基于SDN的RAN，助力4G发展

随着互联网应用的爆发式增长，终端向智能化、大屏幕发展和普及，移动互联网在近几年得到了快速发展。相关数据显示，目前我国移动互联网用户已达6.48亿，移动互联网市场规模近2000亿元。大量的应用，如手机游戏、移动电子商务、移动阅读、移动视频等得到了极大的发展。移动互联网应用的发展正促使移动网络向宽带化、智能化发展。我国的4G发展也进入快车道。

移动回传网络新需求

    移动网络向宽带化发展，需要高品质的回传网络支撑，实现移动业务的承载。移动回传网络的需求主要包括：

    ● 满足移动回传业务和网络灵活、按需部署，高效运营及维护的需求；

    ● 满足LTE网络S1接口的多归属、X2接口的灵活互访需求；

    ● 满足2G/3G，尤其是LTE阶段，高带宽回传的需求；

    ● 满足移动回传业务承载所需的高精度时间和时钟同步需求；

    ● 满足2G/3G/LTE场景下，不同基站类型、不同接入类型的网络接入需求；

    ● 满足移动回传业务差异化服务质量保障以及端到端网络和业务可靠性的要求；

    ● 设备和网络建设需要满足绿色环保要求，降低网络建设成本。

    针对以上移动回传业务承载的需求，目前各大厂商都有相应的网络方案，但由于受当前技术的局限，均存在一些问题，具体如下：

    ● IP RAN网络规模庞大，结构复杂；

    ● 主流移动回传主要采用IP RAN方案，基于IP/MPLS协议满足网络的灵活性要求，但也导致网络复杂度高；

    ● IP RAN网络庞大的规模、复杂的网络协议使得网络的部署、业务的开通和后续的运维、故障处理都非常复杂；

    ● IP RAN方案基于IP/MPLS协议，需要网络设备具备拓扑发现、路径计算等能力，对设备硬件要求高，导致建网成本居高不下。

基于SDN的IP RAN解决方案

    SDN具有转发与控制分离、控制逻辑集中、网络虚拟化等特点，能解决当前IP RAN面临的主要问题。

    ● SDN转发与控制分离的架构，将复杂的网络协议处理、路由计算等控制功能从网络设备中剥离到集中控制器，从而降低网络设备的硬件要求，使得网络设备更通用化、更低成本，降低网络的整体建设投资。

    ● SDN控制器逻辑集中部署，提供全网端到端的网络和业务视图，实现统一控制，使得端到端的网络部署、业务开通、故障监控及处理都变得更加简单，提高网络运营效率。

    ● SDN控制器集中控制转发层设备的转发行为，当前的OpenFlow可以基于流实施设备转发行为的控制，实现高度灵活的组网，精细化的流量和业务控制，满足LTE承载的要求；同时，也大幅降低了网络的复杂度。

    ● SDN架构可实现网络虚拟化。在IP RAN场景中，通过网络虚拟化，可将同一SDN控制器所控制的所有网元设备虚拟为一台逻辑设备，从而大幅减少网络的逻辑组网网元数量，简化网络结构，满足超大型城域网IP RAN组网的需求。

    目前，基于SDN的IP RAN解决方案主要包括两种方式：SDN控制器内嵌式和独立式。

    SDN控制器内嵌式部署如图1所示，在汇聚层设备上集成SDN控制器，汇聚层设备通过SDN控制器实现对下联的接入层设备统一的控制和管理，并实现网络虚拟化。接入层设备双上联到两个汇聚层设备时，两个汇聚层设备的控制器可以形成主备，实现控制器的备份，提高网络可靠性。

   

此种方式，汇聚层设备嵌入SDN控制器，可以充分利用现网设备，进行软件升级即可在接入层应用SDN技术，对现网改动小，有利于快速应用SDN技术。但该方式没有真正实现转发与控制分离，也没有实现全网统一的控制和视图，难以实现网络能力的虚拟化和对外开放网络的能力，也难以标准化，难以满足后续向全面SDN化的长期演进要求。

    SDN控制器独立式部署方式如图2所示，SDN控制器独立部署，实现了对B设备及其所连接的CSG设备的统一管理和控制。此种方式实现转发和控制分离，网络设备专注于流量转发，接受SDN控制器通过其南向接口（如OpenFlow）下发的指令，解析并执行相应的转发动作。此种方式实现了汇聚层及接入层设备的统一控制和网络虚拟化，大幅提升网络运维效率。通过SDN控制器的北向接口对外提供网络编程能力和服务能力，可实现网络能力开放。同时，SDN控制器独立式部署的方式，有利于SDN控制器南向接口以及北向接口的标准化，有利于IP RAN网络后续向全程SDN网络的长期演进。因此，SDN控制器独立式部署的方式可解决IP RAN网络当前面临的问题，更符合IP RAN网络的发展方向。

关键问题探讨

    SDN技术和架构在快速发展中，目前尚未达到规模商用的要求。因此，将SDN技术应用于IP RAN网络，实施网络部署时，还存在一些关键问题需要进一步探讨。目前，我们认为关键问题有三个，分别为控制器、转发设备、网络管理。

    控制器是SDN架构的核心，是整体网络的“大脑”，担负着全网控制的重任。针对前述IP RAN内嵌式和独立集中式部署的两种方式，由于控制器运行的硬件环境和容量、控制网元的数量、实现方式的差异性，使得两种方式对控制器有着不同的要求。因此，需要控制器的设计能够灵活适配不同的硬件，既可运行在网络设备中，也可运行在标准服务器中；需要控制器基于高度的模块化设计，可灵活裁剪，满足不同的功能需求。

    当前基于OpenFlow流转发的硬件芯片还不够成熟，在协议的支持、转发性能、表项容量等方面都远远不能满足商用的要求。因此，我们认为现阶段比较适合采用传统转发+SDN控制器的方式，即在控制面采用SDN架构，采用统一的控制协议，如OpenFlow，实现对转发设备的控制和流表下发；在转发面仍然采用传统的转发方式，在转发设备上增加相应的Agent，实现OpenFlow协议的解析并转换为传统转发控制信令。这种方式有利于SDN架构在IP RAN中的引入和部署，更可有效利用现网设备。

    网络管理是网络有效运营的关键。当前OpenFlow协议主要定位于对网络转发行为的控制，OF-Config协议的定义还不够完善，现阶段SDN体系中网络的管理和维护相关功能相对欠缺。而且，由于现有网络存在着大量的设备，各设备分属不同厂商，属于不同的网络管理系统，使得网络的整体管理和向SDN架构演进困难。因此，我们建议完善OF-config协议，用于新建的网络；针对现有网络的统一管理，建议各EMS向统一的上层基于SDN架构的网络管理系统开放北向接口，以实现网络的统一管理。

小结

    SDN具有转发与控制分离、控制逻辑集中、网络虚拟化等特点，能更好地满足移动业务回传的需求，解决当前IP RAN面临的网络协议复杂、组网规模大、结构复杂、设备硬件成本高、维护难度高、缺乏统一管理的问题。在方案的选择上，我们建议采用SDN控制器独立式部署方式，此种方式更有利于SDN技术的标准化，更符合IP RAN网络后续长期演进的要求，也能更好地降低网络的TCO。