固網(wǎng)引入SDN助力運營商構(gòu)建彈性、敏捷的寬帶網(wǎng)絡

中興通訊 | 刁淵炯

固網(wǎng)引入SDN助力運營商構(gòu)建彈性、敏捷的寬帶網(wǎng)絡

中興通訊 | 刁淵炯

SDN具有全局的網(wǎng)絡視圖，可以集中控制網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)發(fā)行為，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡的可編程和自動化。SDN有助于實現(xiàn)彈性、敏捷、智能的寬帶網(wǎng)絡。

此前運營商接入網(wǎng)的收入主要來自于語音業(yè)務，當時連接數(shù)×時長和固網(wǎng)接入的價值基本相等，運營商關注接通率、呼叫保持時長等業(yè)務指標。隨著互聯(lián)網(wǎng)的興起，固網(wǎng)接入逐步導入了三重播放（語音、IPTV、高速上網(wǎng)），接入網(wǎng)為此建立了簡單的多業(yè)務管道，分別對應固定帶寬、保證帶寬和盡力而為的3種業(yè)務策略。語音和IPTV一直是運營商的自營業(yè)務，運營商在網(wǎng)絡規(guī)劃時，就能較為準確地估算這兩者需要的網(wǎng)絡資源。而高速上網(wǎng)管道則出現(xiàn)了運營商不希望看到的增量不增收的“剪刀差”現(xiàn)象。同時，運營商還面臨以下3方面更具體的挑戰(zhàn)。

● 需要升級網(wǎng)絡以應對膨脹的帶寬需求。這導致了多代接入技術共存，增加了網(wǎng)絡運維難度。GPON、XGPON等多代技術會有共存期，網(wǎng)絡建設無法一步到位地實現(xiàn)FTTH。FTTB、FTTC等多種建網(wǎng)模式共存，增加了設備種類和網(wǎng)絡運維難度。

● 需要更彈性地切分管道資源以滿足多業(yè)務需求。一方面，OTT應用正在蠶食語音和IPTV業(yè)務的管道價值，導致運營商可能需要將原來單業(yè)務獨占管道的模型，調(diào)整為多業(yè)務共享管道的模型。另一方面，企業(yè)專線、Small Cell回程則可能需要隨時從公眾網(wǎng)絡中切分出L2層的專用VLAN業(yè)務管道。所以網(wǎng)絡需要靈活定義及自動化部署單業(yè)務管道、多業(yè)務管道的能力。

● 需要網(wǎng)絡虛擬化能力，否則難以適應互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新周期?；ヂ?lián)網(wǎng)軟件產(chǎn)品通常通過快速迭代實現(xiàn)演進。而這種敏捷開發(fā)需要一個可敏捷定制的虛擬網(wǎng)絡，以此分配網(wǎng)絡資源和隔離產(chǎn)品開發(fā)中的試錯成本。靠人工工單的逐個設備配置，施工周期長且容易出錯。移動回程、企業(yè)專網(wǎng)、虛擬運營商等可能與普通家庭用戶共享同一個寬帶網(wǎng)絡，但他們的需求有所不同，他們希望在各自的虛擬化網(wǎng)絡視圖中，對自己的網(wǎng)絡拓撲和狀態(tài)有更敏捷的控制。

固網(wǎng)寬帶SDN三大特征

SDN的特征在于具有全局的網(wǎng)絡視圖，可以集中控制網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)發(fā)行為，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡的可編程和自動化。SDN的特征有助于運營商實現(xiàn)彈性、敏捷、智能的寬帶網(wǎng)絡。

● 敏捷——快速開發(fā)部署新業(yè)務：在同一網(wǎng)絡平臺上進行新業(yè)務開發(fā)、部署和維護，快速迭代，縮短業(yè)務上市周期；轉(zhuǎn)發(fā)和控制分離，控制功能采用軟件實現(xiàn)，新業(yè)務一般只需改變控制功能；軟件與硬件分離，硬件通用化，縮短硬件開發(fā)時間，延長硬件生命周期。

● 彈性——業(yè)務驅(qū)動網(wǎng)絡管道調(diào)整：由應用驅(qū)動網(wǎng)絡管道自動配置，提升網(wǎng)絡價值，為精細化流量經(jīng)營提供基礎。

● 智能——智能運營和運維：即時采集、分析用戶數(shù)據(jù)，即時控制變更網(wǎng)絡行為，挖掘大數(shù)據(jù)服務價值；可按照忙閑時段分布，合理開啟和關閉網(wǎng)元和鏈路，節(jié)約運營費用。

中興通訊SDN關鍵組件

虛擬ONU，實現(xiàn)簡單接入管道

接入網(wǎng)具有顯著的流量匯聚后再交換特性，早在語音業(yè)務時代運營商就有大容量、少局所的集中控制需求，以降低運營成本?，F(xiàn)在，到了100Mbit/s入戶的All IP接入網(wǎng)時代，銅線受傳輸損耗、串擾等條件的制約，已經(jīng)無法獨自完成5km以上的無源傳輸任務。單模光纖因為其低損耗、長距、大帶寬的優(yōu)點，促成了FTTH/FTTB/FTTC等解決方案的廣泛部署。但除FTTH模式中，局端的OLT（optical line terminal）可以集中控制用戶網(wǎng)絡終端ONT（optical network terminal）外，F(xiàn)TTB/FTTC方案，OLT都只能控制到多端口的MDU。要建立用戶終端到網(wǎng)絡的點到點邏輯管道，必須依賴跨網(wǎng)元的網(wǎng)管系統(tǒng)，協(xié)同MDU和OLT共同完成。另外，對于MDU，運營商也期望盡量簡化安裝開通流程。而當前的MDU，需要預配置管理IP、做VLAN規(guī)劃、配置MDU用戶端口的帶寬模板。MDU的數(shù)量是OLT的十倍、百倍，這就需要EMS網(wǎng)管進行大量的配置管理。為實現(xiàn)自動化開通流程，需要將規(guī)劃的規(guī)則編排成網(wǎng)管腳本。

SDN的核心理念是集中控制和自動化配置。OLT的目標網(wǎng)絡位置通常在綜合接入機房，可以覆蓋上萬用戶，是個合理的集中控制點。另外，現(xiàn)有的ONU和OLT之間已經(jīng)有自動發(fā)現(xiàn)和完善的認證機制，有ONU向OLT的注冊流程，有不需要配置IP地址就能自動建立連接的帶內(nèi)管理控制通道。這些都為以OLT為中心控制上萬用戶提供了前提條件。

中興通訊建議引入虛擬ONU（vONU）的方案，作為多用戶端口MDU或DPU（FTTDp方案）的部署方式。如圖1所示，vONU實現(xiàn)資源分配到戶的FTTH式管理，可以方便地建立從OLT直達用戶的簡單邏輯管道，利用OLT作為集中控制器，達到控制所有覆蓋范圍內(nèi)的用戶接入的目的。

圖1 vONU實現(xiàn)資源分配到戶的FTTH式管理

vONU的主要特性包括：ONU MAC芯片有多個ONU實例，每個ONU實例實現(xiàn)完整的GPON/XGPON標準；每個用戶獨占一個vONU；MDU軟件也采用虛擬機方式，每個ONU有獨立協(xié)議棧；vONU支持與物理的單用戶ONU相同的OAM和業(yè)務轉(zhuǎn)發(fā)模型功能。

OLT集中控制vONU方案的優(yōu)勢包括4方面。

● vONU統(tǒng)一采用FTTH方式，由OLT代理控制。這避免了由網(wǎng)絡控制器直接控制數(shù)量巨大的MDU、ONT，造成對網(wǎng)絡規(guī)模和控制器性能的巨大挑戰(zhàn)。采用vONU后，F(xiàn)TTH/FTTB網(wǎng)絡歸一化成FTTH，用戶業(yè)務VLAN、GEM-PORT等規(guī)劃和業(yè)務開通流程全采用FTTH方式，簡化網(wǎng)絡運維。

● vONU可以通過OLT離線配置，解決了ONT和MDU缺少帶外控制通道和冗余連接的問題。

● vONU通過去除MDU帶寬收斂、本地交換、簡化QoS機制，實現(xiàn)由OLT集中處理不同用戶之間的資源競爭。

● vONU支持逐用戶的資源控制，方便局部硬件休眠等綠色節(jié)能方案的實現(xiàn)。

部署vONU后，接入網(wǎng)層面的SDN部署進程就主要與OLT相關了，因為vONU/ONU和OLT無論從現(xiàn)有的EMS網(wǎng)管，還是未來新部署的SDN網(wǎng)絡控制器的角度來看，都是一個整體的網(wǎng)元。運營商可以掌握網(wǎng)絡向SDN方式演進的節(jié)奏，既可以借助現(xiàn)有的EMS和OSS系統(tǒng)，沿用當前FTTH的自動放裝和運維流程，也可以利用新部署的接入域的SDN控制器，通過OLT新增的Openflow Agent、OF-Config接口，實現(xiàn)控制轉(zhuǎn)發(fā)分離。

圖2 利用固網(wǎng)接入控制器虛擬多個業(yè)務專網(wǎng)

軟件定義光層，構(gòu)建深度融合光網(wǎng)絡

目前10M～20Mbit/s的接入網(wǎng)速率已經(jīng)達到了普及的程度（普及率45%），而未來數(shù)年，50Mbit/ s以上的速率將很快成為市場的主流（預計普及率在25%以上）。主流運營商普遍規(guī)劃了接入設備到2018年可以滿足50%～100%的用戶開通100Mbit/s以上帶寬的能力。

視頻應用是流量增長的重要推手，并且因為更多用戶的使用習慣向在線點播、下載觀看轉(zhuǎn)變，更多的流量從組播向單播轉(zhuǎn)變。CDN將在城域網(wǎng)被廣泛部署。接入網(wǎng)將顯現(xiàn)出比長途骨干網(wǎng)更快的流量增長，接入網(wǎng)設備至少規(guī)劃2018年能應對3～4倍的未來流量增長。

主流運營商普遍建設的綜合接入節(jié)點將是接入層光纖的匯聚之地，這些光纖可以作為PON的主干光纖、IP RAN移動回程的光纖、企業(yè)專網(wǎng)的專線光纖。但這些光纖資源當前還很少是被上述不同使用場景共享的。

移動寬帶目前需要利用經(jīng)濟可靠的PON光纖資源，承載小基站來提升移動網(wǎng)絡的覆蓋深度。未來無線基帶資源池化的C-RAN方案，BBU將向綜合接入節(jié)點位置進一步地集中，RRU將更多且更靠近手機用戶，其大帶寬、低時延、低抖動的移動前傳業(yè)務要求，將需要更多的綜合接入節(jié)點的接入光纖資源。

當前固網(wǎng)接入的主流技術是單波長2.5G/1G的GE PON。單波長10G/2.5G的10G PON技術已經(jīng)開始部署，后續(xù)將演進到NGPON2。運營商面臨不同使用場景下，幾代PON技術的長期共存需求。

SDN技術的核心是對資源的全局觀，可以集中協(xié)調(diào)不同應用之間的資源競爭，狹義的Openflow控制器主要是對轉(zhuǎn)發(fā)路徑、流量工程等集中計算，僅涉及MAC轉(zhuǎn)發(fā)和路由轉(zhuǎn)發(fā)。而OLT所在的綜合接入節(jié)點，面對如此多的不同光纖使用場景，我們建議通過軟件定義光層（SDO）技術，將軟件可編程的特性擴展到MAC層以下，對PMD、PHY、波長都可以軟件編程設置其工作模式，從而實現(xiàn)對光纖資源的充分利用?？煽刂频奈锢韺嶓w主要是OLT和ONU的光層和MAC層。

SDO的主要特性如下。

● 任意波長，可配置P2P或P2MP的MAC工作模式；

● 任意波長線路速率，PMD層的工作模式可設置（GE/10GE/2.5G GPON/10G PON等）；

● FEC、加密等算法可配置，未來可配調(diào)制制式。

SDO技術帶給運營商的好處有下面幾項。

● 同一ODN可以同時承載家庭用戶接入，及對延遲敏感高的移動業(yè)務、高安全要求的企業(yè)用戶業(yè)務，實現(xiàn)多張網(wǎng)的深度融合；

● OLT業(yè)務板卡歸一化，簡化備品備件和運維；

● 可以對TWDM-PON的ONU進行動態(tài)波長管理，當ONU流量較低時，可以聚集到少量波長上工作，降低OLT功耗。

固網(wǎng)接入控制器，實現(xiàn)網(wǎng)絡能力開放

當前城域網(wǎng)一般是接入網(wǎng)設備的一個管理邊界，比如國內(nèi)運營商以省一級單位管理下轄的所有接入設備，隨著OTT業(yè)務的沖擊，很多OTT服務都是跨省和跨運營商的，運營商越來越需要集約化管理網(wǎng)絡資源。而依靠逐級的OSS系統(tǒng)提供省級，乃至全國級別的業(yè)務控制，效果并不理想。

運營商引入SDN技術，當OLT實現(xiàn)了控制轉(zhuǎn)發(fā)分離后，可以在接入域設置接入控制器vOLT對物理OLT進行集中控制，然后在控制器上實現(xiàn)網(wǎng)絡虛擬化。

如圖2所示，運營商利用固網(wǎng)接入控制器虛擬多個業(yè)務專網(wǎng)，運營商想建設一張全國性的Wi-Fi承載網(wǎng)用于流量經(jīng)營，采用SDN和NFV技術，可以將網(wǎng)絡基礎設施虛擬成多個邏輯網(wǎng)絡，企業(yè)Wi-Fi專網(wǎng)和普通固網(wǎng)業(yè)務隔離，多層控制器實現(xiàn)分域情況下的端到端控制。云化部署的省級VNF實現(xiàn)Wi-Fi終端并發(fā)數(shù)量控制、認證、鑒權、APP消息推送等網(wǎng)絡功能虛擬化。運營商可設立全國性的OTT對接中心，統(tǒng)一開放后向接口給OTT服務商；終端植入運營商APP作為策略執(zhí)行體。

另外，運營商的業(yè)務連接通常是跨管理域的，所以固網(wǎng)接入控制器vOLT，必然需要有更高一級的業(yè)務編排層或控制器對其進行控制，網(wǎng)絡控制器的部署必然是個長期的過程，不會一蹴而就，各級SDN控制器/編排器會和當前已經(jīng)建立的OSS系統(tǒng)長期共存。

接入網(wǎng)演進策略

從長期來看，接入網(wǎng)并不會改變用戶接入點數(shù)量眾多、接入介質(zhì)因地制宜的特點。在各種介質(zhì)中，光纖具備優(yōu)異傳輸特性及提供更高帶寬的潛力，運營商會繼續(xù)推進Fiber Deeper的戰(zhàn)略，使光纖無限接近用戶接入點。但在廣覆蓋的同時，網(wǎng)絡的控制點需要減少和集中，以降低網(wǎng)絡運營成本。網(wǎng)絡彈性和自動化配置能力需要增強，以匹配互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的開發(fā)部署周期。利用SDN控制轉(zhuǎn)發(fā)分離、控制集中的特性，采取下面的演進步驟，最終可達成上述目標。

第一步聚合：沿用接入網(wǎng)匯聚后再交換的業(yè)務控制邏輯，將轉(zhuǎn)發(fā)和控制的能力先向OLT集中。OLT通過vONU匯聚簡單接入管道，通過SDO實現(xiàn)ODN帶寬資源的充分挖掘和彈性分配；實現(xiàn)接入網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)發(fā)和管控OLT聚合以及固移網(wǎng)絡的深度聚合。

第二步虛擬：在OLT上實現(xiàn)控制轉(zhuǎn)發(fā)分離，特別是L4—L7層可NFV實現(xiàn)的相關功能逐步上移到接入域控制器及其上的網(wǎng)絡編排層實現(xiàn)。比如VoIP的SIP ALG功能、DHCP Server/Relay功能、IGMP proxy功能、IP動態(tài)路由功能、統(tǒng)計數(shù)據(jù)及用戶行為分析功能等；實現(xiàn)接入網(wǎng)絡的“多虛一”和“一虛多”。

第三步開放：借助SDN控制器的運用，實現(xiàn)更靈活的開放Overlay網(wǎng)絡，運營商負責從OLT到OLT或OLT到IDC的下層多業(yè)務復用的WAN連接，用戶負責上層主機之間的業(yè)務連接。這種架構(gòu)也兼容現(xiàn)有QinQ（外層運營商SVLAN，內(nèi)層用戶CVLAN）的傳統(tǒng)VLAN規(guī)劃方式。只是SDN控制器有更全局的把控，除了SVLAN，也可以根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設備的能力，使用LSP隧道、VxLAN隧道等其他方式。且整個連接是控制器自動配置的，不再需要運維人員手動地去逐段網(wǎng)絡配置VLAN，從而最終實現(xiàn)網(wǎng)絡靈活開放。