【YD通讯标准】 基于 SDN 的 IP RAN 网络技术要求

ICS33.040.40
中华人民共和国通信行业标准
YD/T3020-2016
基于SDN的IPRAN网络技术要求
TechnicalrequirementforSDNbasedIPRANnetwork2016-01-15发布
2016-04-01实施
中华人民共和国工业和信息化部发布前
规范性引用文件·
术语、定义和缩略语·
基于SDN的IPRAN的网络功能架构·目
4.1基于SDN的IPRAN业务需求和应用场景4.2基于SDN的IPRAN网络功能架构基于SDN的IPRAN网络控制面的技术要求5.1
管理通道建立·
5.2控制通道建立
5.3控制器与转发节点整体交互过程..5.4SDN控制域建立的技术要求·基于SDN的IPRAN网络转发面的技术要求6.1基于SDN的IPRAN转发节点系统架构6.2基于SDN的IPRAN转发节点协议需求6.3OpenFlow化IPRAN转发节点
基于SDN的IPRAN网络管理的技术要求·7.1控制器管理接口
7.2转发节点管理接口
传统IPRAN网络向基于SDN的IPRAN网络迁移技术要求·8
附录A（规范性附录）网元自通实现方案附录B（资料性附录）SDN域拓扑收集技术-YD/T3020-2016
YD/T3020-2016
本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任本标准由中国通信标准化协会提出并归口。本标准起草单位：中国电信集团公司、中国联合网络通信集团有限公司、华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司、武汉烽火科技集团有限公司（武汉邮电科学研究院）、南京爱立信熊猫通信有限公司、上海贝尔股份有限公司、杭州华三通信技术有限公司。本标准主要起草人：杨广铭、孙嘉琪、尹远阳、曹畅、王海军、黄永亮、胡杰辉、陈国义、王丽星、曲延峰、古渊、肖敏、魏月华、魏学勤、付胜波、周国华、王剑。TiiKAoNiKAca
1范围
基于SDN的IPRAN网络技术要求
YD/T3020-2016
本标准规定了基于SDN的IPRAN网络技术要求，包括基于SDN的IPRAN网络参考架构及网络转发面、控制面和管理面等功能要求。本标准适用于基于SDN的IPRAN网络。2
规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。YD/T2603-2013
YD/T2374-2011
术语、定义和缩略语
3.1术语和定义
支持多业务承载的IP/MPLS网络技术要求分组传送网（PTN）总体技术要求下列术语和定义适用于本文件。3.1.1
IPRAN网络IPradioaccessnetwork基于IP的无线接入网络，这里指以IP/MPLS协议及关键技术为基础的电信级承载网络，当前主要面向承载移动回传业务。
基于SDN的IPRAN网络SDNbasedIPRANnetwork采用软件定义网络（SDN）技术的IPRAN网络，提升网络自动化部署、运维、管理能力，并为未来新业务的快速开放提供能力。
接入SDN化SDNaccess
IPRAN网络接入、汇聚层的SDN化，存在两种形式，一种形式接入层设备控制面上移，汇聚层设备集成SDN控制器，实现对接入层转发行为的控制：另一种形式接入层与汇聚层设备控制面全部上移，通过单独的SDN控制器，实现对接入层及汇聚层转发行为的控制。3.1.4
全网SDN化WholenetworkbuiltonSDNtechnologiesIPRAN网络从接入、汇聚到核心层的SDN化，接入层、汇聚层及核心层设备控制面均上移，由全网的SDN控制器，对全网转发行为进行控制。3.1.5
网元自通Plug-and-play
HiiKAoNiKAca
YD/T3020-2016
新上线网元插入网络中后，只需设备上电，即可实现与网管或SDN控制器的互通。3.1.6
网络虚拟化（IPRAN）NetworkvirtualizationbasedonIPRAN通过SDN的集中控制和路径自动化计算部署技术，实现IPRAN网络的虚拟化，IPRAN虚拟化网络业务部署与管理不再关注网络内部细节，对外虚拟化为一台路由器。3.1.7
南向接口Southboundinterface
控制器与网络转发设备之间控制接口。3.1.8
北向接口Northboundinterface
控制器与应用层应用，或与网管之间控制接口。3.2缩略语
下列缩略语适用于本文件。
Application Programming InterfaceAsynchronous Transfer Mode
Border Gateway Protocol
Custom Edge
Dynamic Host Configuration ProtocolForwarding Information Base
Internet Group Management ProtocolInterior Gateway Protocols
Internet Protocol
IP Radio Access Network
OpenFlow
Open NetworkingFoundation
Open Shortest Path First
Quality of Service
Radio Access Network
SoftwareDefined Networking
SimpleNetworkManagementProtocolTimeto Live
VirtualLAN
Virtual Private Network
Time Division MultiplexbZxz.net
LayerTwoVirtualPrivateNetworksLayerThreeVirtualPrivateNetworksSynchronous Digital Hierarchy应用编程接口
异步传输模式
边界网关协议
用户边缘设备
动态主机配置协议
转发表
Internet组管理协议
域内网关协议
互联网协议
互联网协议的无线网络接入
开放流协议
开放网络基金会
开放式最短路径优先协议
服务质量
无线接入网
软件定义网络
简单网络管理协议
生存时间
虚拟局域网
虚拟专用网络
时分复用
二层虚拟专网
三层虚拟专网
同步数字体系
HiiKANiKAca
Virtual PrivateWireService
Pseudo Wire
基于SDN的IPRAN的网络功能架构4.1基于SDN的IPRAN业务需求和应用场景4.1.1业务承载需求
二层点到点服务
基于SDN的IPRAN网络主要为以下4种模型提供业务承载能力：a）TDM业务模型：支持提供E1、CSTM-1等PDH、SDH业务的承载：YD/T3020-2016
b）以太业务模型：支持提供点到点、点到多点、多点到多点等L2VPN和L3VPN业务的承载：c）IP业务模型：主要提供纯IP、L3VPN等业务的承载：d）ATM业务模型：支持提供ATM业务的承载。基于SDN的IPRAN网络现阶段主要承载移动回传业务。不同制式的移动网络业务接口类型与业务模型的对应关系详见表1。
表1移动回传业务承载需求表
业务分类
GSM/GPRS/EDGE(2G/2.5G)
UMTS(3G)
CDMA1x-RTT (3G)
CDMAIxEV-DO(3G)
TD-SCDMA(3G)
4.1.2网络承载功能需求
以太、IP
以太、IP
以太、IP
以太、IP
以太、IP
接入模型
业务承载方案
L3VPN/L2VPN
L3VPN/L2VPN
L3VPN/L2VPN
L3VPN/L2VPN
SimpleIP、组播VPN
本节提到的各种SDNIPRAN网络的承载需求，其承载能力均应满足YD/T2603-2013《支持多业务承载的IP/MPLS网络技术要求》第6章：通用技术规范中的指标要求。4.1.2.1
OAM机制
基于SDN的IPRAN网络应提供接入链路OAM、网络OAM及业务OAM各类OAM机制。实现持续的端到端连通性检测、故障检测、故障定位及网络丢包率、时延等指标性能监测。快速保护倒换
基于SDN的IPRAN网络应提供多层次快速保护倒换技术，实现故障情况下业务的快速恢复。4.1.2.3QoS
基于SDN的IPRAN网络应对不同业务的应用需求，如丢包率。延迟，抖动和带宽等，提供不同的服务质量保证，以实现同时承载数据、语音和视频业务。4.1.2.4网络管理
基于SDN的IPRAN网络应提供完善的网络管理系统，采用图形化界面实现拓扑管理、配置管理、故障管理、性能管理和安全管理等。同时由于控制器引入，网络管理系统同时要负责控制器与转发节点3
HiiKAoNiKAca
YD/T3020-2016
间的通道建立和管理：并可通过北向接口与上层网管系统相连。时钟同步
基于SDN的IPRAN网络应支持同步以太及1588v2时间同步功能。4.1.3IPRAN网络应用现状
IPRAN网络目前主要定位于承载2G、3G及LTE等移动回传业务。IPRAN网络采用三层路由器设备组网，核心汇聚层网络采用双星形，口字形或环形结构组网：接入层设备以环形结构为主，同时考患到地理环境及资源因素，应支持采用双上联、链形等多种结构组网。接入设备为网络的边缘，用于提供灵活业务接入：汇聚设备用于接入流量的汇聚；核心层设备用于业务流量的转发。
IPRAN网络的组网结构如图1所示，主要有三种业务承载方式：一方式1：端到端采用分段L2VPN方式，在汇聚设备进行分段：一方式2：接入层采用L2VPN方式，在核心汇聚层采用IP/MPLSL3VPN方式：方式3：端到端采用分段L3VPN方式，在汇聚设备进行分段。基站
边缘接入层
核心汇聚层
图1IPRAN网络架构
其他采用非三层路由设备场景不在本标准进行定义。4.1.4IPRAN网络对SDN的需求
运营商IPRAN网络引入SDN主要基于以下需求：a）海量IP/MPLS设备部署带来的业务开通复杂和运维复杂：b）对新业务响应速度慢，无法快速开通业务：c）网络能力只针对内部运营人员，缺乏对网络用户的能力开放：d）降低IPRAN设备复杂度，降低网络建设成本：e）降低异厂家IPRAN设备互通难度。x
移动核心网
基站设备
接入设备
汇服设备
业务汇案设备
核心设备
核心网设备
TiiKAoNiKAca
4.2基于SDN的IPRAN网络功能架构4.2.1基于SDN的IPRAN的技术特征YD/T3020-2016
IPRAN为三层IP网络，主要运用IP/MPLS协议完成业务承载，解决无线接入的IP化。基于SDN思想的网络具有转发与控制分离、集中控制及开放可编程等特点。通过在IPRAN网络中引入SDN架构及相关技术，实现基于SDN的IPRAN网络，简化IPRAN网络设备，提高网络自动化部署、运维、管理能力，并为未来新业务的快速开放提供能力。本标准主要规范采用SDN思想及相关技术的IPRAN网络，基于SDN的IPRAN的网络应具有以下基本特征：
一网络虚拟化：控制器控制的网络被虚拟化成一台路由器，简化网络配置，网络规划及业务部署更为简单，接入层网络的拓扑发现、路径建立、业务部署、OAM和保护的建立由控制器完成：一以业务为中心的业务发放模式：业务发放不再关注网络设备之间转发路径如何建立，只关注业务的接入点和业务终结点，以及业务带宽等约束条件：转发控制分离：控制面上移，无需关注内部协议交互和部署：一网络可编程：从应用层面看，下层网络被抽象出来，网络具备可编程性：一集中控制化：控制面集中，所有的网络行为都由其控制，实现流量工程、负载均衡等网络的全局优化：
一自动部署OAM和业务保护，快速故障定位，通过控制器的集中控制实现高可靠性：一易于实现新业务的引入，业务升级简单，与转发平面解耦。4.2.2参考架构
引入SDN之后，基于SDN的IPRAN的网络架构可以如图2所示进行描述，主要包含转发层、控制层，应用层三个层面及网管功能，
应用层
控制层
转发层
第三方应用
北向接口
-南向接口
网络投备
网络设备
网管接口
图2基于SDN的IPRAN参考架构
转发层：根据SDN控制器下发的控制信息完成数据转发。应具有基本的路由功能，以保证转发节点与控制器和网管之间控制通道和管理通道的自动建立。转发节点接受控制器的控制及向控制器上报自身的资源和状态。转发节点同时仍然需要提供传统的网管北向接口。但是北向接口功能不再包括网络业务和协议的功能，只提供转发节点设备本身的管理接口，如电源、电压，单板等管理功能。考患到现网已大规模部署，为了兼容现有网络硬件条件，初期转发层网络设备的互联互通及数据流转发需兼容IP/MPLS协议集（MPLS-TP为其子集）。后期，待openflow流表芯片发展成熟，逐步向openflow流表转发演进。5
HiiKAoi KAca
YD/T3020-2016
控制层：逻辑上集中的控制实体，通过南向接口向转发层网络设备下发控制信息，通过北向接口向上层应用开放底层网络资源和能力。该层的SDN控制器是一个软件系统，可以内置在网络设备中，也可以部署在一个独立的服务器中。控制器是整个网络的控制面，对整个网络进行集中控制。控制器控制的网络范围根据实际情况，可由网络管理员进行定文。南向接口主要做业务级的控制平面定义，完成网络拓扑的发现、业务配置下发、业务PW/LSP路径的计算及表项的下发。北向接口包括：网管北向接口，向网管提供网络的业务部署，监控，故障处理，故障定位等功能，可以提供对网络拓扑和虚拟网络的操作：应用层北向接口，向第三方应用开放编程接口，提供API编程接口。用于第三方应用利用控制器获取网络资源（如网络拓扑），提供针对网络的诊断，故障定界定位，性能监控等应用，以及未来创新的应用设备侧具有控制层的控制代理，除此之外，也可保留一部分控制功能，按照所保留的控制功能强弱分为如下三种实现方式：
a）强控制能力：设备上保留基本IGP,BGP，LDP，BFD等动态路由协议,SDN控制器功能相对简单，只做基本配置下发。
b）弱控制能力：设备上保留静态转发表，并具备故障检测等机制，故障后设备侧可以自行切换，其余配置主要在控制器完成。
c）无控制能力：设备上保留静态转发表，所有表项都由控制器来配置和下发，即网络的所有功能均由控制器下发实现。
应用层：基于控制层数据进行应用管理。网管：完成转发面网络设备、SDN控制器各类对象的管理及控制器或第三方应用策略的配置。转发面网络设备在网管上可作为独立网元管理，但是由于业务已经由控制器进行集中控制，因此网元管理面只提供网元设备管理功能。
4.2.3功能模块
在基于SDN的IPRAN网络参考架构中，功能模块分为控制器相关功能模块和转发节点相关功能模块两部分。
a）控制器相关功能模块：
·控制协议模块：提供对转发设备的控制协议（例如，Openflow等控制协议），与转发节点建立控制协议连接。其他功能模块可以通过控制协议对转发节点进行控制。·网络资源管理模块：收集网络中转发节点资源信息，包括转发节点的端口、拓扑资源等。其他功能模块可以利用资源层收集的资源进行路径计算，业务部署，生成转发表项等，对网管和第三方应用开放网络资源编程和管理接口。
·路径计算模块：利用资源层收集的资源计算业务路径，可以支持动态或静态两种方式，分配LSF标签或流表项，通过已建立好的通道下发给转发设备。●网络抽象化模块：对网络进行抽象，将物理网络虚拟为一台路由器，屏蔽物理网络细节。业务模块可以基于抽象网络进行部署，无需关注虚拟网络内部转发路径的打通。在IPRAN网络中，网络内部承载采用IP/MPLS，因此在IPRAN场景下，网络抽象化功能针对IP/MPLS网络的虚拟化功能。·网络协议层模块：提供传统路由器具备的路由协议栈，用于控制器与传统网络的互通。●网络业务层模块：在IPRAN场景下需要提供L2VPN和L3VPN业务。L2VPN包括VPWS和VPLS，·支撑模块：提供基本的故障定位工具，告警，北向接口等对SDN域的维护和管理功能。6
HiiKAoNiKAca
b）转发节点功能：
YD/T3020-2016
·网元自通模块：负责网络基本路由的打通，在控制器控制转发节点之前，建立控制通道，及与网管的管理通道的建立。
●控制代理模块：适配与控制器间控制协议，负责与控制器建立和维持控制协议连接。负责向控制器注册，上报信息，收集本地拓扑。接受控制器下发的控制信息和转发表项，并下发到转发面，指导转发。
·转发模块：对报文进行转发和处理。●管理代理模块：提供对转发节点的调试诊断接口，以及设备管理功能，向网管提供设备管理的接口（如电源、电压、单板等）。4.2.4
参考模型
基于SDN的IPRAN网络，有两种不同的组网模型：1）模型一：IPRAN网络接入SDN化基站1
基站3
基站1
基站3
SDN Controler
SDN Controller
SON域：
RouingJEper
RNC/SGWI
MME/BSC
a）模型一：内嵌式控制器模式
Controller
RoungAgent
Controller
RNCISGWI
MME/BSC
RonLAoe
SPN城
b）模型：独立控制器模式
图3基于SDN的IPRAN网络组网模型对于接入SDN化的IPRAN网络，可以采用内嵌式控制器模式（如图3a所示）以及独立控制器模式（如图3b所示）
内嵌式控制器模式，在汇聚层汇聚设备上集成控制器功能。在这种方式中，SDN域中有多个控制器（多个汇聚设备）。每个控制器只控制自已下挂的接入设备。对于每台接入设备同时下挂在两个（或者多个）控制器的情况下（如环网），选择其中一个控制器作为主用控制器，其他控制器作为备用控制器。而从网络层面看，控制器也可做负载分担，每个接入设备的主备控制器可以不同。一部分接入设备以一7
YD/T3020-2016
个控制器（例如控制器1）为主，另一控制器（例如控制器2）为备：同时另一部分接入设备以控制器2为主，以控制器1为备，实现控制器1和控制器2的负载均衡。建议一个接入环的A类设备以同一控制器为主，这样可以减少互为主备的控制器间的数据同步的流量和业务控制联动导致的时延。内嵌式控制器完成网络虚拟化功能后，SDN域内部接入设备的拓扑对外不可见。对于外部的路由设备，只与接入设备建立路由邻居，并且也认为只有到汇聚设备的路由。对外的路由设备认为控制器控制的网络就是一个虚拟的路由器。利用内嵌式控制器模式，可以利用现有的网络设备，进行软件的升级，即可在接入层应用SDN技术。对网络架构和网络管理模式改动小，利于快速部署SDN。独立控制器模式，利用服务器等IT硬件，处理能力强，能够控制更大范围和更多节点，而且独立控制器运行的网络设备不再参与网络数据流量的转发，因此控制器可部署到远端数据中心，不受限于网络物理位置。
与内嵌式控制器只控制所附着的汇聚设备下挂的接入设备不同，独立控制器可以控制多个汇聚设备下挂的接入设备，并且包括汇聚设备本身。在独立控制器情况下，接入设备、汇聚设备都集成控制代理模块（视控制范围），用于向控制器上报状态，接受控制器控制等。2）模型二：IPRAN网络整网SDN化IPRAN网络整网SDN化模型如图4所示。SDN
Controller
基站1
基站3
图4模型二
注：图3、图4中各接口的定义详情参见4.2.5。SDN
Controller
RNC/SGWI
MME/BSC
Routng
SDN地
基于SDN的IPRAN另一个组网模型是IPRAN网络整网SDN化如图4所示，将核心设备、CE也纳入到控制器控制范围内。接入SDN化能解决当前网络急剧扩张带来的管理和运维上的突出问题，但是也带来了SDN控制域与非SDN控制域间业务交互的复杂性。从长远来看，IPRAN全网统一管理，在网络优化、路径调整、运维简化方面的优势更明显。在这种模式下，独立控制器可以控制全网节点，包含接入设备、汇聚设备和核心设备。这些设备都集成控制代理模块，用于向控制器上报状态，接受控制器控制等。以典型的两层控制器层次结构为例，层次控制器结构图如图5所示。9
网元1
网元3
下层SDN
Controller
上层SDNController
网元2
网元4
网元1
网元3
图5多个控制器的层次结构示意
下层SDN
Controller
网元2
网元4
YD/T3020-2016
其中控制器应该采用层次结构，单域控制器负责管理本域内的网元，完成由上层Controller下发的业务部署、查询、路径计算功能，上报本域内的物理拓扑或抽象拓扑给上层controller，上层controller管理的资源可以为下一层的controller使用。4.2.5控制面
控制面完成网络拓扑收集，网络资源统一管理，网络虚拟化和业务处理，根据业务诉求为每个转发节点生成转发表项或流表项，并安装和下发到各转发节点，控制网络的业务转发、保护倒换等行为。基于SDN的IPRAN包括如下接口定义（接口编号如图3和如图4所示）：一I1：基站与接入转发节点之间的接口，与传统IPRAN网络与基站的接口保持一致，一I2：转发节点之间接口。转发节点间接口完成管理和控制通道建立，以及拓扑收集。一I3：转发节点与控制器之间接口。该接口运行控制协议（例如，Openflow协议等），通过该协议完成转发节点的注册，信息上报以及接受转发控制信息。在独立控制器方式下，拓扑代理节点收集的拓扑信息也需要通过控制协议上报到控制器。在IPRAN网络中涉及IP/MPLS转发，因此本标准也只定义IPRAN网络转发中需要使用的控制协议内容，非IPRAN业务所需的协议内容，不再定义。一I4：控制器与SDN域外路由器接口，运行传统路由协议，如BGP，ISIS，RSVP，LDP。一I5：CE节点与基站控制器之间的接口，保持原有接口不变。一I6：控制器之间主备备份接口，基于单播TCP连接接口，用于主备控制器之间备份路径。4.2.6管理与应用面
控制器提供北向接口，用于网管和OSS集成。同时，控制器需要提供开放编程接口，用于第三方应用的集成开发。例如，第三方的性能监控应用在监控到网络某条路径出现丢包等链路质量劣化情况下，可以使用控制器的编程接口，控制控制器对某条路径进行主备倒换。控制器提供的北向接口分为以下几类：
策略控制接口，包括路由策略，ACL等。9
小提示：此标准内容仅展示完整标准里的部分截取内容，若需要完整标准请到上方自行免费下载完整标准文档。