SDN和NFV在接入網和核心網的最新趨勢

　　Iccsz訊 現(xiàn)今，有線和無線技術正在競爭下一代接入網絡的支配權。由于帶寬的巨大需求，光網絡仍會在接下來的發(fā)展中扮演著主要角色。其中，PON是公認的寬帶架構。這種技術能夠促使網絡融合，比如，開發(fā)電話網絡的移動前傳和回傳業(yè)務。盡管如此，混合解決方案將很有可能在很多場景中應用。

        在本文中，業(yè)務融合和統(tǒng)一的網絡控制和管理機制被認為是通過合適的系統(tǒng)接口使能數據平面集成之外的技術的關鍵。為應對上文所述的需求，SDN成為了控制平面和數據平面分離的關鍵，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，最初設想被應用于二層交換機和三層路由器。特別的，在OpenFlow 網絡節(jié)點，控制和轉發(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)議構造流表，用于完成過濾，查找在data path和交換機節(jié)點之間轉發(fā)的數據包。

        虛擬化領域，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)網絡功能和服務，也稱為網絡功能虛擬化。NFV在接入網領域的一個值得關注的例子就是CORD 計劃(端局重構為數據中心)。CORD旨在于將現(xiàn)有的專屬的硬件設備虛擬化，并且開發(fā)在商業(yè)硬件上運行的相應的軟件。CORD的基礎設施將基于白盒設備，ONOS, Openstack和 XOS這些開源架構。因此CORD的目標是利用簡化的GPON 光網絡單元系統(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的融合服務的目標，不過范圍更大。HYDRA正在開發(fā)一個融合的多樣網絡和計算基礎架構 ，用來提升該高分布式的數據中心架構，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)聚合來自多個異構接入網絡的業(yè)務，并通過純傳輸繞過MAN分片，以這種方式集成接入和核心段，導致性能增強和清晰開銷的優(yōu)勢。在HYDRA中，來自異構接入系統(tǒng)和微數據中心(μ-DC)基礎設施的業(yè)務的流量在ARN中聚合，提供給網絡功能和應用/服務，以訪問網絡，計算和存儲的資源池方案與將數據來回傳輸到遠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)議的城域網和使用L2RS路由器頂級接口基于OpenFlow控制器的GPON接入網相融合?？刂破矫婕軜嬵愃朴趫D2的上部所示的架構，其中OF在接入集線器處終止，并且GPON接入段通過OF代理經由南向接口管理到GPON管理系統(tǒng)。然而，基于OF的集成的提出超出了到回傳網絡的接入集中器接口，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)合編排多個異構網絡接入，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于具有不同優(yōu)先級的虛擬輸出端口的內部T-CONT隊列口。最后，來自OLT的輸出連接到朝著核心或到μ-DC的用于數據處理或發(fā)起數據服務的“L2交換機”轉發(fā)業(yè)務。在DS中，流量匹配用于將流量定向到適當的ONU端口，同時自動分配Port-ID，同時在客戶端端口應用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流被定向的網絡端口中的隊列，其中相關的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訪問管理器(ISAM 7330)GPON系統(tǒng)的測試平臺，如圖3所示。服務和QoS控制是通過基于REST的應用程序啟動的，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，在上游方向考慮應用視頻流服務。 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)傳送視頻數據的VLC服務器生成流視頻服務(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網絡的流量首先被轉發(fā)到Q1。此時，流視頻服務促進可用的高帶寬，并且以高QoS傳送。 然后，我們假設運營商正在將SLA改變?yōu)榈扔谳^低帶寬的操作條件，因此通過使用OF應用，其改變相應的參數，并且OF流修改消息(OFPT_FLOW_MOD)從控制器傳遞到ANA 。在ANA中，該消息被適當地轉換為CLI命令，其改變PON網絡的轉發(fā)和QoS方案以便適應新的要求。 在CLI命令的自動執(zhí)行之后，進入端口p2的流量被轉發(fā)到Q0。 從接收視頻(PC7)的用戶觀察到所提供的服務的速率從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)視網絡流量，其結果如圖4所示。

圖4：OF流，消息和網絡監(jiān)控

　　結論

　　我們已經表明，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控制平面和網絡操作系統(tǒng)集成多種LANs，來聯(lián)合協(xié)調網絡資源分割和共享,以及網絡功能虛擬化的的重要一步。