华为企业SDN解决方案让网络更便捷地为业务服务

文/马云

1为中国人民武装警察部队学院训练部，2为中国人民武装警察部队特种警察学院教学科研部）

传统网络路在何方

近十多年来，互联网的爆炸式增长，使得其承载技术 IP＋以太成为事实上的网络标准。IP能有如此的成就，除了强大的标准组织和产业联盟外，两大天然的技术优势功不可没。

第一是无所不在的互联性：IP能够成功穿越几乎所有类型的异种网络，IP over everything 是其当年形象的写照，为其一统天下奠定了基础。第二，面向无连接的网络特征（和IP并存的以太网，也具备这个特征）：IP网络把所有和业务状态相关的信息都留在了主机（Hosts），网络中只有独立的数据包，没有任何业务状态，使其成功规避了传统数据网络。这个无连接的特点，也使得网络和网络业务彻底解耦，为互联网业务的快速创新提供了可能。但成也萧何，败也萧何，以IP为代表(以太也在其列)的这种业务无需知道网络，网络也无需知道业务的解耦模式，造就了互联网的快速业务创新，同时也造成了业务和网络的天然割裂，使得业务和网络之间缺乏有效的沟通机制。

近些年来，随着实时业务如视频语音、云数据中心业务和移动业务的快速发展，人们突然发现，网络和业务是不能完全分开的，并且形成了以下问题：

缺失的体验保证：传统面向连接的数据网络，每个业务连接VC在网络中有明确的标识，质量的保证与监控，可以依据此连接来进行，业务的质量保证具有天然的优势。而IP网络中只有数据包的流入和流出，并没有任何业务连接的信息，针对业务的质量保证和监控措施很难实施。到目前为止，绝大多数的IP网络，包括互联网，只有基于大带宽的粗放带宽保障措施，质量保证和监控基本处于放弃状态。其后果是，我们的业务只有连通而无体验的保证，经常会遇到业务质量受损的情况：视频马赛克，语音听不清，上网慢，云桌面反应迟钝等。

低效的业务部署：由于网络和业务的割裂，目前大部分的网络配置是通过命令行或者网管，由管理员手工配置的，本身是一个静态的网络。当遇到需要网络及时做出动态业务调整时，就显得非常低效，甚至无法实施。例如，云数据中心中虚拟机的动态迁移，企业移动办公时用户位置变化这种动态业务，现有网络则无法适配。

缓慢的业务适应：由于网络和业务割裂，造成网络发展速度远远慢于业务发展速度，需要数年的架构调整，引入新设备，才能满足新业务的需求。

SDN是什么

SDN概念自问世以来，得到了业界广泛的关注，其热度日益提升的同时，其概念范围也在不停地变化。总结业界以SDN为概念的技术，有如下三个：

集中式控制架构：把原来IP网络设备上的路由控制平面，集中到一个Controller，网络设备根据Controller下发的控制表项进行转发，自身不具备太多智能型。此架构目前由ONF主导，控制协议是OpenFlow。

网络能力开放：其主要思路是把网络能力，封装为类似操作系统的API，上面的应用和业务，可以通过调用API获取网络的能力，从而实现业务与网络的紧密融合。

Overlay和网络功能虚拟化：以近些年来数据中心内的虚拟网络设备为代表，vSwitch、vRouter、vFirewall这些产品类似于服务器资源的虚拟化，在通用服务器虚拟机平台上，通过软件的方式，模拟实现传统设备功能，从而实现最灵活的设备能力(传统设备由于ASIC功能固化，对新业务的灵活支持能力欠缺)，可以实现最方便地部署和管理。

华为SDN解决方案

华为公司SDN解决方案瞄准传统网络存在的三大问题，提供一个网络最大限度适应业务的架构，最终为客户构建优质高效的网络。

华为SDN解决方案，分设备、控制和管理协同三个层次：设备层包含了华为公司的物理设备以及运行到Hypervisor上的虚拟设备，控制为Controller，管理协同层控制整个网络，实现端到端的业务部署。每个层次都提供独立开放的API，分别提供设备能力抽象、网络能力抽象和业务能力抽象以满足各种不同层次用户的编程需要。

图1 华为SDN解决方案

为了彻底解决传统网络存在的三大问题，在业界SDN的集中式控制、开放API和网络功能虚拟化的基础上，华为新增加了全可编程、业务友好架构和SDN Ready/平滑演进3个新的机制。其解决方案，不仅可以实现网络对云业务和移动业务的及时部署相应，对所有新业务的快速编程支持，而且可以及时感知所有影响业务体验的网络因素并即时精确定位，从而从根本上提升网络质量和故障定位效率。全可编程的网络

SDN的核心是软件定义，是网络对业务的快速灵活响应和快速业务创新。目前SDN的集中控制架构和网络能力开放，只能实现部分的网络能力软件化，在最关键的物理设备转发面上，由于固化的ASIC存在，其转发行为是固定不可编程的，这就从跟本上限制了未来对新业务的支持。为了突破固化ASIC的限制，Overlay模式的vSwitch、vFirewall把设备能力直接用服务器虚拟化的方式实现，但服务器虚拟化，虽然获得了软件定义的灵活性，由于服务器CPU并不是面向高速转发设计的，网络转发性能也受到了很大的影响。为了获得软件的灵活性和硬件的性能，华为可编程交换机采用了面向高吞吐率ENP技术，首次在交换机转发领域实现了软件化+高性能+低功耗+低成本，真正实现了从转发面到控制面的全可编程的网络。业务友好架构

图2 华为公司SDN Ready策略图

经过多年的研究，华为提出了包守恒监控技术iPCA(Packet Conservation Algorithm for Internet)，为传统网络增加了一个主动质量感知机制，实现了即时质量感知和即时故障定位，从根本上攻克了IP网络的体验保证难题。其基本思路是感知和保证每个包的质量，通过全局保证每个包的质量来保证整个业务的质量。它既保留了IP网络无连接的优势，又让IP网络具备了传统面向连接网络的质量保证措施。SDN Ready和平滑演进

SDN为我们勾画了一个美好的未来网络图景，但不可否认的是，SDN的技术和架构成熟还需要很长时间，目前还不具备现网大规模部署的条件。是否现在就获得SDN的价值，同时具备向未来SDN终极架构平滑过渡的能力，华为提出了SDN Ready概念：通过目前已经成熟的技术和架构，结合华为在ENP和iPCA的创新，先让客户获得SDN的价值：高效的动态业务部署能力，快速的新业务响应能力和优质的业务体验保证能力，未来只需要升级软件，就可以平滑过渡到终极SDN架构。

华为在数据中心、广域和园区，先通过较成熟的领域控制器架构，让用户先享受SDN带来的价值，未来通过简单的软件升级，平滑过渡到华为Uni-Controller统一SDN架构。基于SDN Ready的架构，我们可以帮助客户构建多租户云数据中心，提供高效广域链路优化解决方案，并构建以无线和安全、云和视频为核心的下一代园区网。

华为SDN解决方案，更多地是面向价值而不是单纯技术，它凝聚了华为对未来网络的核心诉求，从网络基础机制上消除了传统网络缺乏体验保证，部署低效和响应慢的问题。从传统的业务被动适应网络，转变为网络主动适应业务，从而构建一个业务友好的网络。其终极的目标，是帮助用户实现无距离障碍的自由沟通的梦想，让人与人、人与物、人与信息的沟通，不再受任何因素的干扰和限制，变得自由、舒适和高效。线具有稳定的向前定向性。当d=70mm时，辐射方向图沿y轴趋于双向，在侧向的辐射明显降低。这个仿真结果说明：1. 在RFID天线设计中，要前瞻性地考虑到天线和环境的匹配。2. 如果天线本身的结构已经固定，那么在RFID部署规划中，要进行基于使用场景的计算电磁学仿真，以得到一个优化的标签天线安装方案。

进一步通过测试研究RFID标签天线贴装在不同物体上的电磁性能变化，发现标签天线为全向天线时，圆柱金属易拉罐引起的性能下降是最严重的，在它与天线距离50mm的时候，反向散射信号电平下降大于20dB。天线与物体的中心距离分开到100-150mm的时候，反向散射信号电平下降约10 到12dB。当RFID标签天线的附着物为塑料和玻璃瓶装饮料时，反向散射降低约为10dB。当天线的附着物为苹果时，结果类似。这说明在RFID应用中，要充分考虑到天线和环境的匹配，以规避不利影响。RFID相关电磁兼容技术

目前在900MHz频段工作的无线设备包括RFID设备、GSM移动通信设备，以及用于工业、科研、医疗用途无线设备（国际称为ISM频段），在此频段中的890MHz~915MHz用于GSM系统的上行传输；935MHz~960 MHz用于GSM系统的下行传输。在这两个频段之间留有20MHz的间隙，即在915MHz~935 MHz这20 MHz是可分配给RFID使用，因此不会造成彼此之间的干扰。

此外，RFID读写器采取先进的“跳频”（即读写器的工作频率能在整个工作频段内随机变化）抗干扰方式，每几十毫秒改变一次工作频率，而且在个频段中按随机函数来改变其频率，以避免受到偶然的突发干扰影响。在RFID与GSM手机的多次电磁兼容性实验中，从未发生读写器受干扰的现象。

大部分RFID读写器的输出功率为1W（测试值），考虑天线的增益后的等效全向辐射功率为6W，仅比GSM手机的最大输出功率大一些，然而手机通话时与人脑的距离只有数厘米，尚且没有明确证据说明会对人体健康造成威胁，与之相比，RFID读写器的天线与人体的距离要远的多，故可能的影响将更小。

在我国推广使用的基于ISO/18000-6及美国T-6标准的915MHz RFID设备曾在我国授权的电磁实验室进行全面的测试，其测试结果满足国家关于电磁兼容性实验规范中辐射干扰实验标准GB 6833.10-87及电磁辐射防护规定GB8702-88的要求。前者是验证RFID产品是否会对同频段的其他电子产品造成干扰，后者是验证被测RFID系统是否能够忍受同频段其他电子产品干扰。测试结果表明满足相关标准要求，且指标还有余量。此外，现场干扰模拟测试也表明：即使GSM手机在与RFID识别卡非常近的距离上发射，也丝毫不影响RFID系统的正常使用。

优化方案

基于以上研究成果，充分考虑武警信息系统的建设需求，我们提出对应的三方面的优化设计方案：

1. 数字调制方面。在武警专用信息系统的构建中，如果涉及频段冲突或者频段受限等因素，在数字调制技术的选择上应当优先选择采用希尔伯特变换的单边带幅度调制SSB-ASK，压缩信号频谱。频谱压缩后，在提高发射功率方面就有较高的裕量，这样有利于提高RFID系统的覆盖范围。

2. 标签天线方面。在系统的构建中，要充分考虑标签天线电磁特性与应用环境的匹配。武警专用信息系统强调性能可靠，由于应用环境中存在大量车辆、器械装备等金属反射物，所以要利用基于计算电磁学的仿真系统，进行系统的仿真验证，确保读写功能的可靠准确。特别是紧贴金属设备的RFID标签天线，要进行特别的优化设计，以保证阻抗匹配。

3. 电磁兼容方面。理论分析和测试均表明：基于“防碰撞”的系统设计，RFID设备和其他无线系统的电磁兼容性是可以实现的。进一步说，由于某些专用武警RFID系统要求较大的覆盖范围，在功率增强的前提下，要保证数字调制信号不失真、带外杂散不超标，进而保证不产生带外干扰，那么RFID读写器发射机就要选用线性度较优的功率放大器，以保证电磁兼容性的需要。

近年来，RFID技术已经在社会众多领域开始应用，对改善人类生活质量、提高企业经济效益、加强公共安全以及提高社会信息化水平产生了重要影响。对RFID关键物理层技术的研究必将进一步提高物联网应用的可靠性和安全性，为进一步构建武警信息化中勤务管控系统、侦察指控系统和安全防护系统等物联网应用系统奠定坚实基础。