论文部分内容阅读
【摘要】 承载网作为基础网络，应满足5G回传业务，5G前传业务，通信云间本地业务、大客户、互联网宽带业务以及其他新增的特色定制化业务的承载需求，5G智能承载网络主要以智慧化为目标，打造智慧化、高效性、扁平化的基础承载网络，支撑5G全面云化业务，实现业务的智能化开通、调优、维护。
【关键词】 SDN技术 5G智能承载网 应用分析
一、概述
随着运营商网络设备的不断增多，网络上部署的设备内置了各种各样的网络协议，这增加了运营商们对定制化网络的管理难度，运营商的维护人员也无法在现有的网络设备上调配开通新的业务。同时，现有的承载网技术更新换代的周期越来越快，各种用户的需求也呈现出丰富多变的特点，新业务的不断变革，5G大带宽业务的蓬勃发展，用户追求高带宽大流量的需求，各种新型服务层出不穷的出现，进一步凸显了传统网络资源瓶颈的问题。
传统承载网在根据业务需求部署扩容之后，由于传统传输设备的硬件是由网络设备供应商提前根据业务需求制造的，如果新的业务需求出现，设备供应商是不可能在现有的网络设备上修改已设定好的繁杂的网络协议，导致运营商们只能重新部署一张崭新的网络。目前5G基站业务蓬勃发展，业务模式多种多样，承载网络的稳定性和可靠性不再是衡量用户满意度的标准，灵活性、敏捷性和实时性反而是抢占客户的决定性因素。
在5G大发展的背景下，用户的多寡变成衡量这个网络好坏的标准，运营商们希望将Control level与Forwarding leve分离，从而摆脱硬件设备商对业务需求的不能及时响应。
故SDN技术的落地给运营商提供了新的思路。SDN是基于控制层面和转发层面相互分离的技术，控制层面作为脑部中枢，直接指挥转发层面向东向西，打个比方，一群工蚁在指挥官的指挥下，有条不紊的将大米粒运回洞穴，指挥官就像控制层面，工蚁就像转发层面，它们不需要思考，能听懂指挥就可以。这种模式使网络的运行简单明了、业务开通的效率快捷方便。
二、SDN的定义
SDN（software Defined Networking），中文名称为软件定义网络，它是一种基于软件编程的网络结构和技术，它的核心技术OpenFlow是通过将在网运行的设备的控制层面与数据转发层面或者管理层面分离开来，支持集中统一的网络管控，可以达到灵活控制网络流量的目的，使底层笨拙的物理网络作为硬通路由变得更加灵活智能，也可以为核心层网络拓扑及客户应用提供良好的创新平台。SDN的这种中枢和行动分离的能力使得网络的智能化统筹管理和集中化控制分发，获得了数量级般的提升，能够有效的化解当前网络所面临的资源规模扩容受限，业务调整不灵活、业务开通时效性低，组网模式变更被动等尴尬问题。
SDN的核心诉求就是希望APP或者用户参与对已部署网络的管理与控制，满足各种个性化的应用，使其能够在既有网络上得到快速准确的响应，运营商的维护部门希望可以全程全网监控设备运行状况、光缆路由走向、业务流向、故障点等，为了满足这种核心诉求，SDN必须做到控制层面与转发层面相分离或者管理层面与控制层面相分离。
三、SDN网络的架构及特点
SDN的典型架構分为三层，分别是应用层、控制层、数据传输层。
最上面一层被称为应用层，应用层的主要功能为信息处理。它是SDN的核心所在，应用层可以通过控制层对个性化服务数据进行计算、处理，应用层需要完成数据的管理和数据的处理。
中间一层为控制层，控制层主要负责处理网络资源的收集、识别、再分配，在线实时监控网络拓扑路由变换、跟踪网络流量信息、收集业务的状态信息等;在控制层，最重要的就是SDN控制器，它肩负着整张网络的监控、分配、查询、改路等信息的处理及发布。
最下面一层是数据传输层，可以较快的处理与之匹配的数据流，能为数据提供简单的转发功能，它的组成部件主要是一些网络设备。
除了以上三个层面之外，控制层与数据层之间的接口例如OPenFlow以及应用层与控制层之间的接口API也是SDN网络中的重要组成部分。按照网络架构中接口的位置，OPenFlow称为南向接口，API称为北向接口。
四、SDN控制器在综合网管中的应用
目前基础承载网正向着网络拓扑结构简单化，网络协议标签透明化，各厂家的组网设备统一化，网络管理及控制智慧化，网络维护便捷化等目标发展。随着通信云业务、5G基站业务及其带动的工业互联网业务、集团大客户以及常规的宽带互联网业务的不断发展壮大。原有的基础承载网要适时的转变原来被动的承载方式，引入更加智能化、标准化、统一化的硬件设备以及个性化的软件，打造出一张以云数据中心为核心的综合智能承载网。
在这张网上，搭建地基的硬件设备是简单化、智能化的，上层加载的软件是多样化、个性化的，所以这也就需要网管监控系统具备智慧化、自动化、开放式。智能化可以实现点对点、端对端个性化新业务的实时开通，自动化可以发现网络运行中的故障点，自行倒换最佳路由，自动报警，及时切换，极大的解放人力消耗;开放性可以给用户提供亲身参与定制化业务开通的体验感提升用户的参与感。
河南联通下辖18个地市，每个地市均建设有独立的智能承载网，这张承载网，网络覆盖面积大、网络结构复杂、网络安全性及可靠性要求较高、涉及的设备供货多厂商较多（华为、中兴、烽火、新华三等）等特点。驱使全国层面建设一套智慧化额综合网管。
目前河南联通智能承载网综合网管系统采用两级结构，骨干层面联通集团统一建设，省级层面，集团公司统一编制网管系统技术规范书，指导各省自行建设本省的网络管理系统，省级网管系统建设完成后与骨干层面的网络管理系统进行对接，完成端到端的实时管理监控。 网络管理系统组架图如下图所示，业务门户是定制化业务自行载入的统一接入口，集中网管系统可以为运营商的网络维护人员提供各种需要的功能，SDN控制器及业务系统可以满足智能承载网的网间协同，编制控制程序及组织统一下发。
智能承载网SDN控制器及业务系统实现协同、控制及配置程序下发等，可满足5G大带宽低时延高可靠性的业务、通信云与互联网一体的业务、大客户专线业务以及传统的宽带互联网业务的综合承载，以及以综合承载为基础的其他业务开通自动化、业务调整灵活化、带宽配置弹性化、业务配置线上化等更高层次的目标。其中：
（1） 业务系统负责基础业务及个性化业务的实时开通、按需调整由直接网管服务器控制，同时开放北向接口的网络调度能力和业务寻路能力，供用户随时调整随时调用。
（2）SDN控制器具备对自己区域范围内负责的智能承载网各层级设备（接入设备、汇聚设备、核心设备）的集中控制能力，实现业务路径的计算，优先选择最佳路径，以及指挥控制网络中枢完成智能的业务配置，实现配置指令的自动下发。
（3）智能承载网SDN控制器采用南向配置模板与南向网络设备对接。
（4）智能承载网SDN控制器与业务系统和云网跨域协同层、通信云之间接口采用标准接口对接。
基于 SDN 控制器的部署，网络可以实现的功能有：
网络自动部署：通过 SDN 集中控制器的信息采集功能获取全网全局的网络拓扑结构，将外部光缆网资源和内部路由寻址资源作为资源池，根据客户定制的业务类型、带宽大小、流量多寡、刚性、弹性模式等需求，进行网络的部署，驱动互联网层及光缆通路层的路由贯通，建立直达链路，形成不同以往的新拓扑。
业务自动发放： IP+光协同解决方案支持业务自动发放，可以将跨 IP 和传输多部门的两层业务发放处理流程简化。通过统一的业务处理入口，自动化的跨层处理网络资源提供并实现业务自动发放，避免不同部门之间的人工协调，缩短业务开通时间，从月/周到秒的量化升级 。
带宽按需分配：包含带宽按需发放，带宽按需定制，带宽按需调整，服务质量选择（SLA 选择）等。
简化网络运维： 能够充分发挥软件自动控制的能力，为网络提供丰富的运维应用。应用范围覆盖规划设计、业务发放、维护与故障处理、网络分析优化等各个方面，使得网络的业务规划更简单，业务提供更快速，故障处理更便捷，网络维护更简单。
五、智能承载网网络管理模式
智能承载网在初期将采用SNMP和Telemetry相结合的模式，对一些时效性要求不高，变动频率不高的数据可采用SNMP模式进行采集，对要求时效性高，需精准采集的数据采用Telemetry模式采集;后续管理统一到YANG模型驱动的Netconf+ Telemetry，由分钟级粗放式的拉模式管理向秒级自动上报的推模式进行演进。Telemetry主要特点如下：
（1）采集周期短：采用推模式进行管理信息的采集，通常采集周期能达到秒级或亚秒级，设备自动上报需要采集的数据，设备掌控主动权。
（2）智能化、自动化：按照YANG模型，精准、实时的将丰富的数据源自动的打包推送给管控平台，对数据进行分析处理后，支撑精准运维和管理，数据采集周期短，不易出现数据故障等信息的遗漏问题。
六、结束语
SDN是现阶段网络发展的趋势之一，SDN 技术赖以生存的本质是差异化的用户体验，在5G建设的浪潮中，抓住了用户就等于抓住了流量，抓住了网络发展的契机，SDN技術加载在智能承载网上，不同的用户通过智能化操控应用层的APP、开放的集中控制平台，不断优化承载网络本身的承载能力，使承载网以更加精准及时的网络运营方式提升网络的KPI，故而SDN 技术将成为现阶段运营商们在建设智能承载网时最受青睐的选择。
【关键词】 SDN技术 5G智能承载网 应用分析
一、概述
随着运营商网络设备的不断增多，网络上部署的设备内置了各种各样的网络协议，这增加了运营商们对定制化网络的管理难度，运营商的维护人员也无法在现有的网络设备上调配开通新的业务。同时，现有的承载网技术更新换代的周期越来越快，各种用户的需求也呈现出丰富多变的特点，新业务的不断变革，5G大带宽业务的蓬勃发展，用户追求高带宽大流量的需求，各种新型服务层出不穷的出现，进一步凸显了传统网络资源瓶颈的问题。
传统承载网在根据业务需求部署扩容之后，由于传统传输设备的硬件是由网络设备供应商提前根据业务需求制造的，如果新的业务需求出现，设备供应商是不可能在现有的网络设备上修改已设定好的繁杂的网络协议，导致运营商们只能重新部署一张崭新的网络。目前5G基站业务蓬勃发展，业务模式多种多样，承载网络的稳定性和可靠性不再是衡量用户满意度的标准，灵活性、敏捷性和实时性反而是抢占客户的决定性因素。
在5G大发展的背景下，用户的多寡变成衡量这个网络好坏的标准，运营商们希望将Control level与Forwarding leve分离，从而摆脱硬件设备商对业务需求的不能及时响应。
故SDN技术的落地给运营商提供了新的思路。SDN是基于控制层面和转发层面相互分离的技术，控制层面作为脑部中枢，直接指挥转发层面向东向西，打个比方，一群工蚁在指挥官的指挥下，有条不紊的将大米粒运回洞穴，指挥官就像控制层面，工蚁就像转发层面，它们不需要思考，能听懂指挥就可以。这种模式使网络的运行简单明了、业务开通的效率快捷方便。
二、SDN的定义
SDN（software Defined Networking），中文名称为软件定义网络，它是一种基于软件编程的网络结构和技术，它的核心技术OpenFlow是通过将在网运行的设备的控制层面与数据转发层面或者管理层面分离开来，支持集中统一的网络管控，可以达到灵活控制网络流量的目的，使底层笨拙的物理网络作为硬通路由变得更加灵活智能，也可以为核心层网络拓扑及客户应用提供良好的创新平台。SDN的这种中枢和行动分离的能力使得网络的智能化统筹管理和集中化控制分发，获得了数量级般的提升，能够有效的化解当前网络所面临的资源规模扩容受限，业务调整不灵活、业务开通时效性低，组网模式变更被动等尴尬问题。
SDN的核心诉求就是希望APP或者用户参与对已部署网络的管理与控制，满足各种个性化的应用，使其能够在既有网络上得到快速准确的响应，运营商的维护部门希望可以全程全网监控设备运行状况、光缆路由走向、业务流向、故障点等，为了满足这种核心诉求，SDN必须做到控制层面与转发层面相分离或者管理层面与控制层面相分离。
三、SDN网络的架构及特点
SDN的典型架構分为三层，分别是应用层、控制层、数据传输层。
最上面一层被称为应用层，应用层的主要功能为信息处理。它是SDN的核心所在，应用层可以通过控制层对个性化服务数据进行计算、处理，应用层需要完成数据的管理和数据的处理。
中间一层为控制层，控制层主要负责处理网络资源的收集、识别、再分配，在线实时监控网络拓扑路由变换、跟踪网络流量信息、收集业务的状态信息等;在控制层，最重要的就是SDN控制器，它肩负着整张网络的监控、分配、查询、改路等信息的处理及发布。
最下面一层是数据传输层，可以较快的处理与之匹配的数据流，能为数据提供简单的转发功能，它的组成部件主要是一些网络设备。
除了以上三个层面之外，控制层与数据层之间的接口例如OPenFlow以及应用层与控制层之间的接口API也是SDN网络中的重要组成部分。按照网络架构中接口的位置，OPenFlow称为南向接口，API称为北向接口。
四、SDN控制器在综合网管中的应用
目前基础承载网正向着网络拓扑结构简单化，网络协议标签透明化，各厂家的组网设备统一化，网络管理及控制智慧化，网络维护便捷化等目标发展。随着通信云业务、5G基站业务及其带动的工业互联网业务、集团大客户以及常规的宽带互联网业务的不断发展壮大。原有的基础承载网要适时的转变原来被动的承载方式，引入更加智能化、标准化、统一化的硬件设备以及个性化的软件，打造出一张以云数据中心为核心的综合智能承载网。
在这张网上，搭建地基的硬件设备是简单化、智能化的，上层加载的软件是多样化、个性化的，所以这也就需要网管监控系统具备智慧化、自动化、开放式。智能化可以实现点对点、端对端个性化新业务的实时开通，自动化可以发现网络运行中的故障点，自行倒换最佳路由，自动报警，及时切换，极大的解放人力消耗;开放性可以给用户提供亲身参与定制化业务开通的体验感提升用户的参与感。
河南联通下辖18个地市，每个地市均建设有独立的智能承载网，这张承载网，网络覆盖面积大、网络结构复杂、网络安全性及可靠性要求较高、涉及的设备供货多厂商较多（华为、中兴、烽火、新华三等）等特点。驱使全国层面建设一套智慧化额综合网管。
目前河南联通智能承载网综合网管系统采用两级结构，骨干层面联通集团统一建设，省级层面，集团公司统一编制网管系统技术规范书，指导各省自行建设本省的网络管理系统，省级网管系统建设完成后与骨干层面的网络管理系统进行对接，完成端到端的实时管理监控。 网络管理系统组架图如下图所示，业务门户是定制化业务自行载入的统一接入口，集中网管系统可以为运营商的网络维护人员提供各种需要的功能，SDN控制器及业务系统可以满足智能承载网的网间协同，编制控制程序及组织统一下发。
智能承载网SDN控制器及业务系统实现协同、控制及配置程序下发等，可满足5G大带宽低时延高可靠性的业务、通信云与互联网一体的业务、大客户专线业务以及传统的宽带互联网业务的综合承载，以及以综合承载为基础的其他业务开通自动化、业务调整灵活化、带宽配置弹性化、业务配置线上化等更高层次的目标。其中：
（1） 业务系统负责基础业务及个性化业务的实时开通、按需调整由直接网管服务器控制，同时开放北向接口的网络调度能力和业务寻路能力，供用户随时调整随时调用。
（2）SDN控制器具备对自己区域范围内负责的智能承载网各层级设备（接入设备、汇聚设备、核心设备）的集中控制能力，实现业务路径的计算，优先选择最佳路径，以及指挥控制网络中枢完成智能的业务配置，实现配置指令的自动下发。
（3）智能承载网SDN控制器采用南向配置模板与南向网络设备对接。
（4）智能承载网SDN控制器与业务系统和云网跨域协同层、通信云之间接口采用标准接口对接。
基于 SDN 控制器的部署，网络可以实现的功能有：
网络自动部署：通过 SDN 集中控制器的信息采集功能获取全网全局的网络拓扑结构，将外部光缆网资源和内部路由寻址资源作为资源池，根据客户定制的业务类型、带宽大小、流量多寡、刚性、弹性模式等需求，进行网络的部署，驱动互联网层及光缆通路层的路由贯通，建立直达链路，形成不同以往的新拓扑。
业务自动发放： IP+光协同解决方案支持业务自动发放，可以将跨 IP 和传输多部门的两层业务发放处理流程简化。通过统一的业务处理入口，自动化的跨层处理网络资源提供并实现业务自动发放，避免不同部门之间的人工协调，缩短业务开通时间，从月/周到秒的量化升级 。
带宽按需分配：包含带宽按需发放，带宽按需定制，带宽按需调整，服务质量选择（SLA 选择）等。
简化网络运维： 能够充分发挥软件自动控制的能力，为网络提供丰富的运维应用。应用范围覆盖规划设计、业务发放、维护与故障处理、网络分析优化等各个方面，使得网络的业务规划更简单，业务提供更快速，故障处理更便捷，网络维护更简单。
五、智能承载网网络管理模式
智能承载网在初期将采用SNMP和Telemetry相结合的模式，对一些时效性要求不高，变动频率不高的数据可采用SNMP模式进行采集，对要求时效性高，需精准采集的数据采用Telemetry模式采集;后续管理统一到YANG模型驱动的Netconf+ Telemetry，由分钟级粗放式的拉模式管理向秒级自动上报的推模式进行演进。Telemetry主要特点如下：
（1）采集周期短：采用推模式进行管理信息的采集，通常采集周期能达到秒级或亚秒级，设备自动上报需要采集的数据，设备掌控主动权。
（2）智能化、自动化：按照YANG模型，精准、实时的将丰富的数据源自动的打包推送给管控平台，对数据进行分析处理后，支撑精准运维和管理，数据采集周期短，不易出现数据故障等信息的遗漏问题。
六、结束语
SDN是现阶段网络发展的趋势之一，SDN 技术赖以生存的本质是差异化的用户体验，在5G建设的浪潮中，抓住了用户就等于抓住了流量，抓住了网络发展的契机，SDN技術加载在智能承载网上，不同的用户通过智能化操控应用层的APP、开放的集中控制平台，不断优化承载网络本身的承载能力，使承载网以更加精准及时的网络运营方式提升网络的KPI，故而SDN 技术将成为现阶段运营商们在建设智能承载网时最受青睐的选择。