SDN技术在电力广域网的研究与应用

严 军

摘要：随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，在连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠等技术场景下，将SDN引入5G网络，能在很大程度上提高网络的智能化水平和服务质量。本文介绍了SDN的三层结构，对所提出的基于SDN的5G网络架构及其运行机制进行了深入研究，并给出了实际应用案例。

关键词：电力；SDN；广域网

引言

近年来,随着以物联网、云计算、移动互联为代表的新型网络快速发展,网络设备和技术变得日益复杂,对传统网络提出了更高要求。而目前网络体系存在着网络配置固化,网络的灵活性和扩展性较差等问题,导致大型网络流量的调整必须在每个网元上配置流量策略,不仅繁琐而且还很容易出现故障。SDN(SoftwareDefinedNetworking,软件定义网络)技术的提出,为当前网络问题提供了新的解决思路。SDN技术将网络的控制平面和数据平面分离,把网络控制功能从网络设备中分离出来,通过集中控制的方式,实现业务自动化部署和动态调整,大大缩短了业务部署周期。

1 SDN在通信网络中应用的必要性

SDN的设计过程中其最终目的并非是最大程度的提高网络运营商的通信水平，而是为了进一步实现转发与控制两者之间的有效分离，希望使编程程序网络水平得到进一步提升，使得编程程序可以开放应用，并对相关的网络资源高效控制与管理，保证管理效果。但是，现阶段通讯网络中应用SDN技术仍旧存在着不同程度的优势与劣势，优势主要体现在以下几个方面：（1）从产业结构化的角度进行分析，网络若得到开放化处理，那么即可参与更多的团体及成员参与其中，随着成员的增加，网络建设过程中所需投入的资金将进一步减少。（2）利用SDN技术，将其与OpenFlower有效结合，而后引入并完成导航，方可突破传统技术应用过程中的局限，从而呈现高度的垂直整合状态，最后才能真正将硬件与软件分离，确保网络运行的稳定性与可靠性。（3）建筑SDN对控制层开源，可结合用户的个性化需求，提供针对性的定制服务，并体现服务的风格化、个性化，也有利于加快业务创新速度，利于新业务的开展与推广，缩减业务部署周期，进而增强市场竞争力。（4）借助SDN技术对控制面实施虚拟化与统一化处理，不仅可以使得信息技术运维方法得到简化，同时还能大大降低技术运用的过程中所涉及的资金投入。不仅如此，SDN技术的应用也有助于服务器代理管理与服务器代理维护工作的落实，保证运维管理效率，真正实现代理管理与代理维护工作两者间协同进行的目的，并为通信网络的高速传输提供保障。

2 SDN技术在电力广域网的研究与应用

2.1SDN在移动蜂窝网中的应用

SDN将控制平面与数据平面相分离，是一个全新的网络体系架构。SDN将网络视为一个操作系统，把应用程序从底层硬件设备中抽取出来，使得与管理相关的功能都在集中式的控制器中实现。因此，网络的智能化就能通过集中式的控制器管理全局网络而实现。SDN的这一特性促使越来越多的研究者开始研究将SDN引入移动蜂窝网中，提出的基于SDN的回程网络和核心移动网络，都能很好地减小网络开销，并同时增强网络的移动性。华为提出的MobileFlow移动网络演进方案，是其针对下一代移动网络的关键技术。MobileFlow是一个由MobileFlow转发引擎（MFFEs，MobileFlowforwardingengines）和MobileFlow控制器（MFC，MobileFlowcontroller）组成的基于SDN的移动核心网络。MobileFlow转发引擎是由MobileFlow控制器控制的载波级交换器，可以将用户的数据流量转发向不同的中间设备。MobileFlow本质是一个移动网络的端到端控制机制，通过融合软件定义网络、网络功能虚拟化等理念，提供对移动网络的整网控制和可编程能力，以满足运营商对未来移动网络的灵活性、可扩展性需求。美国普林斯顿大学、贝尔实验室提出了基于SDN的SoftCell架构。SoftCell是基于SDN的蜂窝核心网络，通过中间设备链路引导用户的数据流量。SoftCell通过有效的转发规则整合，减少了数据流量的转发流表，并在数据包进入交换机时对其进行分类，以提高蜂窝核心网络的灵活性、可扩展性。上述两个方案均只能对流表进行整合转发，缺少统一的体系方案，难以大规模商用。本文提出的方案则结合了核心网侧与接入网侧的业务需求，具备大规模商用的能力。

2.2关键技术

(1)南向接口技术。南向接口是从控制平面角度面向数据平面,用于提供给其他厂家网元的功能,即向下提供的接口。通过南向接口可将信息转发至网络中的交换机和路由器。SDN网元中各个转发表项由SDN控制器统一下发,并非根据周围网络环境本地生成,因此SDN交换机只需关注基于表项的数据处理,无需理会控制逻辑如何实现,因此数据处理的效率也就成为SDN交换机性能最关键指标。(2)北向接口技术。北向接口是从控制平面角度面向应用,供其他厂家设备接入和管理网元的接口。用户通过控制器向上层业务应用开放的接口,即SDN北向接口,能够快捷调用底层的网络资源。目前业界并无统一的北向接口标准,各大型厂商正聚焦于此,开发定义SDN模型和北向接口。(3)东西向接口技术。东西向接口是实现各控制器之间通信的接口。由于单个控制器能力有限,为满足SDN网络大规模部署和扩展性要求,东西向接口定义成为下一个SDN研究热点。目前对于SDN东西向接口的研究还处于初级阶段,行业标准不足。

2.3SDN技术在广域网的应用

SDN广域网应用方案和其他场景下的SDN网络架构类似,也是一个分层、开放、灵活的网络架构,SDN网络架构分为网络设备层、控制层和应用层三个层次:(1)网络设备层:网络设备接收SDN控制器的指令,包括传统的SNMP、NETCONF等数据传输方式,支持通过SDN架构下的BGP-LS、Openflow等协议与控制器进行通信;同时在转发层面进行优化,支持段路由SR和Openflow硬件转发,提供高性能的转发平面。(2)控制层:主要由控制器和APP软件组成,该方案基于开源的OpenDayLight平台,支撑各种APP集成;可根据广域网的结构特征,定制化开发APP,满足用户在不同场景下的业务需求;通过统一的南向接口协议和底层设备通信;通过北向接口向用户提供丰富的API接口,实现和编排系统集成,满足用户功能需求。(3)应用层:通过调用APP提供的API接口,实现业务的二次编排,具备全省网络需求和网络组织的全局视图,对所有流量计算出最佳最明确的路径,实现全网的实时监控、图形化展示及故障定位等,进而简化网络的运维管理。通过SDN技术在广域网的应用,解决了当前全省广域网的链路带宽利用率低、网管成本高等的问题。提高了广域网的整体性能,同时简化网络管理,节约运维成本。

结语

当前SDN技术成已经为引领网络发展的热门技术,受到广泛的关注。然而SDN技术在许多关键领域仍需取得突破,包括跨域通信、扩展性等问题,尽管如此,未来一段时间SDN技术仍将是研究热点,拥有广阔的应用前景。

参考文献

[1]王爱俊,毛东峰,孙琼,等.广域网IPSDN控制器架构与关键技术研究[J].电信技术,2017(3):16-20.

[2]毛明,陈庶樵,崔世建.SDN控制器部署中的可靠性优化研究[J].电子技术应用,2017(3):108-111.

[3]马文婷.基于OpenFlow的SDN控制器关键技术研究[D].北京邮电大学,2015.