SDN技术在广电通信网中的应用分析

李溢磊

引言

在信息化时代背景下，通信网向大数据、云计算、智能化、融合化的方向发展，网络架构的通信设备设计表现出越来越复杂的特性，这往往会导致成本大幅增加，实施特定的统一网络管理技术很困难。同时，传统模式下的高清数字信号传输具有矩阵切换规模大、附带设备过多、布线错综复杂的弊端，难以满足广电通信网传输的需求。SDN技术直接构建全新的网络体系结构，使构建网络设施的服务更加多样化，有效保证信息服务基础架构的创新和发展，需要在广电通信网中应用SDN技术，以此满足外来SDI和IP信号的传输需求，因此本文对SDN技术在广电通信网中的应用进行了分析。

一、SDN技术概论

（一）SDN技术的定义

所谓的SDN（Software Defined Networking）技术意味着以虚拟化、可编程性和集中控制为特征的新的技术。这是斯坦福大学CLean State课题研究组最早提出的核心技术。其中，相关的Open Flow可以有效地与实际需求相结合，更好地满足网络应用需求，控制管理和管理流程，为新核心网的创新开发奠定良好的基础[1]。SDN技术与传统网络的最大区别在于，可以灵活地定义网络设备的传输功能，从而集中实现控制平面。在这种模式下，软件可以由网络硬件有效地管理，并且传输级别可以由可编程的控制来实现。这种网络结构是基于SDN技术的网络组织。从这个角度来看，SDN技术只意味着软件定义网络。从更广泛的角度看，相应的SND概念是包括相应的软件技术存储在内的情况。从定义上讲，有关如何组合SDN技术的问题是，确保下一代网络能够满足当前定制的编程要求，有效地实现网络的集成和集中管理，并监督动态流量以确保自动程序部署的要求。

（二）SDN技术的特征

1.网络能力开放

在SDN网络技术的应用下，网络能力将持有开放化的特征。SDN技术利用集中的控制器统一管理网络资源，在对网络资源整合和虚拟化之后，使用规范的北向接口，为上层的应用提供相应的网络资源设备设施以及网络服务，从而实现了网络能力开放化。相比于传统网络业务模式而言，SDN技术支持下的网络业务没有了封闭的问题，有了较大意义的创新。

2.控制与转发独立

SDN技术使用的是SDN控制器来收集网络拓扑，计算、管理和控制网络，而流量的转发与策略的执行主要通过网络层设备实现，所以SDN技术的控制和转发是独立的。SDN控制与转发独立的特点，分离了网络系统的控制面与转发面，从而让控制面与转发面向更专业化的发展。控制面独立之后，将往统一化、集中化的方向发展，性能和容量将会得到进一步的提升。转发面在独立之后，将往简单化、通用化的方向发展，可有效减少成本。

3.控制逻辑集中

SDN技术实现了控制转发的独立，让控制面得到了集中化的发展，为SDN控制器提供了网络的全局静态拓扑、全网的动态转发表信息、全面的故障状态以及资源利用率。可见在控制集中化发展的基础之上，SDN控制器能够实现对网络级别的统一管理、控制及优化，从而根据全局的拓扑动态来转发信息，有助于加快定位、排除故障的处理速度，进一步提高运营效率。

二、SDN技术的体系结构

SDN网络体系架构三层模型主要分为协同应用层、控制层和转发层。协同应用层主要目的是体现用户意图的应用程序。控制层是整个系统的控制中心，负责网络之间的交换和网络状态处理。转发层是转发器和连接器构成的转发网络，主要目的是转发数据，在转发中所需的转发表项是由控制层完成。（如图1所示）。

图1 SDN网络体系架构三层模型

基于SDN技术的体系结构分析主要反映了数据控制信息分离的特性，能够满足软件编程的实际需要。在实际需求的帮助下，可以实现统一的控制级别和多分布式传输程序，应对有效事项的程序相互控制、利用和分离要求。在传输通信接口模式的帮助下，可以有效地满足统一管理的相应传输级别的通信。这种模式的体系结构系统包括许多接口协议，有效地实现相应网络的交互要求。在北向接口协议的帮助下有效执行API业务功能，以满足相应控制器的交互要求。结合开放网络论坛在SND结构中的情况和实际情况，从下而上确保基础层、控制层和应用层的对应划分[2]。特别是在基础层，相关的数据传输过程不包括相应的智能控制设备要求，而网元集中控制与此层几乎无关。其中，网络设备为SDN Datapath，主要用于根据系统的实际需要有效地传输数据和处理数据。通过应用层的协助处理，可以确保控制层的需求，实现合理分配材料资源，优化路径计算。在Open Flow协议下，可以通过带宽分配动能控制层和基本设备层间的南向接口，有效地确保带宽的动态和带宽的有效控制。结合相关协议要求，设备可以在相应的转发匹配条件下有效地参与各种网络功能（如图2所示）。

图2 SDN分层架构图

三、广电通信网的现状

众所周知，21世纪是以网络为核心的信息化时代，计算机网络发展最快，起着重要的作用。而广电通信网具有很高的普及率和接入带宽最宽，严格管理对数字电视重要的信息源，确保网络信息安全。因此，广电通信网在长期的运营过程中，不仅要考虑利益问题，还必须承担社会责任。广电行业取得了数字化的发展，但步伐缓慢，用户满意度不高。网络是分散的、碎片化的，没有统一、严格的技术标准和网络计划，从而导致网络质量差，网络信号不稳定，可靠性低。在某些广电通信网络中，傍晚高峰时间会出现很严重的网络延迟，网络不稳定性也可能影响用户体验，进而不能够对整个网络进行有效的控制和管理功能，端到端的性能无法得到保证。在国内，电视终端作用弱化，手机终端的市场日益扩大，成为互联网流量的主流终端。广电通信网不断发展，但广电通信网存在问题也越来越突出。为了解决问题，当务之急是提高广电通信网的传输能力，升级网络以满足越来越高带宽的服务需求。

四、SDN技术在广电通信网中的应用

（一）数据转发层的应用

转发层主要由转发器和连接器的线路构成基础转发网络，负责执行用户数据的转发，转发过程中所需要的转发表项是由控制层生成的。收到数据消息后，Open Flow交换机首先在流表中查找传输消息的匹配项，然后再进行相应的操作。如果没有找到匹配项，则将消息传输到控制层，传输行为由控制器决定。控制器通过标准协议更新交换机的流表，实现全网通信的集中管理。数据层包含由体系结构管理的所有开放流网络。目前，电台和电视通信网络正在建立内部数据中心。SDN技术是一项创新，它使能够以统一的方式管理流量、通过虚拟化管理网络和监控多个应用程序系统。但是，所有数据中心级别都需要定期同步、备份和推送数据流量。现在可以使用SDN技术来虚拟化、智能化地管理和控制每个数据中心。具体来说，通过在广电通信网的数据中心配置SDN技术的网络设备，控制带宽利用状态，可以将数据实时发送到数据中心控制设备。控制器将不同数据中心的链路流量和服务流量组合起来，以提高链路利用率[3]。

（二）控制层的应用

SDN技术体系结构允许在网络上集中管理控制层，控制层提供广电通信网络运行状态的完整视图同时，为一些关键技术提供功能支持。例如，提出了一种动态多径系统，基于拓扑模块、路径规划模块、服务监测模块和控制层配置模块解决广电通信网络的链路恢复问题。除了网络控制模块之外，为用户的认证、权限管理以及各种服务数据流提供管理功能。目前，全国的无线电和电视通信网络运营商已经建立一个非常大的行业专用网，可以通过各种方式优化通信主干网。例如，可以通过优化业务监视、网络资源的虚拟分配、区分处理，提高通信基础网络的传输控制能力，有效利用网络资源。SDN技术的应用还可以将许多边缘设备虚拟化为一个设备，主干网络级控制设备以统一的方式管理用户的业务属性、流量控制和区别。同时，主干网络的边缘设备只承担数据传输任务，大大提高了主干网络的运营效率和管理控制能力[4]。

（三）应用层的应用

SDN技术体系结构应用层使用控制层的开放接口实现网络所需的各种应用程序（如SNMP、Web服务和ACL），并执行可升级网络功能的各种功能，同时，应用SDN技术可以降低网络复杂度，将网络设备从封闭转移到开放，并将底层网络设备集中在数据传输上，从而简化功能，有效降低网络建设成本。传统网络中的节点很难达到最佳性能。数据只能通过本地状态算法和分布式算法发送。利用SDN技术软件实现集中控制，网络具有集中的协作点，从而实现网络优化，动态调度控制层的各个模块，可以根据实际需要固定广播、电影和电视的通信网络的不同应用，因此通过调用网络资源的应用层进行灵活调度，各种NGB业务可以按需实现网络业务实时调度，确保特定业务的服务质量和安全。NGB服务具有多种业务功能，包括视频点播、视频服务和广播，以满足网络传输带宽的要求。提供互联网接入的信息服务必须确保网络和客户信息的安全。此外，娱乐服务还需要满足实时、顺畅的互动。基于这些特性，有效利用带宽是确保广电通信网服务质量的关键，服务提供商开发了自己的服务管理平台来调度应用层功能，实现服务和网络之间的相互协商机制，实现业务与网络的相互协商机制，保证用户的体验。在SDN技术的三层体系结构中，软件模块更新拥有巨大的节点和大量的数据功能。使用SDN技术，可以统一管理和维护访问节点，从而便于快速部署新服务。例如，在将OLT与多个远程节点连接的过程中，使用SDN技术，这些节点可以是更大的虚拟节点。远程节点的控制层向上变化，并移动到接入网络的控制器。此外，通过部署新服务和新的特定要求，访问网络控制器可以直接配置虚拟节点的流表，并逐渐提高访问网络级别部署的效率。

（四）针对高清视频业务的应用

SDN技术使组织能够详细查看和控制对网络和资源的访问，从而使运营商能够解决影响网络的特定问题，运营商就可以控制和管理自己的数据。通过集中查看整个网络体系结构，可以根据业务需求调整网络。更重要的是，网络运营商可以在不影响当前数据流的情况下，在实际的网络环境中尝试网络优化。运营商正在努力创建基于网络的应用程序和服务，针对网络的安全性，稳健性和管理性，提供网络基础架构的新收入服务，从而扩大SDN技术市场的规模。广电通信网现在可以定制网络以更好地满足业务需求，最终目标是优化网络，包括网络虚拟化、基础架构编程控制、自动化和动态配置、按需服务插入、计量计费等。同时通过SDN技术实现加快云服务部署，简化数据中心管理，简化网络运营。

对于高清视频服务，SDN技术可以合理使用带宽，快速传输流媒体，并在不更改物理网络结构的情况下提高视频质量。为了保证视频服务的顺利播放，不同的虚拟网络由控制层展开，将高清视频服务与其他服务分开，阻止其他服务对流媒体的影响。SDN技术针对网络高清视频服务的主要工作流程是：第一，用户对高清视频的需求越来越大。第二，服务提供商接收请求、用户权限信息的核实、ID认证，然后发布对应的流媒体数据流。第三，业务服务提供商根据实际情况向SDN技术网络控制层发送请求指示，请求指示包括虚拟网络建立、虚拟网络链路的追加、虚拟网络承担的服务、所需的带宽等。第四，用户退出高清视频并开始退出请求。第五，服务提供商终止用户连接，停止相应的流媒体数据。第六，服务提供商根据实际情况向SDN技术网络控制层发送请求指令，如虚拟网络删除、虚拟网络链路删除等。第七，SDN技术网络控制层按照该指示删除虚拟网络或链路。SDN技术可以利用设备自动化、运算系统、多画面和主控切换台的路由控制协议，连接之间的交互由联络线控制方法管理。未压缩视频信号由受数据缓冲，要消除网络抖动、纠错信号并匹配系统中路径延迟的差异，促进内外部传输。同时在多个接收节点上，可以为每个接收端指定缓冲区和路径，从而优化端到端延迟。

结语

由于广电通信网中的业务需求具有频繁变动的特点，那么调整路由器、交换机等配置的难度比较大，而广电通信网的SDN技术架构具有可编程的结构和良好的管理控制能力，可以为广电通信网的正常运行提供技术支持。SDN技术将传统网络设备从封闭模式过渡到开放模式，无需关注复杂的控制面传输，同时为统一灵活高效的网络管理和维护提供可扩展接口。无论是基于广电通信网，还是网络数据流量，都可以在网络中可靠地传输。在这种背景下，SDN技术在广电通信网中的应用应该通过聚集实际业务需求，有效优化设备，降低建设成本，从而综合提高网络维护与管理水平。