SDN網(wǎng)絡(luò)在鐵路系統(tǒng)中的應(yīng)用

引言

當(dāng)前我國鐵路系統(tǒng)已構(gòu)建起覆蓋全國的獨(dú)立、完整的通信系統(tǒng),并已實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化、光纜化。隨著移動辦公、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新型技術(shù)的應(yīng)用,網(wǎng)絡(luò)規(guī)模迅速擴(kuò)大,對鐵路信息系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生了較大沖擊,傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、智能分析等功能需求上力不從心,亟需尋求新型的突破性網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方式。在此背景下,SDN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,但因其尚處于商業(yè)部署的初級階段,鐵路部門仍持觀望態(tài)度,還未將其應(yīng)用于鐵路信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

1SDN網(wǎng)絡(luò)概述

SDN網(wǎng)絡(luò)是一種創(chuàng)新的新形式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),它最早由斯坦福大學(xué)的C1eanState課題組提出,是一種網(wǎng)絡(luò)虛擬化的實(shí)現(xiàn)形式,其核心技術(shù)是通過把網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)平面與控制平面相分離,實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)流量的精準(zhǔn)控制,使網(wǎng)絡(luò)管理更智能。SDN網(wǎng)絡(luò)的典型架構(gòu)包括3層:上層是應(yīng)用層,包括各種類型的業(yè)務(wù)及應(yīng)用:中間控制層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)資源的編排與處理,維護(hù)狀態(tài)信息及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞?底層基礎(chǔ)設(shè)施層主要進(jìn)行流表的數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)發(fā)及狀態(tài)收集等。

現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)的流量控制與轉(zhuǎn)發(fā)都要依靠網(wǎng)絡(luò)設(shè)備方可實(shí)現(xiàn),并且設(shè)備中集成了與業(yè)務(wù)特性緊密耦合的專用硬件與操作系統(tǒng),這些系統(tǒng)、硬件均由不同的廠家研發(fā)設(shè)計(jì)。而SDN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備僅僅負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),可以使用通用硬件,且原來負(fù)責(zé)控制的操作系統(tǒng)在SDN網(wǎng)絡(luò)中被設(shè)計(jì)成獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),可以根據(jù)業(yè)務(wù)特性自動適配,硬件設(shè)備、業(yè)務(wù)特性及網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)之間的互通也可利用編程軟件實(shí)現(xiàn)。

2鐵路系統(tǒng)對SDN網(wǎng)絡(luò)的需求

2.1集中化控制及管理

隨著鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)(以下簡稱數(shù)據(jù)網(wǎng)）若繼續(xù)使用分布式的控制面,將使網(wǎng)絡(luò)更加復(fù)雜,并且路由表與轉(zhuǎn)發(fā)表的規(guī)模也在迅速增長,使得網(wǎng)絡(luò)的收斂速度更慢。而不同數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商的設(shè)備型號各不相同,必然造成用戶控制手段與網(wǎng)絡(luò)靈活性變差,且不同廠家之間的協(xié)議達(dá)成更加困難。

2.2PCE結(jié)合TE技術(shù)

在數(shù)據(jù)網(wǎng)的RSVP一TE網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,利用路由器命令接口創(chuàng)建流量工程標(biāo)簽交換路徑,并采取輕載模式確保交換路徑的成功建立。在SDN網(wǎng)絡(luò)中引進(jìn)路徑計(jì)算單元,允許外部PCE服務(wù)器進(jìn)行交換路徑計(jì)算,根據(jù)客戶需求實(shí)時進(jìn)行交換路徑的計(jì)算與下發(fā),能夠有效減輕工作人員的工作量,并提升網(wǎng)絡(luò)速度。

2.3引入Netconf協(xié)議

簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議是當(dāng)前數(shù)據(jù)網(wǎng)中普遍采用的一種協(xié)議,是IETF公司在20世紀(jì)80年代設(shè)計(jì)的,主要目的是檢測網(wǎng)元設(shè)備的性能、特性及狀態(tài)。簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議是基于二進(jìn)制編碼實(shí)現(xiàn)的,并且多數(shù)廠商也未提供利用簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議實(shí)現(xiàn)設(shè)備完全配置的選項(xiàng),所以簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議僅僅支持通用信息設(shè)置的只讀操作。各廠商還必須依靠專用管理信息庫來獲取設(shè)備底層信息。該協(xié)議以XM1為支撐,重新定義數(shù)據(jù)獲取方式,允許SDN控制器或應(yīng)用程序支持Netconf設(shè)備的所有功能。

3SDN網(wǎng)絡(luò)在鐵路系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1運(yùn)維管理

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與管理平臺尚未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、集中化管理,需要鐵路信息部門投入大量的運(yùn)維人員來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的維護(hù)、管理,并且運(yùn)維人員能力參差不齊,使運(yùn)維費(fèi)用大幅增加,運(yùn)維質(zhì)量也不穩(wěn)定。利用SDN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)控制層接口的開放與集中部署,同時使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制與轉(zhuǎn)發(fā)層面相分離,為建立真正全面化、標(biāo)準(zhǔn)化、集中化的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維平臺創(chuàng)造了有利條件,克服了傳統(tǒng)運(yùn)維管理過程中存在的弊端,從總體上提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)維響應(yīng)速度。

3.2快速部署平臺

近年來,隨著鐵路客運(yùn)專線建設(shè)規(guī)模的逐步擴(kuò)大,鐵路信息化得到長足發(fā)展,但是傳統(tǒng)的鐵路信息網(wǎng)絡(luò)明顯難以滿足業(yè)務(wù)發(fā)展的需要,甚至造成信息系統(tǒng)運(yùn)行的安全隱患。而采用基于SDN技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架后,部署分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境可由原來的幾個月縮短到現(xiàn)在的幾天或幾小時。

3.3廣域網(wǎng)流量優(yōu)化

利用SDN技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò),能夠把IP路由計(jì)算從控制平面分離開來,由專業(yè)集中的計(jì)算單元進(jìn)行整網(wǎng)路徑計(jì)算。利用計(jì)算控制器能夠?qū)崟r收集全部網(wǎng)元的抖動、時延及可用帶寬等信息,并能引入業(yè)務(wù)特征、時間等自定義參數(shù):利用新的路徑算法可以算出滿足特定時間段內(nèi)全網(wǎng)業(yè)務(wù)所需的路徑結(jié)果,并把信息發(fā)布到所有網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元上,有效提高廣域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源的利用率和鐵路信息系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。

3.4移動終端統(tǒng)一管理

隨著通信技術(shù)與IT技術(shù)的發(fā)展,移動辦公應(yīng)運(yùn)而生,鐵路部門也在考慮使用這一新型辦公模式。利用手機(jī)、Pad等移動終端設(shè)備,安裝上鐵路信息化軟件后,就可不受空間、時間、辦公場所限制,使鐵路部門的工作人員隨時都能進(jìn)行業(yè)務(wù)處理,使其工作更加高效、便捷,而實(shí)現(xiàn)這一構(gòu)想亟需解決的是安全問題。利用SDN網(wǎng)絡(luò)技術(shù),可以使用統(tǒng)一策略控制器,自動感應(yīng)用戶的各種需求,在用戶進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)后,自動進(jìn)行精細(xì)化控制,從而實(shí)現(xiàn)無線有線一體化接入方案,同時以往孤立分散于交換機(jī)與AC上的策略控制點(diǎn)也將進(jìn)一步融合,并借鑒無線AP/AC管理模式,實(shí)現(xiàn)策略控制點(diǎn)與邊緣交換機(jī)的聯(lián)動控制,大大縮減了運(yùn)維工作量。

4結(jié)論

總之,將SDN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),在運(yùn)維管理、廣域網(wǎng)流量控制、業(yè)務(wù)部署、移動辦公等方面都將起到極為重要的作用,可以有效解決鐵路信息網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中的各種難題。隨著SDN技術(shù)的日漸成熟,其必將在鐵路信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中發(fā)揮更大的作用。