光传送网北向接口信息模型研究

0 引 言

随着第五代移动通信(5th Generation, 5G)网络试商用的到来，传送网络采用了新的技术满足5G网络的需求，如大带宽、低时延和海量连接等。对传送网络的管控技术而言，也出现了新的需求，例如支持网络切片的快速开通和部署，支持网络切片的规划、自动部署、开通和运维，基于时延实现业务的管控，以及提供差异化和多服务等级的网络保护等。5G传送网络结构复杂，网络切片需要面向多层次的网络资源，自动化和智能化的网络管控需求越发强烈，为了达到这一目标，5G传送网的管控系统需要向上层的编排系统提供开放的和标准化的北向接口(Northbound Interface ,NBI)，实现端到端的业务编排和切片编排，这样就可以完成5G网络全程端到端的自动化管控。本文将重点针对NBI的功能需求和信息模型建模方案等开展分析。

1 NBI功能需求

第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project, 3GPP)规范TS 28.530[1]给出了3GPP管控系统和非3GPP管控系统之间进行互通时的架构，例如3GPP管控系统在与数据中心网络系统和传送网管控系统互通过程中，需要交互的内容包括：一是获取这些非3GPP系统的能力信息；二是向非3GPP系统提供切片需求以及资源需求，三是与非3GPP系统之间进行数据的交互。图1所示为5G传送网端到端协同管控架构，传送网作为5G接入网络和核心网的传送网络，是后者的服务层网络，从端到端的管控概念而言，需要端到端的业务和网络编排功能，通过NBI实现与传送网管控系统的互通。

图1 5G传送网端到端协同管控架构

通过NBI，传送网管控系统可以实现多区域和多厂商的网络管控，并和上层的协同管控编排系统一起，实现端到端业务编排和切片编排，在这一过程中，传送网管控系统与上层业务管控系统通过NBI交互的内容包括：

(1) 能力交互：上层管控系统需要与传送网管控系统进行能力交互，包括边缘网络拓扑和资源抽象信息的交互，网络切片能力和策略的交互；

(2) 切片创建：传送网管控系统基于上层网络管控系统的请求，发起切片网络的创建。传送网管控系统应能够计算切片网络所需要的资源，满足上层业务的带宽和时延等服务等级协议(Service Level Agreement, SLA)需求，并且完成对传送网络资源的标记，便于在后续运营过程中实现切片网络的隔离。

(3) 切片运维：传送网管控系统对切片网络进行监测，包括流量和时延等SLA信息，以及告警和性能信息。传送网管控系统可以基于网络监测结果，结合人工智能(Artificial Intelligence, AI)技术，对切片网络的资源以及传送的业务进行优化调整等维护操作。

(4) 切片删除：删除切片网络传送的业务，释放切片网络占用的资源。

2 NBI信息模型需求分析

传送网管控系统内部采用层次化的网络架构，在多域管控系统和厂商域管控系统之间，定义了控制器层间接口(Interlayer Control Plane Interface, I-CPI)，面向光传送网络(Optical Transport Network , OTN)技术也定义了相应的信息模型，如开放网络基金会(Open Networking Foundation, ONF)定义的传送应用程序接口(Transport Application Programming Interface，TAPI)模型[2]，此模型将底层的网络资源进行了抽象，实现了拓扑资源收集、端到端业务创建、网络保护、告警和性能收集等功能。I-CPI采用的信息模型对传送网详细的网络技术细节进行了定义，此模型在用到传送网管控系统和上层编排系统之间NBI的过程中，需要进一步的抽象和虚拟化。在与上层业务编排系统进行交互的过程中，传送网管控系统需要为其提供拓扑资源及网络能力信息，同时需要将上层发送的请求进行映射转换，形成传送网内部的网络切片及业务传送方案，如表1所示。

表1 业务编排映射示例

注：L2VPN为层2虚拟专用网络；L3VPN为层3虚拟专用网络；VLAN为虚拟局域网；VPN为虚拟专用网络。

由上表可知，上层业务编排系统发送给传送网管理系统的业务编排或切片编排请求与传送网具体的实现方案存在一定的差异。例如，上层业务编排系统发送在多个站点之间建立多点到多点的连接，在传送网络内部，可以采用L2VPN方案传送；上层业务编排系统发送的网络切片需要提供隔离特性，在传送网络内部，可以采用时分复用(Time-Division Multiplexing, TDM)技术，实现网络切片的硬隔离。因此，传送网络NBI的信息模型应既能提供传送网络资源抽象信息，又能屏蔽传送网络内部技术实现的细节，例如具体的业务适配方案、业务操作管理维护(Operation Administration and Maintenance, OAM)配置方案和业务的多层网络保护方案，可以不向上层网络提供，但是一些能力信息，例如该业务采用时隙技术或者分组方案传送、是否提供告警和性能监测、网络保护提供的可靠性等级等，需要向上层业务编排系统提供。

3 NBI信息模型分析

ONF TAPI 2.0模型[2]给出了虚拟网络(Virtual Network, VN)模型，可以用于传送网络抽象，定义的模型如图2所示。

图2 ONF TAPI 2.0 VN模型

拓扑模型部分，可以用于拓扑信息和网络能力的交互。例如，网络接入点可以用网络边界点(NodeEdgePoint)表示，网络之间的连接关系可以用链路(link)对象表示。对于网络切片编排和业务编排操作，可以采用VN模型实现，例如可以采用VN业务对象实现网络的创建、调整和删除操作。ONF TAPI VN模型定义较为复杂，在用于NBI的过程中需要进行简化。例如，在NBI应不具备路由计算功能，因此模型中节点(Node)、链路(link)等对象定义的与路由计算相关的参数可以省略，此外，该模型VN的类型和隔离属性等信息，需要进行扩展。

国际互联网工程任务组(The Internet Engineering Task Force , IETF)的流量工程网络抽象控制(Abstraction and Control of TE Networks, ACTN)也定义了VN网络模型[3]，ACTN VN模型主要是用于客户网络控制器(Customer Network Controller, CNC)和多域协调控制器(Multi-Domain Service Coordinator, MDSC)之间的客户网络接口(CNC-MDSC Interface, CMI)，对应传送网的NBI。其中VN对象和接入点(Access Point, AP)对象可以用于构建VN，VN成员对象(vn-member)可以用于VN及其业务的创建和删除等操作。采用层1连通性业务模型(L1 Connectivity Service Model , L1CSM)[4]、L2 VPN 业务模型(L2VPN Service Model, L2SM)[5]和L3 VPN业务模型(L3VPN Service Model, L3SM)[6]分别表示1～3层网络的能力信息，L0层光层的网络业务能力信息还没有定义。

由此可知，IETF ACTN VN对象建模更加简单，但是IETF在标准化的过程中将各个信息的定义分散到了多个文稿中，因此在国内标准化的过程中，需要对这些标准进行整合，形成一套标准。此外，在对L0～L1层的层网络技术扩展方面，IETF也参考了ONF和ITU-T的相关规范。

ONF TAPI VN和IETF ACTN VN模型的比较如表2所示。

表2 ONF TAPI VN和IETF ACTN VN模型比较

注：NEP为网络终端点；SIP为业务接口点；VNS为虚拟网络业务。

4 NBI建模方案

传送网NBI建模过程中，可参考ONF TAPI和IETF ACTN两套方案，在网络建模过程中应满足以下原则：

(1) 应考虑与5G核心网和5G接入网的兼容，在网络架构对象定义过程中，采用一套标准方案，并在此基础上扩展传送网的能力信息；

(2) 应考虑与传送网I-CPI以及南向接口(Southbound Interface, SBI)的兼容性，尽量采用一套标准体系，以保障管控系统内部数据的一致性；

(3) NBI应基于业务编排及网络编排需求进行模型定义，在对网络资源抽象的基础上，提供底层网络的能力信息。

本文提出的NBI建模方案如图3所示。在满足NBI网络切片编排需求及业务编排需求的基础上，借鉴ONF的模型定义方法，借鉴IETF模型抽象思路，将信息模型分为两个大的部分，一是对象功能部分，包括VN拓扑、VN节点、VN AP以及VNS等，其中VN拓扑、VN节点以及VN AP用于描述VN的资源信息，当VN创建完成或者状态发生改变时，这些对象可以用于在管控系统和VN用户之间交互VN的资源信息。VNS主要用于实现VN的操作，包括创建、删除和调整等，同时VNS扩展了VN的特性条件约束包，VN的带宽、隔离特性、服务等级、时延以及可靠性等特性需求都可以在该条件包中进行描述。第二部分是层协议能力扩展信息，用于描述传送网络支持的层协议能力扩展，层协议能力信息通过交换能力、带宽颗粒和VLAN标识等信息，描述传送网光层、电层、以太网层和IP层的能力信息，对于各个层次内部技术实现的细节，如层次之间的业务适配和OAM操作等信息屏蔽。对于5G承载网络，目前各个运营商均提出了各自的技术实现方案，本建模方案可以屏蔽各个技术方案的实现细节，同时可以描述各个技术方案所具备网络层次的能力信息，可以实现在NBI层面，统一用于管控的网络接口，各个运营商可以在本接口方案的基础上基于各自不同的需求进行裁剪和扩充。

图3 NBI建模示例

5 结束语

通过引入开放和标准可编程的NBI，实现端到端自动化的网络切片编排及业务编排，是5G传送网络管控系统的需求之一，为达到这一目的， NBI需要提供统一的信息模型，该模型既需考虑5G核心网络以及5G接入网络的模型定义特点，又需要对传送网络内部进行抽象，屏蔽内部技术实现的细节，同时提供传送网内部的能力信息，在信息模型定义的过程中，可以参考IETF ACTN VN模型以及ONF TAPI VN模型，制定国内NBI标准，推动NBI的开放。