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网络颠覆者SDN
2017-02-27 23:42:06   来源:   评论:0 点击:

科技始于人性,任何技术的推进都是为了更加方便人们的生活。只有为满足人性而延伸的技术,才能获得持久的生命力。  移动通信技术的发
  科技始于人性,任何技术的推进都是为了更加方便人们的生活。只有为满足人性而延伸的技术,才能获得持久的生命力。

  移动通信技术的发展也是如此。回顾通信发展史,从有线到无线,从0G到4G,每一代技术升级,都给人们带来更方便的生活。

  如今面向万物互联的5G,人类将前所未有的掌控信息。可是, 网络发展到今天,已出现了瓶颈。

  众所周知,5G网络是一个网络的网络,是一个融合的网络。

  融合,正是未来网络将面临的最严峻的考验。

  融合,意味着网络中存在各种不同的网络协议,比如GSM协议、WCDMA协议、LTE协议等等。

  融合,意味着运营商要提供不同的网络服务,比如AR/VR、车联网、无人驾驶、智慧城市、智能工厂等,比单纯的2/3/4G要复杂多了。

  融合,意味着空气里飘忽着各种频段的无线信号,GSM、WiFi、WCDMA、LTE、毫米波等等,它们都说着不同语言(协议)。

  融合,意味着网络内将共存大量的硬件设备,这些专用的电信设备是昂贵的,笨重的,他们来自不同的厂家,或许还存在厂家间不兼容的问题。

  融合,意味着那些通信工程师或将一脸懵逼。

  从1G到4G,都是基于人的通信,网络规划有历史参考可循。最简单比喻,网络从3G升级到4G,很多站点只需要在原有3G站点上直接替换为4G设备就好了。而5G网络面向大流量、物联网设备多连接,面向的是各种前所未有的应用场景,没有话务/流量模型可参考,甚至无法预测(因为还没有商业模式)。千头万绪,无从着手。无论是网络管理,还是规划、优化,都要面临严峻的考验。

  哪有什么信号满格,不过是网络在负重前行。

  网络复杂其实也算不了什么,建设成本也算不了什么,关键是,通信技术得符合人性化,才能勾住用户的魂而无限延续下去。

  再来回顾一下移动移动发展史。

  2G/3G时代是以“网络为中心”。在网络构架上,手机围着基站转。网络服务也同样如此,语音时代还没有来自OTT的蚕食,语音市场还没饱和,直白的说,运营商还可以站着把钱挣了。

  4G时代是以“内容为中心”,或者说以服务为中心、以应用为中心。在流量时代,没有内容,没有服务,运营商就可能会被沦为哑管道,跪着也难挣钱。

  5G时代,将是以“用户为中心”。网络和服务,一切都将围着用户转。

  在网络构架上,基站和手机的角色大逆转,不再是多台手机围着基站转,而是多个基站联合起来为一台手机服务,甚至是多个网络(3G/4G/WiFi/ZigBee等)围着终端转。这叫以“用户为中心”的网络构架。

  在网络服务上,运营商要实现按需服务,及时根据用户需求,灵活动态的调整或扩展网络应用,甚至业务的调整掌握在用户手上。这叫以“用户为中心”的网络服务。

  所以,SDN(软件定义网络)的概念被提了出来。(也包括SDR,本文不讨论)

  什么是SDN?

  (S)till (D)on't k(N)ow?

  我们把网络形象的比喻为人体,人的身体有各种器官,每一个器官都有不同的功能,人体本身就是一个复杂的分布系统,就像是通信网络。

  眼、耳、鼻、手、足等这些人体器官之所以能够协调工作,互不干扰,主要归功于大脑的集中控制。

  SDN就相当于网络的大脑。如果没有SDN,就好比人体没有大脑,各个器官之间互抢资源,互相竞争,必然导致分配不平衡,人就会生病了。

  回到网络上来。

  我们把传统电信设备比喻为一个盒子,这是一个封闭的盒子,里面的软件和硬件耦合在一起,网络协议固化于硬件里面,它几乎不具备可编程能力,当然也不够灵活。比如,我们的基站,从2G时代的BTS,到3G的NodeB,再到4G的eNodeB,每一次技术升级都需要更换设备。

  SDN要做的是,将协议中的控制面从电信设备这个盒子里抽取出来,使控制面与传统电信设备分离,并将抽取出来的控制面组成一个独立的、集中的控制器(SDN Controller)。

  这个控制器相当于网络的中枢大脑,它从更高的层次俯视整个网络,并下发指令统一管理网络中的多层转发设备,控制信令不再是口口相传,而是集中智能管理。

  对于网络中的那些电信设备,再也不需要理解和处理那些繁复的通信协议了,它只需要能理解SDN的指示就够了。

  SDN主要提供了两类接口:北向接口(Northbound Interfaces)和南向接口(Southbound Interfaces)。北向接口连接用户或应用,它面向业务支撑,可通过编程在控制面灵活实现各种网络服务和应用。南向接口连接网络设备,实现对网络设备的控制管理,包括链路发现、拓扑管理、策略制定、按需资源分配等。

  

  这样,SDN在网络和应用之间打通了一条快捷通道,一个静态的网络演变成为一个灵活的“服务交付平台”,它可根据市场需求快速反应,调整网络服务和应用。

  那么,SDN如何改变移动网络?

  我们举个简单的例子,以LTE网络切换为例。

  下图是LTE的网络架构,由E-UTRAN和EPC核心网组成。E-UTRAN包括了基站,我们称之为eNodeB。EPC由四种网元构成:SGW、PDNGW、MME和HSS。

  

  网络的数据面如图中实线部分。

  网络的控制面如图中虚线部分。

  现在,我们在网络中加入SDN控制器,如下图所示。

  

  这个SDN控制器连接了eNodeB、SGW和PGW,它要抽取网元的控制面功能,实现对网络控制面统一管理,所以MME和SGW的控制面将被分离出来。

  现在,假设终端手机移动并发生小区间切换。

  我们知道,手机在切换过程中会在网元间交互多次信令。手机和目标eNodeB之间的信令交互包括:Handover Request, Handover Request Ack, Handover Command和 Handover Complete。然后,目标eNodeB和MME之间还有一次信令交互:Path Switch Request和Path Switch Request Ack。

  

  这个过程有点复杂,现在,引入了SDN控制器就简单多了。

  因为SDN控制器通过OpenFlow协议集中控制多个网元,它可以根据网络状态来预先定义策略,随时更新数据转发规则,也就是说,不再需要传统切换过程中那些复杂的“请求”、“确认”等信令交互,直接将数据包(或者缓存数据包)直接转移到目标小区就好了。

  有了SDN控制器,我们就可以取消UE-eNodeB、eNodeB-MME,或者eNodeB之间的一些信令交互了。

  OpenFlow消息的处理时延大概是1ms/流,所以,SDN可减少切换时延,估计至少可减少30%。

  以上这个例子在SDN应用中微不足道,之所以举这个例子,只是因为它的应用场景我们比较熟悉。

  说点高端的,比如,通过SDN引入机器学习,让网络实现自我学习,实现网络自主。而SDN的终极目标是,完全不需要人工介入,只需向其发号施令,即可自动完成网络部署,我们称之为“smart apps”。

  SDN最关键的价值是,它可以通过北向接口开发各种应用,我们叫SDN Apps。它实现了网络即服务(network as a service),它使网络变得灵活、敏捷而低成本。

  微信等OTT业务是怎么颠覆运营商的传统语音业务的?

  想象一下,如果把通信网络比喻为手机,有了SDN,我们就可以在手机上开发各种APP,而这个APP可在各种品牌的手机上运行。就像微信APP替代传统拨号应用程序一样,这完全打破了传统网络和软件之间的固定关系,这也叫“过顶传球”。当然,也会打破传统电信设备商和运营商之间的关系。

  这是一个要么颠覆要么被颠覆的时代。

  然而,SDN对网络和整个产业链的颠覆,并非源于SDN技术本身,而是,它颠覆了工程师们的传统观念,它改变了我们看待网络的方式。

  一旦工程师们固化多年的传统观念被打破,SDN或将疯狂进化,SDN也不再是原来那个SDN。

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