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'''面向服务定制的云网融合系统'''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。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。
==案例概述:==
面向服务定制的云网融合系统面向生产型互联网的差异化服务质量需求,首创服务定制网络体系架构,攻克运营商级大规模网络控制等核心关键技术,通过提供低时延、高可靠、广覆盖、可管控的工业外网服务,为全国企业提供互联网专线级别的高质量网络。项目取得的主要成果包括:提出横向/纵向协同的端到端服务定制网络体系架构,是云网融合的新范式;突破白盒化可重构高效率数据平面、高性能可扩展控制平面、跨域智能编排平面、资源池化多粒度IP与光协同、软件定义可重构智能网卡等技术内容,解决白盒化开放、全维度协同、确定性可控三大科学问题;自主研制全球首个基于Service Mesh的微服务化大网级网络操作系统,支持SRv6等新型能力,突破大规模多云交换核心关键技术,构建了业界领先的软件定义异构多云融合互联平台;抢先开展工业互联网网络核心技术攻关与建设,依托未来网络试验设施,构建了覆盖全国主要省市与长三角、粤港澳等重点区域的工业互联网高质量企业外网。
==成果突破性:==
面向服务定制的云网融合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。面向服务定制的云网融合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。
推动产业生态建设,“面向服务的未来网络试验环境与技术创新”重大成果入选2020世界互联网大会“世界互联网领先科技成果”,参与制定《工业互联网标杆网络工厂外网技术要求》等7项标准,推动工业互联网网络、标识等标准化进程。联合华为、中国移动、中国信通院等单位成立5G边缘计算开源社区EdgeGallery,推动边缘计算开源社区建设,服务产业生态。
==技术要点:==
面向服务定制的云网融合系统,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。
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。
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,面向服务定制的云网融合系统设计了横向/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。
(1)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。
(2)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。
(3)设计面向云网融合的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。
(4)设计IP与光网络协同机制及资源池化调度机制,构建弹性管道资源池,实现IP与光协同灵活可扩展的高效运行
研究IP网络和光网络的协同架构、资源池化调度机制,实现网络中3层及以上的部分与硬件资源解耦,构建弹性管道资源池,提升网络的资源利用效率和网络运维效率;设计IP与光协同控制器,使得IP网络控制模块和光网络控制模块能够最大程度上实现代码 共享,同时保证协同控制面能够按服务需求实现自由灵活伸缩,最终达到IP与光协同控制器灵活可扩展的高效运行。
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搭建网络创新试验环境,试验了服务定制的云网融合技术==
===(1)设计软件定义的大规模云网融合骨干网网络系统架构,构建云网融合网络创新试验环境===
面向生产性互联网对骨干网络的云网融合需求,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。
===(2)建设覆盖全国的云网融合网络设施,为全国企业提供互联网专线级别的高质量网络示范===
依托国家工信部《工业互联网高质量企业外网技术网络服务平台》项目,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云网融合网络设施,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。
==四、积极构建未来网络云网融合产业生态==
面向服务定制的云网融合系统支撑国家网络强国战略需求,重点满足“十四五”期间国家网络强国建设新开局目标,通过攻克大规模网络控制等核心关键技术,提供低时延、高可靠、广覆盖、可管控的确定性服务,为全国企业提供互联网专线级别的高质量网络。基于未来网络试验设施构建的云网融合网络创新试验环境,进一步推动产业生态发展,支撑我国网络科学与网络空间技术研究在核心芯片与关键设备、网络操作系统、路由控制技术、网络虚拟化技术、安全可信机制、大规模组网试验、创新业务系统等方面取得重大突破。具体成果如下:
===(1)积极推动并参与国际开源项目,发起网络领域全球开创性项目===
在国际开源领域,项目团队作为国内首个高校加入全球两大SDN开源控制器之一的ONOS开源社区(属于Linux基金会),成果“控制平面冲突检测”代码模块被纳入核心CORE层,实现了国际“并跑”。项目团队联合中国移动、紫金山实验室、英特尔等单位构建全球首个SRv6系统开源项目,加快SRv6商用进程,推动云网融合发展,有望推动SRv6作为新一代IP底座的核心技术,成为云网融合及6G时代整合终端、网络(无线、传输、IP)、云等的统一通信协议。
===(2)组织策划多项国内外产学研交流活动,构建云网融合生态链===
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。
==参考文献==
[[Category:500 社會科學類]]