基于SDN的跨域路由技術的專利分析

杜曉萍 李奕福

摘要：隨著網絡規模的不斷擴張，目前的網絡架構存在巨大的挑戰和壓力，基于軟件定義網絡（SDN）具備控制轉發分離和靈活管理的特點，將SDN應用到大規模數據跨域路由中，實現跨域的數據傳輸，可以提高網絡的傳輸能力。本文通過對基于SDN的跨域路由技術的專利分析，以期為SDN在多個數據中心網絡間的研究、應用以及網絡交換的專利審查員提供參考。

關鍵詞：SDN;跨域;專利分析

1 引言

軟件定義網絡（簡稱SDN），由斯坦福大學的Clean Slate項目組于2012年提出，其主要優勢在于：①分離控制平面和數據平面，控制器實現集中控制和管理;②網絡可以通過程序自動化進行管理;③利用網絡和流抽象的全局視圖，可以動態的調整網絡流量;④采用開放標準openflow 協議，與網絡設備供應商分離，具有良好的可擴展性。SDN技術在域內取得了很好的應用，目前研究人員嘗試將SDN技術應用于大規模數據跨域傳輸中，實現域間路由。

2 專利檢索情況

本文以基于SDN的跨域路由為主題，在Incopat專利數據庫中進行檢索，檢索專利文獻截止日期到2020年12月29日，通過分析、去重、標引等方式，獲得關于SDN跨域路由的專利申請情況，基于該檢索情況，本文分析了SDN跨域路由的專利申請量情況、申請人的全球/國內分布情況、主要技術分類申請等方面。

3 專利申請分析

3.1 專利申請量分析

從圖1可看出，在全球范圍內，我國的申請量處于領先地位，占據全球申請量的一半，其次是美國，申請量接近我國的一半。這與國內企業/機構對該領域的重視程度有關，隨著網絡規模的不斷擴張，網絡中的數據流量呈現爆炸式增長，這種互聯網的發展所帶來的網絡需求給現有的網絡架構帶來了巨大的壓力，雖然SDN網絡解決了當前較多的IP網絡存在的問題，但是其部署仍面臨較多的技術、業務和經濟等多方面的問題，這也促使企業/機構對SDN對跨域領域的不斷研究應用，以期獲得解決相關問題的方法。

3.2 國內申請人情況分析

由圖2可看出，申請量靠前的公司機構分別為：華為技術有限公司、中興通訊股份有限公司、北京郵電大學、中國電信股份有限公司。其中，華為技術有限公司在SDN跨域傳輸領域申請量最大，占比達到了15.7%。

華為技術有限公司在2013年針對SDN在大型網絡中實施時網絡業務（例如應用層業務優化（ALTO））可能面臨的集成問題，進行了專利申請（CN104205767A），其公開了一種用于使用SDN節點和ALTO節點優化業務的方法，其中所述方法包括接收來自節點的對網絡資源的請求，從所述ALTO節點獲取多條業務優化信息，使用從所述ALTO節點接收到的所述業務優化信息與第二SDN節點協商一條或多條路徑，構建所述多條路徑，以及將一個響應發送給所述節點，指示所述節點可通過其中一條所述路徑轉發包。該申請具有5個同族，在美國、歐洲、中國進行了專利布局。

4 主要技術分類

4.1 SWAN

基于SDN的思想，針對大規模數據跨域傳輸問題，微軟通過在數據中心網絡部署Softwar-Driven WAN（簡稱SWAN），使用SDN技術實現數據中心網絡間的互聯互通，實現網絡的靈活控制，提升其傳輸能力。在SWAN中，控制器獲取多個數據中心網絡的帶寬、時延等網絡參數，并維持全局拓撲結構，根據數據中心間的傳輸需求信息進行傳輸路徑路由的計算，最后將計算得到的路徑下發至交換機，完成路徑的部署，實現域間交換傳輸。與傳統跨域傳輸方式相比，SWAN有效提高了域間的傳輸能力，但其僅采用單一控制器，也就說，不同的數據中心網絡均與一個核心控制器連接，該結構極大地限制了真實環境下的網絡架構部署，同時僅有一個控制器容易出現單點故障問題，而且還需要考慮核心控制器的性能，該性能的好壞決定了整體SWAN的性能。

該領域的全球專利申請量較少，說明高校、研究機構、企業在并不看好該技術領域，在該領域投入研究較少。國內的申請人以北京郵電大學為主，申請的發明專利均已授權，涉及技術包括一種使用hostapd平臺SWAN拓展協議的通信方法、一種SWAN架構中基于用戶QOS的切換判斷策略方法、一種基于Floodlight的SDN無線網絡管理平臺及認證方法。

4.2 SD-WAN

軟件定義廣域網（簡稱SD-WAN）是軟件定義網絡（SDN）技術在廣域網（WAN）中的一種特定的應用場景，是將SDN技術應用到廣域網場景中所形成的一種服務，這種服務用于連接廣闊地理范圍的企業網絡、數據中心、互聯網應用及云服務。這種服務的典型特征是將網絡控制能力通過軟件方式實現“云化”，支持應用可感知的網絡能力開放。通過SD-WAN，公司可以用低成本的網絡構建方式建立起高效能的廣域網網絡。企業可以部分或完全替換掉昂貴的私有廣域網絡技術，例如MPLS。在SD-WAN中，每個自治系統主要包括三個網絡設備，分別為Quagga軟件、SDN集中控制器、OpenFlow交換機。Quagga軟件通過BGP協議獲取域間路由路徑信息;SDN集中控制器通過域內的控制器的交互獲得全局網絡的拓撲結構信息，同時通過讀取Quagga內的信息獲取域間路由路徑，并生成相應流表;OpenFlow交換機則根據流表項實現數據轉發功能。

從圖3可看出，該領域的全球專利量與SWAN相比，存在明顯優勢，從2015年開始申請量逐年增加，在2019年達到了100件，而美國和中國是主要的申請國家，其美國的申請量幾乎占了申請量的一般，其數量接近我國的兩倍。這說明美國對SD-WAN領域較為重視，在該領域的投入較多的研究。

在SD-WAN領域中，申請量排名靠前的申請人大部分都是涉及核心網絡領域的主流公司。其中，思科公司（cisco）申請量最多，在2019年申請量達到了最大量，涉及SD-WAN網絡中動態調整BFD計時器的機器學習方法、使用預測模型來估計SD-WAN網絡中的隧道QoS的每個流呼叫準入控制方法等。

5 結語

利用SDN技術實現域間的傳輸是重要的網絡傳輸技術，該技術可以有效提高網絡傳輸能力，其涉及SD-WAN網絡的技術分支是目前涉及核心網絡領域主流公司的主要研發重點，相應地申請量也逐年增長，增長趨勢仍然比較強勁。本文通過對基于SDN的域間路由技術的專利申請情況進行梳理，以期為SDN在多個數據中心網絡間的研究和應用以及網絡交換的專利審查員提供參考。

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