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双向有线电视网络SDN架构技术报告(三):双向有线电视接入网的SDN架构

1、软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术的集成
 
在探讨把软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术运用到双向有线电视宽带接入网络之中的具体方式之前,很有必要给出定义了各种网络部件之间相互交互方式的参考架构。图1所示即是这样一种总体架构。
将软件定义网络技术部署到双向有线电视宽带接入网络的参考架构
图1中,主要的概念是集中式的软件定义网络控制器,其可对双向有线电视宽带接入网络中的各个网元设备进行管理与控制,并直接与前端设备(比如:CMTS、CCAP、DPoE系统等)以及远端网络设备(比如:同轴电缆媒质转换器CMC、远端PHY节点等)进行通信,但是并不直接与用户驻地网设备(包括CMs、ONUs、用户终端设备等)进行直接通信。
 
图1所示参考架构,旨在定义可被用于配置网络设备与网络服务的所中数据模型,并以一个统一、通用的北向接口协议,将相关的配置信息从软件定义网络控制器向下传送给各个网络设备。这就使得双向有线电视宽带接入网络运营商开放出一套通用的网络应用编程接口APIs,用以方便第三方服务提供商开发出各类应用。
 
上层应用层位于软件定义网络控制器之上,向其发出网络配置指令(按照相关应用的特定需求,进行“定制化”的配置)。
 
而且,部分网络功能也在虚拟化之后从CMTS设备中转移部署至虚拟机之中(位于双向有线电视宽带接入网络云数据中心)。为了对这些虚拟化的网络功能以及其他实体化的网络功能进行统一管理,图1所示的总体架构中设置了协调层/编排层。此外,协调层/编排层还与软件定义网络控制器进行协调作业,来对这些网络功能的数据流量进行引导。
 
对图1中的标准接口进行定义的方式有多种。该技术报告所涉及范围内的主接口是软件定义网络控制器与各网络设备之间的南向接口。在双向有线电视宽带接入网络之中,无论软件定义网络控制器是与CCAP/CMTS设备通信、还是与C-DOCSIS控制器通信、还是与其他诸如DPoE系统的接入网络设备进行通信,相关接口必须采取相同的协议。
 
上述这种抽象化处理所带来的益处是:第三方服务提供商开发上层应用时,无需考虑特定的底层基础网络所采取的是那种具体技术。例如,L2VPN(第二层虚拟专用网络)应该跨越各种采取不同技术、异构的底层宽带接入网络来连接相关的终端节点,而且,软件定义网络控制器将会对终端节点设备的配置进行管理(其中的一个终端设备可能接入的是DOCSIS网络,而另一个终端设备可能接入的是以太无源光网络),并对各终端节点设备之间的核心网络传输路径进行配置。
 
该技术报告中所探讨的基于软件定义网络技术的DOCSIS宽带接入网络组网架构,也可以很便捷地被应用到采取其他类型接入网技术的双向有线电视宽带网络以及部分网络设备之中。例如:如果DOCSIS接入网络运营商规划部署以太无源光网络,就可以采取DPoE规范来对以太无源光网络系统来进行配置。而实际上,软件定义网络控制器可以执行上述的DPoE系统以及虚拟CM的相关功能:接收DOCSIS配置指令,并将其转换成以太无源光网络特定格式的指令,然后将其发送给现有的以太无源光网络OLT设备。
 
通过采取上述的方式,具有不同专用配置系统的传统网络系统/设备均可通过软件定义网络控制器进行统一的管理与控制。此处需要再次申明的是,其中的关键之处在于:为以太无源光网络系统创建所需的各种数据模型,以确保应用/业务指令能够被正确地转换成所配置的另一种宽带网络接入技术。
 
软件定义网络控制器与光线路终端之间的通信协议可以与RESTCONF协议相类似(对于那些光线路终端所支持的传统协议),但前提是软件定义网络控制器可以支持相关的南向接口协议。这种规则也可被应用到其他类型的双向有线电视宽带网络接入技术——例如,千兆无源光网络的部署之中、在DOCSIS或者无源光网络之中部署各类新兴业务、Wi-Fi AP(热点)配置与管理等。
 
2、软件定义网络控制器
 
图2所示为软件定义网络控制器的总体架构。这种多层级架构使得软件定义网络控制器可以支持多类应用、多种网络设备以及多种通信技术。其中的南向接口协议可以不断地向前演进。
软件定义网络控制器的内部组成架构
软件定义网络控制器的设计理念是,采取统一的协议对双向有线电视宽带接入网络内的网络设备进行管理与控制。而其中期演进理念是:重新利用现有的协议(即使并非专门面向软件定义网络架构进行优化),使得各类新兴业务得到快速的开发与部署。
 
软件定义网络控制器对网络设备进行抽象化处理(应用于上层应用),并创建出各类业务所需的数据转发与设备配置信息。软件定义网络控制器也提供对各类协议的接入、对网元设备间直接通信的数据模型的接入,以创建出某项特定业务所需的实例化配置信息。
 
软件定义网络控制器支持及使用的各类数据模型是很关键的:其为“上层业务及应用如何创建及部署”提供了坚实的基础。美国有线电视网络实验室VNF项目组正在与OpenStack与OpenDaylight等开源组织联合开发相关的数据模型。
 
即使是在CMA(CCAP管理抽象化)应用场景之中,软件定义网络控制器也被视为一种网元管理器——虽然其本身是网络设备的集合体。CMA将这种集合体以单一网元的形式向上呈献给软件定义网络控制器。
 
3、软件定义网络控制器之中的北向接口与南向接口
 
一般地,各类服务/业务逻辑接口被称为软件定义网络控制器之中的北向接口,而各类设备专用接口则被称为软件定义网络控制器之中的南向接口。软件定义网络控制器向上为各类上层应用开放底层应用编程接口APIs——从软件定义网络控制器的角度,其为北向的编程接口。此外,软件定义网络控制器也向下为各种网元设备开放控制接口——从软件定义网络控制器的角度,其为南向的应用编程接口。该技术报告对南向应用编程接口进行了定义(于技术参数方面),而对北向应用编程接口的定义则在此后的其他技术报告中完成。
 
 
参考文献:
 
[1] CableLabs. SDN Architecture for Cable Access Networks Technical Report [EB/OL].
http://www.cablelabs.com/wp-content/uploads/specdocs/VNE-TR-SDN-ARCH-V01-150625.pdf, 2015-06-25.
 
本文作者为上海情报服务平台兼职情报分析员

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