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2019/9/26 10:24

5G承載網管控SDN化,助力端到端網絡協同

中國信通院  徐云斌

隨著5G諸多新特性的引入和5G試驗及預商用計劃的逐步推進,面向5G的承載網絡架構與技術方案成為業界普遍關注的焦點,與之對應,承載網的管控技術也出現了許多新的特征。5G網絡涉及無線、核心網和承載網絡,同時支撐多種網絡應用場景,通過SDN架構實現端到端網絡和業務的協同,提升業務的自動開通部署和智能運維能力,是5G承載網絡協同管控的基本訴求。

一、北向接口(NBI)開放、標準化是實現端到端自動編排的關鍵

5G網絡支撐多種網絡應用場景,滿足多種業務承載需求,包括支持eMBB、uRLLC、mMTC等不同業務的切片需求,承載網管控系統需要面向多種業務場景,實現切片的規劃、自動部署開通和自動運維;同時滿足VR、強交互游戲等場景的低時延需求,實現基于時延的管控、規劃和保障運維;此外還需要面向高質量的垂直行業客戶需求,提供網絡資源的隔離以及層次化的網絡保障機制,實現時延控制及分段的故障定位功能。

面向上述的需求,承載網管控系統需配合上層網絡管控系統,實現自動化的切片控制,對承載網絡切片進行全生命周期的運維管理,提供網絡切片的監控、隔離和保障。二是實現端到端的業務路徑管控,支持基于業務策略的自動部署、監測、調優和維護診斷。三是提供差異化的SLA保障,提供多服務等級的網絡保護和時延保障。為此,5G承載網管理系統需要提供開放標準的北向接口(NBI),為上層端到端業務編排系統使用,共同實現端到端的業務及網絡的自動化編排。

二、切片模型及策略成為當前承載網切片管控的研究熱點

承載網絡的切片管控流程及功能需求已經基本明確。一是和上層管控系統進行能力交互,包括拓撲和網絡資源抽象信息的交互,網絡切片能力和策略的交互,二是完成切片資源的創建、調整、刪除等操作,承載網管控系統可以基于上層管控系統的需求,完成切片資源的相關操作,滿足上層業務的帶寬、時延等SLA需求,同時完成對傳送網絡資源的標記,便于在后續運營過程中保障切片網絡資源的相互隔離。三是實現切片網絡資源全生命周期的管理,對切片網絡進行監測,包括流量、時延等SLA信息,以及告警和性能信息,管控系統可以基于網絡監測結果,對切片網絡的資源及其承載業務進行調整、恢復等維護操作。

對于切片網絡資源的管控,如何定義切片管控模型以及切片策略成為當前標準化研究熱點。

在切片管控的架構、資源映射策略及功能實現方案方面,ITU-T SG15 Q12/Q14工作組主要在現有的SDN組件功能基礎上,針對SDN架構內部功能實現方案開展研究,通過引入新的功能組件實現切片管控功能,并分析新組件和原有功能組件之間的關系,同時研究不同層次的管控系統之間以及管控系統內部的切片網絡資源的映射關系和抽象的策略,以及在不同層次管控系統信息傳遞的需求。

在切片網絡的信息模型方面,ONF定義了TPAI虛擬網絡(VN)信息模型,其中拓撲模型可實現拓撲信息和網絡切片能力信息的交互,采用VN模型實現網絡切片的編排和業務的編排。IETF ACTN架構同樣定義VN模型,可以用于CMI接口,實現客戶網絡和多域協調控制器的交互,通過定義VN、接入點、VN成員等對象實現VN網絡的創建,采用L1CSM、L2SM等實現層網絡能力的擴展。總體而言,IETF ACTN VN模型抽象簡單,ONF TAPI模型定義稍微復雜,并定義詳細的層網絡信息,再使用過程中,前者需要進一步的擴展,后者則需要進行裁剪和簡化。

對于國內業界定義統一的用于切片的信息模型方面,可以通過定義統一的網絡管控模型,實現VN的資源獲取和相關操作,在對象命名方式和參數定義上,盡量保持和控制器層間接口(I-CPI)以及設備南向接口(SBI)的數據一致性,同時參考TAPI模型,對網絡層協議能力信息進行擴展。

三、多層技術網絡模型成為南向接口(SBI)開放的重要掣肘

南向接口(SBI)主要面向設備層次進行網絡資源收集、設備運維、單站的業務配置等功能,5G承載網絡為滿足多種業務的承載需求,采用了多個層次的網絡技術,包括L0層的光層到L3 IP層網絡技術,對于每個網絡層次,當前均存在對應的網絡協議實現。

對于L0層網絡,多個標準化組織定義了基于NETCONF協議的YANG模型,實現網絡資源的配置,例如OpenConfig組織,定義了線路系統、設備、線卡、端口、收發器等不同的YANG模型文件,實現了轉發設備功能信息模型抽象,從屋里細節中抽象相關功能,同時支持廠商和運營商定制需求,實現模型靈活擴展,解決了多次OTN網絡建模問題。OpenROADM組織定義了公共模型、設備模型、網絡拓撲模型以及業務模型,定義可ROADM互操作規范,包括光開關、轉發器、可插入光器件等器件的YANG模型。ITU-T G.media模型定義光層的管控架構和模型,并對media的范圍進行定義,給出網絡層次的映射關系,并在ITU-T G.771通用信息模型基礎上擴展相應的media管理對象模型。

對于L1層OTN網絡,國內運營商及設備廠商在ONF TAPI模型基礎上,擴展定義OTN設備的統一南向接口,通過定義網絡設備模型,實現OTN設備管理,通過自定義RPC接口操作,實現多種業務的映射,包括以太網透傳業務、ETH over SDH業務、OTU業務以及SDH業務。

對于L2層MPLS-TP技術采用OpenFlow協議實現了業務配置、OAM、QoS、保護等功能,同時采用NETCONF協議,擴展定義YANG模型,實現網元、板卡、端口等保護配置管理。

5G承載網設備要求支持L3路由功能,對于L3層IP路由管控,主要是采用 IS-IS技術實現域內路由的發布,BGP-LS實現設備和管控系統之間的路由發布,并采用成熟的PCEP協議,實現SR- TP隧道路由計算和端到端創建,支持雙向隧道、綁定標簽等擴展。對于其它管控功能的NETCONF協議YANG模型目前還未統一定義。

由此可以看出,對于承載網絡設備,其業務類型多種多樣,適配模型復雜,定義統一的YANG模型,采用NETCONF協議實現南向接口的開放將是主流。對于L3層網絡,由于傳送設備采用了分布式的路由技術,在和管控系統中可以采用BGP-LS/PCEP等協議相配合已實現南向接口開放。對于多個網絡層次的YANG模型定義,國內在標準化過程中,需要首先對各個層次的YANG模型進行統一,然后面向具體的承載網絡設備類型,實現具體設備的多層統一管控YANG模型的定義。

綜上所述,5G承載網管控系統需要通過端到端的協同管控架構,實現自動化的跨5G RAN、5G承載和5G CN的端到端編排;通過開放、標準的NBI接口,為上層應用APP或運營商端到端協同編排系統提供服務;通過層次化架構,實現承載網管控網絡架構的可擴展性。在網絡切片應用方面,可隨著eMBB,uRLLC等業務的商用,逐步引入切片生命周期管理、自動算路、鏈路時延監測和保障等功能。在設備南向接口的開放方面,國內建議首先對L0-L3各個層次上的網絡模型統一以后,再面向具體的設備形態,定義該設備的統一管控YANG模型,對L3層功能,可采用采用成熟的協議BGP-LS/PCEP實現。

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