基于SDN的城域綜合IP承載網絡架構研究

【摘要】? ? 移動通信和固網寬帶是城域綜合網絡的兩種關鍵性業務，在IP綜合承載網絡的環境，可以有效地將而且融合在一起，提高網絡的通信速率，城域網絡除了對帶寬的剛性需求外，還需要將移動網絡與固定網絡進行深度的融合，要求網絡能實現全方位的覆蓋，要求同一區域內移動網絡與固定網絡實現業務全覆蓋。通過對城域綜合IP承載網絡架構參考體系進行分析，探究了城域綜合IP承載網絡架構的關鍵特征與主要技術，為相關研究者提供借鑒與參考。

【關鍵詞】? ? SDN? ? 城域綜合網絡? ? IP承載網絡

隨著城域網通信業務不斷增加的背景背景下，如何提高網絡通信的傳輸速率與用戶的體驗，不僅需要服務商為用戶提供多種業務，還需利用靈活多樣的組網網絡，才能滿足通信的要求，在這種全業務運營的環境中，需要利用新技術來實現固定網絡與移動網絡的綜合承載，發揮移動網絡與固定網絡資源的協同效應，實現二者的規模化發展，成為人們關注的熱點問題。同時，隨著網絡數據的爆發式增長，網絡通信的時延敏感業務也影響著用戶的體驗效果，在面對5G業務對移動通信邊緣計算MEC技術的發展，也要求對城域網綜合業務進行改造，以滿足大量數據通信業務的需求。

一、城域綜合IP承載網絡架構參考體系

SDN（Software Defined Netrork，軟件定義網絡的簡寫）具有軟件控制與資源轉移的等特征，主要功能是利用軟件控制方式實現網絡管理，并能將移動網絡通信中控制邏輯與固定網絡有效地結合在一起。SDN技術的控制器，可以有效的捕捉整個通信網絡的動態轉發表、網絡的全局靜態拓撲、移動網絡通信的故障狀態以及移動通信網絡中的資源利用效率等情況，并能結合網絡通信的具體業務需求，可以對資源進行統一優化與配置。利用SDN的可編程技術，可以利用其來部署網絡的通用硬件與高級軟件來代替移動通信網絡中的昂貴的通信設備，進而實現不同設備制造商之間的不兼容的狀況，結合城域通信網絡構建的需要，設計如圖1所示的基于城域綜合IP承載網絡架構。

1、Web UI/服開系統/資源系統/綜合網管。是對網絡資源進行綜合管理，系統的API北向接口與城域網編排器連接，優化城域網綜合能力，系統采用第三方應用API編程接口，便于第三方業務接入到系統中，提高系統與外部網絡的通信效率。

2、城域網業務編排器。它的功能是通過北向API接口與上層服務系統連接，實現網絡資源的調用，提高用戶之間的數據交換能力，通過南向API接口與城域綜合IP承載網控制連接，合理地調用網絡通信資源，以快速的實現城域網絡內的資源實施調動與網絡資源的自動分配管理。

3、城域綜合IP承載網控制面。城域網的業務包括是多個層次，主要要有網關業務匯聚控制MSG-C系統、移網控制面設備S/PGW-C系統以及軟件管理SDN控制器等，主要功能是對城域網絡的資源調配與業務的集中控制。

4、城域綜合 IP 承載網轉發面。在SDN架構體系上，利用SDN的可編程功能，對IP承載網的數據轉發與控制進行管理，在承載網的數據轉發功能上，實現用戶數據包的轉發與處理控制，并能將多種設備連接在一起，提高網絡承載能力。

5、城域綜合IP承載網接入網。主要功能是負責對城域內的固定通信網絡以及無線移動通信數據接入與控制。

6、CDN。它的功能主要是負責大數據業務的處理，例如視頻、網絡游戲、5G邊緣計算等一些大數據量的傳輸。

二、基于SDN的城域綜合IP承載網絡技術特征

2.1承載網絡扁平化

通過對城域IP綜合網絡進行扁平化的改造，在城域網的核心網中采用轉發面下沉技術，將通信網絡的S/PGW控制轉發面下沉，便于不同數據之間進行快速的交換，網絡的移動通信業務則是采用本地IP RAN 接入環，將移動網絡與固定網絡通信匯聚在核心網層，實現城域IP承載網絡的偏平化管理。

2.2 CDN內容源下沉

在現有的城域通信網絡中，省核心機房將CDN節點控制在機房內，導致網絡通信的傳輸距離過長，數據轉發多跳而且復雜，如果網絡擁擠時還會出現丟包的情況，而且還會導致用戶訪問數據的出現延遲，網絡通信的體驗效果差等，采用城域網IP承載網絡，可以將CDN由核心DC下沉至匯聚DC，用戶可以通過本地節點來訪問數據，降低通信時延，也能提高用戶的體驗效果。

2.3控制面和轉發面解耦合

利用SDN和NFV技術可以實現通信網絡的虛擬化技術，采用編程開發將同通信標準的網絡硬件組合在一起，不僅便于服務商開發新的業務，實現網絡軟件的全面革新，使得網絡擺脫了依賴傳統軟件的升級的方法，利用SDN和NFV技術提高了通信網絡軟件管理效率，也保證了通信網絡架構創新的集中化管理。將SDN、NFV設備與網絡邊緣控制設備融合在一起，提高網絡通信效率，滿足復雜通信的要求。

三、基于SDN的城域綜合IP承載網絡架構技術要求

3.1基于SDN的城域綜合IP承載網絡架構

采用SDN的可編程技術，將移動、固網多業務匯聚接入整合在一起，能實現移動通信網絡的回傳網、固網城域網等融合，使得移動通信網絡、固定網絡的各類業務能從匯聚層向多業務匯聚網關MSG統一承載，實現了大業務數據的統一管理;在具體的網絡架構上，實現了多業務匯聚網關MSG、S/PGW的轉控分離，將業務匯聚控制MSG-C系統、S/PGW-C核心層融合在一起，實現二者的集中控制與管理，并將城域網絡的移動控制面MSG-U、S/PGW-U匯聚層分布式轉發，將網絡通信業務數據利用CDN節點下沉技術將其下沉至匯聚層，從而能提高數據通信效率;在具體業務數據處理功能上，將移動數據業務回傳的層級從7-10跳壓縮到4跳，在很大程度上提供了網絡通信速率，用戶在訪問CDN的熱點內容源時，將數據的轉接層級由原來的10-12級減少到4級，這樣就使得城域綜合IP承載網實現了高性能、低時延、高帶寬、高傳輸速率的功能，利用SDN技術和NFV技術的結合，對通信網絡的運行狀態進行控制，實現通信網絡的智能化數據控制與管理，形成新一代城域網絡的架構，從有利于實現網絡數據的快速傳遞?；赟DN的城域綜合IP承載網絡架構如圖1所示。

3.2城域綜合IP承載網絡的技術要求

1.編排器技術要求。業務編排器的功能是實現城域綜合IP承載網的業務編排與網絡數據協同控制管理，業務編排功能是對網絡中資源進行抽象與封裝，利用編排器的靈活組合，為網絡數據提供多功能的API標準接口，可以將多種數據通信連接在一起，以便于支持城域網定制性開發。編排器將各個網元連接在一起，實現網絡的協同控制，并根據網絡業務傳輸的需求，自動屏蔽網絡底層的設備差異，為網絡通信提供自動化、智能化的運維與管理手段。1）編排器近期部署。首先，移動業務數據的統一配置下發，通過編排器調用控制器對網絡中的業務數據進行統一配置，以保證不同廠家設備的業務數據管理與數據配置，自動屏蔽設備之間異構差異的細節，靈活的實現移動網絡通信。其次，固移QoS業務統一的控制與管理，移動寬帶網VoLTE、游戲加速等高QoS 級別業務往往對網絡通信傳輸速率、可靠性、穩定性等提出了較高的要求，利用綜合IP承載網關可以有效的解決這一問題。2）編排器遠期部署。網絡的流量調優控制，根據城域綜合IP承載網的拓撲結構、網絡帶寬、通信流量、網絡通信鏈路質量等，利用編排器與SDN技術協同控制，計算網絡通信的最佳路徑，提高網絡系統的效率，而且利用城域IP綜合網絡能實現網絡通信流量的智能控制。網絡新業務產品開發，利用編排器的協同能力編排，進行網絡新業務開發，能面向用戶、業務部門等，靈活的輸出個性化的業務與服務。

2. API接口技術要求。城域網編排器是保證網絡通信業務靈活控制，API對外接口主要包含南向接口和北向接口。它們具有不同的功能，通過利用南北向的靈活REST API 接口協議和控制器互通，從而能將固網與移動網絡結合在一起，以滿足不同用戶的差異化需求。1）編排器北向接口。北向接口的功能是獲得城域綜合IP承載網的拓撲結構、網絡業務節點與同學的鏈路狀態，以實現網絡數據資源與業務資源的收集、處理與管理;并利用開發的服務通信接口，實現新業務的開通、變更、刪除與管理等，與網絡控制層級的Web UI的接口連接，提供開放的API服務，便于實現網絡資源業務的自查控制與管理;北向接口與資源管理系統連接，重點是實現網絡資源的統一調度。2）編排器南向接口。通過南向接口編排器REST API接口，將網絡中的差異化數據服務連接在一起，通過控制器的配置的YANG模型，實現不同區域、廠家的控制器管理與對接，實現網絡的靈活組網。

3.控制面技術要求。1）拓撲管理。利用SDN技術的控制功能，能自動發現網絡的拓撲結構，自動對網絡信息進行直觀控制，展示網絡的告警信息等，還能直接反映網絡通信故障信息，便于管理員維護網絡。2）網絡配置管理。主要包括網絡的統一管理、網絡的批量數據業務處理、網絡數據業務的查詢能力等，能夠對網絡交換機、路由器、防火墻等進行統一集中管理，提高網絡的配置效果，還支持IP 地址、VPN、VLAN等網絡資源的查詢與管理控制功能，便于與網絡資源管理系統的對接，提高網絡資源的利用效率。3）控制器接口。SDN控制器南向接口的功能是實現網絡鏈路的管理、網絡拓撲結構的管理、通信策略的制定、表項下發等功能，從而能實現網絡資源靈活配置，使得城域綜合網絡的配置效率更高?？刂破鞅毕蚪涌趯⒊怯蚓C合IP承載網絡的各種功能連接在一起，便于快速的對網絡通信業務數據部署、監控與管理，及時發現網絡通信中存在的問題。

四、結束語

SDN/NFV技術作為新型的網絡通信技術與網絡技術架構，利用SDN技術的功能抽象以及軟硬件解耦，使得網絡硬件與軟件之間的聯合變得靈活，突破傳統城域IP承載網絡通信的限制，從而能有效的提高網絡架構的靈活性與拓展性?；赟DN和NFV的新型城域網綜合IP承載網的網絡架構，為用戶提供了全新的體驗，克服了傳統城域網絡通信的不足，提高了網絡通信的效率。

作者簡介：彭楠（1984.08—），女，廣東汕頭人，大學本科理學學士，通信技術工程師，主要從事工作：數據業務網、承載網、傳輸網、核心網等通信項目的規劃設計管理工作

參? 考? 文? 獻

[1]李彤，馬季春.云化背景下運營商數據網演進思路探討[J].郵電設計技術，2020（4）：56-58.

[2]華一強，路康.基于SDN的DCI業務的應用場景和業務流程探討[J].郵電設計技術，2019（12）：66-71.

[3]赫罡，郭愛鵬，鄭毅，等. 基于SDN/NFV的新型IP城域網架構及演進[J].郵電設計技術，2020（1）：36-38.

[4]毛東峰，張強，賈曼等.面向SDN/NFV的新一代運營系統綜述[J].電信技術，2020（6）：39-41.

[5]王家成.淺談基于多業務承載IP城域網網絡架構演進[J].信息通信，2019（12）：228-229.

[6]錢春巍，陳建業.IP城域網業務開展及技術[J].現代電信科技，2019（7）：8-12.