面向5G應(yīng)用的傳送網(wǎng)SDN技術(shù)

劉健

摘要：本文主要對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)引入后，SDN技術(shù)的控制要求以及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析和研究，希望能為實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化，提高網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力提供幫助。

[關(guān)鍵詞]5G網(wǎng)絡(luò)SDN技術(shù)資源優(yōu)化

如今電子科技技術(shù)高速發(fā)展，這為我國(guó)民眾的生活提供了很大便利，其中有線和無(wú)線技術(shù)為電子產(chǎn)品的使用提供了方便，其中以SDN技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，下文就對(duì)SDN技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1SDN定義

SDN是軟件定義網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)稱，是由美國(guó)斯坦福大學(xué)研究小組創(chuàng)建的一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，其對(duì)于網(wǎng)絡(luò)虛擬化提供了幫助。該軟件核心技術(shù)的應(yīng)用將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制面和數(shù)據(jù)面進(jìn)行了有效隔離，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)流量以及管道變更管理的靈活性，為核心網(wǎng)絡(luò)的推廣構(gòu)建了完善平臺(tái)。

SDN技術(shù)是一種將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制平面與轉(zhuǎn)發(fā)平面分離，并將控制平面集中實(shí)現(xiàn)的軟件可編程的新型網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。我們知道，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，控制平面功能是分布式的運(yùn)行在各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（如集線器、交換機(jī)、路由器等）中的，因此如果要部署一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)功能，就必須將所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，這極大地限制了網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新！從這個(gè)角度來(lái)看，SDN便是應(yīng)運(yùn)而生的“救星”！SDN采取了集中式的控制平面和分布式的轉(zhuǎn)發(fā)平面，兩個(gè)平面相互分離，控制平面利用控制一轉(zhuǎn)發(fā)通信接口對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)平面上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行集中控制，并向上提供靈活的可編程能力。由于具備這種“天賦”，于是SDN自然而然成為EPC控制面和用戶面耦合問(wèn)題的“克星”。

SDN技術(shù)是針對(duì)EPC控制平面與用戶平面耦合問(wèn)題提出的解決方案，將用戶平面和控制平面解耦可以使得部署用戶平面功能變得更靈活，可以將用戶平面功能部署在離用戶無(wú)線接入網(wǎng)更近的地方，從而提高用戶服務(wù)質(zhì)量體驗(yàn)，比如降低時(shí)延。

2面向5G應(yīng)用的傳送網(wǎng)SDN控制需求

在5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行下，要求實(shí)現(xiàn)端到端業(yè)務(wù)性能的提升，并滿足超低時(shí)限、超高寬帶的傳輸承載要求，做好網(wǎng)絡(luò)切片、SR分段路由、智能控制等功能，從而給用戶帶來(lái)更好的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)，提高應(yīng)用效率。5G成熟期網(wǎng)絡(luò)需要同時(shí)滿足eMBB（EnhanceMobileBroadband，超大帶寬），uRLLC（Ultra-ReliableandLowLatencyCommunications，超高可靠性，超低時(shí)延）和mMTC（massiveMachineTypeCommunications，超大連接）業(yè)務(wù)的需求。

2.1低時(shí)延

在5G網(wǎng)絡(luò)下，端到端的時(shí)延要求達(dá)到毫秒級(jí)，而對(duì)于觸覺網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)等的應(yīng)用要求時(shí)延在1毫妙以內(nèi)。

2.2大容量

用戶的上下行容量要求分別在1G左右。

2.3超高鏈接數(shù)量

以每平方公里計(jì)算，其鏈接數(shù)量要求達(dá)到1000K量級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2.4靈活性

確保在高速移動(dòng)下場(chǎng)景接入的有效性。

2.5網(wǎng)絡(luò)切片管控

新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的出現(xiàn)提升了網(wǎng)絡(luò)切片管控的質(zhì)量和效率，對(duì)強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)的開放性能有著重要意義。

在5G網(wǎng)絡(luò)下，SDN控制的應(yīng)用不僅能夠更好地滿足5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的相關(guān)要求，而且也為端對(duì)端業(yè)務(wù)處理效率的提升奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，通過(guò)低延時(shí)性的合理控制，可以對(duì)處理業(yè)務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)督，并在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的合理優(yōu)化。另外，針對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)中不同的用戶需求，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)地層的資源進(jìn)行切片化管理，以實(shí)現(xiàn)多種信息數(shù)據(jù)的同時(shí)傳輸，強(qiáng)化用戶的體驗(yàn)效果。且隨著需求的變化，相應(yīng)的技術(shù)和資源也會(huì)存在一定的更改。具體內(nèi)容如圖1所示。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)采用業(yè)務(wù)應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)控制層和設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)層的三層架構(gòu)，提升5G網(wǎng)絡(luò)資源利用率、業(yè)務(wù)快速布放、業(yè)務(wù)靈活調(diào)度以及網(wǎng)絡(luò)開放可編程能力。

此外，SDN控制器做為網(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)具備如下發(fā)展趨勢(shì)：

（1）端到端管理能力。借助SDN技術(shù)，使SPN網(wǎng)絡(luò)具備從網(wǎng)元、網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)垂直管理模式向網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)部署再到反饋評(píng)估的閉環(huán)管理模式轉(zhuǎn)變。運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)從業(yè)務(wù)創(chuàng)建、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)、故障分析、性能評(píng)估、網(wǎng)絡(luò)切換及恢復(fù)，形成一套閉環(huán)流程，提升業(yè)務(wù)部署效率以及網(wǎng)絡(luò)健壯性。

（2）自動(dòng)運(yùn)維及分析能力。為了應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)變化的服務(wù)，智能運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)必須完成自動(dòng)化管理的轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能、應(yīng)用和業(yè)務(wù)的敏捷管理。該能力基于5G網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)分析自動(dòng)形成相關(guān)管理、運(yùn)維策略。

（3）開放型運(yùn)營(yíng)能力。智能運(yùn)營(yíng)的另外一個(gè)重要原則就是突破不同廠商的技術(shù)壁壘，構(gòu)建一個(gè)對(duì)外開放、統(tǒng)一管控的平臺(tái)。通過(guò)軟件功能架構(gòu)的開源開放和運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)能力向第三方的開放，可以加速新技術(shù)的成熟和商用，并提供良好的創(chuàng)新空間。

3端到端業(yè)務(wù)編排架構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

在5G網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)SDN控制技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了不同區(qū)域、不同供應(yīng)商之間的端到端信息傳輸，不僅提升了業(yè)務(wù)處理效率，也有效保證了業(yè)務(wù)處理質(zhì)量。同時(shí)在管控的過(guò)程中，可以利用抽象和虛擬化的北向結(jié)構(gòu)，將其與端到端業(yè)務(wù)編排器予以連接，這些被處理后的數(shù)據(jù)信息通過(guò)與云端編排器的有效連接，實(shí)現(xiàn)了分段、分層的傳輸和處理，做到了網(wǎng)絡(luò)資源的合理優(yōu)化，改善了網(wǎng)絡(luò)處理效率。5G網(wǎng)絡(luò)承載端到端管控架構(gòu)如圖2所示。

5G網(wǎng)絡(luò)中由于承載需求的不同，在業(yè)務(wù)應(yīng)用創(chuàng)景傳送過(guò)程中需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行切片，并制定合理的切片管理方案。現(xiàn)階段5G網(wǎng)絡(luò)下底層傳送技術(shù)主要有OTN、FlexE、FlexO這三種。其中OTN的功能性全且雜，在5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景處理中，能夠根據(jù)業(yè)務(wù)需求完成定制，去掉多余功能。在保證OTN核心功能和OMA功能的同時(shí)，添加了IP承載以及彈性控制等相關(guān)功能，并吸收了FlexE的部分優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的拓展和提升，以滿足時(shí)代發(fā)展的需求。在網(wǎng)絡(luò)切片管控中，新型信息模式的應(yīng)用加強(qiáng)了各端口之間信息的處理和控制，并通過(guò)不同設(shè)備的轉(zhuǎn)換為指定網(wǎng)絡(luò)提供了更多優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

FlexE技術(shù)在保證原來(lái)的構(gòu)架體系基礎(chǔ)上，增加一個(gè)FlexEShim層，并通過(guò)分機(jī)機(jī)制的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同結(jié)構(gòu)的連接以及信息傳輸，強(qiáng)化了不同業(yè)務(wù)之間的隔離效果，減少了業(yè)務(wù)傳輸之間的干擾。在切片管理中，通過(guò)物理技術(shù)的應(yīng)用，將各端口實(shí)行有效的劃分和處理，在確保傳輸效率的基礎(chǔ)上，提升TDM的獨(dú)占時(shí)隙和隔離性能，從而做到分區(qū)業(yè)務(wù)的處理，提升分區(qū)業(yè)務(wù)同時(shí)作業(yè)效率。同VPN相比，其隔離性更強(qiáng)，選擇空間更多，有助于5G網(wǎng)絡(luò)的分片管理。FlexE作為鏈路接口技術(shù)一種，在組網(wǎng)承載以及端到端控制的過(guò)程中，還存在著較多問(wèn)題有待解決，具體內(nèi)容有：首先，應(yīng)在FlexE用戶TDM交換功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的拓展，如以太網(wǎng)MAC業(yè)務(wù)、電路業(yè)務(wù)等其次，實(shí)現(xiàn)開銷擴(kuò)展，不斷完善現(xiàn)有的架構(gòu)開銷模式;再次，加大對(duì)FlexE客戶倒換功能的保護(hù)力度;最后，加強(qiáng)FlexE傳輸頻率與時(shí)間上的同步性。

網(wǎng)絡(luò)資源切片的管控主要是通過(guò)接入網(wǎng)、傳送網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心以及控制器等設(shè)備共同作用實(shí)現(xiàn)的。其中控制器主要負(fù)責(zé)進(jìn)行底層資源數(shù)據(jù)的及時(shí)有機(jī)和轉(zhuǎn)換，并通過(guò)與網(wǎng)絡(luò)接口的有效連接，完成數(shù)據(jù)信息的處理和傳輸，之后再利用其它設(shè)備將接受到的數(shù)據(jù)信息實(shí)施切片處理，并上傳到制定分區(qū)網(wǎng)絡(luò)中，使其形成新的VPN，為用戶提供更多優(yōu)質(zhì)服務(wù)。而網(wǎng)絡(luò)傳送控制器則可以在底層傳輸技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)面向的業(yè)務(wù)需求實(shí)行網(wǎng)絡(luò)切片。

比如，通過(guò)對(duì)延時(shí)傳動(dòng)技術(shù)的物理節(jié)點(diǎn)以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行劃分，能夠有效提升網(wǎng)絡(luò)的傳送量和傳送效率;將管道技術(shù)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)斷開予以隔離，可以改善寬帶網(wǎng)絡(luò)的傳送效率;將路由器功能的節(jié)點(diǎn)與以太網(wǎng)功能板卡予以劃分，實(shí)現(xiàn)海量通信網(wǎng)絡(luò)的傳送。傳送網(wǎng)SDN資源切片的虛擬化方案如圖3所示。

4面向業(yè)務(wù)性能需求的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化控制

5G網(wǎng)絡(luò)下對(duì)于時(shí)延性有著較高要求，在設(shè)計(jì)運(yùn)維過(guò)程中，傳送網(wǎng)需要制定合理措施對(duì)端到端的業(yè)務(wù)承載性能進(jìn)行控制，以滿足網(wǎng)絡(luò)延時(shí)性的要求。同時(shí)在承載初期階段，還應(yīng)有效控制流量，從而制定合理的優(yōu)化方案。由此可知，在SDN管控架構(gòu)建設(shè)中，要確保其具有性能檢測(cè)以及網(wǎng)絡(luò)控制等相關(guān)功能。這就要求在SDN域控制器和多域控制器上，添加流量和延時(shí)信息的收集與拓?fù)湫阅埽员阌诟咝瓿删W(wǎng)絡(luò)資源的分析和計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上，掌握時(shí)延性業(yè)務(wù)路的相關(guān)信息。

5結(jié)束語(yǔ)

希望通過(guò)本文的論述，相關(guān)人員可以對(duì)SDN管控架構(gòu)建設(shè)的性能及需求有一個(gè)明確的了解，并在此基礎(chǔ)上，不斷提升5G網(wǎng)絡(luò)的整體性能，以此推動(dòng)我國(guó)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]王韻.SDN在綜合承載傳送網(wǎng)的引入與應(yīng).用[J].電子測(cè)試，2018（24）.

[2]張奇.SDN在傳送網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)及流量工程應(yīng)用場(chǎng)景[J].電信科學(xué)，2015（S1）.

[3]李碩.SDN/NFV技術(shù)在5G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用分析[J].中國(guó)新通信，2017（19）.

[4]劉國(guó)強(qiáng).SDN和NFV的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)探究[J].信息通信，2018，185（05）

[5]徐凌澤.基于SDN的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架[J].通信電源技術(shù)，2017（01）.