運營商級白盒設備通用操作系統CUNOS

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運營商級白盒設備通用操作系統CUNOS中國聯通研究院為聯通集團總部直屬二級單位，主要服務於集團公司內部需求，以滿足中國聯通戰略規劃、管理決策和生產運營支撐需要為宗旨，主要從事前沿技術與應用跟蹤、發展戰略研究、市場和管理策略研究，開展對外合作項目研發，逐步成為核心技術研究、業務產品開發、試驗測試和高技術人才培養與儲備的綜合性基地，同時，作為國家工程實驗室承擔國家下達的專項研發任務。機構職責包括：

1、跟蹤通信行業市場動態、政策發展趨勢，研究中國聯通發展戰略。

2、開展管理諮詢服務，組織市場策劃和營銷策略研究。

3、承擔終端技術及行業應用的支撐與服務工作。

4、研究編制企業技術標準與規範，參與研究制定國際國內重要技術標準。

5、承擔中國聯通通信網絡、業務應用、系統平台等方面的核心技術研發和試驗任務。

6、承擔中國聯通新技術、新業務、新產品和新系統等的驗證測試工作。

7、負責信息情報的搜集，建立企業情報信息資料庫，編輯中國聯通《信息通信技術》期刊。

8、承擔「國家工程實驗室」、「海外高層次人才創新創業基地」等建設任務。

目錄

案例概述

中國聯通研究院聯合行業知名廠家和科研院所，合作研發了運營商級白盒設備通用操作系統CUNOS，實現了運營商網絡設備的「白盒化」：

1）通過軟件和硬件解耦，核心交換芯片和網絡操作系統（NOS）解耦，管理控制系統和網元設備解耦，使得運營商可以選擇合適的獨立網元操作系統軟件、獨立的標準化硬件、獨立的雲化SDN管控一體系統來建設快速變化的網絡；

2）使運營商擺脫設備廠商的鎖定，實現對於自身網絡的自主可控和創新發展，快速地響應新業務新需求的變化；

3）同時通過網絡設備的標準化通用化可以引入更多的供應商，顯著降低網絡建設成本。

案例突破性

通用網絡操作系統(CUNOS)，以開放網絡Linux(ONL)為系統層進行構建，採用高內聚低耦合的模塊化設計方式，大幅減小模塊之間的相互影響，進而提升了系統的可靠性、穩定性和可擴展性。

硬件適配層採用交換機抽象接口（SAI）來實現對不同交換路由芯片的驅動管理。在業務邏輯層面採用開源協議棧並針對現網業務進行優化，可針對不同場景進行功能的靈活裁剪和適配。

應用層以標準接口(Netconf/Yang)的形式來接受白盒域統一管控系統進行納管和業務配置。

隨着白盒生態的擴展，聯通研究院將逐步擴大通用網絡操作系統在運營商網絡和專網中的應用，例如5G承載網接入路由器，5G邊緣計算交換機場景，5G核心網下沉場景下的UPF應用等，為運營商及行業客戶信息化提供自主、可控的網絡「白盒」操作系統。

技術要點

傳統的通信網絡設備之間存在着諸多差異性，比如不同廠商設備、同一廠商不同型號、同一型號不同系統版本之間的差異等。網絡設備的差異性，最直接的體現就是網絡設備的配置方式難以統一，設備的運維成本高，網絡排障定位時間長，網絡難以實現自動化，而這些問題的存在也直接導致設備廠商的鎖定，長期來看限制了網絡的靈活性和提供服務的快速響應能力。「白盒化」的概念最早出現在服務器、交換機等互聯網IT領域，並最終在數據中心等領域得到大規模的商用部署。白盒設備在OTT的大規模成功使用，也證明了運營商在5G網絡建設中採用白盒化設備，實現面向業務的網絡重構具有現實可行性。而隨着雲技術的不斷成熟，把互聯網IT 技術應用到電信領域已經成為可能，而SDN/NFV 技術結合雲計算、大數據正好滿足了這一網絡轉型對技術的要求。世界標準化組織也在積極推動SDN/NFV 的快速成熟，產業界正通過共同努力加速這一技術的商用化部署。將SDN/NFV、大數據、人工智能等IT 領域技術應用到電信領域，實現電信網絡的「白盒化」，能夠助力運營商重構基礎網絡資源，開放移動網絡能力，引入互聯網運營模式，實現雲管端協同發展，構建良性循環的合作生態。

對於運營商來說，網絡設備「白盒化」是實現上述目標的關鍵一環，乃大勢所趨。從5G承載路由設備、數據中心交換機、無線接入網絡等的開放解耦入手，自主研發麵向商用的開放硬件設備和網絡操作系統（NOS），能像傳統設備供應商一樣在5G網絡中實現規模商用，將對現有設備採購格局產生積極影響。結合運營商網絡需求情況，開發能夠適用於不同應用場景的網絡操作系統（NOS）和白盒硬件設備，能夠滿足5G承載、企業專線業務、數據中心交換機、未來垂直行業應用等豐富場景。未來網絡服務呈現出新的特點，實時、按需提供、永遠在線、自助服務已經成為數字時代所有行業新的用戶體驗標準。要實現最佳體驗，就需要運營商採取基於互聯網架構的運營系統，並具備互聯網化的運營能力。快速增收，增加效率，敏捷服務成為運營商當前面臨的重大課題。要實現這些目標，必須對運營商網絡進行徹底轉型。5G是電信網絡全面IT化轉型的歷史性機會，對開源與「白盒」技術的大規模使用有可能改變網絡產業的遊戲規則，有助於實現網絡的彈性與自動化運維能力，極力打造敏捷、彈性、智能的雲化網絡，以滿足未來網絡業務的發展訴求。更加開放的網絡架構能更好地促進網絡技術創新和業務應用創新，形成更加豐富和更具競爭性的產業生態，也有助於降低網絡建設成本，提升資源利用效率。

聯通研究院聯合行業知名廠家和科研院所，合作開發了白盒電信設備通用網絡操作系統（CUNOS），該系統以開放網絡Linux(ONL)為系統層進行構建，中間硬件適配層採用交換機抽象接口（SAI）來實現對不同交換路由芯片的驅動管理，並成功引入國產交換芯片保證未來網絡的安全。在業務邏輯層面採用開源協議棧並針對現網業務進行優化，可針對不同場景進行功能的靈活裁剪和適配。應用層以標準接口(Netconf/Yang)的形式來接受白盒域統一管控系統進行納管和業務配置。相對於傳統封閉式的網絡操作系統，CUNOS具有較強的擴展性：系統採用分層結構，各個層次之間相對獨立，每個層次內包括不同的功能模塊，新增功能橫向、縱向都可以獨立擴展，減小已有功能的影響。極高的可靠性：使用高內聚低耦合的模塊化設計方式，大大減小模塊之間的相互影響，進而提升了系統的可靠性和穩定性。具有較強的可移植性：系統具有獨立的硬件驅動層，對於硬件組件的功能通過抽象出公共的接口來調用，對於不同廠家類似功能的硬件組件具有可移植性和更好的通用性。

CUNOS的白盒域統一管控系統實現面向雲網業務的集中管理、靈活響應、統一控制，提供開放化、服務化的網絡感知、分析算路等功能，系統採用採用微服務架構，南向通過多協議插件化與白盒網元交互，Netconf只需一套Yang模型屏蔽網絡複雜性，無需設備網管存在。北向預留標準API服務接口，可與業務系統或其他系統交互，支撐規模化業務創新。

CUNOS的業務邏輯層各功能模塊的實現依賴於協議棧的集成，5G承載網路由器具備很多運營商級應用特性，在開源協議棧沒有電信行業規模商用論證的情況下，採用開源和商用協議棧相結合的穩步推進方式，邊開發邊論證，發揮兩者的優勢，使其快速具備面向現網商用的能力。採用開源路由協議套件FRR實現包括BGP, OSPF, ISIS等主流的路由協議，已經集成到自研CUNOS系統中，並基於FRR的增強做開發驗證和性能評估；每個協議都在自己的守護進程中實現, 在與自研CUNOS平台集成時獨立構建, 以軟件包的形式發布，以獨立守護進程組的方式運行，互不影響。

核心交換芯片的轉發處理能力、芯片網絡功能決定了整機設備的功能和性能。在CUNOS的自研開發過程中，聯通研究院聯合國產芯片廠家簽訂戰略合作協議，正加速推進國產交換芯片SAI的定義和開發，已為5G承載功能特性設計了18項定義文檔，自研CUNOS操作系統已集成SAI並對芯片能力進行調用。國產芯片的首次引入保證了未來網絡的自主可控和安全性。

聯通研究院正在積極制定標準化白盒的硬件設計草案，推動國內中小規模網絡設備公司向ODM模式轉型，擴大運營商白盒硬件生態。目前國內設備廠商競爭激烈，中小公司份額少，利潤低，正積極通過白盒化轉型尋找新出路。而電信級框式設備的軟硬件技術還未有開源解決方案，通過現有開源技術做橫向擴展，制定事實標準並進行推廣，如框式設備要求的雙主控保護，可基於自定義的ONLP擴展要求白盒硬件適配。硬件ODM供應商依據聯通制定的參考設計，提供兼容的硬件，利用ONLP的統一抽象，保證了通用硬件部分的普適性，並通過標準化和規模化生產實現白盒設備的成本降低。

目前，聯通研究院正聯合網絡通信與安全紫金山實驗室對CUNOS進行功能和穩定性測試，也制定了詳細的計劃儘快推動CUNOS的現網試點工作。隨着CUNOS產品的成熟和產業化推進，將積極在未來的網絡設備採購中不斷增加白盒設備的份額，最終實現CUNOS系統的大規模商用落地。

隨着白盒生態的擴展和網絡操作系統平台的完善，將逐步擴大5G承載網以外的運營商網絡業務和企業應用，例如邊緣計算場景下的交換機場景，5G核心網下沉場景下的UPF場景和雲網融合場景下的邊緣路由器場景等，為運營商及行業客戶信息化提供自主、可控的網絡「白盒」操作系統，確保網絡的柔性和安全性。

5G未來的業務增長點在產業互聯網，在萬物智聯的藍海市場。網絡「白盒化」不僅僅提升了運營商自身的業務提供能力，同時運營商可以把白盒設備部署在通用硬件系統，可以輕鬆拓展應用在各種工業物聯網場景中。白盒設備的軟件可編程等靈活性將為各種工業互聯網項目提供了極高的可複製性，為垂直行業數字化轉型、智能化轉型提供服務。CUNOS系統將助力電信運營商構建靈活、敏捷的基礎設施平台，有助於顯著降低企業的CAPEX與OPEX。

CUNOS項目符合電信領域未來技術發展趨勢，符合國家戰略新興產業扶植政策的支持方向，具有良好的國內、國際市場前景效益，有助於國內電信市場整體的健康發展，對於中國通信業未來發展具有重要戰略意義。