第一情报 ---信息产业

双向有线电视网络SDN架构技术报告(一):背景与总体架构

1、背景
 
2015年6月25日,CableLabs(美国有线电视网络实验室)的“Open Networking:Virtualization and Network Evolution(Open Networking:虚拟化与网络演进)”工作组发布了第一份技术报告。该技术报告对于全球有线电视网络业界具有非常重大的参考价值。
 
在过去几年,全球信息通信网络业界一直致力于发展以SDN(Software Defined Networking,软件定义网络)以及NFV(Network Functions Virtualization,网络功能虚拟化)为代表的新兴技术模式。
 
美国有线电视网络实验室已经组织相关力量并正在研究SDN与NFV技术,并就将其应用于双向有线电视接入网络以解决各类技术问题进行探索、研发相关解决方案。为此,美国有线电视网络实验室于此方面最初的研究课题是“OpenFlow协议及其在双向有线电视接入网络之中的应用”。随着研究的深入,相关工作组对SDN技术架构所能发挥的重大作用有了很好的理解,研究课题就转向了SDN在双向有线电视接入网络之中的应用,并形成了一个综合性的VNE(Virtualization and Network Evolution,虚拟化与网络演进)项目。该项目主要包括以下四大方面:
 
(1)为双向有线电视网络运营商研发面向各类宽带网络接入技术的软件可编程网络平台;
 
(2)以处于中心地位的控制器对各类双向有线电视接入网络设备进行动态的配置与管理;
 
(3)研发统一、通用的APIs(应用编程接口)——对底层基础接入网络(包括DOCSIS网络、以太无源光网络EPON等)进行抽象化处理,来提高网络自动化水平;
 
(4)基于上述新兴网络平台,快速创建并部署各类新的服务。
 
此外,美国有线电视网络实验室的VNE项目组还广泛地与相关标准组织及开源组织进行合作。VNE项目组下设多个子课题组,以解决不同的技术难题。美国有线电视网络实验室的双向有线电视网络运营商成员单位及其技术供应商合作伙伴均参与到了各个子课题组。
 
基于云技术的软件定义网络与网络功能虚拟化已经成熟,并正在被应用于数据中心领域之外的通信网络。美国有线电视网络业界正在探索将这两种变革型技术应用于双向有线电视接入网络领域,以期提供更为个性化的用户体验、加速各类新兴业务的上市速度,并对成本控制进行优化。软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术是双向有线电视接入网络实现更少资源紧凑型网元(尤其是用户驻地网设备CPE)、网络业务与特征虚拟化、终端与网络配置的软件可编程的“催化剂”。上述技术演进将有望加速双向有线电视接入网络业务的创新,并将巨幅地提高双向有线电视接入网络的业务传输、分发效率。
 
双向有线电视网络运营商可以单独地部署软件定义网络技术或者网络功能虚拟化技术,而且可以从中获益甚多。然而,如果同时混合式地部署软件定义网络技术以及网络功能虚拟化技术,还可以取得更大的成效。在部署了网络功能虚拟化技术之后,此前运行于厂商私有/专有硬件设备之中的网元功能就被虚拟化,并被转移运行于通用硬件设备之上。而软件定义网络架构则是对底层基础网络进行抽象化处理,并允许双向有线电视网络运营商对整个网络通过软件编程进行智能控制。
 
为此,美国有线电视网络实验室相关工作组还专门为以下课题进行立项研究:双向有线电视接入网络之中的哪些部分是可以被虚拟化的?
 
2、把软件定义网络技术应用于双向有线电视接入网络之中的相关探讨
 
考虑到软件定义网络技术以及网络功能虚拟化技术所能给双向有线电视网络带来的潜在巨大变革,美国有线电视网络实验室的Open Networking工作组已经启动了相关应用型研究:使得DOCSIS头端设备CMTS以及CCAP(Converged Cable Access Platform,融合型双向有线电视网络接入平台)等双向有线电视接入网络网元可进行软件可编程,即实现在接入网络设备上动态地编排各类业务服务。
 
图1描述了美国有线电视网络实验室Open Networking工作组对基于软件定义网络技术构建的双向有线电视接入网络的总体架构规划。其基础在于CCAP/CMTS架构。Open Networking工作组已对其中可潜在进行虚拟化的网络部件进行了最终确定,还确定了用于抓取各类业务配置信息的若干数据模型——目前,这些模型可用于通过软件定义网络控制器对双向有线电视接入网络进行设置。
基于SDN的双向有线电视接入网络CCAP/CMTS架构
在双向有线电视接入网络之中部署定义网络技术以及网络功能虚拟化技术,目的在于降低网络运维成本,并创建出能够快速部署各类新兴业务的相关开放平台。随着服务需求(包括电力供应、设备冷却、计算资源能力等)的不断增加,有线电视网络运营商可以对CMTS平台进行扩容。可对CCAP网元设备的多种功能进行管理与配置,并将这些经过虚拟化处理的功能从CCAP处上移至有线电视网络运营商的云计算平台或云计算数据中心。从这个意义上而言,物理层PHY的各功能无法被虚拟化,但是其他层的功能(比如:部分媒介接入MAC层功能、调度器、负载均衡算法、视频QoS技术参数的动态分配)却可以被虚拟化,并以软件的形式统一运行于通用的物理硬件服务器之中。
 
3、该技术报告主要讨论的课题
 
(1)基于软件定义网络技术的双向有线电视接入网络架构;
 
(2)融合型双向有线电视网络接入平台管理层的抽象化;
 
(3)软件定义的服务配置流程及应用场景;
 
(4)两大类数据模型:UML及YANG;
 
(5)对北向协议、南向协议的分析与推荐;
 
(6)最新SFC(业务功能链)在双向有线电视接入网络之中的应用;
 
(7)把DOCSIS 3.1(笔者注:最新一代的双向有线电视接入网络技术,将于2016年获得规模商用部署)文件管理作为一种应用;
 
(8)主动网络分析。
 
4、该技术报告中所涉及的专业术语及其标准定义
 
(1)CMTS
 
CMTS即Cable Modem Termination System(双向有线电视网络调制解调器头端系统),是一种双向有线电视接入网络(基于DOCSIS技术规范与标准)前端设备,为DOCSIS链路提供运营商侧终结功能。一台CMTS与接入其中的大量双向有线电视网络调制解调器终端(CM)进行双向通讯、提供数据接入与上传/回传服务。
 
(2)CCAP
 
CCAP即Converged Cable Access Platform(融合型双向有线电视网络接入平台),是一种双向有线电视接入网络前端设备,以统一的架构提供CMTS以及EQAM(边缘QAM射频调制器)融合功能。相比于传统的非融合型架构,CCAP具有更大的QAM调制器部署密度、更高的双向有线电视接入网络系统容量。
 
(3)EQAM
 
EQAM即Edge QAM(边缘QAM射频调制器),是一种双向有线电视接入网络(基于DOCSIS技术规范与标准)前端或者局端设备。其从上一级IP网络接收有线数字广播电视内容或者数据内容,并将其重新打包成MPEG-TS传输流,然后把传输流调制(采取单载波QAM调制技术)到某个下行射频载波之上,最后以广播的形式传输给终端用户。
 
(4)Northbound Abstraction Layer
 
即“北向抽象层”。其为软件定义网络控制器为上层各类应用所提供的接口。软件定义网络控制器给应用层提供一套统一的APIs(应用编程接口),业界将其称之为“北向接口”。“北向抽象层”是从面对信息/数据模型的应用角度来描述的,而且需要具备“设备无关性”。
 
(5)OpenDaylight
 
OpenDaylight是一个致力于打造模块化、可插拔、灵活的软件定义网络控制器平台的开源项目。其官方网站为http://www.opendaylight.org/
 
(6)OpenStack
 
OpenStack是一个免费且开源的云计算软件平台,由多个相互关联的部分(数据中心里的计算资源池、存储资源池与网络资源池等)组成,可通过基于web的门户、命令行工具或者一个RESTful应用编程接口来进行管理。其官方网站为http://www.openstack.org/
 
(7)Orchestrator
 
即“编排器/协调器”。其通过对一个或多个软件定义网络控制器进行编排/协调来提供端到端的双向有线电视接入网络服务。
 
(8)RESTCONF
 
RESTCONF是一种基于HTTP(超文本传输协议)的协议,通过使用由NETCONF(Network Configuration Protocol,网络配置协议)所定义的概念,被用于接入各YANG模型中所定义的数据。
 
(9)SDN Controller
 
即“软件定义网络控制器”,一种设备管理器,集成了部分或所有设备控制平面,还可对设备配置进行管理。
 
(10)Southbound Abstraction Layer
 
即“南向抽象层”。其被用于软件定义网络控制器与各双向有线电视接入网络设备进行通信。软件定义网络控制器通过一个或多个协议来对双向有线电视接入网络内的物理硬件设备发出控制命令。因此,“南向抽象层”又常被业界称为“南向接口”。“南向抽象层”是从面对信息/数据模型的设备角度来描述的,而且需要具备“设备相关性”。
 
(11)YANG
 
YANG是一种数据模型语言,被用于对由NETCONF(网络配置协议)所控制的技术配置参数与状态数据进行建模。
 
5、该技术报告中所涉及的缩略语
 
AMID(Application Manager ID,应用管理器标识符)
API(Application Programming Interface,应用编程接口)
BGP(Border Gateway Protocol,边界网关协议)
BIF(Broadband Interrupt Function,宽带中断功能)
BSS(Business Support System,业务支撑系统)
BYOCM(Bring Your Own Cable Modem,自带双向有线电视接入网络调制解调器设备)
BW(Bandwidth,物理带宽)
CAPEX(Capital Expenditure,建设成本)
CBIS(Cable Broadband Intercept Specification,双向有线电视接入网络宽带侦听/拦截规范)
CCAP(Converged Cable Access Platform,融合型双向有线电视接入网络平台)
CGN(Carrier-grade NAT,电信级网络地址转换设备)
CLI(Command-line Interface,命令行接口)
CM(Cable Modem,双向有线电视接入网络调制解调器设备)
CMA(CCAP Management Abstraction,CCAP管理(功能)抽象)
CMC(Coax Media Converter,同轴电缆媒质转换设备)
CMTS(Cable Modem Termination System,双向有线电视接入网络调制解调器头端设备)
COPS(Common Open Policy Service,通用开放策略服务)
COTS(Commercial Off-the-Shelf,商用现货设备)
CPE(Customer Premise Equipment,用户驻地网终端设备)
CSR(Customer Service Representative,客服人员)
DCA(Distributed CCAP Architecture,分布式的CCAP架构)
DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol,动态主机配置协议)
DPD(Downstream Profile Descriptor,下行文件描述符)
DS(Downstream,下行)
DSCP(Differentiated Services Code Point,差异化服务编码点)
DOCSIS(Data-Over-Cable Service Interface Specification,电缆数据服务接口规范)
DPoE(DOCSIS Provisioning of EPON,采取/沿用DOCSIS后台系统的以太无源光网络)
DSG(DOCSIS Set-top Gateway,DOCSIS机顶盒网关)
EPL(Ethernet Private Line,以太网专线)
EPoN(Ethernet Passive Optical Network,以太无源光网络)
EQAM(Edge QAM,边缘QAM射频调制器)
EVPL(Ethernet Virtual Private Line,以太网虚拟专线)
FW(Firewall,防火墙)
GBP(Group Based Policy,集群策略)
GRE(Generic Routing Encapsulation,通用路由封装)
HSD(High Speed Data,高速数据)
HTTP(Hypertext Transfer Protocol,超文本传输协议)
ID(Identifier,标识符)
IETF(Internet Engineering Task Force,因特网工程任务组)
IP(Internet Protocol,因特网协议)
IPS(Intrusion Prevention System,侵入防御系统)
IPTV(IP Television,IP电视)
JSON(JavaScript Object Notation,JavaScript对象表示法)
L2VPN(Layer 2 Virtual Private Network,第二层虚拟专用网络)
L3(Layer 3,第三层)
L4(Layer 4,第四层)
L7(Layer 7,第七层)
LEA(Legal Enforcement Act,执法行动)
MAC(Media Access Control,媒介接入控制)
MEPID(Maintenance Entity Group End Point Identifier,维护实体组终结点标识符)
MIB(Management Information Base,管理信息库)
MMM(MAC Management Message,MAC管理消息)
MPLS(Multiprotocol Label Switching,多协议标签交换)
MSO(Multiple System Operator,双向有线电视网络运营商)
MTA(Multimedia Terminal Adapter,多媒体终端适配器)
NBI(Northbound Interface,北向接口)
NCP(Next Codeword Pointer,下一个码字指针)
NETCONF(Network Configuration Protocol,网络配置协议)
NFV(Network Function Virtualization,网络功能虚拟化)
NMS(Network Management System,网络管理系统)
NSH(Network Service Headers,网络服务报头)
NSI(Network Side Interface,网络侧接口)
OCD(OFDM Channel Descriptor,OFDM信道描述符)
ODL(OpenDaylight)
ODS(OFDM Downstream Spectrum,OFDM下行频谱)
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)
OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing with Multiple Access,基于正交频分复用技术的多址接入)
OLT(Optical Line Termination,光线路局端)
OPEX(Operational Expenditure,维护成本)
OPT(OFDM Downstream Profile Test,OFDM下行文件测试)
OSS(Operations Support System,运营支撑系统)
OSSI(Operations Support System Interface,运营支撑系统接口)
PCMM(PacketCable Multimedia,PacketCable多媒体)
PCRF(Policy and Charging Rules Function,策略与计费规则功能单元)
PHY(Physical Layer,物理层)
PLC(PHY Link Channel,物理层链路信道)
PMA(Profile Management Application,文件管理应用)
PNM(Proactive Network Maintenance,主动式网络运维)
QAM(Quadrature Amplitude Modulation,正交幅度调制)
QoS(Quality of Service,服务质量)
REST(Representational State Transfer,表述性状态转移)
RKS(Record Keeping Server,记录/录制服务器)
SDN(Software Defined Networking,软件定义网络)
SDP(Session Description Protocol,会话描述协议)
SF(Service Flow,业务流)
SFC(Service Function Chaining,业务功能链)
SLB(Server Load Balancing,服务器负载均衡)
SNMP(Simple Network Management Protocol,简单网络管理协议)
SNR(Signal-to-Noise Ratio,信噪比)
SOAM(Service Operations, Administration, and Maintenance,业务运营、管理及维护)
SSL(Secure Socket Layer,安全套接层)
TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)
TPIA(Third Party ISP Access,第三方ISP接入)
UDC(Upstream Drop Classifier,上行降分类器)
US(Upstream,上行)
VAN(Virtual Access Node,虚拟接入节点)
VCC(Virtual CCAP Controller,虚拟化的CCAP控制器)
VLAN(Virtual Local Area Network,虚拟局域网络)
VM(Virtual Machine,虚拟机)
VoIP(Voice over IP,IP语音通话)
VXLAN(Virtual Extensible LAN,虚拟可扩展型局域网络)
XML(Extensible Markup Language,可扩展标记语言)
XMPP(Extensible Messaging and Presence Protocol,可扩展消息及呈现协议)
 
 
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.
 

注册成为正式用户,登陆后,获得更多阅读功能与服务!
转载本文需经本平台书面授权,并注明出处:上海情报服务平台www.istis.sh.cn
了解更多信息,请联系我们

§ 请为这篇文章打分(5分为最好)