SDN和NFV在接入網(wǎng)和核心網(wǎng)的最新趨勢 - 全文

現(xiàn)今，有線和無線技術(shù)正在競爭下一代接入網(wǎng)絡(luò)的支配權(quán)。由于帶寬的巨大需求，光網(wǎng)絡(luò)仍會在接下來的發(fā)展中扮演著主要角色。其中，PON是公認的寬帶架構(gòu)。這種技術(shù)能夠促使網(wǎng)絡(luò)融合，比如，開發(fā)電話網(wǎng)絡(luò)的移動前傳和回傳業(yè)務(wù)。盡管如此，混合解決方案將很有可能在很多場景中應(yīng)用。在本文中，業(yè)務(wù)融合和統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)控制和管理機制被認為是通過合適的系統(tǒng)接口使能數(shù)據(jù)平面集成之外的技術(shù)的關(guān)鍵。

為應(yīng)對上文所述的需求，SDN成為了控制平面和數(shù)據(jù)平面分離的關(guān)鍵，開發(fā)開源軟件以適用不同操作系統(tǒng)的編排平臺。其中一個開源協(xié)議就是OpenFlow 協(xié)議，最初設(shè)想被應(yīng)用于二層交換機和三層路由器。特別的，在OpenFlow 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，控制和轉(zhuǎn)發(fā)平面的分離是通過定義好的API接口來實現(xiàn)的，API接口可以用來通過OpenFlow協(xié)議構(gòu)造流表，用于完成過濾，查找在data path和交換機節(jié)點之間轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包。

虛擬化領(lǐng)域，是SDN的補充項目。它定義了一個使用通用的硬件軟件資源，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能和服務(wù)，也稱為網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化。NFV在接入網(wǎng)領(lǐng)域的一個值得關(guān)注的例子就是CORD 計劃（端局重構(gòu)為數(shù)據(jù)中心）。CORD旨在于將現(xiàn)有的專屬的硬件設(shè)備虛擬化，并且開發(fā)在商業(yè)硬件上運行的相應(yīng)的軟件。CORD的基礎(chǔ)設(shè)施將基于白盒設(shè)備，ONOS, Openstack和 XOS這些開源架構(gòu)。因此CORD的目標是利用簡化的GPON 光網(wǎng)絡(luò)單元系統(tǒng)作為用戶前提，接入點配置G.fast終端柜和光線路終端芯片提供最低級別的L1/L2 GPON功能。

HYDRA提出的CORD也有相似的基于SDN/NFV的融合服務(wù)的目標，不過范圍更大。HYDRA正在開發(fā)一個融合的多樣網(wǎng)絡(luò)和計算基礎(chǔ)架構(gòu) ，用來提升該高分布式的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)，比CORD推進NFV更接近末端用戶，是一個被霧計算啟發(fā)的模型。活動遠程節(jié)點（ARN）聚合來自多個異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)，并通過純傳輸繞過MAN分片，以這種方式集成接入和核心段，導(dǎo)致性能增強和清晰開銷的優(yōu)勢。在HYDRA中，來自異構(gòu)接入系統(tǒng)和微數(shù)據(jù)中心（μ-DC）基礎(chǔ)設(shè)施的業(yè)務(wù)的流量在ARN中聚合，提供給網(wǎng)絡(luò)功能和應(yīng)用/服務(wù)，以訪問網(wǎng)絡(luò)，計算和存儲的資源池方案與將數(shù)據(jù)來回傳輸?shù)竭h程的備選方案作比較。圖1給出了ARN的示意圖。

圖1：將SDN控制平面抽象表示為基于GPON的訪問域作為分級交換機級聯(lián)

當前使用基于SDN的接入系統(tǒng)的方法

基于SDN的控制平面的GPON接入系統(tǒng)的工作仍處于早期階段，尚未商定接口標準化。指示性地給出了基于SDN的控制平面在接入中的高級演示 ，修訂了OpenFlow協(xié)議，用于將使用OpenFlow協(xié)議的城域網(wǎng)和使用L2RS路由器頂級接口基于OpenFlow控制器的GPON接入網(wǎng)相融合。控制平面架構(gòu)類似于圖2的上部所示的架構(gòu)，其中OF在接入集線器處終止，并且GPON接入段通過OF代理經(jīng)由南向接口管理到GPON管理系統(tǒng)。然而，基于OF的集成的提出超出了到回傳網(wǎng)絡(luò)的接入集中器接口，防止GPON接入段無縫地集成到公共SDN控制平面。

圖2：SDN控制平面集成，將基于GPON的訪問域表示為分級交換機級聯(lián)

基于商用GPON接入系統(tǒng)的原型實現(xiàn)

如上所述，HYDRA旨在聯(lián)合編排多個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入，因此OF不需要定制拓展。為此，需要抽象以隱藏PON特定細節(jié)，同時允許對其操作的有效處理。 例如，GPON的傳輸匯聚（TC）層（其中QoS被管理）使用多個內(nèi)部標識符（如端口ID和Alloc-ID）來分別尋址邏輯連接和上游T-CONT（業(yè)務(wù)容器）隊列。因此，我們建議將接入段仿真為分層交換機的級聯(lián)，其中OLT和與同一PON段相關(guān)聯(lián)的ONU被表示為單個OF交換機（圖2）。

使用此交換機級聯(lián)模型的GPON的表示如下：業(yè)務(wù)流被識別為上行（VS），下行（DS）和多播（MC）。如圖2所示，每個ONU具有多個離散客戶端需要被映射到對應(yīng)于具有不同優(yōu)先級的虛擬輸出端口的內(nèi)部T-CONT隊列口。最后，來自O(shè)LT的輸出連接到朝著核心或到μ-DC的用于數(shù)據(jù)處理或發(fā)起數(shù)據(jù)服務(wù)的“L2交換機”轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)。在DS中，流量匹配用于將流量定向到適當?shù)腛NU端口，同時自動分配Port-ID，同時在客戶端端口應(yīng)用US流量匹配規(guī)則。由ONU支持的每個T-CONT被表示為在其中US流被定向的網(wǎng)絡(luò)端口中的隊列，其中相關(guān)的Alloc-ID被自動分配。 同樣，當使用此方案時，Port-ID可以自動分配。 對于MC流，對于每個目的地ONU，應(yīng)當使用類型為“全部”的“動作集”。

為了演示上述功能，我們開發(fā)了一個基于阿爾卡特朗訊智能服務(wù)訪問管理器（ISAM 7330）GPON系統(tǒng)的測試平臺，如圖3所示。服務(wù)和QoS控制是通過基于REST的應(yīng)用程序啟動的，用于通信的傳統(tǒng)控制器（例如，F(xiàn)loodlight，OpenDaylight）。 接入節(jié)點代理（ANA）與控制器通信并自動將消息轉(zhuǎn)換為廠商特定的CLI命令。為了演示該方法，在上游方向考慮應(yīng)用視頻流服務(wù)。 使用兩個TCONT2類型隊列分布，保證速率為3Mb / s和20Mb / s。 圖3中的虛線矩形示出了PON抽象。 在這種情況下，使用從PC1（ONU1）到PC7（Core）傳送視頻數(shù)據(jù)的VLC服務(wù)器生成流視頻服務(wù)（上行方向）。

圖3：ARN節(jié)點原型SDN實現(xiàn)

為了說明通過OF在我們的測試臺中控制GPON的QoS，執(zhí)行以下操作：從ONU1（p2）的第一端口進入GPON網(wǎng)絡(luò)的流量首先被轉(zhuǎn)發(fā)到Q1。此時，流視頻服務(wù)促進可用的高帶寬，并且以高QoS傳送。 然后，我們假設(shè)運營商正在將SLA改變?yōu)榈扔谳^低帶寬的操作條件，因此通過使用OF應(yīng)用，其改變相應(yīng)的參數(shù)，并且OF流修改消息（OFPT_FLOW_MOD）從控制器傳遞到ANA 。在ANA中，該消息被適當?shù)剞D(zhuǎn)換為CLI命令，其改變PON網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)和QoS方案以便適應(yīng)新的要求。 在CLI命令的自動執(zhí)行之后，進入端口p2的流量被轉(zhuǎn)發(fā)到Q0。 從接收視頻（PC7）的用戶觀察到所提供的服務(wù)的速率從20Mb / s到3Mb / s的降級。 在PC7中，一個工具在整個場景執(zhí)行時間監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)流量，其結(jié)果如圖4所示。

圖4：OF流，消息和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控

結(jié)論

我們已經(jīng)表明，GPON抽象可以通過標準化OF協(xié)議的方式來實現(xiàn)。 這是使用公共SDN控制平面和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)集成多種LANs，來聯(lián)合協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)資源分割和共享,以及網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的的重要一步。