2015年ICT技術展望 SDN和NFV驅(qū)動通信網(wǎng)絡重構

　　ICCSZ訊   通信產(chǎn)業(yè)正進入一個新的變革和高速發(fā)展期，互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)絡的深入融合成為信息通信網(wǎng)絡發(fā)展的重要特征，行業(yè)顛覆與重構正在出現(xiàn)。一方面，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的蓬勃發(fā)展和各種顛覆性新技術的不斷涌現(xiàn),對通信網(wǎng)絡提出了更高的要求;另一方面，IT技術進步，尤其是新型數(shù)據(jù)中心和云計算技術的成熟和廣泛應用,推動通信網(wǎng)絡向超寬帶“云”網(wǎng)絡發(fā)展。最高的網(wǎng)絡性能、最低的每比特傳送成本和最個性化的網(wǎng)絡是未來網(wǎng)絡將要重點面對的三大需求。All IP、SDN/NFV和云將是未來網(wǎng)絡的三大使能技術，寬帶化、移動化、泛在化和融合化將是未來網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢。

 

　　全方位超寬帶接入助力“寬帶中國”戰(zhàn)略

 

　　PON接入技術在理論研究、產(chǎn)品研發(fā)和網(wǎng)絡部署上取得了長足發(fā)展，G/EPON正成為PON接入的主流技術。從技術演進上看，GPON由單波長向TDM和WDM相結合的NG-PON2發(fā)展，接入速率從2.5Gbit/s提升到80Gbit/s(上下行);EPON技術正向10G EPON發(fā)展,接入速率從1Gbit/s提升到10Gbit/s(上下行)。從網(wǎng)絡部署上看，以GPON技術主導的超寬帶接入應用將更加廣泛，光纖入戶已成趨勢，企業(yè)網(wǎng)絡“光進銅退”漸入高潮。據(jù)Infonetics統(tǒng)計，至2014年中，全球FTTH用戶已達8500萬,并以每年超20%的速度增長。超寬帶移動網(wǎng)絡的高速發(fā)展也為固定寬帶接入帶來新的契機。LTE技術需要部署更多的小蜂窩基站以實現(xiàn)高速、無縫覆蓋，其位置更接近用戶，與FTTX形成一定的疊加效應,移動回程正成為PON的重要應用領域。另外，新形態(tài)的家庭智能終端不斷涌現(xiàn)，通過采用開放系統(tǒng)、增強處理能力、簡化管理等手段，為智能家居的發(fā)展提供保障，并正向云端一體化方向演進。

 

　　以矢量和G.fast為代表的新一代銅線接入技術正成為超寬帶接入的重要解決方案之一。矢量技術可以解決銅線線纜間的信號串擾，有效提升性能，在400米距離時，銅線接入速率可達到100Mbit/s;G.fast技術有效接入速率可超1Gbit/s，貝爾實驗室最新研究成果XG.fast可將銅線傳輸速率提升到10Gbit/s?；趧?chuàng)新技術的銅線解決方案利用已有銅線資源，可實現(xiàn)與PON相媲美的寬帶接入速度，并大大降低成本，是寬帶提速的一種有效補充方案。

 

　　深度覆蓋和融合推動LTE網(wǎng)絡發(fā)展

 

　　實現(xiàn)LTE網(wǎng)絡的深度和廣度覆蓋、支持TD-LTE和FDD LTE融合是2015年LTE網(wǎng)絡的發(fā)展重點。隨著TD-LTE商用網(wǎng)絡的部署和LTE混合組網(wǎng)試驗的實施，LTE網(wǎng)絡已基本實現(xiàn)城市的信號覆蓋。在未來一年，LTE網(wǎng)絡將從發(fā)達地區(qū)向鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村進一步延伸，以達到網(wǎng)絡的連續(xù)覆蓋;同時，LTE網(wǎng)絡將從做廣向做深轉(zhuǎn)變，即在熱點地區(qū)、室內(nèi)、特殊場景(高速公路、高鐵、河流等)和小區(qū)邊緣進行容量提升與信號覆蓋完善。另外，為實現(xiàn)資源共享和提升用戶體驗，TD-LTE和FDD LTE將在網(wǎng)絡、業(yè)務和管理等層面不斷融合。

 

　　隨著LTE網(wǎng)絡部署和5G研究的逐步展開，在5G商用之前，4.5G正成為業(yè)界的關注熱點。在一些特定的應用場景，不需要改變4G的空口標準，直接應用5G的部分無線技術和網(wǎng)絡架構，用戶使用4G終端就可提前得到5G的部分體驗。載波聚合、多點協(xié)同傳輸以及LTE與Wi-Fi的多連接等無線技術，將進一步提高用戶的接入帶寬。網(wǎng)絡功能虛擬化將成為下一代移動網(wǎng)絡架構的主要特征。與現(xiàn)有的BBU+RRH的LTE架構不同，4.5G及其后續(xù)的移動網(wǎng)將引入標準IT硬件平臺，通過云計算技術對網(wǎng)絡功能虛擬化，形成一個虛擬的基站。基站的大部分信號處理功能，即L2/L3層將由數(shù)據(jù)中心的GPP(通用處理器)實現(xiàn);而面對L1層的高性能要求，GPP取代專用處理器尚需時日。預計4.5G的網(wǎng)絡部署和使用將從2016年開始。目前，ITU-R已基本明確5G的需求和關鍵性能指標并確定5G研究的時間表，業(yè)界對5G主要關鍵技術，如大規(guī)模天線陣列、毫米波技術、新型網(wǎng)絡架構、新型空口設計的研究逐漸聚焦和深入。

 

　　動態(tài)可編程提升睿智光傳輸網(wǎng)絡

 

　　更高的業(yè)務體驗質(zhì)量驅(qū)動傳輸網(wǎng)絡不斷向資源的動態(tài)配置方向演進，光層的動態(tài)可編程能力正成為光網(wǎng)絡的重要特征。采用光層可編程能力，按需動態(tài)調(diào)整硬件的配置、狀態(tài)、編碼等，以靈活組織傳輸資源、公平分配資源和高效利用資源，在滿足業(yè)務需求的同時，提供優(yōu)化的網(wǎng)絡和降低傳輸網(wǎng)的總體成本。靈活柵格、在線編碼改變、傳輸速率(100G/200G/400G)按需調(diào)整等技術和光模塊的應用，在硬件上支撐了動態(tài)可編程光網(wǎng)絡的實現(xiàn)。伴隨SDN架構和技術的發(fā)展，光網(wǎng)絡亦將逐步引入SDN控制器和支持SDN的傳輸網(wǎng)元，實現(xiàn)傳輸網(wǎng)的集中控制及控制層與數(shù)據(jù)層的分離;提供開放式接口和網(wǎng)絡抽象，實現(xiàn)分片化的虛擬網(wǎng)絡，滿足網(wǎng)絡租戶對傳輸資源的動態(tài)調(diào)動。

 

　　傳輸網(wǎng)將面臨實質(zhì)性調(diào)整及過渡轉(zhuǎn)型。支持電路業(yè)務的傳統(tǒng)網(wǎng)絡進入淘汰期，多業(yè)務傳輸平臺面臨整合，承載業(yè)務將被轉(zhuǎn)移到PTN、OTN傳輸平臺，部分網(wǎng)絡引入T-SDN平臺;光波長作為高速快捷通道，提供業(yè)務的直接承載。光和IP不斷的融合，在數(shù)據(jù)平面維持兩個平面，采用靈活匯聚和帶寬優(yōu)化能力，提供最佳的帶寬利用;在管理平面實現(xiàn)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一拓撲、精準故障定位等，滿足跨層的智能管理;通過GMPLS UNI接口，實現(xiàn)IP和光層的控制協(xié)同，保證資源的按需動態(tài)配置和運營維護，并逐步引入SDN控制器。

 

　　大容量核心和智能化邊緣鑄就新型IP網(wǎng)絡

 

　　IP骨干網(wǎng)核心路由器向大容量、高密度和低功耗方向持續(xù)演進。傳統(tǒng)的路由器集群中廣泛部署的POS接口逐漸被低成本的高速以太接口替代?，F(xiàn)有IP路由器線卡的光收發(fā)元件及調(diào)制器尺寸遠遠大于電路元件，因此難以提升線卡的接口密度。通過在單塊微型芯片上集成光和電子元件，硅光子技術能夠讓路由器線卡獲得更大密度的I/O帶寬。同時，由于光路的耗電量大幅下降，硅光子技術也降低了系統(tǒng)的整體功耗?？梢灶A計，帶有硅光子芯片的模塊化路由器將大幅提升互聯(lián)網(wǎng)速度。

 

　　IP城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)邊緣將逐漸引入SDN技術，軟件將在IP網(wǎng)絡中發(fā)揮更重要的作用。在城域網(wǎng)，SDN技術的引入有助于實現(xiàn)業(yè)務的智能控制，通過將策略控制和各種業(yè)務鏈功能組合，可以針對用戶方便靈活地實現(xiàn)業(yè)務差異化功能。在數(shù)據(jù)中心，當計算和存儲資源虛擬化之后，用戶迫切希望網(wǎng)絡的虛擬化功能從數(shù)據(jù)中心內(nèi)部延伸到企業(yè)總部乃至各分支機構，軟件定義的VPN業(yè)務將成為新的發(fā)展動向。在廣域網(wǎng)，分層的SDN控制器可以將IP層和光層資源進行聯(lián)合調(diào)度，優(yōu)化業(yè)務流量和流向，實現(xiàn)帶寬的動態(tài)分配，為用戶提供更加有保障的QoS服務和更靈活的計費策略。

 

　　SDN和NFV驅(qū)動通信網(wǎng)絡重構

 

　　SDN從數(shù)據(jù)中心和園區(qū)網(wǎng)向電信網(wǎng)各層面深度擴展。隨著SDN在數(shù)據(jù)中心的成功部署，運營商開始考慮將現(xiàn)有電信網(wǎng)絡改造成SDN架構。SDN通過集中控制簡化了網(wǎng)絡;在端到端的網(wǎng)絡資源被抽象之后，各種不同網(wǎng)元的轉(zhuǎn)發(fā)特性獲得統(tǒng)一，整個網(wǎng)絡更加容易適配，也更方便編程并迅速提供新的業(yè)務。為了實現(xiàn)跨層、跨域、跨廠家的互操作，SDN控制器將采用多層架構。網(wǎng)絡中支持Openflow的白盒設備和現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)元將長期共存。SDN不僅在業(yè)務層和轉(zhuǎn)發(fā)層之間提供了靈活的控制，也為用戶接入和管理、數(shù)據(jù)中心和承載網(wǎng)絡、IP和光網(wǎng)絡之間提供了端到端的協(xié)作手段，實現(xiàn)對整個網(wǎng)絡資源協(xié)調(diào)調(diào)度。

 

　　NFV從技術驗證轉(zhuǎn)向商業(yè)部署。為了采用通用硬件加軟件的方式實現(xiàn)各種網(wǎng)絡功能和虛擬化，運營商需要建設各種云計算基礎設施，即各種NFV邊際云。通用硬件包括各種基于X86架構的服務器和以太網(wǎng)交換機等廉價設備，云計算的業(yè)務編排器在整個自動化管理中將起到重要作用。隨著計算、存儲和網(wǎng)絡的虛擬化，運營商的OSS系統(tǒng)也將更新?lián)Q代，新的OSS系統(tǒng)將充分利用軟件的自動化功能，使得改造后的業(yè)務流程更加靈活，業(yè)務提供周期大幅縮短。各種網(wǎng)絡功能將以軟件方式交付給運營商，而網(wǎng)絡運營商只需要在云計算數(shù)據(jù)中心環(huán)境下安裝、運行并維護該軟件。

 

　　SDN面向網(wǎng)絡連接，NFV對應網(wǎng)絡功能。它們的核心都是在網(wǎng)絡中實現(xiàn)軟件和硬件分離，盡量采用標準的硬件和獨立開發(fā)的軟件。在業(yè)務提供方面，它們都與數(shù)據(jù)中心和云計算環(huán)境相關，并實現(xiàn)網(wǎng)絡業(yè)務的自動部署和管理。IT技術在很大程度上驅(qū)動著網(wǎng)絡向SDN和NFV演進。

 

　　云平臺提升客戶體驗

 

　　云是SDN/NFV的基礎，基于通用計算、存儲、網(wǎng)絡資源的NFVI云平臺將先行部署。結合OpenStack等業(yè)界主流開源平臺及ETSI NFV的參考架構，云平臺成為NFV的基礎設施，支持各類虛擬化的網(wǎng)元軟件。云平臺支持通用X86服務器，南向兼容集成各類傳統(tǒng)網(wǎng)絡交換產(chǎn)品和SDN等軟件化交換解決方案;同時北向遵循TOSCA標準，為vIMS、虛擬路由器等眾多網(wǎng)元的云化提供標準和依據(jù)，完成包括自動擴容和縮容、自動治愈、自動化部署等網(wǎng)元業(yè)務的生命周期管理。通過系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控和故障根源分析，自動化NFVI管理運營在提升運維工作效率的同時，增加了業(yè)務運營的靈活性。

 

　　建設基于大數(shù)據(jù)分析的業(yè)務平臺成為趨勢，其分析能力將用于虛擬網(wǎng)絡業(yè)務的驗證、自動部署和管理。由于NFV從根本上打破原來封閉的電信設備體系，將其分解為多個層次，其中包括硬件、虛擬化管理、虛擬化電信網(wǎng)絡軟件、業(yè)務編排、系統(tǒng)集成等，導致系統(tǒng)復雜度與管理難度大大提升。為此，基于大數(shù)據(jù)分析的業(yè)務策略控制，從提升客戶體驗入手，根據(jù)動態(tài)的信息來驅(qū)動合適的業(yè)務系統(tǒng)是NFVI的一個重要組成部分。系統(tǒng)可以分析用戶業(yè)務質(zhì)量數(shù)據(jù)和相關信息，監(jiān)測網(wǎng)絡使用狀態(tài)和性能趨勢，幫助運營商實現(xiàn)新業(yè)務的快速開發(fā)和部署，從而達到幫助網(wǎng)絡運營商降低NFV實施復雜性和難度、提高業(yè)務系統(tǒng)可靠性與可用性、改善用戶體驗的目的。

 

　　軟件定義安全確保網(wǎng)絡更加可信

 

　　網(wǎng)絡功能的虛擬化和軟件定義網(wǎng)絡，將推動實現(xiàn)軟件定義安全。軟件定義安全主要是通過軟件編程的方式實現(xiàn)網(wǎng)絡安全功能和相關的API，并對它們進行智能化地編排和管理。通過軟件定義網(wǎng)絡的集中控制，安全管理員掌握全網(wǎng)的安全動態(tài)，實現(xiàn)根據(jù)需要啟動虛擬化的安全功能，監(jiān)控動態(tài)環(huán)境下全網(wǎng)中與安全事件相關的流量，進而對全網(wǎng)進行統(tǒng)一安全策略部署，以達到保障網(wǎng)絡安全的目的。

 

　　軟件定義網(wǎng)絡的自動化管理，將促進網(wǎng)絡安全防御的自動化。傳統(tǒng)網(wǎng)絡往往通過人工方式進行安全管理和防御，不能適應網(wǎng)絡資源管理自動化的安全需求。軟件定義網(wǎng)絡的自動化管理根據(jù)安全管理員設置的策略進行全網(wǎng)監(jiān)控，一旦檢測到安全威脅，系統(tǒng)就會產(chǎn)生一個告警，觸發(fā)安全功能模塊分析捕捉到的數(shù)據(jù)包，從而進一步產(chǎn)生更多的高級響應，最后網(wǎng)絡中的安全系統(tǒng)會快速處理此次檢測到的安全事件，達到網(wǎng)絡安全防御的目的。

 

　　網(wǎng)絡功能的虛擬化和軟件定義網(wǎng)絡的可編程、集中控制和大范圍自動化，將推動軟件定義安全的實現(xiàn)和促進網(wǎng)絡安全防御的自動化。

 

　　隨著網(wǎng)絡不斷向?qū)拵Щ⒁苿踊?、泛在化和融合化演進，用戶的需求已從單一的語音業(yè)務向個性化、多樣化、專業(yè)化和體驗化的信息服務發(fā)展。通信網(wǎng)絡需以更低的成本提供超寬帶網(wǎng)絡，實現(xiàn)從接入層到傳送層的超寬帶業(yè)務承載，在提供可靠傳送的同時，以最低的總體成本，向用戶提供更高帶寬、更好質(zhì)量的寬帶業(yè)務;同時，在All IP的前提下，企業(yè)需充分利用SDN/NFV和云計算技術實現(xiàn)網(wǎng)絡架構的優(yōu)化和創(chuàng)新，為信息通信業(yè)務、移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務、物聯(lián)網(wǎng)等各種創(chuàng)新性業(yè)務提供保障和更好的用戶體驗。