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2019/9/26 10:24

5G承载网管控SDN化,助力端到端网络协同

中国信通院  徐云斌

随着5G诸多新特性的引入和5G试验及预商用计划的逐步推进,面向5G的承载网络架构与技术方案成为?#21040;?#26222;遍关注的焦点,与之对应,承载网的管控技术也出现了许多新的特征。5G网络涉及无线、核心网和承载网络,同时支撑多种网络应用场景,通过SDN架构实现端到端网络和业务的协同,提升业务的自动开通部署和智能运维能力,是5G承载网络协同管控的基本诉求。

一、北向接口(NBI)开放、标准化是实现端到端自动编排的关键

5G网络支撑多种网络应用场景,满足多种业务承载需求,包括支持eMBB、uRLLC、mMTC等不同业务的切片需求,承载网管控系?#25215;?#35201;面向多种业务场景,实现切片的规划、自动部署开通和自动运维;同时满足VR、强交互游戏等场景的低时延需求,实现基于时延的管控、规划和保障运维;此外还需要面向高质量的垂直行业客户需求,提供网络?#35797;?#30340;隔离以及层次化的网络保障机制,实现时延控制及分段的故障定?#36824;?#33021;。

面向上述的需求,承载网管控系?#25215;?#37197;合上层网络管控系统,实现自动化的切片控制,对承载网络切片进行全生命周期的运维管理,提供网络切片的监控、隔离和保障。二是实现端到端的业务路径管控,支持基于业务策略的自动部署、监测、调优和维护诊断。三是提供差异化的SLA保障,提供多服务等级的网络保护和时延保障。为此,5G承载网管理系?#25215;?#35201;提供开放标准的北向接口(NBI),为上层端到端业务编排系统使用,共同实现端到端的业务及网络的自动化编排。

二、切片模型及策略成为当前承载网切片管控的研究热点

承载网络的切片管控流程及功能需求已经基本明确。一是和上层管控系统进?#24515;?#21147;交互,包括拓扑和网络?#35797;?#25277;象信息的交互,网络切片能力和策略的交互,二是完成切片?#35797;?#30340;创建、调整、删除等操作,承载网管控系统可以基于上层管控系统的需求,完成切片?#35797;?#30340;相关操作,满足上层业务的带宽、时延等SLA需求,同时完成对传送网络?#35797;?#30340;标记,便于在后续运营过程中保障切片网络?#35797;?#30340;相互隔离。三是实现切片网络?#35797;?#20840;生命周期的管理,对切片网络进行监测,包括流量、时延等SLA信息,以及告警和性能信息,管控系统可以基于网络监测结果,对切片网络的?#35797;?#21450;其承载业务进行调整、恢复等维护操作。

对于切片网络?#35797;?#30340;管控,如何定义切片管控模型以及切片策略成为当前标准化研究热点。

在切片管控的架构、?#35797;从成?#31574;略及功能实现方案方面,ITU-T SG15 Q12/Q14工作组主要在现有的SDN组件功能基础上,针对SDN架构内部功能实现方案开展研究,通过引入新的功能组件实现切片管控功能,并分析新组件和原有功能组件之间的关系,同时研究不同层次的管控系统之间以及管控系统内部的切片网络?#35797;?#30340;?#25104;?#20851;系和抽象的策略,以及在不同层次管控系?#25215;?#24687;传递的需求。

在切片网络的信息模型方面,ONF定义了TPAI虚拟网络(VN)信息模型,其中拓扑模型可实现拓扑信息和网络切片能力信息的交互,采用VN模型实现网络切片的编排和业务的编排。IETF ACTN架构同样定义VN模型,可以用于CMI接口,实现客户网络和多域协调控制器的交互,通过定义VN、接入点、VN成员等对象实现VN网络的创建,采用L1CSM、L2SM等实现层网络能力的扩展。总体而言,IETF ACTN VN模?#32479;?#35937;简单,ONF TAPI模型定义稍微复杂,并定义详细的层网络信息,再使用过程中,前者需要进一步的扩展,后者则需要进行裁剪和简化。

对于国内?#21040;?#23450;义统一的用于切片的信息模型方面,可以通过定义统一的网络管控模型,实现VN的?#35797;?#33719;取和相关操作,在对象命名方式和参数定义上,尽量保持和控制器层间接口(I-CPI)以及设备南向接口(SBI)的数据一致性,同时参考TAPI模型,对网络层协议能力信息进行扩展。

三、多层技术网络模型成为南向接口(SBI)开放的重要掣肘

南向接口(SBI)主要面向设备层次进行网络?#35797;?#25910;集、设备运维、单站的业务配置等功能,5G承载网络为满足多种业务的承载需求,采用了多个层次的网络技术,包括L0层的光层到L3 IP层网络技术,对于每个网络层次,当前均存在对应的网络协议实现。

对于L0层网络,多个标准化组织定义了基于NETCONF协议的YANG模型,实现网络?#35797;?#30340;配置,例如OpenConfig组织,定义了线路系?#22330;?#35774;备、线卡、端口、收发器等不同的YANG模型文件,实现了转发设备功能信息模?#32479;?#35937;,?#28216;?#37324;细节中抽象相关功能,同时支持厂商和运营商定制需求,实现模型灵活扩展,解决了多次OTN网络建模问题。OpenROADM组织定义了公共模型、设备模型、网络拓扑模型以及业务模型,定义可ROADM互操作规范,包括光开关、转发器、可插入光器件等器件的YANG模型。ITU-T G.media模型定义光层的管控架构和模型,并对media的?#27573;?#36827;行定义,给出网络层次的?#25104;?#20851;系,并在ITU-T G.771通用信息模型基础上扩展相应的media管理对象模型。

对于L1层OTN网络,国内运营商及设备厂商在ONF TAPI模型基础上,扩展定义OTN设备的统一南向接口,通过定义网络设备模型,实现OTN设备管理,通过自定义RPC接口操作,实现多种业务的?#25104;洌?#21253;括以太网透传业务、ETH over SDH业务、OTU业务以及SDH业务。

对于L2层MPLS-TP技术采用OpenFlow协议实现了业务配置、OAM、QoS、保护等功能,同时采用NETCONF协议,扩展定义YANG模型,实现网元、板卡、端口等保护配置管理。

5G承载网设备要求支持L3路由功能,对于L3层IP路由管控,主要是采用 IS-IS技术实现域内路由的发布,BGP-LS实现设备和管控系统之间的路由发布,并采用成熟的PCEP协议,实现SR- TP隧道路由计算和端到端创建,支持双向隧道、绑定标签等扩展。对于其它管控功能的NETCONF协议YANG模型目前还未统一定义。

由此可以看出,对于承载网络设备,其业务类型多种多样,适配模型复杂,定义统一的YANG模型,采用NETCONF协议实现南向接口的开放将是主流。对于L3层网络,由于传送设备采用了分布式的路由技术,在和管控系统中可以采用BGP-LS/PCEP等协议相配合已实现南向接口开放。对于多个网络层次的YANG模型定义,国内在标准化过程中,需要首先对各个层次的YANG模型进行统一,然后面向具体的承载网络设备类型,实现具体设备的多层统一管控YANG模型的定义。

综上所述,5G承载网管控系?#25215;?#35201;通过端到端的协同管控架构,实现自动化的跨5G RAN、5G承载和5G CN的端到端编排;通过开放、标准的NBI接口,为上层应用APP或运营商端到端协同编排系统提供服务;通过层次化架构,实现承载网管控网络架构的可扩展性。在网络切片应用方面,可随着eMBB,uRLLC等业务的商用,逐步引入切片生命周期管理、自动算路、链路时延监测和保障等功能。在设备南向接口的开放方面,国内建议首先对L0-L3各个层次上的网络模型统一?#38498;螅?#20877;面向具体的设备形态,定义该设备的统一管控YANG模型,对L3层功能,可采用采用成熟的协议BGP-LS/PCEP实现。

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