU的主要特性包括：ONU MAC芯片有多個(gè)ONU實(shí)例，每個(gè)ONU實(shí)例實(shí)現(xiàn)完整的GPON/XGPON標(biāo)準(zhǔn)；每個(gè)用戶獨(dú)占一個(gè)vONU；MDU軟件也采用虛擬機(jī)方式，每個(gè)ONU有獨(dú)立協(xié)議棧；vONU支持與物理的單用戶ONU相同的OAM和業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)模型功能。

OLT集中控制vONU方案的優(yōu)勢(shì)包括4方面。

● vONU統(tǒng)一采用FTTH方式，由OLT代理控制。這避免了由網(wǎng)絡(luò)控制器直接控制數(shù)量巨大的MDU、ONT，造成對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和控制器性能的巨大挑戰(zhàn)。采用vONU后，F(xiàn)TTH/FTTB網(wǎng)絡(luò)歸一化成FTTH，用戶業(yè)務(wù)VLAN、GEM-PORT等規(guī)劃和業(yè)務(wù)開通流程全采用FTTH方式，簡化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維。

● vONU可以通過OLT離線配置，解決了ONT和MDU缺少帶外控制通道和冗余連接的問題。

● vONU通過去除MDU帶寬收斂、本地交換、簡化QoS機(jī)制，實(shí)現(xiàn)由OLT集中處理不同用戶之間的資源競(jìng)爭。

● vONU支持逐用戶的資源控制，方便局部硬件休眠等綠色節(jié)能方案的實(shí)現(xiàn)。

部署vONU后，接入網(wǎng)層面的SDN部署進(jìn)程就主要與OLT相關(guān)了，因?yàn)関ONU/ONU和OLT無論從現(xiàn)有的EMS網(wǎng)管，還是未來新部署的SDN網(wǎng)絡(luò)控制器的角度來看，都是一個(gè)整體的網(wǎng)元。運(yùn)營商可以掌握網(wǎng)絡(luò)向SDN方式演進(jìn)的節(jié)奏，既可以借助現(xiàn)有的EMS和OSS系統(tǒng)，沿用當(dāng)前FTTH的自動(dòng)放裝和運(yùn)維流程，也可以利用新部署的接入域的SDN控制器，通過OLT新增的Openflow Agent、OF-Config接口，實(shí)現(xiàn)控制轉(zhuǎn)發(fā)分離。

圖2 利用固網(wǎng)接入控制器虛擬多個(gè)業(yè)務(wù)專網(wǎng)

軟件定義光層，構(gòu)建深度融合光網(wǎng)絡(luò)

目前10M～20Mbit/s的接入網(wǎng)速率已經(jīng)達(dá)到了普及的程度（普及率45%），而未來數(shù)年，50Mbit/ s以上的速率將很快成為市場(chǎng)的主流（預(yù)計(jì)普及率在25%以上）。主流運(yùn)營商普遍規(guī)劃了接入設(shè)備到2018年可以滿足50%～100%的用戶開通100Mbit/s以上帶寬的能力。

視頻應(yīng)用是流量增長的重要推手，并且因?yàn)楦嘤脩舻氖褂昧?xí)慣向在線點(diǎn)播、下載觀看轉(zhuǎn)變，更多的流量從組播向單播轉(zhuǎn)變。CDN將在城域網(wǎng)被廣泛部署。接入網(wǎng)將顯現(xiàn)出比長途骨干網(wǎng)更快的流量增長，接入網(wǎng)設(shè)備至少規(guī)劃2018年能應(yīng)對(duì)3～4倍的未來流量增長。

主流運(yùn)營商普遍建設(shè)的綜合接入節(jié)點(diǎn)將是接入層光纖的匯聚之地，這些光纖可以作為PON的主干光纖、IP RAN移動(dòng)回程的光纖、企業(yè)專網(wǎng)的專線光纖。但這些光纖資源當(dāng)前還很少是被上述不同使用場(chǎng)景共享的。

移動(dòng)寬帶目前需要利用經(jīng)濟(jì)可靠的PON光纖資源，承載小基站來提升移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋深度。未來無線基帶資源池化的C-RAN方案，BBU將向綜合接入節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)一步地集中，RRU將更多且更靠近手機(jī)用戶，其大帶寬、低時(shí)延、低抖動(dòng)的移動(dòng)前傳業(yè)務(wù)要求，將需要更多的綜合接入節(jié)點(diǎn)的接入光纖資源。

當(dāng)前固網(wǎng)接入的主流技術(shù)是單波長2.5G/1G的GE PON。單波長10G/2.5G的10G PON技術(shù)已經(jīng)開始部署，后續(xù)將演進(jìn)到NGPON2。運(yùn)營商面臨不同使用場(chǎng)景下，幾代PON技術(shù)的長期共存需求。

SDN技術(shù)的核心是對(duì)資源的全局觀，可以集中協(xié)調(diào)不同應(yīng)用之間的資源競(jìng)爭，狹義的Openflow控制器主要是對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)路徑、流量工程等集中計(jì)算，僅涉及MAC轉(zhuǎn)發(fā)和路由轉(zhuǎn)發(fā)。而OLT所在的綜合接入節(jié)點(diǎn)，面對(duì)如此多的不同光纖使用場(chǎng)景，我們建議通過軟件定義光層（SDO）技術(shù)，將軟件可編程的特性擴(kuò)展到MAC層以下，對(duì)PMD、PHY、波長都可以軟件編程設(shè)置其工作模式，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖資源的充分利用?？煽刂频奈锢韺?shí)體主要是OLT和ONU的光層和MAC層。

SDO的主要特性如下。

● 任意波長，可配置P2P或P2MP的MAC工作模式；

● 任意波長線路速率，PMD層的工作模式可設(shè)置（GE/10GE/2.5G GPON/10G PON等）；

● FEC、加密等算法可配置，未來可配調(diào)制制式。

SDO技術(shù)帶給運(yùn)營商的好處有下面幾項(xiàng)。

● 同一ODN可以同時(shí)承載家庭用戶接入，及對(duì)延遲敏感高的移動(dòng)業(yè)務(wù)、高安全要求的企業(yè)用戶業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)多張網(wǎng)的深度融合；

● OLT業(yè)務(wù)板卡歸一化，簡化備品備件和運(yùn)維；

● 可以對(duì)TWDM-PON的ONU進(jìn)行動(dòng)態(tài)波長管理，當(dāng)ONU流量較低時(shí)，可以聚集到少量波長上工作，降低OLT功耗。

固網(wǎng)接入控制器，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力開放

當(dāng)前城域網(wǎng)一般是接入網(wǎng)設(shè)備的一個(gè)管理邊界，比如國內(nèi)運(yùn)營商以省一級(jí)單位管理下轄的所有接入設(shè)備，隨著OTT業(yè)務(wù)的沖擊，很多OTT服務(wù)都是跨省和跨運(yùn)營商的，運(yùn)營商越來越需要集約化管理網(wǎng)絡(luò)資源。而依靠逐級(jí)的OSS系統(tǒng)提供省級(jí)，乃至全國級(jí)別的業(yè)務(wù)控制，效果并不理想。

運(yùn)營商引入SDN技術(shù)，當(dāng)OLT實(shí)現(xiàn)了控制轉(zhuǎn)發(fā)分離后，可以在接入域設(shè)置接入控制器vOLT對(duì)物理OLT進(jìn)行集中控制，然后在控制器上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化。

如圖2所示，運(yùn)營商利用固網(wǎng)接入控制器虛擬多個(gè)業(yè)務(wù)專網(wǎng)，運(yùn)營商想建設(shè)一張全國性的Wi-Fi承載網(wǎng)用于流量經(jīng)營，采用SDN和NFV技術(shù)，可以將網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施虛擬成多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)，企業(yè)Wi-Fi專網(wǎng)和普通固網(wǎng)業(yè)務(wù)隔離，多層控制器實(shí)現(xiàn)分域情況下的端到端控制。云化部署的省級(jí)VNF實(shí)現(xiàn)Wi-Fi終端并發(fā)數(shù)量控制、認(rèn)證、鑒權(quán)、APP消息推送等網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化。運(yùn)營商可設(shè)立全國性的OTT對(duì)接中心，統(tǒng)一開放后向接口給OTT服務(wù)商；終端植入運(yùn)營商APP作為策略執(zhí)行體。

另外，運(yùn)營商的業(yè)務(wù)連接通常是跨管理域的，所以固網(wǎng)接入控制器vOLT，必然需要有更高一級(jí)的業(yè)務(wù)編排層或控制器對(duì)其進(jìn)行控制，網(wǎng)絡(luò)控制器的部署必然是個(gè)長期的過程，不會(huì)一蹴而就，各級(jí)SDN控制器/編排器會(huì)和當(dāng)前已經(jīng)建立的OSS系統(tǒng)長期共存。

接入網(wǎng)演進(jìn)策略

從長期來看，接入網(wǎng)并不會(huì)改變用戶接入點(diǎn)數(shù)量眾多、接入介質(zhì)因地制宜的特點(diǎn)。在各種介質(zhì)中，光纖具備優(yōu)異傳輸特性及提供更高帶寬的潛力，運(yùn)營商會(huì)繼續(xù)推進(jìn)Fiber Deeper的戰(zhàn)略，使光纖無限接近用戶接入點(diǎn)。但在廣覆蓋的同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的控制點(diǎn)需要減少和集中，以降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本。網(wǎng)絡(luò)彈性和自動(dòng)化配置能力需要增強(qiáng)，以匹配互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的開發(fā)部署周期。利用SDN控制轉(zhuǎn)發(fā)分離、控制集中的特性，采取下面的演進(jìn)步驟，最終可達(dá)成上述目標(biāo)。

第一步聚合：沿用接入網(wǎng)匯聚后再交換的業(yè)務(wù)控制邏輯，將轉(zhuǎn)發(fā)和控制的能力先向OLT集中。OLT通過vONU匯聚簡單接入管道，通過SDO實(shí)現(xiàn)ODN帶寬資源的充分挖掘和彈性分配；實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)和管控OLT聚合以及固移網(wǎng)絡(luò)的深度聚合。

第二步虛擬：在OLT上實(shí)現(xiàn)控制轉(zhuǎn)發(fā)分離，特別是L4—L7層可NFV實(shí)現(xiàn)的相關(guān)功能逐步上移到接入域控制器及其上的網(wǎng)絡(luò)編排層實(shí)現(xiàn)。比如VoIP的SIP ALG功能、DHCP Server/Relay功能、IGMP proxy功能、IP動(dòng)態(tài)路由功能、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及用戶行為分析功能等；實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的“多虛一”和“一虛多”。

第三步開放：借助SDN控制器的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)更靈活的開放Overlay網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)營商負(fù)責(zé)從OLT到OLT或OLT到IDC的下層多業(yè)務(wù)復(fù)用的WAN連接，用戶負(fù)責(zé)上層主機(jī)之間的業(yè)務(wù)連接。這種架構(gòu)也兼容現(xiàn)有QinQ（外層運(yùn)營商SVLAN，內(nèi)層用戶CVLAN）的傳統(tǒng)VLAN規(guī)劃方式。只是SDN控制器有更全局的把控，除了SVLAN，也可以根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的能力，使用LSP隧道、VxLAN隧道等其他方式。且整個(gè)連接是控制器自動(dòng)配置的，不再需要運(yùn)維人員手動(dòng)地去逐段網(wǎng)絡(luò)配置VLAN，從而最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)靈活開放。