中国联通UTN网络引入SDN的思考

中国联通网络技术研究院│曹畅

中国联通UTN网络引入SDN的思考

中国联通网络技术研究院│曹畅

随着SDN技术由炒作期走向成熟期，SDN与现网应用结合、与已有运维体系结合的需求越来越强烈，SDN的研究必须走出实验室，走向运营商运维的第一线。

为了应对移动回传和集客专线业务分组化、高速化的发展趋势，中国联通自2012年起在全国300多个城域网中大规模开展了本地综合承载传送网（UTN）建设，旨在打造一张城域范围内的精品网络。

中国联通UTN网络概况

UTN技术基于IP/MPLS技术标准体系，支持BFD、MPLS-TE等多种特性功能，具有对运营商网络普遍的适用性。目前UTN网络采用三层路由器设备组网，核心汇聚层主要定位于边缘流量的汇聚和转发，多采用双归属、口字形或者环形结构组网。UTN接入层位于网络边缘，用于提供灵活的业务接入，设备多以环形结构为主，同时考虑到地理环境以及资源因素，还有少部分地区采用双上联、链型等多种结构组网。

结合所承载的业务类型，目前UTN网络的组织结构如图1所示，主要有3种业务承载方式。

● 方式一：端到端采用分段L2VPN方式，在汇聚设备进行分段

● 方式二：接入层采用L2VPN方式，在核心汇聚层采用IP/MPLS L3VPN方式

● 方式三：端到端采用分段L3VPN方式，在汇聚设备进行分段

以传统路由器架构为基础，结合上述3种业务承载方式，3G时代和LTE初期的移动业务承载问题能够通过部署UTN得以较好解决。但是，随着LTE的深入部署和5G时代的到来，一方面，UTN全网尤其是接入层的节点规模将会迅速膨胀，带来了成本的增加和运维的繁琐。另一方面，为提升用户感知和业务体验，UTN网络跨厂家、跨网络形态组网愈加重要，这些变化都对现有UTN网络的设备成本、运维管理、可用性、互通性提出了更高的挑战，需要引入SDN等新技术加以解决。

图1 中国联通UTN网络业务组织方式

SDN在UTN网络中的引入方式

中国联通UTN网络简化运维、降低成本、提升性能和感知质量的诉求，与SDN的技术优势十分契合。首先，SDN在网络中引入了集中的控制平面，便于网络运维的集中化和业务优化的自动化，解决了目前网管调整方式中依赖人工和质量不可控的问题，在多厂家联合组网、业务跨OTN、IP承载网联合部署时，使用集中控制平面的优势会更加明显。其次，SDN将控制与转发的分离作为重要目标，有利于海量转发网元与控制器的解耦，并且可简化UTN设备形态，便于降低网络建设成本。最后，SDN通过开放北向接口，可以接入各种功能丰富的第三方APP，以增强网络数据的分析和使用能力，便于运维部门进行网络的持续优化。

基于以上原因，中国联通很早已开展将SDN引入UTN网络的研究工作，并确定了未来基于SDN的UTN网络——SD-UTN网络架构体系和演进方向。SD-UTN网络的逻辑架构包括数据平面、控制平面、管理平面和应用平面4个组成部分。

数据平面由两种数据转发网元组成，包含已在网的UTN网元和未来在网络中新引入的SD-UTN网元。SDUTN网元是指根据SDN控制器的控制进行报文的转发及协议的处理、执行，与控制器之间通信接口标准化，并且集成必要的业务适配与承载、QoS、OAM、网络保护、同步等相关功能的新一代UTN转发模块。

控制平面为SDN控制器，通过运行各种协议实现对全网资源或部分网络资源的协同和调度，生成明确的策略指导业务转发、QoS、保护与恢复等功能的实现。随着控制平面功能的完善，控制包括UTN在内的各种形态的网元，都应通过统一架构的网元控制器实现。而网络协同器所控制的网络类型，也将不局限于UTN这一种网络形态。

管理平面保持对现有UTN网络的管理功能不变，仍然分为EMS系统和NMS系统，其中EMS系统中还可包含设备厂家自身或者第三方的性能采集模块，引入SDN后，管理平面原有的性能管理、资源管理、故障管理等功能保持不变，业务配置与调整功能应与控制平面共同完成，在业务布放、调整过程中需要的网络资源、性能、故障等信息，管理平面和控制平面应实现同步。

应用平面提供与UTN网络智能控制与能力开放相关的APP应用，近期主要聚焦集团客户专线场景，针对不同的使用人群，可分为运维人员APP、市场经理APP和客户APP3类，可通过权限划分予以区分。

在该逻辑架构中，中国联通前期已对网络协同器和网元控制器之间的接口、控制平台与应用平面之间接口进行了标准化，目前正在探索控制平面与管理平面之间I接口，以及控制器与网元之间的南向接口（网络控制器与UTM网元之间）的标准化方式。

网络长期演进方案

● 近期网络架构

为了保持网络的平滑演进，同时提升网络能力，将SDN技术引入UTN网络分为近期和远期两个阶段。

首先，接入层UTN网元和SD-UTN网元共存，维持这两种设备的IP/MPLS转发机制不变，OAM机制与保护机制不变，在此基础上逐步移除分布在UTN接入层设备上的路由计算、信令处理等控制协议功能，例如IGP中OSPF/IS-IS，RSVP-TE/LDP，LRM等；核心汇聚层的UTN设备形态一般应保持不变，但控制平面可支持双栈，路径计算功能可以由设备分布式实现变为通过网元控制器集中实现。在近期架构中，SD-UTN设备仍可保留少部分控制功能或控制代理功能，并逐步支持Openflow协议所要求的流表转发功能，SD-UTN网元的南向接口需通过标准化协议实现。

其次，每个网元控制器一般控制同一厂家的网元，且往往是同一类型的网元，网元控制器由该厂家提供，负责本厂家转发设备的控制，并结合本厂家EMS共同实现本厂家设备的自动运维，网元控制器与单厂家EMS在系统设计上应该遵循同厂家同系统，操作界面统一的原则。

最后，对于跨域（跨厂家）的端到端业务配置和端到端的资源管理、运维管理，由网络协同器实现，在建设了UTN综合网管的地区，网络协同器应与综合网管合设，相关操作功能均可通过应用平面APP或综合网管的服务开通系统完成。

● 远期网络架构

未来SD-UTN远期网络架构中，控制功能的移除不仅局限在接入层网元中，也将涵盖核心、汇聚层网元，若控制功能已在设备中完全移除，则称该设备形态为远期SD-UTN设备。随着传统UTN设备的退网，网络中主要的设备形态以SD-UTN设备为主，但不同时期的SDUTN设备形态会长期共存。通过南向接口标准化、网元控制器与UTN设备实现了解耦，第三方或运营商自研的网元控制器可以直接控制异厂家SD-UTN网元和其他形态网元。此阶段网元控制器与EMS应形成统一的本地网元管控平台。而网络协同器也应与改造后的集团OSS系统共建，实现集团网络级管控平台，该平台需要通过云化方式部署，可以全国集中建设，并根据需要释放相应的能力给远端不同区域（例如不同省份）的UTN网络和其他网络使用。SD-UTN应用平面除提供管理配置类APP之外，还将发掘一些架构在UTN网络之上的独立服务APP，例如网络大数据的分析和处理等。

小结与思考

中国联通SD-UTN研究本着业务先行、先易后难、接口开放的原则，已经取得了阶段性进展，实现了MPLS VPN业务的快速下发和部署。同时，联通还积极与ONOS等国际开源组织合作，共同探索控制器的目标架构与功能要求，并且利用ONOS开源控制器，在天津联通现网开通了视频专线业务。

随着SDN技术由炒作期走向成熟期，SDN与现网应用结合、与已有运维体系结合的需求越来越强烈，SDN的研究必须走出实验室，走向运营商运维的第一线。因此一定不要孤立的从控制技术角度，而是要从整网运维能力提升的角度来看待和研究SDN，SDN不是要替代现网已有的运维平台，而是要与其优势互补，实现强强联合，共同为新业务的引入和发展服务。

编辑｜鲁义轩 luyixuan@bixintong.com.cn