SDN技术在城域传送网中的应用研究

（中国移动通信集团设计院有限公司上海分公司，上海 200060）

SDN技术在城域传送网中的应用研究

王健，梁灿

（中国移动通信集团设计院有限公司上海分公司，上海 200060）

主要描述了SDN技术在城域传送网中的应用。介绍了SDN技术的核心思想、体系架构和应用于现有传送网络的驱动力和切入点，对下阶段SDN技术在城域传送网的应用发展作了展望。

城域传送网；软件定义网络；网络应用

软件定义网络（SDN，Software Defined Network）是一种新型网络架构，通过将网络设备控制平面与数据平面分离、对网络的集中化控制，保证网络可以根据业务流量进行网络资源的灵活配置，实现按需使用传输网络计算和存储资源的能力，使基于分布式云架构的新型应用可以按需使用运营商基于SDN技术的网络资源。总之，SDN技术的出现为通信网络组网及应用提供了良好的平台。

另一方面，运营商需要一个更加拓展的SDN架构使网络发挥更大的价值，通过跨越多个层面（光层、电层、以太网层、IP层等）部署，实现网络拓扑、传输资源和物理信息的相互关联，从而可以快速部署网络应用和参数，如路由、安全、策略、流量工程、QoS，以达到对全网视图和资源的统一控制的目的，提升了城域传送网络的灵活性、扩展性和调度管理效率。

1 SDN的架构体系

如图1所示，SDN架构主要包含应用层、控制层、基础转发层。

图1 SDN体系架构

SDN核心思想主要体现在网络设备控制面与数据面的分离，从路由器的设计上看，它由软件控制和硬件数据通道组成。软件控制包括管理(CLI、SNMP等各类管理协议)以及路由(OSPF、ISIS、BGP等路由协议)，数据通道实现具体的数据处理功能，包括每个分组的查询、修改和缓存等。基于这个平台，用户可以开发各种应用程序，通过软件来定义逻辑上的网络拓扑，以满足对网络资源的不同需求，而无需关心底层网络的物理拓扑结构。

具体实现上，可能会在ONF SDN架构上增加协同层，以负责提供北向接口，实现网络业务间协同，实现域间协同，比如网管和控制器间的协同，PTN和WDM控制器之间的协同等等。

2 SDN技术在城域传送网的应用

2.1 驱动力分析

现阶段各运营商对于传送网的部署主要在提高网络容量、提升网络速率等方面，而传送网SDN化进程总体较为缓慢。主要原因在于：

（1）复杂的网络架构成为网络SDN化的最大障碍。

传送网引入SDN，尽管可实现全网的集中管控，然而需维护一个庞大的中央数据库，涉及不同厂家、不同制式、不同版本设备的统一集中管控，难度和风险非常大。

（2）SDN对网络运营成本的节省难以体现。

传送网投入的主要建设成本和运维成本主要在于设备和管线，而IT化的网络带来的成本节省较为有限。

然而，随着全业务运营竞争的不断加剧，移动运营商流量经营需求日益迫切，城域传送网越来越复杂导致网络管理难度不断增加，SDN在传送网络的应用也逐渐提上日程。其驱动力主要表现在以下方面：

（1）集客专线、带宽出租业务需求的不断增长。

集客专线、带宽出租业务需求多种多样，要求运营商网络可以支持多种业务需求，实现更为灵活自由的路由调度、带宽设置和承载制式的选择。而现有传送网络业务的部署一般通过复杂的IT系统使用底层不同厂商的API实施，并经由命令行界面或脚本文件进行人工配置，任何对城域传送网业务进行升速和自动化的尝试都必须与现有业务部署系统互相一致。为了满足这些要求，运营商需要标准化的高层APIs来抽象化网络，通过动态资源管理调整网络资源，实时获取全网视图，按需部署传输资源，从而提升网络使用效率和可用性。

（2）移动网络流量经营需求的不断增长。

当传送网络引入L3功能后，网络流量模式开始变得更加动态，网络运营的复杂性不断提升，原来网络建设采用的“规划→设计→工程→交维→评估”传统模式难以及时保障业务质量。为了保证网络有一定的冗余资源，运营商需要更加频繁地考虑网络资源智能调配和流量智能优化。

（3）优化现有网络的建设和维护成本。

现有传送网络的复杂度和成本较高，尤其是网络一旦建设好，难以变动、扩展、升级，无法在全网范围按需快速配置资源。同时，现网网元多为软硬件垂直一体化的封闭架构，CAPEX和OPEX一直居高不下，这些问题都在推动网络进一步优化。

综上，传送网引入SDN可以带来三大优势，即承载控制分离、网络智能、业务开放。在集中式控制的基础上，SDN具有全局全网视野，掌握全网信息(拓扑和网络状态等)，可优化使用网络带宽等资源，提升网络性能(提升收敛速度和缩短时延等)，确保系统路由和性能的可预测，并提供一些新的功能。因此，在新的产业格局和网络环境下，SDN引入驱动力十分显著。

2.2 切入点分析

从引入的技术角度，目前主要有3种途径：

其一，通过SDN集成OTN和WDM，在城域传送网单个管理域集成L0和L1的资源管理和控制功能。其二，建立策略驱动的自动化SDN环境，协调计算、存储网络资源，支持虚拟化的网络功能。其三，通过SDN集成光层和IP层，实现跨层（L0/L1/L2/L3）的资源优化和弹性传送业务。目前中移动将SDN与PTN结合，推出了SPTN的架构。

从引入的步骤角度，主要分为两个阶段：

第一阶段：兼容现网。由于现网已有大量设备，南向接口均非Openflow，因此沿用现有Qx/SNMP接口。同时，Controller与网管通过紧耦合实现SDN，依靠Super Controller管理多厂家Controller，定义统一的特性，尽量简化Super Controller。

第二阶段：可支持Openflow。推动南向接口标准化，新建设备采用Openflow等标准化接口。

2.3 具体应用

2．3．1 面向集客专线需求

目前的集客专线主要面临以下问题：

(1) 网管配置业务，效率较低；跨地市、跨省专线需多厂家网管协调配置，周期长。

(2) 集客业务扩容及路径调整频繁，每次调整均需拆除业务路径，重新规划建立；PTN网管工具无法动态完成带宽调整。

(3) 集客业务具有潮汐效应，导致流量不均衡；集客业务地理分布不均匀，导致业务密集区域带宽紧张，稀疏区域带宽充裕。

(4) 运营商不同业务部门需要独立管理运营相应的网络资源；集团客户需要呈现和管理自己的租用网络。

总体来说，对传送网提出快速开通、业务调整灵活、高效利用网络资源、网络虚拟化等要求。

集客业务自动发放流程如图2所示，通过SDN的引入，实现集客业务的快速发放、业务带宽的实时调整以及业务质量的可视监控；通过部署网管集中控制和控制器控制，结合协同器完成端到端集客业务拉通。

同时，通过部署各类APP应用，实现集客业务申请、开通、调整、网络状态及性能实时呈现等功能，包括：客户APP方式实现业务申请、调整；业务SLA面向客户呈现；专网视图面向客户呈现。

图2 集客业务自动发放流程示意

2．3．2 PTN L3配置优化

结合SDN的应用，通过SDN控制器实现算法，可实现PTN L3网络的配置简化。

EPC组Pool对PTN L3网络带来的需求及面临的问题：

(1) 城域L3 PTN节点与区域内所有EPC路由可达。

(2) 城域L3 PTN节点之间需要规划用于S1-flex流量调度带宽。

(3) 落地PTN间，需要与所有SGW、PGW路由可达，并规划用于S1-flex的流量调度带宽。

(4) 从后续扩展考虑，需预留带宽以承载不同机房间SGW、PGW间的流量(S5接口)。

PTN L3网络维护管理带来的需求及面临的问题：

(1) L3 PTN因带宽需求增加，需频繁调整。

(2) L3 PTN网络与L2 PTN网络融合，保护配置调整。

引入SDN后，可对PTN的配置进行一定的简化，提升网络使用和资源管理的效率。

(1) 静态L3 VPN问题：引入SDN，从全网视角调度资源，从而实现全局最优。

(2) 流量、流向灵活调度问题：采用引入SDN，满足动态调整要求。

(3) 保护、恢复问题：引入SDN，能够实现多点故障保护恢复。

3 SDN技术在城域传送网下阶段的应用设想

随着SDN概念的发展和推广，其研究和应用领域也得到了不断拓展。目前，关于SDN与传输技术相结合进一步的研究和应用领域包括按需创建业务、智能时钟部署、流量动态管理等方面。

应该说，SDN技术搭建了一个实现智能管理的架构，但如果将所有的网络管理功能都完全交付给SDN，对网络有效、安全的运营管理同样存在一定的隐患。因此，城域传送网应该首先逐步过渡到支持SDN技术的网络上，再结合具体应用的挖掘研究，有序、分步骤、慎重地开放相应的功能，例如，前期可考虑部署资源预分配之类的功能，作为资源管理调度系统的补充，起到提升网络运营效率的作用，在应用成熟后，再转入对资源的实时调度管理。

4 结束语

尽管城域传送网的SDN化得到了诸多发展，但是还有网络部署的操作性、技术标准化等很多问题亟需解决。然而，可以预见到，随着SDN标准化的不断完善、应用驱动力的不断加大，具备高度灵活性的SDN技术将给网络运营和业务开展带来无限可能，并最终应用到运营商网络中。

[1] 汤进凯，张奇，王健． 下一代光传送网技术发展与应用探讨[J]． 电信科学， 2009，10：192-195．

[2] 龚倩， 邓春胜， 王强， 等． PTN规划建设与运维实战[M]． 北京：人民邮电出版社，2010．

[3] Tim Szigeti， Christina Hattingh． 端到端QoS网络设计[M]． 北京：人民邮电出版社，2007．

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中国成功连任国际电信联盟理事国

国际电信联盟第19次全权代表大会27日在韩国釜山举行下届理事国选举，中国以142票成功连任理事国。

中国代表团团长、工业和信息化部部长苗圩在大会上发言，祝贺国际电信联盟新的领导层当选并表示，中国政府愿给予国际电信联盟力所能及的支持。

苗圩说，当前新一轮信息通信技术革命和产业创新正在孕育兴起，并带动几乎所有领域发生以智能、泛在、绿色为特征的重大变革。联合国正在制定2015年后发展议程，国际电信联盟在促进可持续发展方面肩负更重要的任务。期待国际电信联盟根据2016～2019年战略规划把握机遇、创新发展，为建设信息社会不懈努力。

苗圩还表示，在2014年5月的理事会上，中国已宣布将认担的会费由12个单位提升至14个单位。

本次国际电信联盟大会期间，工业和信息化部电信研究院与国际电信联盟签署了“一致性和互操作性合作备忘录”。该项目旨在提升国际和国家层面的电信设备互联互通水平和互操作能力，特别是帮助发展中国家依据国际电信联盟标准，建设高水平的信息通信网络，促进网络安全稳定运行。

Research on application of SDN technology in metro network

WANG Jian, LIANG Can
(China Mobile Design Institution, Shanghai 200060, China)

This paper mainly describes the application of SDN technology in metropolitan network, introduces the core ideas and system architecture of the SDN technology, the driving force and the breakthrough point of SDN applied to the existing transport network, and discusses the development of SDN technology in the application of Metro transmission network.

metro transport network; SDN; network application

TN915

A

1008-5599（2014）11-0070-04

2014-09-01