SDN和NFV在接入网和核心网的最新趋势

现今，有线和无线技术正在竞争下一代接入网络的支配权。由于带宽的巨大需求，光网络仍会在接下来的发展中扮演着主要角色。其中，PON是公认的宽带架构。这种技术能够促使网络融合，比如，开发电话网络的移动前传和回传业务。尽管如此，混合解决方案将很有可能在很多场景中应用。在本文中，业务融合和统一的网络控制和管理机制被认为是通过合适的系统接口使能数据平面集成之外的技术的关键。

为应对上文所述的需求，SDN成为了控制平面和数据平面分离的关键，开发开源软件以适用不同操作系统的编排平台。其中一个开源协议就是OpenFlow 协议，最初设想被应用于二层交换机和三层路由器。特别的，在OpenFlow 网络节点，控制和转发平面的分离是通过定义好的API接口来实现的，API接口可以用来通过OpenFlow协议构造流表，用于完成过滤，查找在data path和交换机节点之间转发的数据包。

虚拟化领域，是SDN的补充项目。它定义了一个使用通用的硬件软件资源，实现网络功能和服务，也称为网络功能虚拟化。NFV在接入网领域的一个值得关注的例子就是CORD 计划（端局重构为数据中心）。CORD旨在于将现有的专属的硬件设备虚拟化，并且开发在商业硬件上运行的相应的软件。CORD的基础设施将基于白盒设备，ONOS, Openstack和 XOS这些开源架构。因此CORD的目标是利用简化的GPON 光网络单元系统作为用户前提，接入点配置G.fast终端柜和光线路终端芯片提供最低级别的L1/L2 GPON功能。

HYDRA提出的CORD也有相似的基于SDN/NFV的融合服务的目标，不过范围更大。HYDRA正在开发一个融合的多样网络和计算基础架构 ，用来提升该高分布式的数据中心架构，比CORD推进NFV更接近末端用户，是一个被雾计算启发的模型。活动远程节点（ARN）聚合来自多个异构接入网络的业务，并通过纯传输绕过MAN分片，以这种方式集成接入和核心段，导致性能增强和清晰开销的优势。在HYDRA中，来自异构接入系统和微数据中心（μ-DC）基础设施的业务的流量在ARN中聚合，提供给网络功能和应用/服务，以访问网络，计算和存储的资源池方案与将数据来回传输到远程的备选方案作比较。图1给出了ARN的示意图。

图1：将SDN控制平面抽象表示为基于GPON的访问域作为分级交换机级联

当前使用基于SDN的接入系统的方法

基于SDN的控制平面的GPON接入系统的工作仍处于早期阶段，尚未商定接口标准化。指示性地给出了基于SDN的控制平面在接入中的高级演示 ，修订了OpenFlow协议，用于将使用OpenFlow协议的城域网和使用L2RS路由器顶级接口基于OpenFlow控制器的GPON接入网相融合。控制平面架构类似于图2的上部所示的架构，其中OF在接入集线器处终止，并且GPON接入段通过OF代理经由南向接口管理到GPON管理系统。然而，基于OF的集成的提出超出了到回传网络的接入集中器接口，防止GPON接入段无缝地集成到公共SDN控制平面。

图2：SDN控制平面集成，将基于GPON的访问域表示为分级交换机级联

基于商用GPON接入系统的原型实现

如上所述，HYDRA旨在联合编排多个异构网络接入，因此OF不需要定制拓展。为此，需要抽象以隐藏PON特定细节，同时允许对其操作的有效处理。 例如，GPON的传输汇聚（TC）层（其中QoS被管理）使用多个内部标识符（如端口ID和Alloc-ID）来分别寻址逻辑连接和上游T-CONT（业务容器）队列。因此，我们建议将接入段仿真为分层交换机的级联，其中OLT和与同一PON段相关联的ONU被表示为单个OF交换机（图2）。

使用此交换机级联模型的GPON的表示如下：业务流被识别为上行（VS），下行（DS）和多播（MC）。如图2所示，每个ONU具有多个离散客户端需要被映射到对应于具有不同优先级的虚拟输出端口的内部T-CONT队列口。最后，来自OLT的输出连接到朝着核心或到μ-DC的用于数据处理或发起数据服务的“L2交换机”转发业务。在DS中，流量匹配用于将流量定向到适当的ONU端口，同时自动分配Port-ID，同时在客户端端口应用US流量匹配规则。由ONU支持的每个T-CONT被表示为在其中US流被定向的网络端口中的队列，其中相关的Alloc-ID被自动分配。 同样，当使用此方案时，Port-ID可以自动分配。 对于MC流，对于每个目的地ONU，应当使用类型为“全部”的“动作集”。

为了演示上述功能，我们开发了一个基于阿尔卡特朗讯智能服务访问管理器（ISAM 7330）GPON系统的测试平台，如图3所示。服务和QoS控制是通过基于REST的应用程序启动的，用于通信的传统控制器（例如，Floodlight，OpenDaylight）。 接入节点代理（ANA）与控制器通信并自动将消息转换为厂商特定的CLI命令。为了演示该方法，在上游方向考虑应用视频流服务。 使用两个TCONT2类型队列分布，保证速率为3Mb / s和20Mb / s。 图3中的虚线矩形示出了PON抽象。 在这种情况下，使用从PC1（ONU1）到PC7（Core）传送视频数据的VLC服务器生成流视频服务（上行方向）。

图3：ARN节点原型SDN实现

为了说明通过OF在我们的测试台中控制GPON的QoS，执行以下操作：从ONU1（p2）的第一端口进入GPON网络的流量首先被转发到Q1。此时，流视频服务促进可用的高带宽，并且以高QoS传送。 然后，我们假设运营商正在将SLA改变为等于较低带宽的操作条件，因此通过使用OF应用，其改变相应的参数，并且OF流修改消息（OFPT_FLOW_MOD）从控制器传递到ANA 。在ANA中，该消息被适当地转换为CLI命令，其改变PON网络的转发和QoS方案以便适应新的要求。 在CLI命令的自动执行之后，进入端口p2的流量被转发到Q0。 从接收视频（PC7）的用户观察到所提供的服务的速率从20Mb / s到3Mb / s的降级。 在PC7中，一个工具在整个场景执行时间监视网络流量，其结果如图4所示。

图4：OF流，消息和网络监控

结论

我们已经表明，GPON抽象可以通过标准化OF协议的方式来实现。 这是使用公共SDN控制平面和网络操作系统集成多种LANs，来联合协调网络资源分割和共享,以及网络功能虚拟化的的重要一步。