2015年ICT展望 SDN和NFV驱动通信网络重构

编者按:互联网和通信网络的深入融合成为信息通信网络发展的重要特征。在All IP的前提下,充分利用SDN/NFV和云计算技术实现网络架构的优化和创新,将是2015年通信网络的发展重点。

通信产业正进入一个新的变革和高速发展期,互联网和通信网络的深入融合成为信息通信网络发展的重要特征,行业颠覆与重构正在出现。一方面,互联网业务的蓬勃发展和各种颠覆性新技术的不断涌现,对通信网络提出了更高的要求;另一方面,IT技术进步,尤其是新型数据中心和云计算技术的成熟和广泛应用,推动通信网络向超宽带“云”网络发展。最高的网络性能、最低的每比特传送成本和最个性化的网络是未来网络将要重点面对的三大需求。All IP、SDN/NFV和云将是未来网络的三大使能技术,宽带化、移动化、泛在化和融合化将是未来网络的发展趋势。

全方位超宽带接入助力“宽带中国”战略

PON接入技术在理论研究、产品研发和网络部署上取得了长足发展,G/EPON正成为PON接入的主流技术。从技术演进上看,GPON由单波长向TDM和WDM相结合的NG-PON2发展,接入速率从2.5Gbit/s提升到80Gbit/s(上下行);EPON技术正向10G EPON发展,接入速率从1Gbit/s提升到10Gbit/s(上下行)。从网络部署上看,以GPON技术主导的超宽带接入应用将更加广泛,光纤入户已成趋势,企业网络“光进铜退”渐入高潮。据Infonetics统计,至2014年中,全球FTTH用户已达8500万,并以每年超20%的速度增长。超宽带移动网络的高速发展也为固定宽带接入带来新的契机。LTE技术需要部署更多的小蜂窝基站以实现高速、无缝覆盖,其位置更接近用户,与FTTX形成一定的叠加效应,移动回程正成为PON的重要应用领域。另外,新形态的家庭智能终端不断涌现,通过采用开放系统、增强处理能力、简化管理等手段,为智能家居的发展提供保障,并正向云端一体化方向演进。

以矢量和G.fast为代表的新一代铜线接入技术正成为超宽带接入的重要解决方案之一。矢量技术可以解决铜线线缆间的信号串扰,有效提升性能,在400米距离时,铜线接入速率可达到100Mbit/s;G.fast技术有效接入速率可超1Gbit/s,贝尔实验室最新研究成果XG.fast可将铜线传输速率提升到10Gbit/s。基于创新技术的铜线解决方案利用已有铜线资源,可实现与PON相媲美的宽带接入速度,并大大降低成本,是宽带提速的一种有效补充方案。

深度覆盖和融合推动LTE网络发展

实现LTE网络的深度和广度覆盖、支持TD-LTE和FDD LTE融合是2015年LTE网络的发展重点。随着TD-LTE商用网络的部署和LTE混合组网试验的实施,LTE网络已基本实现城市的信号覆盖。在未来一年,LTE网络将从发达地区向乡镇和农村进一步延伸,以达到网络的连续覆盖;同时,LTE网络将从做广向做深转变,即在热点地区、室内、特殊场景(高速公路、高铁、河流等)和小区边缘进行容量提升与信号覆盖完善。另外,为实现资源共享和提升用户体验,TD-LTE和FDD LTE将在网络、业务和管理等层面不断融合。

随着LTE网络部署和5G研究的逐步展开,在5G商用之前,4.5G正成为业界的关注热点。在一些特定的应用场景,不需要改变4G的空口标准,直接应用5G的部分无线技术和网络架构,用户使用4G终端就可提前得到5G的部分体验。载波聚合、多点协同传输以及LTE与Wi-Fi的多连接等无线技术,将进一步提高用户的接入带宽。网络功能虚拟化将成为下一代移动网络架构的主要特征。与现有的BBU+RRH的LTE架构不同,4.5G及其后续的移动网将引入标准IT硬件平台,通过云计算技术对网络功能虚拟化,形成一个虚拟的基站。基站的大部分信号处理功能,即L2/L3层将由数据中心的GPP(通用处理器)实现;而面对L1层的高性能要求,GPP取代专用处理器尚需时日。预计4.5G的网络部署和使用将从2016年开始。目前,ITU-R已基本明确5G的需求和关键性能指标并确定5G研究的时间表,业界对5G主要关键技术,如大规模天线阵列、毫米波技术、新型网络架构、新型空口设计的研究逐渐聚焦和深入。

动态可编程提升睿智光传输网络

更高的业务体验质量驱动传输网络不断向资源的动态配置方向演进,光层的动态可编程能力正成为光网络的重要特征。采用光层可编程能力,按需动态调整硬件的配置、状态、编码等,以灵活组织传输资源、公平分配资源和高效利用资源,在满足业务需求的同时,提供优化的网络和降低传输网的总体成本。灵活栅格、在线编码改变、传输速率(100G/200G/400G)按需调整等技术和光模块的应用,在硬件上支撑了动态可编程光网络的实现。伴随SDN架构和技术的发展,光网络亦将逐步引入SDN控制器和支持SDN的传输网元,实现传输网的集中控制及控制层与数据层的分离;提供开放式接口和网络抽象,实现分片化的虚拟网络,满足网络租户对传输资源的动态调动。

传输网将面临实质性调整及过渡转型。支持电路业务的传统网络进入淘汰期,多业务传输平台面临整合,承载业务将被转移到PTN、OTN传输平台,部分网络引入T-SDN平台;光波长作为高速快捷通道,提供业务的直接承载。光和IP不断的融合,在数据平面维持两个平面,采用灵活汇聚和带宽优化能力,提供最佳的带宽利用;在管理平面实现统一管理、统一拓扑、精准故障定位等,满足跨层的智能管理;通过GMPLS UNI接口,实现IP和光层的控制协同,保证资源的按需动态配置和运营维护,并逐步引入SDN控制器。

大容量核心和智能化边缘铸就新型IP网络

IP骨干网核心路由器向大容量、高密度和低功耗方向持续演进。传统的路由器集群中广泛部署的POS接口逐渐被低成本的高速以太接口替代。现有IP路由器线卡的光收发元件及调制器尺寸远远大于电路元件,因此难以提升线卡的接口密度。通过在单块微型芯片上集成光和电子元件,硅光子技术能够让路由器线卡获得更大密度的I/O带宽。同时,由于光路的耗电量大幅下降,硅光子技术也降低了系统的整体功耗。可以预计,带有硅光子芯片的模块化路由器将大幅提升互联网速度。

IP城域网和广域网边缘将逐渐引入SDN技术,软件将在IP网络中发挥更重要的作用。在城域网,SDN技术的引入有助于实现业务的智能控制,通过将策略控制和各种业务链功能组合,可以针对用户方便灵活地实现业务差异化功能。在数据中心,当计算和存储资源虚拟化之后,用户迫切希望网络的虚拟化功能从数据中心内部延伸到企业总部乃至各分支机构,软件定义的VPN业务将成为新的发展动向。在广域网,分层的SDN控制器可以将IP层和光层资源进行联合调度,优化业务流量和流向,实现带宽的动态分配,为用户提供更加有保障的QoS服务和更灵活的计费策略。

SDN和NFV驱动通信网络重构

SDN从数据中心和园区网向电信网各层面深度扩展。随着SDN在数据中心的成功部署,运营商开始考虑将现有电信网络改造成SDN架构。SDN通过集中控制简化了网络;在端到端的网络资源被抽象之后,各种不同网元的转发特性获得统一,整个网络更加容易适配,也更方便编程并迅速提供新的业务。为了实现跨层、跨域、跨厂家的互操作,SDN控制器将采用多层架构。网络中支持OpenFlow的白盒设备和现网网元将长期共存。SDN不仅在业务层和转发层之间提供了灵活的控制,也为用户接入和管理、数据中心和承载网络、IP和光网络之间提供了端到端的协作手段,实现对整个网络资源协调调度。

NFV从技术验证转向商业部署。为了采用通用硬件加软件的方式实现各种网络功能和虚拟化,运营商需要建设各种云计算基础设施,即各种NFV边际云。通用硬件包括各种基于X86架构的服务器和以太网交换机等廉价设备,云计算的业务编排器在整个自动化管理中将起到重要作用。随着计算、存储和网络的虚拟化,运营商的OSS系统也将更新换代,新的OSS系统将充分利用软件的自动化功能,使得改造后的业务流程更加灵活,业务提供周期大幅缩短。各种网络功能将以软件方式交付给运营商,而网络运营商只需要在云计算数据中心环境下安装、运行并维护该软件。

SDN面向网络连接,NFV对应网络功能。它们的核心都是在网络中实现软件和硬件分离,尽量采用标准的硬件和独立开发的软件。在业务提供方面,它们都与数据中心和云计算环境相关,并实现网络业务的自动部署和管理。IT技术在很大程度上驱动着网络向SDN和NFV演进。

云平台提升客户体验

云是SDN/NFV的基础,基于通用计算、存储、网络资源的NFVI云平台将先行部署。结合OpenStack等业界主流开源平台及ETSI NFV的参考架构,云平台成为NFV的基础设施,支持各类虚拟化的网元软件。云平台支持通用X86服务器,南向兼容集成各类传统网络交换产品和SDN等软件化交换解决方案;同时北向遵循TOSCA标准,为vIMS、虚拟路由器等众多网元的云化提供标准和依据,完成包括自动扩容和缩容、自动治愈、自动化部署等网元业务的生命周期管理。通过系统状态监控和故障根源分析,自动化NFVI管理运营在提升运维工作效率的同时,增加了业务运营的灵活性。

建设基于大数据分析的业务平台成为趋势,其分析能力将用于虚拟网络业务的验证、自动部署和管理。由于NFV从根本上打破原来封闭的电信设备体系,将其分解为多个层次,其中包括硬件、虚拟化管理、虚拟化电信网络软件、业务编排、系统集成等,导致系统复杂度与管理难度大大提升。为此,基于大数据分析的业务策略控制,从提升客户体验入手,根据动态的信息来驱动合适的业务系统是NFVI的一个重要组成部分。系统可以分析用户业务质量数据和相关信息,监测网络使用状态和性能趋势,帮助运营商实现新业务的快速开发和部署,从而达到帮助网络运营商降低NFV实施复杂性和难度、提高业务系统可靠性与可用性、改善用户体验的目的。

软件定义安全确保网络更加可信

网络功能的虚拟化和软件定义网络,将推动实现软件定义安全。软件定义安全主要是通过软件编程的方式实现网络安全功能和相关的API,并对它们进行智能化地编排和管理。通过软件定义网络的集中控制,安全管理员掌握全网的安全动态,实现根据需要启动虚拟化的安全功能,监控动态环境下全网中与安全事件相关的流量,进而对全网进行统一安全策略部署,以达到保障网络安全的目的。

软件定义网络的自动化管理,将促进网络安全防御的自动化。传统网络往往通过人工方式进行安全管理和防御,不能适应网络资源管理自动化的安全需求。软件定义网络的自动化管理根据安全管理员设置的策略进行全网监控,一旦检测到安全威胁,系统就会产生一个告警,触发安全功能模块分析捕捉到的数据包,从而进一步产生更多的高级响应,最后网络中的安全系统会快速处理此次检测到的安全事件,达到网络安全防御的目的。

网络功能的虚拟化和软件定义网络的可编程、集中控制和大范围自动化,将推动软件定义安全的实现和促进网络安全防御的自动化。

随着网络不断向宽带化、移动化、泛在化和融合化演进,用户的需求已从单一的语音业务向个性化、多样化、专业化和体验化的信息服务发展。通信网络需以更低的成本提供超宽带网络,实现从接入层到传送层的超宽带业务承载,在提供可靠传送的同时,以最低的总体成本,向用户提供更高带宽、更好质量的宽带业务;同时,在All IP的前提下,企业需充分利用SDN/NFV和云计算技术实现网络架构的优化和创新,为信息通信业务、移动互联网业务、物联网等各种创新性业务提供保障和更好的用户体验。

原文发布于微信公众号 - SDNLAB(SDNLAB)

原文发表时间:2015-01-05

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