基于SDNNFVXX移动接入层网络架构研究Word下载.docx

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2.2物理网络虚拟化，资源虚拟化并灵活开放6

2.3业务隔离，提升用户感知7

三、软件定义接入网应用的关键技术8

四、结束语10

【参考文献】10

一、引言

目前电信网络持续不断向IT化演进，这是未来网络发展的趋势。

SDN（软件定义网络）/NFV（网络功能虚拟化）被业界认为是下一代网络标准。

根据欧美国家电信运营商发展的经验，核心网的计算量较大，信令相对复杂，甚至有可能不收敛，易从网络的边缘开始部署SDN/NFV，逐步向核心网渗透。

1.1传统电信网络的缺陷

当前信息时代随着新技术不断涌现，传统电信网络暴露出越来越多的问题。

目前电信网络的问题主要集中在封闭网元、垂直分割、刚性网络三个方面。

1）封闭网元

在早期，电信网络为了满足各种不同的场景和业务要求，引入了许多互相不兼容的通信协议，采用这些协议的设备又都是专用的，其扩展性差、创新能力不足、价格贵，这些专用设备就成为了封闭网元。

2）垂直分割

新型业务和商业模式采用的电信设备具有更丰富的功能和更高的性能，这些新的封闭网元会持续叠加到原来的电信网络上，而原来网络本身就很僵化复杂。

这些叠加网络不支持资源共享，垂直分割的成本又非常高。

3）刚性网络

电信网络的建设通常需要耗费很长的时间，因为需要大量专用的硬件设备和网络节点。

一台新设备从开始研发到最后商用，通常不少于18个月。

电信网络建成后，网络资源无法快速灵活地调整配置，将很难满足新兴产业的发展需求。

虽然运营商在MPLS（多协议标签交换）、IMS（IP多媒体子系统）等专业领域也采用了控制与转发分离的设备，但是在根本上没有改变电信网络的封闭和垂直分割的体系。

这就使运营商在提供新业务的便捷方面无法与互联网运营商进行竞争，另外也不能有效降低电信网络的运营和建设成本。

目前国家实施的互联网+、工业4.0等战略要求信息技术和制造产业进行定制化和智能化的升级，在云端存储大量的数据，这就要求提高网络资源利用率和动态配置能力，对传统电信网络进行改进，才能满足新的产业需求。

1.2SDN/NFV的优点

SDN在网络架构上不仅能够提供转发与控制分离的功能，而且在集中控制上还具有开放接口，以提供可编程的能力。

NFV在网元方面具有网络功能的虚拟化及软硬件解耦的功能。

因此，SDN/NFV是变革现有电信网络的技术驱动，其主要优势包括转发与控制分离、开放可编程、软硬件解耦。

1）转发与控制分离SDN具有的集中控制能力有利于运营商实时监控全网的性能状况，也有利于对已经虚拟化的网络资源进行切片，以达到网络资源的最佳分配。

2）开放可编程SDN/NFV具有开放可编程的功能，有利于设备商和运营商采用软件编程的方式重新组合网络功能，使消除故障、部署网络等业务的实施周期大大缩短，而且更简化，能持续对业务和服务进行创新。

3）软硬件解耦NFV在实施软硬件解耦后，在由通用硬件搭建的云平台上即可部署虚拟化网元。

运用于电信网络中，能减少硬件设备的类别，能使硬件资源得到动态分配，减少建设和运营费用。

在软件方面，能更多侧重于满足创新业务的需求。

SDN/NFV主要在以下三个方面对运营商具有价值：

a）具有开放接口，有利于快速提高创新业务。

采用SDN/NFV技术建设的电信网络具有开放性，打破了现有电信网络的封闭架构，搭建的电信基础平台能汇聚全社会的力量，提供新业务和新服务。

b）有利于创新业务的快速部署。

SDN/NFV技术构建的电信网络使用的是配置简化的通用硬件，使新业务不再依靠专门硬件实现。

网络功能的虚拟化便于自动化部署业务，极大缩短了新业务的上线周期。

另外，由于能够在小范围内对新业务进行试验性的推广，降低了部署新业务的风险。

c）有利于减少电信网络的TCO（总所有成本）。

由于SDN/NFV采用的是通用硬件，能够大规模集中采购，有效减少CAPEX（资本性支出）。

硬件配置的自动化和集中控制使维护成本大幅降低。

采用硬件资源池，提高了网络资源的共享能力。

运营商可以从全网的角度按需动态分配网络资源，提高网络的利用效率，全网资源达到最佳化。

SDN/NFV构建的新一代电信网络具有开放性和弹性，从根本上改变了原有电信网络的刚性体系和网元的封闭架构，为电信网络的未来带来了无限的发展空间，使构建云时代的电信网络成为现实。

二、SDN在接入网的应用场景

基于宽带接入网在发展中的难点，结合SDN/NFV技术，软件定义接入网可以在下列几种应用场景中尝试进行转发和控制分离，业务编排统一调度，以形成完整解决方案。

2.1接入设备虚拟化，远端节点聚合管理

随着用户带宽的不断提速，接入设备距离用户也越来越近，远端接入设备数量不断增长，再加上用户接入地点和接入介质的复杂多变以及接入设备厂家的多样化，让运营商在网络规划部署和运营维护网络中的海量接入节点和型态各异的设备型态时不仅需要多部门之间的协调沟通导致耗费时间，而且基于现有的人工逐网点配置模式在业务发放时会形成巨大的工作量并导致出错率高和效率低下。

设备虚拟化情况下远端节点聚合管理应用场景下图所示。

图1设备虚拟化情况下远端节点聚合管理应用

利用SDN及NFV的技术，将不同FTTx场景下的远端节点MDU、SFU和HGU等设备虚拟化，部分控制功能上移，在OLT上则屏蔽差异化的不同远端节点设备，通过网管或协同层的调度来支持上层和OLT的直接对接，实现聚合管理和整体规划；

通过控制面中接入控制器的抽象、虚拟等关键技术功能实现业务自动发放、业务升级以及性能数据的采集代理功能，支持运维自动化；

支持自动发现拓扑结构以及远端接入设备节点的即插即用。

2.2物理网络虚拟化，资源虚拟化并灵活开放

随着互联网的发展，并应对带宽价值不断持续下降的现状，电信运营商希望能针对零售服务供应商（RSP）价值客户出售差异化的网络资源和业务，弥补收支差和鼓励业务创新。

但电信运营商目前经营模式以带宽出租为主，收入模式单一。

RSP无法有效自主业务运营和创新，其新业务上线依然要依赖于电信运营商的配合，业务需求从申请到生效的周期比较长，并且只能获得提供简单差异化的带宽，而无法获得进一步差异化的网络服务，尤其不利于其业务发展。

物理网络虚拟化情况下资源虚拟化并灵活开放应用场景如下图所示。

图2物理网络虚拟化情况下资源虚拟化

基于SDN/NFV技术，基础物理网络在逻辑上构造多个资源和功能虚拟化的虚拟逻辑网络。

不同租户可以独享虚拟逻辑网络，利用电信运营商提供的开放API，自主快速的进行业务创新，并按需配置资源。

同时电信运营商可以保障不同逻辑虚拟网络之间的资源相互隔离，从而实现不用租户间的业务运营安全。

2.3业务隔离，提升用户感知

电信运营商的网络环境中，多种业务共存，如移动业务、专线业务和家客业务等。

在业务规划、配置和运行过程中，往往会相互干扰影响，引发资源的冲突和协调，致使用户感知差、业务运维复杂且效率低。

业务隔离情况下提升用户感知应用场景如下图所示：

图3业务隔离情况下提升用户感知应用场景

可以利用SDN/NFV技术，根据不同的用户和业务构建不同的虚拟网络（比如将单一的物理设备逻辑划分为多个承载不同业务的虚拟设备，每种业务对应一个虚拟接入网），管理权限按域划分，资源按需分配，从而实现在多业务场景下业务间相互独立、相互隔离、互不影响的目标，提升用户的业务体验，简化网络部署，降低运维成本。

比如小基站回传部署中，可以利用SDN/NFV的虚拟化和集中控制技术，实现端到端的动态资源配置调整，保障业务QoS。

三、软件定义接入网应用的关键技术

目前，SDN/NFV技术在接入网应用还处于发展的初期，还有很多关键技术问题需要解决。

根据上述技术架构和应用场景的分析，可以看出其主要包括如下几个关键技术：

（1）系统模型的建立和细化。

系统模型研究主要是在宽带接入网融入整体SDN/NFV战略的前提下，通过对接入网络中各个设备的功能和资源按照不同层次和粒度进行细分抽象，并建立各功能和资源抽象之间的关系模型，从而实现基础网络与上层业务之间的协同（即业务编排功能）。

该关系模型需要能适应当前的业务需求，并可灵活扩展以支持未来的业务发展。

该关系模型也需要能同步协调支持城域网络、运维支撑网络等相邻网络的发展演进。

最后该关系模型必须是一种能支持多种技术、多个厂商，并可以适应多样化部署场景的开放、适应未来并后向兼容的模型[5]。

（2）演进路线。

SDN/NFV在宽带接入网的引入是一个逐步演进和发展的过程。

由于接入网是电信网络资产占比最大的部分，这个演进过程应该基于现有的接入网和OSS系统的现实，确保网络的平滑演进和具有可实施性。

这个演进的路线需要重点关注设备层功能模型的渐进重构和OSS系统与集中控制器在功能上的重新分配。

（3）设备硬件架构设计。

接入网引入虚拟化后和集中控制机制后，接入网的硬件架构甚至核心芯片、光模块的功能都需要重新设计。

比如，现有的“强线卡、弱主控”的硬件设计就无法满足OLT功能虚拟化的需要，需要加强主控板卡的CPU的运算能力、流量管理能力，甚至需要较强的存储能力，形成“强主控、弱线卡”的新型架构。

另外，强化的流量管理功能需要OLT甚至MDU的主交换板都要支持基于流表的转发控制，这需要采用新型的交换芯片。

为了满足一些场景对物理层虚拟化和自适应的需求，需要光模块具有发射波长和功率可调的特性。

（4）控制器的设计与实现。

SDN的应用场景和业务需求远比传送网、IP网络复杂，其控制器的设计要基于演进过程中不同阶段的功能要求和抽象出来的功能、资源以及建立的关系模型，确定数据转发平面、控制层和协同层的功能划分、资源处理、虚拟化程度，以及相应的设备平台类型和系统架构设计等。

例如，对抽象后网络功能和资源进行逻辑分片或虚拟出多实例。

另外，对于控制器和协同层的功能划分，需要在考虑到宽带接入网固有特点的前提下结合不同阶段网络技术及业务需求的实际情况来研究分析，同时尤其要考虑和其他网络之间的跨域跨层对应关系。

例如，对于高度异构的接入网的终端虚拟化，可由控制器屏蔽一些接入技术和设备形态上的差异，提供归一化的业务属性和接口。

（5）南北向接口的标准化。

就是依据上述提到的系统架构、设备平台和关系模型，进行不同层次的软硬件配置、各功能模块之间以及和不同网络领域之间的协议及接口标准化。

四、结束语

SDN/NFV利用虚拟化、集中管控、能力开放等特征和技术，划分出数据平面、控制层和协同层3个层次，构建出新形态的智能、灵活、可管、可控的软件定义接入网，从而实现业务的自动编排和跨域协同，并逐步融入到电信公用网的整体SDN/NFV规划部署中，最终打破传统网络的限制，完成向软件定义接入网的灵活转型。

其中涉及到系统模型和演进路线、设备硬件架构设计、控制器的设计与实现及标准化的协议接口等关键技术。

SDN/NFV是网络发展演进的新方向，同时也是一个循序渐进的过程。

在河北移动网络实际发展和演进过程中需结合不同阶段的业务需求及网络技术实际情况，分阶段、由边缘到核心地完成部署和改造，从而使光宽带接入网在向智能、开放、灵活演进的同时，达到降低宽带接入网的建设成本（CAPEX）和维护成本（OPEX），提升用户体验，促进全业务创新的目的。

【参考文献】

1、GebizliogluO，JainV.Advancesinopticalcommunicationsnetworks［SeriesEditorial］［J］.IEEECommunicationsMagazine，2016，54

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3、张朝昆，崔勇，唐翯祎，等.软件定义网络（SDN）研究进展［J］.软件学报，2015，26

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4、孙金霞，孙红芳，韦芳.关于NFV与SDN的基本概念及应用思考［J］.电信工程技术与标准化，2014（8）：

1-5.

5、李晨，段晓东，陈炜，等.SDN和NFV的思考与实践［J］.电信科学，2014（8）：

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6、段晓东.云数据中心SDN/NFV应用分析［J］.电信技术，2015（7）：

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