基于SDN的跨域路由技術(shù)的專利分析

杜曉萍 李奕福

摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)張，目前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)存在巨大的挑戰(zhàn)和壓力，基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）具備控制轉(zhuǎn)發(fā)分離和靈活管理的特點(diǎn)，將SDN應(yīng)用到大規(guī)模數(shù)據(jù)跨域路由中，實(shí)現(xiàn)跨域的數(shù)據(jù)傳輸，可以提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力。本文通過對基于SDN的跨域路由技術(shù)的專利分析，以期為SDN在多個(gè)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)間的研究、應(yīng)用以及網(wǎng)絡(luò)交換的專利審查員提供參考。

關(guān)鍵詞：SDN;跨域;專利分析

1 引言

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（簡稱SDN），由斯坦福大學(xué)的Clean Slate項(xiàng)目組于2012年提出，其主要優(yōu)勢在于：①分離控制平面和數(shù)據(jù)平面，控制器實(shí)現(xiàn)集中控制和管理;②網(wǎng)絡(luò)可以通過程序自動(dòng)化進(jìn)行管理;③利用網(wǎng)絡(luò)和流抽象的全局視圖，可以動(dòng)態(tài)的調(diào)整網(wǎng)絡(luò)流量;④采用開放標(biāo)準(zhǔn)openflow 協(xié)議，與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商分離，具有良好的可擴(kuò)展性。SDN技術(shù)在域內(nèi)取得了很好的應(yīng)用，目前研究人員嘗試將SDN技術(shù)應(yīng)用于大規(guī)模數(shù)據(jù)跨域傳輸中，實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)庫中進(jìn)行檢索，檢索專利文獻(xiàn)截止日期到2020年12月29日，通過分析、去重、標(biāo)引等方式，獲得關(guān)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(nèi)分布情況、主要技術(shù)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(nèi)，我國的申請量處于領(lǐng)先地位，占據(jù)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(nèi)企業(yè)/機(jī)構(gòu)對該領(lǐng)域的重視程度有關(guān)，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)張，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)爆炸式增長，這種互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展所帶來的網(wǎng)絡(luò)需求給現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)帶來了巨大的壓力，雖然SDN網(wǎng)絡(luò)解決了當(dāng)前較多的IP網(wǎng)絡(luò)存在的問題，但是其部署仍面臨較多的技術(shù)、業(yè)務(wù)和經(jīng)濟(jì)等多方面的問題，這也促使企業(yè)/機(jī)構(gòu)對SDN對跨域領(lǐng)域的不斷研究應(yīng)用，以期獲得解決相關(guān)問題的方法。

3.2 國內(nèi)申請人情況分析

由圖2可看出，申請量靠前的公司機(jī)構(gòu)分別為：華為技術(shù)有限公司、中興通訊股份有限公司、北京郵電大學(xué)、中國電信股份有限公司。其中，華為技術(shù)有限公司在SDN跨域傳輸領(lǐng)域申請量最大，占比達(dá)到了15.7%。

華為技術(shù)有限公司在2013年針對SDN在大型網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施時(shí)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)（例如應(yīng)用層業(yè)務(wù)優(yōu)化（ALTO））可能面臨的集成問題，進(jìn)行了專利申請（CN104205767A），其公開了一種用于使用SDN節(jié)點(diǎn)和ALTO節(jié)點(diǎn)優(yōu)化業(yè)務(wù)的方法，其中所述方法包括接收來自節(jié)點(diǎn)的對網(wǎng)絡(luò)資源的請求，從所述ALTO節(jié)點(diǎn)獲取多條業(yè)務(wù)優(yōu)化信息，使用從所述ALTO節(jié)點(diǎn)接收到的所述業(yè)務(wù)優(yōu)化信息與第二SDN節(jié)點(diǎn)協(xié)商一條或多條路徑，構(gòu)建所述多條路徑，以及將一個(gè)響應(yīng)發(fā)送給所述節(jié)點(diǎn)，指示所述節(jié)點(diǎn)可通過其中一條所述路徑轉(zhuǎn)發(fā)包。該申請具有5個(gè)同族，在美國、歐洲、中國進(jìn)行了專利布局。

4 主要技術(shù)分類

4.1 SWAN

基于SDN的思想，針對大規(guī)模數(shù)據(jù)跨域傳輸問題，微軟通過在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部署Softwar-Driven WAN（簡稱SWAN），使用SDN技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的靈活控制，提升其傳輸能力。在SWAN中，控制器獲取多個(gè)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的帶寬、時(shí)延等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，并維持全局拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根據(jù)數(shù)據(jù)中心間的傳輸需求信息進(jìn)行傳輸路徑路由的計(jì)算，最后將計(jì)算得到的路徑下發(fā)至交換機(jī)，完成路徑的部署，實(shí)現(xiàn)域間交換傳輸。與傳統(tǒng)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(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)均與一個(gè)核心控制器連接，該結(jié)構(gòu)極大地限制了真實(shí)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)部署，同時(shí)僅有一個(gè)控制器容易出現(xiàn)單點(diǎn)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(lǐng)域的全球?qū)＠暾埩枯^少，說明高校、研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)在并不看好該技術(shù)領(lǐng)域，在該領(lǐng)域投入研究較少。國內(nèi)的申請人以北京郵電大學(xué)為主，申請的發(fā)明專利均已授權(quán)，涉及技術(shù)包括一種使用hostapd平臺(tái)SWAN拓展協(xié)議的通信方法、一種SWAN架構(gòu)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(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)及認(rèn)證方法。

4.2 SD-WAN

軟件定義廣域網(wǎng)（簡稱SD-WAN）是軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）技術(shù)在廣域網(wǎng)（WAN）中的一種特定的應(yīng)用場景，是將SDN技術(shù)應(yīng)用到廣域網(wǎng)場景中所形成的一種服務(wù)，這種服務(wù)用于連接廣闊地理范圍的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及云服務(wù)。這種服務(wù)的典型特征是將網(wǎng)絡(luò)控制能力通過軟件方式實(shí)現(xiàn)“云化”，支持應(yīng)用可感知的網(wǎng)絡(luò)能力開放。通過SD-WAN，公司可以用低成本的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方式建立起高效能的廣域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。企業(yè)可以部分或完全替換掉昂貴的私有廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，例如MPLS。在SD-WAN中，每個(gè)自治系統(tǒng)主要包括三個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，分別為Quagga軟件、SDN集中控制器、OpenFlow交換機(jī)。Quagga軟件通過BGP協(xié)議獲取域間路由路徑信息;SDN集中控制器通過域內(nèi)的控制器的交互獲得全局網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，同時(shí)通過讀取Quagga內(nèi)的信息獲取域間路由路徑，并生成相應(yīng)流表;OpenFlow交換機(jī)則根據(jù)流表項(xiàng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。

從圖3可看出，該領(lǐng)域的全球?qū)＠颗cSWAN相比，存在明顯優(yōu)勢，從2015年開始申請量逐年增加，在2019年達(dá)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(shù)量接近我國的兩倍。這說明美國對SD-WAN領(lǐng)域較為重視，在該領(lǐng)域的投入較多的研究。

在SD-WAN領(lǐng)域中，申請量排名靠前的申請人大部分都是涉及核心網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)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(dá)到了最大量，涉及SD-WAN網(wǎng)絡(luò)中動(dòng)態(tài)調(diào)整BFD計(jì)時(shí)器的機(jī)器學(xué)習(xí)方法、使用預(yù)測模型來估計(jì)SD-WAN網(wǎng)絡(luò)中的隧道QoS的每個(gè)流呼叫準(zhǔn)入控制方法等。

5 結(jié)語

利用SDN技術(shù)實(shí)現(xiàn)域間的傳輸是重要的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，該技術(shù)可以有效提高網(wǎng)絡(luò)傳輸能力，其涉及SD-WAN網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)分支是目前涉及核心網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域主流公司的主要研發(fā)重點(diǎn)，相應(yīng)地申請量也逐年增長，增長趨勢仍然比較強(qiáng)勁。本文通過對基于SDN的域間路由技術(shù)的專利申請情況進(jìn)行梳理，以期為SDN在多個(gè)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)間的研究和應(yīng)用以及網(wǎng)絡(luò)交換的專利審查員提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] Kim H， Feamster N. Improving network management with software defined networking[J]. IEEE Communications Magazine， 2013， 51（2）： 114-119.

[2] Gill V， Hong C Y， Kandula S， et al. SWAN： achieving high utilization in networks， US8977756B2[P]. 2015.

[3] Sushant Jain， Alok Kumar， Subhasree Mandal， et al. B4-Experience with a Globally-Deployed Software defined WAN[C]// ACM SIGCOMM Conference. Hong Kong. 2013-12-16， 43（4）： 3-14.