开放协同可控的软件定义控制系统

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开放协同可控的软件定义控制系统北京邮电大学是教育部直属、工业和信息化部共建、首批进行“211工程”建设的全国重点大学，是“985优势学科创新平台”项目重点建设高校，是一所以信息科技为特色、工学门类为主体、工管文理协调发展的多科性、研究型大学，是我国信息科技人才的重要培养基地。

目录

• 单位简介
• 技术要点
  • 1. 应用领域和技术原理
  • 2. 实际达到的性能指标
  • 3. 与国内外同类技术比较
  • 4. 技术案例的创造性、先进性
  • 5. 知识产权和专利情况说明
  • 6. 作用意义（直接经济效益和社会意义）
  • 7. 推广前景以及存在的问题和改进方向
• 重点阐明
• 参考文献

单位简介

2017年，“信息网络科学与技术学科群”和“计算机科学与网络安全学科群”两个学科群进入一流学科建设行列。学校坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，坚持立德树人根本任务，扎根中国大地办好中国特色社会主义大学。学校始终肩负“传邮万里 国脉所系”的家国情怀。自1955年建校以来，经过60多年的建设与发展，学校全日制教育已经形成了信息背景浓郁、专业特色鲜明、学科优势突出的办学格局。

技术要点

1. 应用领域和技术原理

针对运营商级大规模网络SDN控制的难题，依托科技部国家重点研发计划《开放协同可控的软件定义网络关键技术与系统》重大项目，设计了横向/纵向协同的端到端服务定制网络架构，提供确定性、定制化服务保障能力，极大的提升了网络的定制化能力，将为消费型互联网、工业互联网、能源互联网、空天互联网等产业发展提供重要支撑。

2. 实际达到的性能指标

针对运营商级网络场景复杂、设备种类繁多等问题，实现了骨干网、城域网、接入网、数据中心网络的全场景控制，并兼容华为、华三等异构厂家设备，可满足运营商级全业务场景需求。针对运营商级大规模网络控制性能需求，实现了1000个节点以上大网规模设备控制、TB级网络状态容量、毫秒级主备倒换、分钟级开通时间部署时间，实现了网络操作系统性能大尺度提升。同时支持面向工业互联网、专用场景网络、天地一体化网络等场景的定制化服务能力。

3. 与国内外同类技术比较

无论是国外发力主导并形成了思科牵头的ODL和开放网络联盟牵头ONOS的两大网络操作系统项目还是国内两大设备厂商的网络操作系统，在网络操作系统领域的应用部署还集中在数据中心等较小规模的网络，尚未大规模推广，研发具有自主知识产权并且可以大规模推广使用在多个重大应用场景的网络操作系统具有重要的意义。开放协同可控的软件定义控制系统在全球率先实现了支持上千个城市规模以上的运营商级网络控制，已支持华为、新华三、中兴等多厂商、多设备形态，已涵盖数据中心、骨干、城域等多场景，同时，支持确定性、SRv6等新型能力，保持全球领先水平。

4. 技术案例的创造性、先进性

开放协同可控的软件定义网络控制系统首次实践服务定制网络体系架构、微服务化网络操作系统，突破数据平面白盒化、控制平面确定性、跨域协同编排等技术难点，实现面向工业互联网的云网高效协同、服务按需定制、具备开放、协同、可控等能力，满足实体经济对网络的实时性、确定性、精准管控等方面的需求。开放协同可控的软件定义网络控制系统实现了白盒化开放，采用协议无关/可编程技术实现设备的深度开放与解耦；全维度协同，实现了协议层间光传输平面、数据平面和业务平面的纵向协同，地理域间骨干网、城域网、边缘网和数据中心的横向协同；确定性可控，提供运营商级广域网络的确定性服务质量保障，发布SRv6开源体系，实现云网业务优化承载，加速SRv6/G-SRv6技术落地应用。

5. 知识产权和专利情况说明

核心技术成果形成专利10项，发表论文14篇，获评2020年世界互联网领先科技成果。核心成果“面向服务定制的网络管控与内容调度融合平台”获中国通信学会技术发明一等奖。测评证书、论文、专利、软著、获奖情况等（见附件支撑材料表）

6. 作用意义（直接经济效益和社会意义）

在经济效益方面：依托开放协同可控的软件定义网络控制系统，基于CENI、长三角区域一体化网络等骨干网，参与建设覆盖全国的面向工业互联网的大规模企业外网络设施，为全国企业提供互联网专线级别的高质量网络。目前已开通31个CENI节点和12个SD-WAN POP点建设，PoP点完成端到端网络性能、网络流量带宽、PoP点故障自动切换、网络监控和可视化等性能与功能测试，实现CPE端到端时延抖动控制在1ms以内、实现网络0丢包；PoP点间带宽可达到500Mbps，完成满足大带宽应用需求，重在实现广覆盖、便捷接入、快速部署、灵活调度和安全可靠的工业外网服务。在社会意义方面：在网络行业产学研活动领域，2019年至2021年期间，牵头举办SD-WAN峰会、云网融合峰会、白盒网络、算力网络等各类研讨会20余次，同来自工信部、中国通信学会的领导、中国工程院院士、高校与企业专家学者深化交流合作，持续推动SDN技术产业与技术发展，促进云网融合一体化，助推全球化企业加速数字丝路。

7. 推广前景以及存在的问题和改进方向

开放协同可控的软件定义网络控制系统，瞄准“网络2030”发展趋势与国际前沿，面对白盒化开放、全维度协同、确定性可控三大科学问题，基于SDN、云网融合、SRv6等开展深入研究，突破原创性、颠覆性技术，构建软件定义的服务定制云网融合系统，促进成果在电信、金融、制造等重大领域中落地，打造全球网络通信科技发展的策源地。尤其是在网络与实体经济深度融合的背景下，工业互联网需要满足低时延、确定性时延、网络安全、网络业务定制、万亿级的连接等多方面的工业需求，需要采用软件定义网络等新的技术架构来解决工业互联网领域的网络挑战。开放协同可控的软件定义网络控制系统能够加强工业互联网网络的集中管控能力，实现了网络资源调度的智能化和差异化和实时控制等问题，有助于完善工业系统诊断、预测、决策和控制等智能化功能，将助理我国工业互联网的发展与建设。

重点阐明

主要技术指标、解决行业痛点/技术难点的主要技术要点、技术方案实施优势、突破性、创新性等。一、率先创新性地提出服务定制网络体系架构，研究攻关组网核心技术，满足实体经济差异化按需服务的网络需求。

（1）创新性地设计了高性能、可扩展控制平面，提供运营商级端到端确定性可控能力。开展运营商规模的跨域异构的控制平面设计，采用异构网络的抽象建模方法，抽象其底层工作逻辑，结合控制论的思想，构建闭环反馈控制架构，提出大规模、可扩展的控制平面建模理论；采用面向业务创建应用的设计思路，设计具有微服务能力的通用协同控制架构，实现高性能、微服务、集群化的控制器研发；基于强化学习设计流量调度算法与网络控制策略，实现对网络的智能控制。（2）创新性实现白盒化开放、可重构、高效率数据平面，提供协议无关可编程、异构芯片兼容能力。在白盒化数据面架构设计中，开展我国首次运营商IP网络白盒NOS功能设计。研制白盒化、协议无关高速转发设备，使用高性能、可编程交换芯片，实现转发可控，性能高效，高吞吐量情况下的解耦。采用协议无关/可编程方式，以实现设备的深度开放解耦，推进厂商无关、异构组网、增量式部署。同时支持开源网络设备的操作系统，实现面向运营商场景的白盒化、可重构、高效率的数据平面技术支持。

（3）设计智能跨域智能编排平面架构，基于SDN对网和云进行端到端编排，实现资源的统一管控和业务的按需服务。运用机器学习和控制理论实现端到端的网络统一管控与编排，以流为粒度有效识别云内业务，业务可按需定制网络SLA指标，通过编排系统满足带宽、时延等的差异化需求。在算法面实现多项突破，实现虚拟网络功能智能供给编排策略、业务识别及调度等算法突破，基于GBDT算法构建流量预测模型和多属性的信息无感知协同流分类方法，实现网络业务流量精准快速分类。

二、研制Service Mesh的微服务化大网级网络操作系统及多云互联平台，提供路径、带宽、时延等确定性可控能力，提供差异化QoS服务，引领SDN技术创新发展，推动完善产业生态链。

（1）研制基于Service Mesh的微服务化大网级网络操作系统，提供灵活可扩展能力。针对传统单体式控制器架构功能紧耦合、运维困难问题，设计了新型微服务控制器系统架构，实现操作系统功能组件化、自动化、松耦合，网络新功能上线部署时间由小时级缩短到分钟级。成功研发了大网级网络操作系统（CNOS），并在此基础上，研制了全球首个基于Service Mesh的微服务化大网级网络操作系统，已支持华为、新华三、中兴等多厂商、多设备形态，已涵盖数据中心、骨干、城域等多场景，同时，支持确定性、SRv6等新型能力，保持全球领先水平。

（2）构建软件定义的异构多云交换互联平台，实现平台、厂商的互联与协同。突破大规模多云交换核心关键技术，构建了软件定义的异构多云融合互联平台，已实现与阿里云、腾讯云、亚马逊AWS等公有云平台互联与协同；已突破运营商智能城域网核心技术，配合中国联通成功完成运营商智能城域网测试与示范验证，实现与主流厂商设备对接。

（3）引入微服务化、集群等技术与算法，支持运营商级全场景一体化云网统一控制，提升网络操作系统性能。针对运营商级网络场景复杂、设备种类繁多等问题，实现了骨干网、城域网、接入网、数据中心网络的全场景控制，并兼容华为、华三等异构厂家设备，可满足运营商级全业务场景需求。针对运营商级大规模网络控制性能需求，实现了1000个节点以上大网规模设备控制、TB级网络状态容量、毫秒级主备倒换、分钟级开通时间部署时间，实现了网络操作系统性能大尺度提升。同时支持面向工业互联网、专用场景网络、天地一体化网络等场景的定制化服务能力。 三、基于未来网络试验设施CENI搭建网络创新试验环境，部署开放协同可控的软件定义网络控制系统面向生产性互联网对骨干网络的融合需求，设计了一套面向服务定制的大规模云网融合骨干网架构，基于网络操作系统（CNOS）实现了对白盒交换设备的大网控制，这是全球首次采用白盒交换机代替传统路由器构建广域骨干网的案例，将加速推动互联网变革为一个可确保服务质量、安全可靠、低成本、灵活可定制的全新网络。基于CENI网络搭建了确定性网络创新试验环境，联合华为成功进行了确定性IP（DIP）试验，首次实现了跨2000公里以上，30微秒以内的时延抖动控制，可以满足未来工业自动化、工业遥操作、全息通信、空间网络等业务微秒级时延抖动保障需求。