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当sdn遇上5g

作者简介:岳青伦,任职于华为产品与美高梅国际娱乐网址的解决方案部,研究方向sdn/nfv

sdn是对传统ip网络的一次深刻的变革,它从三个方面对ip网络产生着深远的影响:首先是让网络可编程,通过提供北向接口让应用可以根据需求对网络做调整,促进网络创新;其次是控制面集中,集中的控制面对网络有全局的视图,解决了ip网络分段自治和无序的状态;最后因为控制面与转发面分离,通过抽象转发面的行为,使用标准的南向接口,使得转发面可以尽量通用和简化。

传统ip网络在根据业务需求部署上线以后,如果业务对网络的需求发生改变,需要重新修改相应网络设备(路由器、交换机、防火墙)上的配置,这是一件非常繁琐的事情。在互联网/移动互联网瞬息万变的业务环境下,网络的高稳定与高性能还不足以满足业务需求,灵活性和敏捷性反而更为关键。引入sdn后,可以将网络设备上的控制权分离出来,由集中的控制器管理,无须依赖底层网络设备,屏蔽了来自底层网络设备的差异。而控制权是完全开放的,用户可以自定义任何想实现的网络路由和传输规则策略,从而更加灵活和智能。在sdn网络中,网络设备的配置大大简化,设备的端口、链路等都是通过默认的协议自动发现,应用只需根据自己的需要定义好简单的网络规则即可。sdn提供基于业务逻辑的开放性编程接口,使得网络作为“管道”的发展空间变为无限可能。如果未来云计算的业务应用模型可以简化为“云—管—端”,那么sdn就是 “管”这一环的重要技术支撑。sdn在数据中心网络已经取得了广泛的应用,针对数据中心的流量特点,使用sdn技术可以明显提升网络的带宽利用率;sdn可以大大简化网络配置,节省运维成本,因此在城域网、接入网等领域也取得了显著成效。

随着4g网络的演进,cloudran以及未来5g网络的形态逐渐清晰,xhaul网络从单一的承载backhaul演变为承载fronthaul、backhaul、以及co(central office)内的交换网络。在移动网络中更强调端到端的服务保证,xhaul网络承载多个网元/计算节点之间数据的传递,需要全程保证数据包的qos,使用sdn技术可以全程全网的去协同调度网络资源,从而提供端到端的服务保证。移动网络本身就具备控制面和数据面分离、业务和承载分离的特点,先天性的具备sdn的思想,在3gpp规范里也明确定义了网络控制器的网元,例如gsm网络中的bsc、umts网络中的rnc,但由于承载网历史上属于固网传输部分,并没有开放统一的接口,加上这些传输设备来自不同的厂家,导致ran网络的控制器bsc/rnc对于承载网的控制作用非常有限,并没有达到全程全网的服务保证要求。

因此,作为未来无线网络中的承载网,5g xhaul不仅需要引入sdn技术解决网络开放编程、控制面集中、控制转发分离的基本需求,更需要把传输网的sdn技术与ran网络深度融合,从而满足面向未来5g的业务多样化、iot业务千亿连接、工业控制/arvr超低时延等诉求。

5g xhaul网络有着无线网络独有的特点,当前为数据中心和固网承载为主要应用场景而设计的sdn架构并不能完全满足无线,特别是5g时代的全部要求,xhaul controller以及承载网的传输设备要满足如下要求:

1、多种网络的融合调度

5g xhaul网络会继承现有的backhaul网络,同时新建或增强一些新的网络,因此会存在多种传输技术共存的局面,包括基于光的波分或pon设备、基于微波的mmw设备、gbit级的以太网,以及基于tdm的点对点设备。5g xhaul网络需要能够在异构的传输资源之间进行全局的资源调度,分配业务匹配的最优传输路径,实现多种传输技术之间的协同,达到动态调整、节能、提升可靠性的目的。

2、5g xhaul网络的端到端切片

5g多样化业务对qos的要求差异非常大,ran网络和核心网已经有切片技术来解决该问题。传统的承载网对qos只能做简单的资源预留或提供区分服务,网络资源的使用仍然是抢占方式,提供的qos服务有限。作为连接网元之间或计算节点之间的承载网,xhaul必须有能力为不同的切片提供单独的qos能力,切片之间不受影响,并且这种能力是全程全网。为实现这一挑战目标,xhaul网络也需要提供切片能力,将传输设备资源、网络拓扑从物理和逻辑上进行切片,对每个切片实施qos管理,匹配每一类型的业务。

3、极低时延网络的控制

cpri是基于固定速率的技术,带宽独占时延保证,cpri分组化以后不能降低qos质量,尤其是5g的一些面向工业控制和ar/vr类业务,需要极低的时延,5g xhaul需要提供一种能力,在一个给定的切片中,通过控制器对整网的统一调度,提供确定的转发路径和最低的转发时延,满足业务需要。

4、基于带宽和时延最优的选路算法

现有的sdn技术在选路算法上策略单一,只能根据最短路径或者带cost的最优路径选择,在5g xhaul网络中,需要提供带宽保证和时延最优的选路算法,这种算法根据输入的带宽参数和时延参数,计算端到端的带宽预留和时延参考,从中选出最优的路径供业务使用。

5、无线与传输资源的快速联动

无线网络由于移动性和空口质量的快变特性,对5g xhaul网络有着快速调整的需求,这种调整不同于一般传输网络的动态配置,它具有极高的频度,例如当用户在高速移动时的小区切换、人流密集区域的小区负载变化,都要求5g xhaul快速的做出响应并调整到新的最优路径。这对无线资源和传输资源的联动要求很高,当前的sdn控制器通过北向接口很难满足这种场景,5g xhaul网络提供统一的控制器,将无线的控制单元和传输网络控制单元合一部署,从而提供快速联动。

6、qos性能实时监控

当业务体验变化时,网络需要提前感知,对5g xhaul来说,要能够及时发现业务链路上的丢包、时延、吞吐率的变化,实时反馈给网络控制单元,及时做出调整,优化传输网络。采用类似于现有的ippm技术,在时延、吞吐率、丢包率上做进一步增强,匹配sdn新架构。

7、网络精细化管理

应对5g的业务承载,xhaul网络将更加智能化,为支持切片、低时延的需求,除了传统sdn的流表资源外,交换节点会开放出更多的接口供控制器统一调度,比如交换机处理报文的线程、队列深度、buffer、逻辑端口等,sdn控制器通过对这些资源的全局统一精细化管理,实现端到端的全程全网精确qos控制。

8、openflow协议扩展

openflow协议是现有sdn架构下的标准南向接口,用于sdn控制器和sdn交换机之间通信,完成配置和查询。openflow协议对数据面报文转发做了抽象,有一系列的match-action组成,报文匹配流表执行对应的动作,从而完成数据面的转发任务。在5g xhaul网络中,数据面的行为抽象需要进一步扩展,比如要支持gtpu隧道,支持fronthaul-split后新的封装和动作,因此要对openflow协议进行匹配无线业务的扩展。

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