李溢磊

引言

在信息化時代背景下，通信網(wǎng)向大數(shù)據(jù)、云計算、智能化、融合化的方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的通信設(shè)備設(shè)計表現(xiàn)出越來越復(fù)雜的特性，這往往會導(dǎo)致成本大幅增加，實施特定的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)很困難。同時，傳統(tǒng)模式下的高清數(shù)字信號傳輸具有矩陣切換規(guī)模大、附帶設(shè)備過多、布線錯綜復(fù)雜的弊端，難以滿足廣電通信網(wǎng)傳輸?shù)男枨蟆DN技術(shù)直接構(gòu)建全新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，使構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的服務(wù)更加多樣化，有效保證信息服務(wù)基礎(chǔ)架構(gòu)的創(chuàng)新和發(fā)展，需要在廣電通信網(wǎng)中應(yīng)用SDN技術(shù)，以此滿足外來SDI和IP信號的傳輸需求，因此本文對SDN技術(shù)在廣電通信網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

一、SDN技術(shù)概論

（一）SDN技術(shù)的定義

所謂的SDN（Software Defined Networking）技術(shù)意味著以虛擬化、可編程性和集中控制為特征的新的技術(shù)。這是斯坦福大學(xué)CLean State課題研究組最早提出的核心技術(shù)。其中，相關(guān)的Open Flow可以有效地與實際需求相結(jié)合，更好地滿足網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求，控制管理和管理流程，為新核心網(wǎng)的創(chuàng)新開發(fā)奠定良好的基礎(chǔ)[1]。SDN技術(shù)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的最大區(qū)別在于，可以靈活地定義網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳輸功能，從而集中實現(xiàn)控制平面。在這種模式下，軟件可以由網(wǎng)絡(luò)硬件有效地管理，并且傳輸級別可以由可編程的控制來實現(xiàn)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是基于SDN技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)組織。從這個角度來看，SDN技術(shù)只意味著軟件定義網(wǎng)絡(luò)。從更廣泛的角度看，相應(yīng)的SND概念是包括相應(yīng)的軟件技術(shù)存儲在內(nèi)的情況。從定義上講，有關(guān)如何組合SDN技術(shù)的問題是，確保下一代網(wǎng)絡(luò)能夠滿足當(dāng)前定制的編程要求，有效地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的集成和集中管理，并監(jiān)督動態(tài)流量以確保自動程序部署的要求。

（二）SDN技術(shù)的特征

1.網(wǎng)絡(luò)能力開放

在SDN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用下，網(wǎng)絡(luò)能力將持有開放化的特征。SDN技術(shù)利用集中的控制器統(tǒng)一管理網(wǎng)絡(luò)資源，在對網(wǎng)絡(luò)資源整合和虛擬化之后，使用規(guī)范的北向接口，為上層的應(yīng)用提供相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源設(shè)備設(shè)施以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，從而實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)能力開放化。相比于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)模式而言，SDN技術(shù)支持下的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)沒有了封閉的問題，有了較大意義的創(chuàng)新。

2.控制與轉(zhuǎn)發(fā)獨立

SDN技術(shù)使用的是SDN控制器來收集網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，計算、管理和控制網(wǎng)絡(luò)，而流量的轉(zhuǎn)發(fā)與策略的執(zhí)行主要通過網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備實現(xiàn)，所以SDN技術(shù)的控制和轉(zhuǎn)發(fā)是獨立的。SDN控制與轉(zhuǎn)發(fā)獨立的特點，分離了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制面與轉(zhuǎn)發(fā)面，從而讓控制面與轉(zhuǎn)發(fā)面向更專業(yè)化的發(fā)展?？刂泼妾毩⒅?，將往統(tǒng)一化、集中化的方向發(fā)展，性能和容量將會得到進(jìn)一步的提升。轉(zhuǎn)發(fā)面在獨立之后，將往簡單化、通用化的方向發(fā)展，可有效減少成本。

3.控制邏輯集中

SDN技術(shù)實現(xiàn)了控制轉(zhuǎn)發(fā)的獨立，讓控制面得到了集中化的發(fā)展，為SDN控制器提供了網(wǎng)絡(luò)的全局靜態(tài)拓?fù)洹⑷W(wǎng)的動態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)表信息、全面的故障狀態(tài)以及資源利用率?？梢娫诳刂萍谢l(fā)展的基礎(chǔ)之上，SDN控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)級別的統(tǒng)一管理、控制及優(yōu)化，從而根據(jù)全局的拓?fù)鋭討B(tài)來轉(zhuǎn)發(fā)信息，有助于加快定位、排除故障的處理速度，進(jìn)一步提高運營效率。

二、SDN技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)

SDN網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)三層模型主要分為協(xié)同應(yīng)用層、控制層和轉(zhuǎn)發(fā)層。協(xié)同應(yīng)用層主要目的是體現(xiàn)用戶意圖的應(yīng)用程序?？刂茖邮钦麄€系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)之間的交換和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)處理。轉(zhuǎn)發(fā)層是轉(zhuǎn)發(fā)器和連接器構(gòu)成的轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)，主要目的是轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，在轉(zhuǎn)發(fā)中所需的轉(zhuǎn)發(fā)表項是由控制層完成。（如圖1所示）。

圖1 SDN網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)三層模型

基于SDN技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)分析主要反映了數(shù)據(jù)控制信息分離的特性，能夠滿足軟件編程的實際需要。在實際需求的幫助下，可以實現(xiàn)統(tǒng)一的控制級別和多分布式傳輸程序，應(yīng)對有效事項的程序相互控制、利用和分離要求。在傳輸通信接口模式的幫助下，可以有效地滿足統(tǒng)一管理的相應(yīng)傳輸級別的通信。這種模式的體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包括許多接口協(xié)議，有效地實現(xiàn)相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的交互要求。在北向接口協(xié)議的幫助下有效執(zhí)行API業(yè)務(wù)功能，以滿足相應(yīng)控制器的交互要求。結(jié)合開放網(wǎng)絡(luò)論壇在SND結(jié)構(gòu)中的情況和實際情況，從下而上確保基礎(chǔ)層、控制層和應(yīng)用層的對應(yīng)劃分[2]。特別是在基礎(chǔ)層，相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸過程不包括相應(yīng)的智能控制設(shè)備要求，而網(wǎng)元集中控制與此層幾乎無關(guān)。其中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為SDN Datapath，主要用于根據(jù)系統(tǒng)的實際需要有效地傳輸數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)。通過應(yīng)用層的協(xié)助處理，可以確?？刂茖拥男枨?，實現(xiàn)合理分配材料資源，優(yōu)化路徑計算。在Open Flow協(xié)議下，可以通過帶寬分配動能控制層和基本設(shè)備層間的南向接口，有效地確保帶寬的動態(tài)和帶寬的有效控制。結(jié)合相關(guān)協(xié)議要求，設(shè)備可以在相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)匹配條件下有效地參與各種網(wǎng)絡(luò)功能（如圖2所示）。

圖2 SDN分層架構(gòu)圖

三、廣電通信網(wǎng)的現(xiàn)狀

眾所周知，21世紀(jì)是以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息化時代，計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展最快，起著重要的作用。而廣電通信網(wǎng)具有很高的普及率和接入帶寬最寬，嚴(yán)格管理對數(shù)字電視重要的信息源，確保網(wǎng)絡(luò)信息安全。因此，廣電通信網(wǎng)在長期的運營過程中，不僅要考慮利益問題，還必須承擔(dān)社會責(zé)任。廣電行業(yè)取得了數(shù)字化的發(fā)展，但步伐緩慢，用戶滿意度不高。網(wǎng)絡(luò)是分散的、碎片化的，沒有統(tǒng)一、嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)計劃，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量差，網(wǎng)絡(luò)信號不穩(wěn)定，可靠性低。在某些廣電通信網(wǎng)絡(luò)中，傍晚高峰時間會出現(xiàn)很嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)延遲，網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定性也可能影響用戶體驗，進(jìn)而不能夠?qū)φ麄€網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的控制和管理功能，端到端的性能無法得到保證。在國內(nèi)，電視終端作用弱化，手機終端的市場日益擴(kuò)大，成為互聯(lián)網(wǎng)流量的主流終端。廣電通信網(wǎng)不斷發(fā)展，但廣電通信網(wǎng)存在問題也越來越突出。為了解決問題，當(dāng)務(wù)之急是提高廣電通信網(wǎng)的傳輸能力，升級網(wǎng)絡(luò)以滿足越來越高帶寬的服務(wù)需求。

四、SDN技術(shù)在廣電通信網(wǎng)中的應(yīng)用

（一）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層的應(yīng)用

轉(zhuǎn)發(fā)層主要由轉(zhuǎn)發(fā)器和連接器的線路構(gòu)成基礎(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)執(zhí)行用戶數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)過程中所需要的轉(zhuǎn)發(fā)表項是由控制層生成的。收到數(shù)據(jù)消息后，Open Flow交換機首先在流表中查找傳輸消息的匹配項，然后再進(jìn)行相應(yīng)的操作。如果沒有找到匹配項，則將消息傳輸?shù)娇刂茖?，傳輸行為由控制器決定?？刂破魍ㄟ^標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議更新交換機的流表，實現(xiàn)全網(wǎng)通信的集中管理。數(shù)據(jù)層包含由體系結(jié)構(gòu)管理的所有開放流網(wǎng)絡(luò)。目前，電臺和電視通信網(wǎng)絡(luò)正在建立內(nèi)部數(shù)據(jù)中心。SDN技術(shù)是一項創(chuàng)新，它使能夠以統(tǒng)一的方式管理流量、通過虛擬化管理網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控多個應(yīng)用程序系統(tǒng)。但是，所有數(shù)據(jù)中心級別都需要定期同步、備份和推送數(shù)據(jù)流量?，F(xiàn)在可以使用SDN技術(shù)來虛擬化、智能化地管理和控制每個數(shù)據(jù)中心。具體來說，通過在廣電通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心配置SDN技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，控制帶寬利用狀態(tài)，可以將數(shù)據(jù)實時發(fā)送到數(shù)據(jù)中心控制設(shè)備?？刂破鲗⒉煌瑪?shù)據(jù)中心的鏈路流量和服務(wù)流量組合起來，以提高鏈路利用率[3]。

（二）控制層的應(yīng)用

SDN技術(shù)體系結(jié)構(gòu)允許在網(wǎng)絡(luò)上集中管理控制層，控制層提供廣電通信網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)的完整視圖同時，為一些關(guān)鍵技術(shù)提供功能支持。例如，提出了一種動態(tài)多徑系統(tǒng)，基于拓?fù)淠K、路徑規(guī)劃模塊、服務(wù)監(jiān)測模塊和控制層配置模塊解決廣電通信網(wǎng)絡(luò)的鏈路恢復(fù)問題。除了網(wǎng)絡(luò)控制模塊之外，為用戶的認(rèn)證、權(quán)限管理以及各種服務(wù)數(shù)據(jù)流提供管理功能。目前，全國的無線電和電視通信網(wǎng)絡(luò)運營商已經(jīng)建立一個非常大的行業(yè)專用網(wǎng)，可以通過各種方式優(yōu)化通信主干網(wǎng)。例如，可以通過優(yōu)化業(yè)務(wù)監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)資源的虛擬分配、區(qū)分處理，提高通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的傳輸控制能力，有效利用網(wǎng)絡(luò)資源。SDN技術(shù)的應(yīng)用還可以將許多邊緣設(shè)備虛擬化為一個設(shè)備，主干網(wǎng)絡(luò)級控制設(shè)備以統(tǒng)一的方式管理用戶的業(yè)務(wù)屬性、流量控制和區(qū)別。同時，主干網(wǎng)絡(luò)的邊緣設(shè)備只承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，大大提高了主干網(wǎng)絡(luò)的運營效率和管理控制能力[4]。

（三）應(yīng)用層的應(yīng)用

SDN技術(shù)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層使用控制層的開放接口實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)所需的各種應(yīng)用程序（如SNMP、Web服務(wù)和ACL），并執(zhí)行可升級網(wǎng)絡(luò)功能的各種功能，同時，應(yīng)用SDN技術(shù)可以降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備從封閉轉(zhuǎn)移到開放，并將底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備集中在數(shù)據(jù)傳輸上，從而簡化功能，有效降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點很難達(dá)到最佳性能。數(shù)據(jù)只能通過本地狀態(tài)算法和分布式算法發(fā)送。利用SDN技術(shù)軟件實現(xiàn)集中控制，網(wǎng)絡(luò)具有集中的協(xié)作點，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，動態(tài)調(diào)度控制層的各個模塊，可以根據(jù)實際需要固定廣播、電影和電視的通信網(wǎng)絡(luò)的不同應(yīng)用，因此通過調(diào)用網(wǎng)絡(luò)資源的應(yīng)用層進(jìn)行靈活調(diào)度，各種NGB業(yè)務(wù)可以按需實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)實時調(diào)度，確保特定業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量和安全。NGB服務(wù)具有多種業(yè)務(wù)功能，包括視頻點播、視頻服務(wù)和廣播，以滿足網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的要求。提供互聯(lián)網(wǎng)接入的信息服務(wù)必須確保網(wǎng)絡(luò)和客戶信息的安全。此外，娛樂服務(wù)還需要滿足實時、順暢的互動?；谶@些特性，有效利用帶寬是確保廣電通信網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵，服務(wù)提供商開發(fā)了自己的服務(wù)管理平臺來調(diào)度應(yīng)用層功能，實現(xiàn)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)之間的相互協(xié)商機制，實現(xiàn)業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)的相互協(xié)商機制，保證用戶的體驗。在SDN技術(shù)的三層體系結(jié)構(gòu)中，軟件模塊更新?lián)碛芯薮蟮墓?jié)點和大量的數(shù)據(jù)功能。使用SDN技術(shù)，可以統(tǒng)一管理和維護(hù)訪問節(jié)點，從而便于快速部署新服務(wù)。例如，在將OLT與多個遠(yuǎn)程節(jié)點連接的過程中，使用SDN技術(shù)，這些節(jié)點可以是更大的虛擬節(jié)點。遠(yuǎn)程節(jié)點的控制層向上變化，并移動到接入網(wǎng)絡(luò)的控制器。此外，通過部署新服務(wù)和新的特定要求，訪問網(wǎng)絡(luò)控制器可以直接配置虛擬節(jié)點的流表，并逐漸提高訪問網(wǎng)絡(luò)級別部署的效率。

（四）針對高清視頻業(yè)務(wù)的應(yīng)用

SDN技術(shù)使組織能夠詳細(xì)查看和控制對網(wǎng)絡(luò)和資源的訪問，從而使運營商能夠解決影響網(wǎng)絡(luò)的特定問題，運營商就可以控制和管理自己的數(shù)據(jù)。通過集中查看整個網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求調(diào)整網(wǎng)絡(luò)。更重要的是，網(wǎng)絡(luò)運營商可以在不影響當(dāng)前數(shù)據(jù)流的情況下，在實際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中嘗試網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。運營商正在努力創(chuàng)建基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序和服務(wù)，針對網(wǎng)絡(luò)的安全性，穩(wěn)健性和管理性，提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的新收入服務(wù)，從而擴(kuò)大SDN技術(shù)市場的規(guī)模。廣電通信網(wǎng)現(xiàn)在可以定制網(wǎng)絡(luò)以更好地滿足業(yè)務(wù)需求，最終目標(biāo)是優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，包括網(wǎng)絡(luò)虛擬化、基礎(chǔ)架構(gòu)編程控制、自動化和動態(tài)配置、按需服務(wù)插入、計量計費等。同時通過SDN技術(shù)實現(xiàn)加快云服務(wù)部署，簡化數(shù)據(jù)中心管理，簡化網(wǎng)絡(luò)運營。

對于高清視頻服務(wù)，SDN技術(shù)可以合理使用帶寬，快速傳輸流媒體，并在不更改物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的情況下提高視頻質(zhì)量。為了保證視頻服務(wù)的順利播放，不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)由控制層展開，將高清視頻服務(wù)與其他服務(wù)分開，阻止其他服務(wù)對流媒體的影響。SDN技術(shù)針對網(wǎng)絡(luò)高清視頻服務(wù)的主要工作流程是：第一，用戶對高清視頻的需求越來越大。第二，服務(wù)提供商接收請求、用戶權(quán)限信息的核實、ID認(rèn)證，然后發(fā)布對應(yīng)的流媒體數(shù)據(jù)流。第三，業(yè)務(wù)服務(wù)提供商根據(jù)實際情況向SDN技術(shù)網(wǎng)絡(luò)控制層發(fā)送請求指示，請求指示包括虛擬網(wǎng)絡(luò)建立、虛擬網(wǎng)絡(luò)鏈路的追加、虛擬網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)的服務(wù)、所需的帶寬等。第四，用戶退出高清視頻并開始退出請求。第五，服務(wù)提供商終止用戶連接，停止相應(yīng)的流媒體數(shù)據(jù)。第六，服務(wù)提供商根據(jù)實際情況向SDN技術(shù)網(wǎng)絡(luò)控制層發(fā)送請求指令，如虛擬網(wǎng)絡(luò)刪除、虛擬網(wǎng)絡(luò)鏈路刪除等。第七，SDN技術(shù)網(wǎng)絡(luò)控制層按照該指示刪除虛擬網(wǎng)絡(luò)或鏈路。SDN技術(shù)可以利用設(shè)備自動化、運算系統(tǒng)、多畫面和主控切換臺的路由控制協(xié)議，連接之間的交互由聯(lián)絡(luò)線控制方法管理。未壓縮視頻信號由受數(shù)據(jù)緩沖，要消除網(wǎng)絡(luò)抖動、糾錯信號并匹配系統(tǒng)中路徑延遲的差異，促進(jìn)內(nèi)外部傳輸。同時在多個接收節(jié)點上，可以為每個接收端指定緩沖區(qū)和路徑，從而優(yōu)化端到端延遲。

結(jié)語

由于廣電通信網(wǎng)中的業(yè)務(wù)需求具有頻繁變動的特點，那么調(diào)整路由器、交換機等配置的難度比較大，而廣電通信網(wǎng)的SDN技術(shù)架構(gòu)具有可編程的結(jié)構(gòu)和良好的管理控制能力，可以為廣電通信網(wǎng)的正常運行提供技術(shù)支持。SDN技術(shù)將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備從封閉模式過渡到開放模式，無需關(guān)注復(fù)雜的控制面?zhèn)鬏敚瑫r為統(tǒng)一靈活高效的網(wǎng)絡(luò)管理和維護(hù)提供可擴(kuò)展接口。無論是基于廣電通信網(wǎng)，還是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量，都可以在網(wǎng)絡(luò)中可靠地傳輸。在這種背景下，SDN技術(shù)在廣電通信網(wǎng)中的應(yīng)用應(yīng)該通過聚集實際業(yè)務(wù)需求，有效優(yōu)化設(shè)備，降低建設(shè)成本，從而綜合提高網(wǎng)絡(luò)維護(hù)與管理水平。