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5G承载网管控SDN化,助力端到端网络协同
作者:徐云斌            发布时间:2019-09-23

  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业界普遍关注的焦点,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,承载网管控系统需要面向多种业务场景,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,提供网络资源的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位功能。

  面向上述的需求,承载网管控系统需配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承载网管理系统需要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行能力交互,包括拓扑和网络资源抽象信息的交互,网络切片能力和策略的交互,二是完成切片资源的创建、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,完成切片资源的相关操作,满足上层业务的带宽、时延等SLA需求,同时完成对传送网络资源的标记,便于在后续运营过程中保障切片网络资源的相互隔离。三是实现切片网络资源全生命周期的管理,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,对切片网络的资源及其承载业务进行调整、恢复等维护操作。

  对于切片网络资源的管控,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、资源映射策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资源的映射关系和抽象的策略,以及在不同层次管控系统信息传递的需求。

  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模型抽象简单,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。

  对于国内业界定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的资源获取和相关操作,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资源收集、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,实现网络资源的配置,例如OpenConfig组织,定义了线路系统、设备、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型抽象,从屋里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的范围进行定义,给出网络层次的映射关系,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,实现多种业务的映射,包括以太网透传业务、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承载网管控系统需要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以后,再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。


  作者信息:徐云斌,博士,cabet888.cc亚洲城_ca88手机版会员登录_ca888亚洲城手机版技术与标准研究所主任工程师,主要从事传送网智能管控技术研究。

  联系方式:xuyunbin@caict.ac.cn

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