軟件定義的分組傳送網(wǎng)（SPTN）架構(gòu)及技術(shù)演進(jìn)

軟件定義的分組傳送網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)之路

分組傳送網(wǎng)(PTN)是以分組交換為內(nèi)核，采用MPLS-TP協(xié)議的多業(yè)務(wù)傳送技術(shù)。PTN順應(yīng)了電信業(yè)務(wù)的IP化發(fā)展趨勢，滿足了2G/3G/LTE移動回傳和大客戶等業(yè)務(wù)的承載需求。面向互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為中心的業(yè)務(wù)發(fā)展需求，PTN技術(shù)有進(jìn)一步演進(jìn)的驅(qū)動力，軟件定義的分組傳送網(wǎng)(SPTN)技術(shù)的提出，推動了SDN技術(shù)在PTN網(wǎng)絡(luò)的引入，通過集中式的網(wǎng)絡(luò)可編程控制和網(wǎng)絡(luò)能力的開放，更好地滿足ICT時代以網(wǎng)絡(luò)為中心的業(yè)務(wù)運(yùn)營需求。

SPTN技術(shù)架構(gòu)

SPTN系統(tǒng)架構(gòu)由轉(zhuǎn)發(fā)面、控制平面、管理平面和應(yīng)用平面組成，由圖1所示。

當(dāng)一個網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元數(shù)量大于控制器管控能力時，需要網(wǎng)元級的多個控制器來管控。為了滿足電信級大網(wǎng)的組網(wǎng)需求，控制平面采用層次化控制架構(gòu)，分為域內(nèi)控制器(D-Controller)和域間控制器(S-Controller)，其中D-Controller負(fù)責(zé)域內(nèi)業(yè)務(wù)的控制，并通過南向接口控制轉(zhuǎn)發(fā)面設(shè)備。S-Controller負(fù)責(zé)域間業(yè)務(wù)的控制，通過調(diào)用D-Controller提供的北向接口，完成全網(wǎng)的資源協(xié)調(diào)和業(yè)務(wù)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的跨域協(xié)同控制。

在SPTN系統(tǒng)架構(gòu)中，管理平面仍然長期存在，管理平面要繼續(xù)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)面和控制器的資源和版本管理、告警和性能監(jiān)控，滿足網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維需求。

層次化控制

S-Controller是SPTN架構(gòu)的核心，用于域間業(yè)務(wù)的控制和協(xié)調(diào)，具備域間拓?fù)涞墓芾?、路徑?jì)算和業(yè)務(wù)編排的功能，S-Controller可以進(jìn)行多級嵌套，拓展網(wǎng)絡(luò)控制規(guī)模。為了減小S-Controller控制器感知的拓?fù)湟?guī)模和計(jì)算功能量，上層控制器可以將下層控制器抽象為一個容器節(jié)點(diǎn)(Node)，下層控制器之間的域間物理連接抽象為Link，在這種情況下，上層控制器看到的拓?fù)溆扇萜鞴?jié)點(diǎn)加上Link，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浯鬄楹喕?/p>

S-Controller通過南北向接口與D-Controller的協(xié)同，計(jì)算端到端業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑。首先根據(jù)上層拓?fù)?，?jì)算域間轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并將域內(nèi)業(yè)務(wù)的路徑請求下發(fā)給D-Controller，D-Controller完成域內(nèi)的路徑計(jì)算后，將計(jì)算結(jié)果向上反饋，由S-Controller對路徑進(jìn)行最優(yōu)化拼接，形成端到端的跨域轉(zhuǎn)發(fā)路徑。

層次化控制采用控制器的南北向接口實(shí)現(xiàn)域間LSP的標(biāo)簽交換功能，在這種場景下，S-Controller把域間LSP上游D-Controller的標(biāo)簽申請轉(zhuǎn)發(fā)給下游D-Controller，下游D-controller收到請求后，把分配的標(biāo)簽通過S-controller轉(zhuǎn)發(fā)給上游的D-controller，從而完成LSP標(biāo)簽的分配。

現(xiàn)網(wǎng)PTN向SPTN的平滑演進(jìn)

PTN技術(shù)采用了轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離、集中化管理的構(gòu)架，天然具有向SPTN演進(jìn)的優(yōu)勢。為了降低SDN在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的引入門檻，保護(hù)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的投資，中興通訊的SPTN方案做到了不改動現(xiàn)網(wǎng)PTN設(shè)備的硬軟件，不中斷業(yè)務(wù)，通過SDN域內(nèi)控制器和域間控制器的引入，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)網(wǎng)PTN向SPTN的平滑升級。平滑升級的方案通過PTN的網(wǎng)元級網(wǎng)管(EMS)將現(xiàn)網(wǎng)的各類PTN設(shè)備資源進(jìn)行統(tǒng)一的抽象，利用廠家定義的接口將網(wǎng)絡(luò)資源和拓?fù)溟_放給D-Controller，從而通過D-Controller對現(xiàn)網(wǎng)PTN進(jìn)行集中控制。平滑演進(jìn)方案考慮到EMS上有大量的現(xiàn)網(wǎng)配置數(shù)據(jù)，支持D-Controller和EMS的協(xié)同，避免了資源的沖突。

基于Openflow的轉(zhuǎn)發(fā)面

Openflow提供了一個開放的協(xié)議，用戶可以通過該協(xié)議對轉(zhuǎn)發(fā)面的流表進(jìn)行精細(xì)化可編程控制。對于今后新建的網(wǎng)絡(luò)，支持Openflow的轉(zhuǎn)發(fā)面也是SPTN的一個組成部分和演進(jìn)方向。

Openflow轉(zhuǎn)發(fā)芯片具有高度的靈活性和可編程性，在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)發(fā)面多級流表結(jié)構(gòu)時，需要根據(jù)PTN的業(yè)務(wù)特性，設(shè)計(jì)一種針對PTN應(yīng)用的流表轉(zhuǎn)發(fā)(TTP)模型?，F(xiàn)有的硬件轉(zhuǎn)發(fā)芯片方案已為PTN業(yè)務(wù)流程高度優(yōu)化設(shè)計(jì)，技術(shù)成熟度高，是否可以改為支持Openflow的轉(zhuǎn)發(fā)面?答案是可以的?？梢栽O(shè)計(jì)一個Openflow的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)抽象適配層來封裝現(xiàn)有芯片的轉(zhuǎn)發(fā)能力，滿足TTP模型要求，從而大大提升Openflow轉(zhuǎn)發(fā)面的可商用性。

為了滿足PTN特定的預(yù)激活OAM和自動倒換協(xié)議(APS)的性能要求，需要在轉(zhuǎn)發(fā)面設(shè)備上完成快速OAM和保護(hù)倒換功能，OAM/APS的配置和狀態(tài)查詢由控制器通過南向接口的擴(kuò)展來實(shí)現(xiàn)，這部分接口是控制器業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)需要考慮的。

SPTN的價值

SPTN將SDN的先進(jìn)理念與PTN電信級可靠性、業(yè)務(wù)高質(zhì)量的優(yōu)勢相結(jié)合，其價值體現(xiàn)在：

● 引入控制平面，提供網(wǎng)絡(luò)的智能控制和協(xié)同能力，大大提升了跨域業(yè)務(wù)的開通效率，解決了異廠家網(wǎng)絡(luò)側(cè)對接的老大難問題，提升網(wǎng)絡(luò)抗多點(diǎn)失效的業(yè)務(wù)恢復(fù)能力。

● 提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，實(shí)現(xiàn)流量經(jīng)營。依靠集中化的控制平面和對全網(wǎng)資源的監(jiān)測和分析，能夠動態(tài)進(jìn)行資源調(diào)度，大大提高網(wǎng)絡(luò)的資源利用率。

● 提供網(wǎng)絡(luò)的虛擬化功能，通過網(wǎng)絡(luò)資源的邏輯分片，實(shí)現(xiàn)集客業(yè)務(wù)和移動回傳業(yè)務(wù)的資源獨(dú)立控制，方便網(wǎng)絡(luò)資源的精細(xì)化經(jīng)營和管理。

● 建立開放式生態(tài)系統(tǒng)。借助于SDN的開放性，引導(dǎo)整個產(chǎn)業(yè)走向更為開放和合作的模式，便于網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)特性的快速推出，降低整個網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的總體擁有成本(TCO)。

SPTN是SDN在傳送網(wǎng)的技術(shù)創(chuàng)新，對電信網(wǎng)架構(gòu)和演進(jìn)影響較大，研究和推動SPTN的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈，對于提升移動回傳和政企網(wǎng)專線業(yè)務(wù)的承載能力有較大的促進(jìn)作用。