中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院│曹暢

中國(guó)聯(lián)通UTN網(wǎng)絡(luò)引入SDN的思考

中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院│曹暢

隨著SDN技術(shù)由炒作期走向成熟期，SDN與現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用結(jié)合、與已有運(yùn)維體系結(jié)合的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，SDN的研究必須走出實(shí)驗(yàn)室，走向運(yùn)營(yíng)商運(yùn)維的第一線。

為了應(yīng)對(duì)移動(dòng)回傳和集客專線業(yè)務(wù)分組化、高速化的發(fā)展趨勢(shì)，中國(guó)聯(lián)通自2012年起在全國(guó)300多個(gè)城域網(wǎng)中大規(guī)模開展了本地綜合承載傳送網(wǎng)（UTN）建設(shè)，旨在打造一張城域范圍內(nèi)的精品網(wǎng)絡(luò)。

中國(guó)聯(lián)通UTN網(wǎng)絡(luò)概況

UTN技術(shù)基于IP/MPLS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，支持BFD、MPLS-TE等多種特性功能，具有對(duì)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)普遍的適用性。目前UTN網(wǎng)絡(luò)采用三層路由器設(shè)備組網(wǎng)，核心匯聚層主要定位于邊緣流量的匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)，多采用雙歸屬、口字形或者環(huán)形結(jié)構(gòu)組網(wǎng)。UTN接入層位于網(wǎng)絡(luò)邊緣，用于提供靈活的業(yè)務(wù)接入，設(shè)備多以環(huán)形結(jié)構(gòu)為主，同時(shí)考慮到地理環(huán)境以及資源因素，還有少部分地區(qū)采用雙上聯(lián)、鏈型等多種結(jié)構(gòu)組網(wǎng)。

結(jié)合所承載的業(yè)務(wù)類型，目前UTN網(wǎng)絡(luò)的組織結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要有3種業(yè)務(wù)承載方式。

● 方式一：端到端采用分段L2VPN方式，在匯聚設(shè)備進(jìn)行分段

● 方式二：接入層采用L2VPN方式，在核心匯聚層采用IP/MPLS L3VPN方式

● 方式三：端到端采用分段L3VPN方式，在匯聚設(shè)備進(jìn)行分段

以傳統(tǒng)路由器架構(gòu)為基礎(chǔ)，結(jié)合上述3種業(yè)務(wù)承載方式，3G時(shí)代和LTE初期的移動(dòng)業(yè)務(wù)承載問(wèn)題能夠通過(guò)部署UTN得以較好解決。但是，隨著LTE的深入部署和5G時(shí)代的到來(lái)，一方面，UTN全網(wǎng)尤其是接入層的節(jié)點(diǎn)規(guī)模將會(huì)迅速膨脹，帶來(lái)了成本的增加和運(yùn)維的繁瑣。另一方面，為提升用戶感知和業(yè)務(wù)體驗(yàn)，UTN網(wǎng)絡(luò)跨廠家、跨網(wǎng)絡(luò)形態(tài)組網(wǎng)愈加重要，這些變化都對(duì)現(xiàn)有UTN網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備成本、運(yùn)維管理、可用性、互通性提出了更高的挑戰(zhàn)，需要引入SDN等新技術(shù)加以解決。

圖1 中國(guó)聯(lián)通UTN網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)組織方式

SDN在UTN網(wǎng)絡(luò)中的引入方式

中國(guó)聯(lián)通UTN網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化運(yùn)維、降低成本、提升性能和感知質(zhì)量的訴求，與SDN的技術(shù)優(yōu)勢(shì)十分契合。首先，SDN在網(wǎng)絡(luò)中引入了集中的控制平面，便于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的集中化和業(yè)務(wù)優(yōu)化的自動(dòng)化，解決了目前網(wǎng)管調(diào)整方式中依賴人工和質(zhì)量不可控的問(wèn)題，在多廠家聯(lián)合組網(wǎng)、業(yè)務(wù)跨OTN、IP承載網(wǎng)聯(lián)合部署時(shí)，使用集中控制平面的優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯。其次，SDN將控制與轉(zhuǎn)發(fā)的分離作為重要目標(biāo)，有利于海量轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)元與控制器的解耦，并且可簡(jiǎn)化UTN設(shè)備形態(tài)，便于降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。最后，SDN通過(guò)開放北向接口，可以接入各種功能豐富的第三方APP，以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的分析和使用能力，便于運(yùn)維部門進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)優(yōu)化。

基于以上原因，中國(guó)聯(lián)通很早已開展將SDN引入U(xiǎn)TN網(wǎng)絡(luò)的研究工作，并確定了未來(lái)基于SDN的UTN網(wǎng)絡(luò)——SD-UTN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系和演進(jìn)方向。SD-UTN網(wǎng)絡(luò)的邏輯架構(gòu)包括數(shù)據(jù)平面、控制平面、管理平面和應(yīng)用平面4個(gè)組成部分。

數(shù)據(jù)平面由兩種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)元組成，包含已在網(wǎng)的UTN網(wǎng)元和未來(lái)在網(wǎng)絡(luò)中新引入的SD-UTN網(wǎng)元。SDUTN網(wǎng)元是指根據(jù)SDN控制器的控制進(jìn)行報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)及協(xié)議的處理、執(zhí)行，與控制器之間通信接口標(biāo)準(zhǔn)化，并且集成必要的業(yè)務(wù)適配與承載、QoS、OAM、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)、同步等相關(guān)功能的新一代UTN轉(zhuǎn)發(fā)模塊。

控制平面為SDN控制器，通過(guò)運(yùn)行各種協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)資源或部分網(wǎng)絡(luò)資源的協(xié)同和調(diào)度，生成明確的策略指導(dǎo)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)、QoS、保護(hù)與恢復(fù)等功能的實(shí)現(xiàn)。隨著控制平面功能的完善，控制包括UTN在內(nèi)的各種形態(tài)的網(wǎng)元，都應(yīng)通過(guò)統(tǒng)一架構(gòu)的網(wǎng)元控制器實(shí)現(xiàn)。而網(wǎng)絡(luò)協(xié)同器所控制的網(wǎng)絡(luò)類型，也將不局限于UTN這一種網(wǎng)絡(luò)形態(tài)。

管理平面保持對(duì)現(xiàn)有UTN網(wǎng)絡(luò)的管理功能不變，仍然分為EMS系統(tǒng)和NMS系統(tǒng)，其中EMS系統(tǒng)中還可包含設(shè)備廠家自身或者第三方的性能采集模塊，引入SDN后，管理平面原有的性能管理、資源管理、故障管理等功能保持不變，業(yè)務(wù)配置與調(diào)整功能應(yīng)與控制平面共同完成，在業(yè)務(wù)布放、調(diào)整過(guò)程中需要的網(wǎng)絡(luò)資源、性能、故障等信息，管理平面和控制平面應(yīng)實(shí)現(xiàn)同步。

應(yīng)用平面提供與UTN網(wǎng)絡(luò)智能控制與能力開放相關(guān)的APP應(yīng)用，近期主要聚焦集團(tuán)客戶專線場(chǎng)景，針對(duì)不同的使用人群，可分為運(yùn)維人員APP、市場(chǎng)經(jīng)理APP和客戶APP3類，可通過(guò)權(quán)限劃分予以區(qū)分。

在該邏輯架構(gòu)中，中國(guó)聯(lián)通前期已對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同器和網(wǎng)元控制器之間的接口、控制平臺(tái)與應(yīng)用平面之間接口進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，目前正在探索控制平面與管理平面之間I接口，以及控制器與網(wǎng)元之間的南向接口（網(wǎng)絡(luò)控制器與UTM網(wǎng)元之間）的標(biāo)準(zhǔn)化方式。

網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期演進(jìn)方案

● 近期網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

為了保持網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)，同時(shí)提升網(wǎng)絡(luò)能力，將SDN技術(shù)引入U(xiǎn)TN網(wǎng)絡(luò)分為近期和遠(yuǎn)期兩個(gè)階段。

首先，接入層UTN網(wǎng)元和SD-UTN網(wǎng)元共存，維持這兩種設(shè)備的IP/MPLS轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制不變，OAM機(jī)制與保護(hù)機(jī)制不變，在此基礎(chǔ)上逐步移除分布在UTN接入層設(shè)備上的路由計(jì)算、信令處理等控制協(xié)議功能，例如IGP中OSPF/IS-IS，RSVP-TE/LDP，LRM等；核心匯聚層的UTN設(shè)備形態(tài)一般應(yīng)保持不變，但控制平面可支持雙棧，路徑計(jì)算功能可以由設(shè)備分布式實(shí)現(xiàn)變?yōu)橥ㄟ^(guò)網(wǎng)元控制器集中實(shí)現(xiàn)。在近期架構(gòu)中，SD-UTN設(shè)備仍可保留少部分控制功能或控制代理功能，并逐步支持Openflow協(xié)議所要求的流表轉(zhuǎn)發(fā)功能，SD-UTN網(wǎng)元的南向接口需通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議實(shí)現(xiàn)。

其次，每個(gè)網(wǎng)元控制器一般控制同一廠家的網(wǎng)元，且往往是同一類型的網(wǎng)元，網(wǎng)元控制器由該廠家提供，負(fù)責(zé)本廠家轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的控制，并結(jié)合本廠家EMS共同實(shí)現(xiàn)本廠家設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)維，網(wǎng)元控制器與單廠家EMS在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上應(yīng)該遵循同廠家同系統(tǒng)，操作界面統(tǒng)一的原則。

最后，對(duì)于跨域（跨廠家）的端到端業(yè)務(wù)配置和端到端的資源管理、運(yùn)維管理，由網(wǎng)絡(luò)協(xié)同器實(shí)現(xiàn)，在建設(shè)了UTN綜合網(wǎng)管的地區(qū)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)同器應(yīng)與綜合網(wǎng)管合設(shè)，相關(guān)操作功能均可通過(guò)應(yīng)用平面APP或綜合網(wǎng)管的服務(wù)開通系統(tǒng)完成。

● 遠(yuǎn)期網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

未來(lái)SD-UTN遠(yuǎn)期網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，控制功能的移除不僅局限在接入層網(wǎng)元中，也將涵蓋核心、匯聚層網(wǎng)元，若控制功能已在設(shè)備中完全移除，則稱該設(shè)備形態(tài)為遠(yuǎn)期SD-UTN設(shè)備。隨著傳統(tǒng)UTN設(shè)備的退網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)中主要的設(shè)備形態(tài)以SD-UTN設(shè)備為主，但不同時(shí)期的SDUTN設(shè)備形態(tài)會(huì)長(zhǎng)期共存。通過(guò)南向接口標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)元控制器與UTN設(shè)備實(shí)現(xiàn)了解耦，第三方或運(yùn)營(yíng)商自研的網(wǎng)元控制器可以直接控制異廠家SD-UTN網(wǎng)元和其他形態(tài)網(wǎng)元。此階段網(wǎng)元控制器與EMS應(yīng)形成統(tǒng)一的本地網(wǎng)元管控平臺(tái)。而網(wǎng)絡(luò)協(xié)同器也應(yīng)與改造后的集團(tuán)OSS系統(tǒng)共建，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)網(wǎng)絡(luò)級(jí)管控平臺(tái)，該平臺(tái)需要通過(guò)云化方式部署，可以全國(guó)集中建設(shè)，并根據(jù)需要釋放相應(yīng)的能力給遠(yuǎn)端不同區(qū)域（例如不同省份）的UTN網(wǎng)絡(luò)和其他網(wǎng)絡(luò)使用。SD-UTN應(yīng)用平面除提供管理配置類APP之外，還將發(fā)掘一些架構(gòu)在UTN網(wǎng)絡(luò)之上的獨(dú)立服務(wù)APP，例如網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)的分析和處理等。

小結(jié)與思考

中國(guó)聯(lián)通SD-UTN研究本著業(yè)務(wù)先行、先易后難、接口開放的原則，已經(jīng)取得了階段性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了MPLS VPN業(yè)務(wù)的快速下發(fā)和部署。同時(shí)，聯(lián)通還積極與ONOS等國(guó)際開源組織合作，共同探索控制器的目標(biāo)架構(gòu)與功能要求，并且利用ONOS開源控制器，在天津聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)開通了視頻專線業(yè)務(wù)。

隨著SDN技術(shù)由炒作期走向成熟期，SDN與現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用結(jié)合、與已有運(yùn)維體系結(jié)合的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，SDN的研究必須走出實(shí)驗(yàn)室，走向運(yùn)營(yíng)商運(yùn)維的第一線。因此一定不要孤立的從控制技術(shù)角度，而是要從整網(wǎng)運(yùn)維能力提升的角度來(lái)看待和研究SDN，SDN不是要替代現(xiàn)網(wǎng)已有的運(yùn)維平臺(tái)，而是要與其優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，共同為新業(yè)務(wù)的引入和發(fā)展服務(wù)。

編輯｜魯義軒 luyixuan@bixintong.com.cn