SDN技術(shù)在電力廣域網(wǎng)的研究與應(yīng)用

李彬

摘要：本文探討了SDN技術(shù)的概念、技術(shù)架構(gòu)、技術(shù)特征及關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合電力廣域網(wǎng)現(xiàn)狀，分析研究了SDN技術(shù)在電力廣域網(wǎng)的應(yīng)用方案及成效，最后描繪了SDN技術(shù)的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：電力；SDN；廣域網(wǎng)

中圖分類號：TP393.09 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1007-9416（2019）01-0040-02

0 引言

近年來，隨著以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)為代表的新型網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和技術(shù)變得日益復(fù)雜，對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)提出了更高要求。而目前網(wǎng)絡(luò)體系存在著網(wǎng)絡(luò)配置固化，網(wǎng)絡(luò)的靈活性和擴(kuò)展性較差等問題，導(dǎo)致大型網(wǎng)絡(luò)流量的調(diào)整必須在每個(gè)網(wǎng)元上配置流量策略，不僅繁瑣而且還很容易出現(xiàn)故障。SDN（software defined networking，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)的提出，為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)問題提供了新的解決思路。SDN技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)的控制平面和數(shù)據(jù)平面分離，把網(wǎng)絡(luò)控制功能從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中分離出來，通過集中控制的方式，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)自動(dòng)化部署和動(dòng)態(tài)調(diào)整，大大縮短了業(yè)務(wù)部署周期。

1 SDN技術(shù)介紹及關(guān)鍵技術(shù)

1.1 SDN技術(shù)概念

SDN技術(shù)是以斯坦福大學(xué)教授Nike Mckewn為首的團(tuán)隊(duì)提出的一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它提供一個(gè)可編程的集中式網(wǎng)絡(luò)，將應(yīng)用軟件參與網(wǎng)絡(luò)的控制管理，滿足上層業(yè)務(wù)的需求。SDN網(wǎng)絡(luò)包括SDN控制器、南向接口和北向接口，其中SDN控制器是SDN網(wǎng)絡(luò)的核心，提供整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的集中視圖，南向接口用于信息轉(zhuǎn)發(fā)至網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)和路由器設(shè)備，而北向接口用于應(yīng)用通訊和服務(wù)部署。

1.2 SDN技術(shù)架構(gòu)

2016年ONF（Open Network Faundation）組織對軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）的技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行了描述，按功能總體分為三層體系：應(yīng)用層、控制層和轉(zhuǎn)發(fā)層，此外，還包括連接應(yīng)用層和控制層的北向接口及連通控制層和轉(zhuǎn)發(fā)層的南向接口。應(yīng)用層通過控制層提供網(wǎng)絡(luò)開放接口和對外服務(wù)；控制層包括控制器和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，用于集中管理網(wǎng)絡(luò)資源，提供全局網(wǎng)絡(luò)試圖；轉(zhuǎn)發(fā)層由各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組交換功能。

1.3 SDN技術(shù)特征

SDN技術(shù)須具備幾個(gè)特征[1]：（1）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)和控制分離：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能解耦合，控制單元獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)和處理單元并獨(dú)立部署，轉(zhuǎn)控分離可以實(shí)現(xiàn)更高效的控制；（2）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元的集中控制：設(shè)備網(wǎng)元通過控制器集中管理和下發(fā)流表，可以更有效的調(diào)度資源來滿足客戶的需求；（3）網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)可編程：用戶可通過與控制器交換信息來滿足自身需求，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)敏捷性；（4）具備開放的接口：它要求接口的技術(shù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化并且貢獻(xiàn)給整個(gè)產(chǎn)業(yè)，用戶只需要通過控制器提供的開放接口，通過編程方式定義一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)功能，然后在控制器上運(yùn)行即可。

1.4 關(guān)鍵技術(shù)

（1）南向接口技術(shù)。南向接口是從控制平面角度面向數(shù)據(jù)平面，用于提供給其他廠家網(wǎng)元的功能，即向下提供的接口。通過南向接口可將信息轉(zhuǎn)發(fā)至網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)和路由器。SDN網(wǎng)元中各個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)由SDN控制器統(tǒng)一下發(fā)，并非根據(jù)周圍網(wǎng)絡(luò)環(huán)境本地生成，因此SDN交換機(jī)只需關(guān)注基于表項(xiàng)的數(shù)據(jù)處理，無需理會(huì)控制邏輯如何實(shí)現(xiàn)，因此數(shù)據(jù)處理的效率也就成為SDN交換機(jī)性能最關(guān)鍵指標(biāo)。（2）北向接口技術(shù)。北向接口是從控制平面角度面向應(yīng)用，供其他廠家設(shè)備接入和管理網(wǎng)元的接口。用戶通過控制器向上層業(yè)務(wù)應(yīng)用開放的接口，即SDN北向接口，能夠快捷調(diào)用底層的網(wǎng)絡(luò)資源。目前業(yè)界并無統(tǒng)一的北向接口標(biāo)準(zhǔn)，各大型廠商正聚焦于此，開發(fā)定義SDN模型和北向接口。（3）東西向接口技術(shù)。東西向接口是實(shí)現(xiàn)各控制器之間通信的接口。由于單個(gè)控制器能力有限，為滿足SDN網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模部署和擴(kuò)展性要求，東西向接口定義成為下一個(gè)SDN研究熱點(diǎn)。目前對于SDN東西向接口的研究還處于初級階段，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不足。

2 國網(wǎng)江西電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的研究與應(yīng)用

2.1 江西廣域網(wǎng)架構(gòu)

國網(wǎng)江西省電力有限公司廣域網(wǎng)由通信數(shù)據(jù)網(wǎng)所承載。2016年江西公司完成了數(shù)據(jù)網(wǎng)改造工作，江西省電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)與國網(wǎng)骨干網(wǎng)完成融合，國網(wǎng)數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)向下延伸，覆蓋包括省公司本部、省內(nèi)鷹潭第二匯聚點(diǎn)及參與省公司廣域網(wǎng)組網(wǎng)的各地市和直屬單位。江西網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分三個(gè)層次：廣域網(wǎng)核心層、地市核心骨干層（省數(shù)據(jù)通信網(wǎng)邊緣層）和地市接入層，每個(gè)層次采用兩臺(tái)設(shè)備，口字型方式冗余組網(wǎng)。廣域網(wǎng)核心層及地市核心骨干層所有節(jié)點(diǎn)都屬于國網(wǎng)數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)的BGP AS64600域，自治域內(nèi)IGP采用ISIS路由協(xié)議，地市接入層設(shè)備與各CE業(yè)務(wù)接入路由器采用OSPF協(xié)議進(jìn)行路由選擇[2]。

廣域網(wǎng)采用四大關(guān)鍵技術(shù)：IP over SDH技術(shù)、ISIS關(guān)鍵路由技術(shù)、BGP路由轉(zhuǎn)發(fā)控制技術(shù)、MPLS VPN流量隔離技術(shù)。承載信息、通信、調(diào)度、視頻、IPV6、語音、IMS、網(wǎng)管等多個(gè)業(yè)務(wù)VPN，各業(yè)務(wù)VPN之間安全隔離。

2.2 SDN技術(shù)在江西廣域網(wǎng)的應(yīng)用

江西SDN廣域網(wǎng)應(yīng)用方案和其他場景下的SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)類似，也是一個(gè)分層、開放、靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備層、控制層和應(yīng)用層三個(gè)層次[3]：

（1）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備層：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接收SDN控制器的指令，包括傳統(tǒng)的SNMP、NETCONF等數(shù)據(jù)傳輸方式，支持通過SDN架構(gòu)下的BGP-LS、Openflow等協(xié)議與控制器進(jìn)行通信；同時(shí)在轉(zhuǎn)發(fā)層面進(jìn)行優(yōu)化，支持段路由SR和Openflow硬件轉(zhuǎn)發(fā)，提供高性能的轉(zhuǎn)發(fā)平面。（2）控制層：主要由控制器和APP軟件組成，該方案基于開源的OpenDayLight平臺(tái)，支撐各種APP集成；可根據(jù)廣域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特征，定制化開發(fā)APP，滿足用戶在不同場景下的業(yè)務(wù)需求；通過統(tǒng)一的南向接口協(xié)議和底層設(shè)備通信；通過北向接口向用戶提供豐富的API接口，實(shí)現(xiàn)和編排系統(tǒng)集成，滿足用戶功能需求。（3）應(yīng)用層：通過調(diào)用APP提供的API接口，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的二次編排，具備全省網(wǎng)絡(luò)需求和網(wǎng)絡(luò)組織的全局視圖，對所有流量計(jì)算出最佳最明確的路徑，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、圖形化展示及故障定位等，進(jìn)而簡化網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維管理。

通過SDN技術(shù)在廣域網(wǎng)的應(yīng)用，解決了當(dāng)前全省廣域網(wǎng)的鏈路帶寬利用率低、網(wǎng)管成本高等的問題。提高了廣域網(wǎng)的整體性能，同時(shí)簡化網(wǎng)絡(luò)管理，節(jié)約運(yùn)維成本。

3 結(jié)語

當(dāng)前SDN技術(shù)成已經(jīng)為引領(lǐng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的熱門技術(shù)，受到廣泛的關(guān)注。然而SDN技術(shù)在許多關(guān)鍵領(lǐng)域仍需取得突破，包括跨域通信、擴(kuò)展性等問題，盡管如此，未來一段時(shí)間SDN技術(shù)仍將是研究熱點(diǎn)，擁有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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[3] 馬文婷.基于OpenFlow的SDN控制器關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京郵電大學(xué)，2015.

Abstract：In this paper， the concept， technical architecture， technical characteristics and key technologies of SDN technology are discussed， based on the current situation of power WAN， the application scheme and effect of SDN technology in power WAN are analyzed and studied， finally， the application prospect of SDN technology is described.

Key words：power； SDN； WAN