SDN技术在电力广域网的研究与应用
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摘要：本文探讨了SDN技术的概念、技术架构、技术特征及关键技术，结合电力广域网现状，分析研究了SDN技术在电力广域网的应用方案及成效，最后描绘了SDN技术的应用前景。
关键词：电力；SDN；广域网
中图分类号：TP393.09 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）01-0040-02
0 引言
近年来，随着以物联网、云计算、移动互联为代表的新型网络快速发展，网络设备和技术变得日益复杂，对传统网络提出了更高要求。而目前网络体系存在着网络配置固化，网络的灵活性和扩展性较差等问题，导致大型网络流量的调整必须在每个网元上配置流量策略，不仅繁琐而且还很容易出现故障。SDN（software defined networking，软件定义网络）技术的提出，为当前网络问题提供了新的解决思路。SDN技术将网络的控制平面和数据平面分离，把网络控制功能从网络设备中分离出来，通过集中控制的方式，实现业务自动化部署和动态调整，大大缩短了业务部署周期。
1 SDN技术介绍及关键技术
1.1 SDN技术概念
SDN技术是以斯坦福大学教授Nike Mckewn为首的团队提出的一种新型网络架构，它提供一个可编程的集中式网络，将应用软件参与网络的控制管理，满足上层业务的需求。SDN网络包括SDN控制器、南向接口和北向接口，其中SDN控制器是SDN网络的核心，提供整个网络的集中视图，南向接口用于信息转发至网络中的交换机和路由器设备，而北向接口用于应用通讯和服务部署。
1.2 SDN技术架构
2016年ONF（Open Network Faundation）组织对软件定义网络（SDN）的技术架构进行了描述，按功能总体分為三层体系：应用层、控制层和转发层，此外，还包括连接应用层和控制层的北向接口及连通控制层和转发层的南向接口。应用层通过控制层提供网络开放接口和对外服务；控制层包括控制器和网络操作系统，用于集中管理网络资源，提供全局网络试图；转发层由各种网络设备组成，实现数据分组交换功能。
1.3 SDN技术特征
SDN技术须具备几个特征[1]：（1）实现网络的转发和控制分离：网络设备功能解耦合，控制单元独立于网络转发和处理单元并独立部署，转控分离可以实现更高效的控制；（2）实现网元的集中控制：设备网元通过控制器集中管理和下发流表，可以更有效的调度资源来满足客户的需求；（3）网络业务可编程：用户可通过与控制器交换信息来满足自身需求，实现业务敏捷性；（4）具备开放的接口：它要求接口的技术实现标准化并且贡献给整个产业，用户只需要通过控制器提供的开放接口，通过编程方式定义一个新的网络功能，然后在控制器上运行即可。
1.4 关键技术
（1）南向接口技术。南向接口是从控制平面角度面向数据平面，用于提供给其他厂家网元的功能，即向下提供的接口。通过南向接口可将信息转发至网络中的交换机和路由器。SDN网元中各个转发表项由SDN控制器统一下发，并非根据周围网络环境本地生成，因此SDN交换机只需关注基于表项的数据处理，无需理会控制逻辑如何实现，因此数据处理的效率也就成为SDN交换机性能最关键指标。（2）北向接口技术。北向接口是从控制平面角度面向应用，供其他厂家设备接入和管理网元的接口。用户通过控制器向上层业务应用开放的接口，即SDN北向接口，能够快捷调用底层的网络资源。目前业界并无统一的北向接口标准，各大型厂商正聚焦于此，开发定义SDN模型和北向接口。（3）东西向接口技术。东西向接口是实现各控制器之间通信的接口。由于单个控制器能力有限，为满足SDN网络大规模部署和扩展性要求，东西向接口定义成为下一个SDN研究热点。目前对于SDN东西向接口的研究还处于初级阶段，行业标准不足。
2 国网江西电力数据通信网的研究与应用
2.1 江西广域网架构
国网江西省电力有限公司广域网由通信数据网所承载。2016年江西公司完成了数据网改造工作，江西省电力数据通信网与国网骨干网完成融合，国网数据通信骨干网向下延伸，覆盖包括省公司本部、省内鹰潭第二汇聚点及参与省公司广域网组网的各地市和直属单位。江西网络架构分三个层次：广域网核心层、地市核心骨干层（省数据通信网边缘层）和地市接入层，每个层次采用两台设备，口字型方式冗余组网。广域网核心层及地市核心骨干层所有节点都属于国网数据通信骨干网的BGP AS64600域，自治域内IGP采用ISIS路由协议，地市接入层设备与各CE业务接入路由器采用OSPF协议进行路由选择[2]。
广域网采用四大关键技术：IP over SDH技术、ISIS关键路由技术、BGP路由转发控制技术、MPLS VPN流量隔离技术。承载信息、通信、调度、视频、IPV6、语音、IMS、网管等多个业务VPN，各业务VPN之间安全隔离。
2.2 SDN技术在江西广域网的应用
江西SDN广域网应用方案和其他场景下的SDN网络架构类似，也是一个分层、开放、灵活的网络架构，SDN网络架构分为网络设备层、控制层和应用层三个层次[3]：
（1）网络设备层：网络设备接收SDN控制器的指令，包括传统的SNMP、NETCONF等数据传输方式，支持通过SDN架构下的BGP-LS、Openflow等协议与控制器进行通信；同时在转发层面进行优化，支持段路由SR和Openflow硬件转发，提供高性能的转发平面。（2）控制层：主要由控制器和APP软件组成，该方案基于开源的OpenDayLight平台，支撑各种APP集成；可根据广域网的结构特征，定制化开发APP，满足用户在不同场景下的业务需求；通过统一的南向接口协议和底层设备通信；通过北向接口向用户提供丰富的API接口，实现和编排系统集成，满足用户功能需求。（3）应用层：通过调用APP提供的API接口，实现业务的二次编排，具备全省网络需求和网络组织的全局视图，对所有流量计算出最佳最明确的路径，实现全网的实时监控、图形化展示及故障定位等，进而简化网络的运维管理。
通过SDN技术在广域网的应用，解决了当前全省广域网的链路带宽利用率低、网管成本高等的问题。提高了广域网的整体性能，同时简化网络管理，节约运维成本。
3 结语
当前SDN技术成已经为引领网络发展的热门技术，受到广泛的关注。然而SDN技术在许多关键领域仍需取得突破，包括跨域通信、扩展性等问题，尽管如此，未来一段时间SDN技术仍将是研究热点，拥有广阔的应用前景。
参考文献
[1] 王爱俊，毛东峰，孙琼，等.广域网IP SDN控制器架构与关键技术研究[J].电信技术，2017（3）：16-20.
[2] 毛明，陈庶樵，崔世建.SDN控制器部署中的可靠性优化研究[J].电子技术应用，2017（3）：108-111.
[3] 马文婷.基于OpenFlow的SDN控制器关键技术研究[D].北京邮电大学，2015.
Abstract：In this paper， the concept， technical architecture， technical characteristics and key technologies of SDN technology are discussed， based on the current situation of power WAN， the application scheme and effect of SDN technology in power WAN are analyzed and studied， finally， the application prospect of SDN technology is described.
Key words：power； SDN； WAN
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