軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN進(jìn)入智能寬帶接入網(wǎng)

摘 要：軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN），是由美國斯坦福大學(xué)clean slate研究組提出的一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，其核心技術(shù)OpenFlow通過將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制面與數(shù)據(jù)面分離開來，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，為核心網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用的創(chuàng)新提供了良好的平臺。

關(guān)鍵詞：OpenFlow架構(gòu)；SDN網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TN915.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 22-0000-01

一、傳統(tǒng)寬帶接入網(wǎng)面臨巨大挑戰(zhàn)

接入網(wǎng)一直被視為信息高速公路的最后一公里，為了解決網(wǎng)絡(luò)寬帶化的發(fā)展“瓶頸”，電信運(yùn)營商正在大規(guī)模推廣以無源光接入網(wǎng)（PON）為主的FTTx技術(shù)，接入網(wǎng)的光纖化有效解決了網(wǎng)絡(luò)容量“瓶頸”，而接入網(wǎng)的運(yùn)維管理“瓶頸”卻未能有效解決。鑒于接入網(wǎng)建設(shè)成本巨大，升級改造極其困難，當(dāng)前寬帶接入網(wǎng)面臨的諸多挑戰(zhàn)應(yīng)該在建網(wǎng)之初就采取有效措施加以解決。

第一，接入網(wǎng)與骨干網(wǎng)融合不夠。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，接入網(wǎng)與骨干網(wǎng)技術(shù)相融合是必然的趨勢。而在現(xiàn)有的光接入網(wǎng)中，都是采用獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)管理平臺和技術(shù)，沒有和骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)統(tǒng)一資源和管理信息，對通信的保護(hù)和恢復(fù)也沒有形成統(tǒng)一的機(jī)制，造成協(xié)議轉(zhuǎn)換復(fù)雜、傳輸效率低、缺乏統(tǒng)一的資源管控能力。第二，接入網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)成本高，用戶體驗(yàn)差。接入網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量直接關(guān)系到電信運(yùn)營商和用戶的切身利益。如何實(shí)現(xiàn)用戶的快速接入，快速故障定位及恢復(fù)，方便快捷地實(shí)現(xiàn)用戶終端的配置，提高用戶體驗(yàn)，控制運(yùn)營成本和提高網(wǎng)絡(luò)的收益率，已經(jīng)成為接入網(wǎng)亟待解決的問題。隨著FTTx技術(shù)的推廣，電信運(yùn)營商應(yīng)抓住機(jī)遇，提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營管理的智能化水平，全面提高用戶體驗(yàn)，有效降低運(yùn)營成本。第三，缺乏靈活的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度機(jī)制。當(dāng)前光接入網(wǎng)包括EPON、GPON、WDM-PON、P2P-PON等技術(shù)，不同網(wǎng)絡(luò)之間兼容性差，網(wǎng)絡(luò)資源管控機(jī)制相互獨(dú)立，缺乏靈活的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)資源利用率低，而且可擴(kuò)展性差，不利于未來光接入網(wǎng)的統(tǒng)一管理和技術(shù)升級。第四，多業(yè)務(wù)承載能力差，缺乏有效的端到端QoS保證機(jī)制。隨著三網(wǎng)融合進(jìn)程的不斷推進(jìn)，新一代寬帶接入網(wǎng)應(yīng)具有保證服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service-QoS）傳輸多業(yè)務(wù)類型的能力。即要求以端對端的方式對數(shù)據(jù)、語音、視頻進(jìn)行實(shí)時的高效地混合或并發(fā)傳輸。而現(xiàn)有的光接入網(wǎng)技術(shù)采取了與骨干網(wǎng)不同的業(yè)務(wù)分類和QoS保證機(jī)制，其業(yè)務(wù)QoS保證機(jī)制都局限于接入網(wǎng)本身，沒有與整個網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)分類機(jī)制相對應(yīng)，需要進(jìn)行不同業(yè)務(wù)優(yōu)先級的翻譯，造成協(xié)議復(fù)雜、效率低下，缺乏端到端的QoS保證。第五，接入網(wǎng)能耗高。近年來，節(jié)能減排問題得到了全社會的廣泛關(guān)注。電信網(wǎng)的節(jié)能已經(jīng)迅速成為電信研究領(lǐng)域的最熱點(diǎn)問題之一。最新報(bào)告顯示，接入網(wǎng)的能耗占整個網(wǎng)絡(luò)能耗的70%，雖然接入網(wǎng)單個設(shè)備的能耗遠(yuǎn)不如城域網(wǎng)和骨干網(wǎng)設(shè)備的能耗，但是由于接入網(wǎng)的用戶基數(shù)大，所以其總能耗是非常巨大的。

二、基于SDN構(gòu)建軟定義智能寬帶接入網(wǎng)

針對當(dāng)前寬帶接入網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)，為了滿足未來接入網(wǎng)全業(yè)務(wù)、高帶寬、易運(yùn)行維護(hù)的發(fā)展需求，實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)與骨干網(wǎng)等異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的融合互通，滿足接入網(wǎng)日益迫切的智能化需求，我們基于SDN提出了軟定義智能寬帶接入網(wǎng)解決方案，將寬帶接入網(wǎng)封閉孤立的架構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榭删幊袒⒅悄芸煽鼗⒅С值谌綉?yīng)用的開放式架構(gòu)，即在接入網(wǎng)中提供開放式的控制接口，實(shí)現(xiàn)可編程的智能管控平臺，當(dāng)前寬帶接入網(wǎng)面臨的諸多問題即可迎刃而解。

在這種開放式控制體系架構(gòu)中，可軟定義的控制器作為開放式控制架構(gòu)的主體，是實(shí)現(xiàn)可編程功能的核心，控制器為上層應(yīng)用提供統(tǒng)一的開發(fā)接口并通過開放式硬件控制接口與底層硬件交互，以實(shí)現(xiàn)可編程化控制和管理。

作為集中式控制架構(gòu)的核心—OpenFlow控制器，在整個架構(gòu)中起著硬件資源抽象化的角色。將傳送網(wǎng)和接入網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備虛擬化到控制器中根據(jù)預(yù)先制定的調(diào)度策略以及業(yè)務(wù)優(yōu)先級安排資源分配方式，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者可以輕松的在這種架構(gòu)中實(shí)現(xiàn)可軟定義的集中控制。

在光接入網(wǎng)中引入OpenFlow，就可以通過集中式的管理和控制平臺——網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，對多種異構(gòu)光接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一控制和管理。如網(wǎng)絡(luò)管理、資源調(diào)度、多業(yè)務(wù)QoS保證、節(jié)能和其他第三方應(yīng)用等，使得運(yùn)營商可以從全網(wǎng)的角度對鏈路和帶寬資源進(jìn)行有效的管理，提高網(wǎng)絡(luò)管理效率，同時也可以有效降低網(wǎng)絡(luò)管理的開發(fā)和維護(hù)成本。集中式的動態(tài)管控機(jī)制相比于傳統(tǒng)的人工網(wǎng)管系統(tǒng)更靈活，實(shí)時動態(tài)的監(jiān)控和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)配置，開放的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)為未來的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維帶來無限可能。

三、SDN引領(lǐng)下一代接入網(wǎng)發(fā)展

與網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的困境截然不同的是，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了日新月異的發(fā)展。PC工業(yè)已經(jīng)找到高效通用的硬件底層（X86、ARM等架構(gòu)）。在軟件定義方面，頂層（應(yīng)用程序）和底層（操作系統(tǒng)和虛擬化）都在爆炸式地發(fā)展。

網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新亦需如此，軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）正致力于構(gòu)建簡單通用的硬件底層與一個開放的上層編程環(huán)境：底層的數(shù)據(jù)通路（交換機(jī)、路由器）是“啞的、簡單的、最小的”，并定義一個對外開放的公用的API，同時采用控制器來控制整個網(wǎng)絡(luò)。未來的研究人員就可以在控制器上自由地調(diào)用底層的API來編程，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新。

SDN網(wǎng)絡(luò)旨在將網(wǎng)絡(luò)控制與物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞蛛x，讓網(wǎng)絡(luò)硬件產(chǎn)品不斷標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可編程，這樣企業(yè)便可以擺脫硬件對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的限制，大幅降低網(wǎng)絡(luò)成本，網(wǎng)絡(luò)變得更加開放、智能、靈活。在推崇“軟硬件分離，可管可控”的運(yùn)營商的推動下，SDN將引領(lǐng)下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)革新。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳家林.網(wǎng)絡(luò)革命拂曉：SDN進(jìn)入智能寬帶接入網(wǎng)[J].通信世界，2013（07）：49-50.

[作者簡介]殷旗（1961.07-），男，天津人，本科，學(xué)士學(xué)位，信息工程系網(wǎng)絡(luò)教研室主任，從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程教學(xué)和研究工作。