1华东空管通信网络架构现状及存在的问题
通信网络作为管制、航行情报、气象等空管信息传输和处理的重要手段，应用与空中交通管理的各个阶段和民航运输行业的各个环节，服务对象包含空管、机场航空公司、航空油料等单位。传统的通信网络就是平面通信，但随着空管事业的快速发展，空管通信网络已进一步延申成为包含数据、话音、传输及信息化业务四种类型的“大通信概念”。
由于空管行业对安全系统的要求极高，因此一直以来，空管通信网络设备大都采用软硬件一体的专用设备，以达到高性能和高质量的保障。这种软硬件一体的垂直架构，生态系统较为封闭、业务发展缓慢、建设成本高、升级改造的难度大，且不同厂商的设备兼容性和互通性不好。随着空管一体化、智慧空管建设、空管数字化转型等新趋势的发展，现有的华东通信网络架构面临了许多问题和挑战，网络架构重构需求已迫在眉睫。
（1）设备体系垂直化，与厂商捆绑关系较强
华东空管通信网络设备多采用软硬件一体的专用网元，硬件资源不能共享，且容易被厂商锁定，存在一定的风险。例如2020年发生的华为芯片制裁事件，导致华东空管局使用的部分华为设备停产、备件停供、技术支持停止服务，后续的系统升级扩容能力也无法得到保障。
（2）生态系统封闭，业务交互能力弱
华东空管现有的通信网络架构大都按照传统的烟囱式架构进行设计，设备与业务紧耦合，部署体系封闭，系统间的服务与数据不共享，形成数据孤岛，不利于业务能力和数据能力的沉淀，难以适应复杂变化的业务。此外，网络服务是由不同功能属性的多个网络组合提供，各个网络之间能力参差不齐，业务的端到端部署和优化困难。
（3）设备种类多且复杂，缺少智能化统一运维手段
华东空管通信网络设备多采用专用封闭硬件，造成设备的种类和数量众多，涉及多个厂商的多种型号设备，缺少统一的智能化和远程运维监控手段，运维成本高，运维保障效率低。
目前，全球几乎所有主流运营商已经全面开展网络架构转型和重构计划，代表技术有NFV、SDN、云计算等。运营商的网络重构计划将对传统的通信行业产生巨大的影响，在数字化时代，华东空管应积极拥抱新理念、新技术，使用NFV/SDN重构通信网络架构，以适应新技术、新业务的发展需求。
2 NFV和SDN技术介绍
NFV，全称是Network Function Virtualization，即网络功能虚拟化。NFV利用虚拟化技术，将设备功能以软件的形式部署在通用的x86服务器上，从而实现软件与硬件的完全解耦。运营方无需采购厂商制造的专用硬件设备，在降低硬件资金投入的同时，也减少了对厂商的依赖程度。软硬件解耦使得网络设备功能不依赖于专用的硬件平台，可以灵活共享资源，快速开发和部署新业务，并且具备自动部署、弹性伸缩、故障隔离和自愈等特点。
欧洲电信标准化协会（ETSI)发布的NFV白皮书中定义了NFV的架构，如图1所示。NFV架构主要包括基础设施层（NFVI）、虚拟网络功能层（VNF）和管理编排域（MANO）三个核心部分。
图1 NFV参考架构图
（1）基础设施层NFVI：主要功能是为VNF的部署、管理、执行提供资源池。NFVI包括物理资源和虚拟化后的资源。
（2）虚拟网络功能层VNF：使用NFVI提供的虚拟资源，将传统的电信网元功能封装为VNF应用软件，例如vIMS、vBras等。
（3）管理编排域MANO：包括NFV编排器（NFVO）、VNF管理器（VNFM）和虚拟设施管理器（VIM）。NFVO负责全网的网络服务、物理/虚拟资源和策略的编排和维护；VNFM实现虚拟化网元VNF的生命周期管理；VIM负责基础设施层硬件资源、虚拟化资源管理、监控和故障上报。
SDN，Software Defined Networking，软件定义网络。SDN的设计思路和NFV类似，都是通过解耦来实现系统灵活性的提升。NFV是软硬件解耦，而SDN是控制平面和转发平面解耦。通过控制和转发分离，使用集中控制器
SDN体系架构可分为三层，如图2所示。分别是具有所有网络元素的数据平面层、具有 SDN 控制器的控制平面层和使网络可编程的应用平面层。
图2 SDN基本架构图
（1）数据平面层：主要为网络设备，也可以称之为基础设施层。网络设备可以是路由器、交换机，也可以是虚拟化的设备。网络设备通过南向接口接收控制器发送的指令，并主动向控制层上报一些实时事件。
（2）控制平面层：主要是指SDN控制器，SDN控制器是SDN的大脑，集中管理网络中所有设备，灵活动态分配资源。SDN控制器可以是一台独立的物理设备，也可以作为一个VNF部署在NFV架构中。
（3）应用平面层：主要是指网络功能应用，通过北向接口与控制层通信，实现对网络数据平面设备的配置、管理和控制。
3 NFV和SDN在华东空管通信网络架构转型中的应用研究
数字化时代，一切皆可编程、万物均要互联、大数据驱动业务。传统的华东空管通信网络已不能满足数字化的需求，构建一个新型网络架构已是必然选择。目前，国内三大运营商（电信、移动、联通）都在积极推动NFV/SDN的部署。基于NFV/SDN技术的通信网络架构，不再是一个烟囱型的网络，而是一个横向链接、向业务开放、弹性软件化的网络。
网络架构重构是一个宏大的目标，华东空管要实现一个结构简化、敏捷高效、泛在安全、个性灵活、集中控制的目标网络架构，需要开展大量的工作，总体可以归纳为以下几方面。
（1）利用SDN实现网络智能化
在华东空管现有的通信网络中，存在着由SDH/OTN设备构成的传送网和路由器设备构成的IP网。两张网络相互分离，网络部署和业务配置相对独立。在网络中引入SDN架构和技术后，可以实现IP网与传送网的协同，提供多网协同的路径优化、流量调度和恢复保护，简化跨层运维，提高资源利用率。
（2）利用NFV实现网络软件化和云化
NFV的目标是用统一的硬件加上不同的业务逻辑软件，来取代传统通信网中专用、封闭的网元。NFV的开放架构可以节省硬件投资成本，提升网络服务设计、部署和管理的灵活性和弹性。设备网元的NFV化应分阶段实施，在网络重构的初期，可以在一些边缘设备，例如防火墙、BRAS等对硬件转发性能要求不高的设备引入NFV技术。
（3）使用NFV和SDN技术实现网络的切片化管理
不同的空管业务对网络的要求是不同的，包括时延、带宽、抖动等。基于NFV和SDN技术的新型网络具备可编程性、灵活性和模块性，可以在一张物理网络上创建多张虚拟网络，且每张虚拟网络都是可编程，可根据业务的需求灵活定制。这种在一张物理网络上划分出来的逻辑网络，称为网络切片。网络切片是一种能按需创建的端到端的逻辑网络，它们虽然运行在一张物理网络上，但相互之间隔离，且具备独立的控制管理系统。
网络重构是现有网络架构的颠覆性变革，网络布局将由传统的电信机房向数据中心转变，网元部署形态由软硬件一体的专用设备向基础设施通用化和网元功能软件化转变，实现对网络的集中、跨层、跨域控制，这与华东空管通信网络目前采用的分层分域管理模式截然相反。网络转型之路并非一蹴而就，未来很长一段时间内，将是传统网络与NFV/SDN网络并行的局面，因此，需要将NFV/SDN融入现有的运维体系架构。图3是一种基于NFV/SDN的新型运维体系架构设想。
图3 NFV/SDN运维体系架构图
（1）基础设施层，分为三类资源：一是可虚拟化的通用基础设施NFVI，包括计算、存储、网络硬件，以及相关的虚拟化控制软件；二是基于SDN架构的数据转发层设备，其控制层可以抽象出来由上层SDN控制器直接管理；三是传统的软硬件一体设备网元。
（2）控制层，包括SDN控制器、VNFM、VIM以及现有的EMS等。SDN控制器实现对数据转发层设备的管控；VNFM负责VNF的生命周期管理；VIM负责虚拟化网络基础设施管理；EMS负责对难以虚拟化的专业硬件资源的管理。
（3）业务编排层。根据应用层的需求提供业务编排和管理功能，包括SDN编排与协同器和NFV编排器（NFVO）等。业务编排层提供对网络功能的协同和面向业务的编排，快速响应上层业务和应用的变化。
（4）应用层。基于网络能力开放而开发的适配用户个性化需求的各种应用。
NFV/SDN不仅颠覆了现有的传统通信网络，对未来的网络运维方式也带来了很大的影响。主要表现在：（1）从专用设备管理向软硬件分层运维转变。在现有的网络架构下，运维人员通过EMS网管统一管理软硬件。引入NFV/SDN后，各实体功能网元演变为虚拟网元，通用硬件设施平台将统一维护。（2）业务向软件定义的按需服务转变。在现有的网络架构下，新增业务或者是调整网络需人工进行，扩容的时间长，难以快速响应用户的需求。使用NFV/SDN技术，可以以软件的方式快速部署，满足用户需求。（3）业务开通自动编排、敏捷上线。现有的业务开通流程采用人工配置的方式，开通周期长。通过NFV/SDN技术，可以重构业务开通流程，通过业务编排器实现业务所需网络资源的自动编排，通过SDN控制器实现配置自动下发。
4 结语
SDN技术打破了控制与转发一体的封闭网络架构，为网络带来的集中管控的特性，使得网络更加灵活、智能。NFV技术打破了软硬件一体的封闭网元架构，降低了网络建设和运维的成本，打破了设备厂商长久以来的技术封锁，同时加速了业务的上线速度，减轻部署和运维网络业务的负担。
互联网+时代的网络必将是一个纵向解耦、横向链接、跨域协同发展的网络。通信网络也将从传统的专用软硬件一体设备、静态的网络组织向虚拟化的软硬件解耦、动态构建网络演进。目前全球通信行业已经进入软件定义网络的阶段，NFV/SDN的兴起给中国通信行业提供了一个“弯道超车”的难得机遇，华东空管应顺应时代发展趋势，积极向运营商学习网络演进方案，储备相关技术管理人才，重构网络架构，为数字化转型提供良好的开端。
参考文献
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