李家京，郭丙峰，楊 彪（.北京電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 00048；.中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司，北京 00033）

0 前言

隨著以Internet為代表的信息通信技術(shù)的迅猛發(fā)展和普及，社會信息化程度的不斷提高以及各種新型多媒體業(yè)務(wù)，如4K/8K高清視頻、VR/AR及物聯(lián)網(wǎng)等不斷涌現(xiàn)，寬帶用戶數(shù)仍呈持續(xù)增長趨勢，同時(shí)用戶對QoS的需求也不斷提升。當(dāng)前國內(nèi)外運(yùn)營商的固定光纖寬帶網(wǎng)絡(luò)普遍存在資源利用率低，固定寬帶、無線室內(nèi)、政企專線、大客戶等多種業(yè)務(wù)存在重復(fù)建設(shè)問題，建設(shè)效率和投資效益低，為加強(qiáng)對商務(wù)樓宇綜合接入的全過程管控，實(shí)現(xiàn)管理的規(guī)范化和投資效益的最大化，對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)所存在的問題提出SDN/NFV技術(shù)解決思路。研究軟定義和虛擬化的接入網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多運(yùn)營商共享駐地網(wǎng)寬帶網(wǎng)絡(luò)資源的技術(shù)方法，探索SDN/NFV化的無源光網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)部署及運(yùn)營管理模式。

1 SDN/NFV接入網(wǎng)產(chǎn)生和發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）是一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，旨在將網(wǎng)絡(luò)的控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離，并對底層設(shè)備實(shí)現(xiàn)可編程化控制，從而達(dá)到網(wǎng)絡(luò)開放與靈活配置的目標(biāo)。SDN從架構(gòu)上打破了傳統(tǒng)依賴專有網(wǎng)元形成的封閉、僵化的控制體系，為接入網(wǎng)發(fā)展提供了新的思路。網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）是一種以軟件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的方式，能夠部署在虛擬環(huán)境以及通用的標(biāo)準(zhǔn)硬件上。這能夠滿足運(yùn)營商及企業(yè)多樣化的網(wǎng)絡(luò)要求，這也是應(yīng)用服務(wù)器和儲存這些基礎(chǔ)設(shè)施所依賴的。NFV能將網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與具體的硬件分開，這就為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的設(shè)計(jì)、部署和管理帶來了很大靈活性和彈性。

目前各種智能終端設(shè)備、各種云服務(wù)APP以及龐大的光纖網(wǎng)絡(luò)和無線通信網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成的全球互聯(lián)網(wǎng)爆發(fā)式發(fā)展，極大地刺激了網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的日益多樣化與復(fù)雜化。同時(shí)隨著用戶對綜合業(yè)務(wù)通信需求的與日俱增以及定制化、差異化需求的出現(xiàn)，光網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)面朝著超長距離、超大容量、超高速率的方向發(fā)展，控制管理面則朝著智能靈活、軟件定義、用戶交互、安全可靠、高效節(jié)能的方向發(fā)展；開放化和低成本成為未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的核心目標(biāo)，而傳統(tǒng)的接入網(wǎng)架構(gòu)與技術(shù)難以滿足需求。

2 SDN/NFV關(guān)鍵技術(shù)的分析

2.1 SDN接入網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 網(wǎng)絡(luò)建模和開放API

隨著接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性不斷增加，采用傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置管理協(xié)議SNMP進(jìn)行業(yè)務(wù)配置繁瑣且易出錯(cuò)，難以滿足網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)自動(dòng)化部署的需求。采用SDN技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化主要依賴于SDN控制器，通過逐層向上抽象網(wǎng)絡(luò)建模以屏蔽下層技術(shù)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，基于網(wǎng)絡(luò)模型的多層開放API接口來分解SDN軟件系統(tǒng)復(fù)雜性和簡化可編程的相關(guān)問題。網(wǎng)絡(luò)建模是對網(wǎng)絡(luò)抽象的過程，網(wǎng)絡(luò)模型因其抽象層次、抽象目標(biāo)的不同而形成不同的網(wǎng)絡(luò)抽象模型。而面向用戶需求的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)模型提供了統(tǒng)一的開放框架與網(wǎng)絡(luò)抽象，使開發(fā)者在一致的業(yè)務(wù)抽象模型基礎(chǔ)上根據(jù)需求開發(fā)應(yīng)用與服務(wù)，能夠描述網(wǎng)絡(luò)維護(hù)配置需求和業(yè)務(wù)發(fā)放的需求，適應(yīng)多廠商、跨平臺的要求，消除因廠商差異化實(shí)現(xiàn)帶來的困惑和障礙。業(yè)務(wù)模型是SDN開放網(wǎng)絡(luò)能力的核心要素，也是基于SDN的接入網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。

2.1.2 可編程的轉(zhuǎn)發(fā)面

控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離后，與傳統(tǒng)接入網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)平面相比，SDN轉(zhuǎn)發(fā)平面具有更簡單的硬件結(jié)構(gòu)和更精細(xì)的流控能力以及更開放的配置接口等特點(diǎn)。以FTTx為例，在基于SDN的接入網(wǎng)中，OLT或者ONU都需要具備可編程的轉(zhuǎn)發(fā)平面。并且通過南向接口協(xié)議和控制器進(jìn)行交互，成為類似于軟件定義交換機(jī)的設(shè)備。這里的交換機(jī)是一種邏輯概念，可以由硬件實(shí)現(xiàn)，也可以由軟件實(shí)現(xiàn)。

2.1.3 接口協(xié)議

轉(zhuǎn)發(fā)層和控制層之間通過南向接口協(xié)議互通?？刂茖雍蜆I(yè)務(wù)編排層之間通過北向接口進(jìn)行協(xié)議互通。目前南向接口的協(xié)議有：Open flow、SNMP、NET?CONF等?？刂破魍ㄟ^南向接口協(xié)議直接控制轉(zhuǎn)發(fā)面設(shè)備，即Access Controller。Access Controller存在于控制面中，是接入網(wǎng)一系列物理和虛擬功能的控制器，使得接入網(wǎng)設(shè)備更易于管理和部署。南向接口方面，仍然以O(shè)penFlow這一占據(jù)主導(dǎo)地位的接口協(xié)議進(jìn)行分析；控制器與業(yè)務(wù)編排之間及業(yè)務(wù)編排對外的北向接口將采用OPEN API的方式，具體規(guī)范有待進(jìn)一步研究。

2.1.4 接入點(diǎn)的架構(gòu)

SDAN架構(gòu)如圖1所示，其中有2個(gè)與控制功能相關(guān)的重要選件。

圖1 軟件定義的接入節(jié)點(diǎn)架構(gòu)

a）接入節(jié)點(diǎn)本地控制（ANLC）。SDN控制器可將部分控制功能授權(quán)給設(shè)備本身來實(shí)現(xiàn)，控制器僅需了解狀態(tài)及結(jié)果。

b）接入節(jié)點(diǎn)外部控制（ANEC）協(xié)議。SDN控制器可通過適宜的控制協(xié)議與域外的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。這些控制協(xié)議可在控制器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，或者作為SDN應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。

2.2 NFV 接入網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 虛擬網(wǎng)絡(luò)功能

VNF是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬化的實(shí)例，它可以部署在虛擬化或非虛擬化的網(wǎng)絡(luò)中。這些網(wǎng)絡(luò)功能可以共同形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，既可以部署在單個(gè)VM上，也可以跨多個(gè)VM部署，這取決網(wǎng)絡(luò)本身采用的架構(gòu)。在某些情況下，VNF也可以運(yùn)行在物理服務(wù)器上，并通過物理服務(wù)器的監(jiān)控管理程序進(jìn)行管理。

對于接入網(wǎng)，VNF的傳統(tǒng)管理功能可以通過EMS（Element Managemen System）進(jìn)行。所以，EMS的管理功能（安裝、監(jiān)控、錯(cuò)誤日志記錄、配置、記賬、性能和安全等）和VNF如何配合成為核心。另外，EMS與網(wǎng)管系統(tǒng)通過北向接口相連，與VNF通過南向接口相連，接口的確定也是值得考慮的問題。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)功能虛擬基礎(chǔ)設(shè)施

NFVI是搭建運(yùn)行VNF環(huán)境的所有硬件和軟件資源的總和。需要注意的是NFVI包括不同物理位置之間的網(wǎng)絡(luò)連接（如數(shù)據(jù)中心和公有/私有/混合云的連接）。將NFVI進(jìn)一步劃分，可以分為3個(gè)區(qū)域，即計(jì)算域（包括存儲）、管理程序（Hypervisor）域以及基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)域。

NFV架構(gòu)可以利用現(xiàn)有的虛擬層技術(shù)（如Hyper?visor）的標(biāo)準(zhǔn)功能，進(jìn)行硬件資源的抽象，并分配給VNF。在沒Hypervisor的情況下，企業(yè)也可以利用非虛擬化服務(wù)器的操作系統(tǒng)來提供虛擬化層，或者將VNF當(dāng)作一個(gè)應(yīng)用程序來部署。

3 SDN/NFV分場景的應(yīng)用模式探析

3.1 多業(yè)務(wù)承載和差異化批發(fā)

隨著光纖寬帶接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)模建設(shè)，寬帶接入逐漸演進(jìn)為承載家庭用戶、政企專線網(wǎng)絡(luò)規(guī)模建設(shè)，寬帶接入逐漸演進(jìn)為承載家庭用戶、政企專線網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)基站回傳等各種業(yè)務(wù)類的全接入，寬帶接入網(wǎng)絡(luò)面向不同客戶、不同種類業(yè)務(wù)，需要支持差異化的服務(wù)質(zhì)量SLA要求，提供獨(dú)立隔離的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)功能和設(shè)備管理功能，并規(guī)避不同業(yè)務(wù)運(yùn)營中由于資源耦合的資源競爭和搶占。引入SDN和NFV技術(shù)，將物理網(wǎng)絡(luò)虛擬分片，使單一物理OLT設(shè)備邏輯分為多個(gè)虛擬分片設(shè)備，并采用虛擬分片來承載獨(dú)立多業(yè)務(wù)，從而滿足多業(yè)務(wù)在業(yè)務(wù)規(guī)劃、業(yè)務(wù)運(yùn)行、業(yè)務(wù)維護(hù)等多種場景下的隔離和差異化要求，也可以在批發(fā)虛擬分片時(shí)滿足第三方應(yīng)用的差異化要求。在多業(yè)務(wù)運(yùn)營的場景下，VLAN等網(wǎng)絡(luò)資源沖突，多業(yè)務(wù)之間資源競爭和搶占，直接影響業(yè)務(wù)發(fā)放和高價(jià)值業(yè)務(wù)的SLA和體驗(yàn)?；谇衅臉I(yè)務(wù)接入承載的部署模式如圖2所示。

圖2 基于切片的業(yè)務(wù)接入承載的部署模式示意圖

在支撐多業(yè)務(wù)承載和差異化批發(fā)時(shí)，可以按PON或ONU，甚至ONU的UNI口進(jìn)行切片用戶側(cè)按需接入不同的用戶業(yè)務(wù)。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片均有獨(dú)立的轉(zhuǎn)發(fā)面、管理面和控制面，切片獨(dú)享實(shí)例化資源，業(yè)務(wù)互不影響。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片具有獨(dú)立的上聯(lián)、下聯(lián)端口資源，可對資源按需切分多租戶共享接入網(wǎng)資源，彌補(bǔ)煙囪型網(wǎng)絡(luò)的缺陷。

3.2 小基站移動(dòng)回傳應(yīng)用場景

隨著移動(dòng)流量需求的不斷提高，為了滿足容量和覆蓋的要求，通過部署越來越多的移動(dòng)小基站來解決問題，小基站是成本相對較低、部署位置需要更加靈活的解決方案。為解決靈活性問題，需要為小基站提供動(dòng)態(tài)的移動(dòng)回傳資源，回傳的解決方案有很多，PON是其中一種成本較低的可選項(xiàng)。PON引入SDN/NFV，提高資源管理能力，可以達(dá)到所需要的靈活性和可擴(kuò)展性。

由于基站回傳在業(yè)務(wù)質(zhì)量、業(yè)務(wù)安全性和可用性等方面都比常規(guī)的寬帶接入用戶的要求高，在管理上也是由不同的部門進(jìn)行維護(hù)管理，因此可以通過引入SDN/NFV使接入網(wǎng)支持資源共享和邏輯分片，組建接入網(wǎng)層面的虛擬專網(wǎng)，保障基站回傳業(yè)務(wù)的獨(dú)立性和質(zhì)量。利用SDN和NFV可以實(shí)現(xiàn)靈活的端到端的跨網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，提升小基站承載通道的開通效率，靈活應(yīng)對傳輸拓?fù)鋵用娴淖兓?，保障基站回傳業(yè)務(wù)的暢通。

3.3 為分布式邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)提供網(wǎng)絡(luò)連接

未來的網(wǎng)絡(luò)中除了集中部署的云計(jì)算服務(wù)，針對部分時(shí)延要求低或者有本地隱私需求的應(yīng)用等場景，可以將原有集中部署的云計(jì)算擴(kuò)展到分布式的邊緣計(jì)算和存儲節(jié)點(diǎn)。比如：將人臉識別用于安檢時(shí)，人臉特征信息存儲在靠近安檢設(shè)備的邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，可以加快識別的速度，防止漏檢。攝像頭回傳的人臉圖像采用IPSec等技術(shù)加密傳輸，識別前需要解密IPSec，需要在邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)部署支持IPSec的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能。出于隱私的考慮，云端存儲的是加密的特征信息，只授權(quán)將解密的特征信息存儲在邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，云端可按需推送相關(guān)信息到邊緣。

接入網(wǎng)SDN控制器可以控制OLT等寬帶接入網(wǎng)設(shè)備，為這些分布式邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)提供傳感器、攝像頭等用戶終端的接入控制服務(wù)，并支持從用戶終端到云存儲平臺的專線連接。OLT靈活部署在SDN控制的EDC網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。

以DC為中心網(wǎng)絡(luò)是今后發(fā)展方向，集中管控，數(shù)據(jù)中心內(nèi)架構(gòu)保持一致。EDC/DDC機(jī)房提前規(guī)劃好，機(jī)房和管線新建，可以考慮OLT直接放在EDC，部署光纖成本較低。OLT功能模型如圖4所示。

圖3 OLT靈活部署在SDN控制的EDC網(wǎng)絡(luò)

3.4 以O(shè)LT分界的多運(yùn)營商共享場景

光分配網(wǎng)ODN部分仍借鑒住宅區(qū)2項(xiàng)國家規(guī)范的思路，實(shí)現(xiàn)各家公平進(jìn)入、資源共享、用戶自由選擇的目標(biāo)，因此采用切片技術(shù)，將共享分界點(diǎn)上移到OLT。設(shè)置駐地網(wǎng)運(yùn)營商或由現(xiàn)有的駐地網(wǎng)主導(dǎo)運(yùn)營商負(fù)責(zé)OLT及以下資源建維。OLT分界共享方式寬帶網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

采用OLT為界的網(wǎng)絡(luò)資源共享，優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)資源由OLT至ONU以上全部可共用，不需手工跳接，租用方可完全利用駐地方的全部覆蓋資源。能大幅縮短業(yè)務(wù)開通時(shí)限，降低建、維成本，避免誤接故障。

圖4 OLT功能模型

目前，各大、中型運(yùn)營商均以5～10年內(nèi)基本實(shí)現(xiàn)光纖寬帶全覆蓋為目標(biāo)，并以此基礎(chǔ)進(jìn)行核算。根據(jù)全國7.5億城鎮(zhèn)人口，約3.05億商住戶（小型商戶按住宅10%計(jì)?。?，業(yè)務(wù)滲透率約70%計(jì)算。傳統(tǒng)模式光分配網(wǎng)約300%重復(fù)建設(shè)，初步核算采用創(chuàng)新模式與傳統(tǒng)建設(shè)模式相比，投資比例是1∶35，可節(jié)省1 850億元。

4 基于SDN/NFV的接入網(wǎng)的挑戰(zhàn)

SDN和NFV是通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新方向，是通信網(wǎng)絡(luò)為滿足日益增長的互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等不斷涌現(xiàn)的新型動(dòng)態(tài)應(yīng)用需求而不斷演進(jìn)、革新的新階段。SDN的核心是控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離且控制集中化、接口開放和轉(zhuǎn)發(fā)行為可編程以及網(wǎng)絡(luò)虛擬化。而NFV則將網(wǎng)絡(luò)功能軟件化，使其能夠運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器虛擬化軟件上，通過標(biāo)準(zhǔn)的IT虛擬化技術(shù)，把網(wǎng)絡(luò)設(shè)備統(tǒng)一到工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)的高性能、大容量的服務(wù)器，交換機(jī)和存儲平臺上。SDN/NFV接入網(wǎng)力求通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)功能與控制功能分離、網(wǎng)路功能的虛擬化，實(shí)現(xiàn)軟件定義的接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，構(gòu)建更靈活、高效、低成本、開放的接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

5 總結(jié)及建議

隨著寬帶中國戰(zhàn)略的出臺，固定寬帶和移動(dòng)寬帶加速發(fā)展，各大網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商都大力推進(jìn)FTTH、高速光傳輸和移動(dòng)回傳網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，光通信網(wǎng)絡(luò)特別是光接入網(wǎng)已經(jīng)成為我國最重要的通信基礎(chǔ)設(shè)施之一。

接入網(wǎng)設(shè)備和業(yè)務(wù)的強(qiáng)耦合方式導(dǎo)致業(yè)務(wù)部署復(fù)雜，業(yè)務(wù)發(fā)放周期長。新業(yè)務(wù)的提供往往需要開發(fā)新設(shè)備，無法適應(yīng)業(yè)務(wù)及使用模式的快速變化和創(chuàng)新需求。運(yùn)營商的接入網(wǎng)規(guī)模、數(shù)量龐大，廠家數(shù)量眾多，海量網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的維護(hù)和管理復(fù)雜，難以滿足云計(jì)算、數(shù)據(jù)中心互聯(lián)、大客戶專線的業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)調(diào)度需求。運(yùn)營商逐漸認(rèn)識到軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)運(yùn)營商轉(zhuǎn)型的重要突破方向和應(yīng)對量收剪刀差持續(xù)擴(kuò)大的有效手段，從過去的觀望態(tài)度轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極推進(jìn)。然而，雖然SDN和NFV作為對網(wǎng)絡(luò)具有重大影響的新技術(shù)，其價(jià)值已經(jīng)被業(yè)界普遍認(rèn)可；但是在接入網(wǎng)領(lǐng)域，如何準(zhǔn)確評估和分析投資回報(bào)率仍然是一個(gè)較大的問題。一方面SDN/NFV技術(shù)的引入對接入網(wǎng)整體價(jià)值格局會產(chǎn)生影響，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)都是由具有特定功能的專用硬件和軟件組成，其中硬件的價(jià)格在網(wǎng)絡(luò)成本中占有很大的比重，而SDN/NFV采用標(biāo)準(zhǔn)化硬件，通過加載不同的軟件來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元的各種功能，因此硬件的成本會得到降低，而軟件的價(jià)值會顯著提升。另一方面，由于缺少大規(guī)模成功部署的案例，在評價(jià)接入網(wǎng)引入SDN/NFV技術(shù)對節(jié)省投資成本和運(yùn)維復(fù)雜度問題上，缺乏足夠的數(shù)據(jù)支撐。需要充分認(rèn)識到當(dāng)前SDN/NFV在接入網(wǎng)領(lǐng)域的這些問題和現(xiàn)狀，尋求SDN/NFV與接入網(wǎng)結(jié)合的最佳契合點(diǎn)，才能創(chuàng)造價(jià)值，推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。

目前我國運(yùn)營商對SDN接入網(wǎng)方面的應(yīng)用場景分析、北向接口和信息模型，NFV接入網(wǎng)方面的虛擬家庭/企業(yè)網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用場景，虛擬網(wǎng)絡(luò)功能分析、網(wǎng)絡(luò)模型的共存和演進(jìn)等已經(jīng)提出了迫切需求，而國際標(biāo)準(zhǔn)組織在這些方面的工作還比較薄弱，有必要聯(lián)合國內(nèi)運(yùn)營商、制造企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)，提升我國在新技術(shù)新領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)實(shí)體，推進(jìn)自主創(chuàng)新技術(shù)的國際化，增強(qiáng)國際標(biāo)準(zhǔn)化話語權(quán)。