SDN网络在铁路系统中的应用

引言

当前我国铁路系统已构建起覆盖全国的独立、完整的通信系统,并已实现通信网络的数字化、光缆化。随着移动办公、物联网、云计算等新型技术的应用,网络规模迅速扩大,对铁路信息系统的正常运行产生了较大冲击,传统网络架构在大数据、网络虚拟化、智能分析等功能需求上力不从心,亟需寻求新型的突破性网络架构方式。在此背景下,SDN网络技术应运而生,但因其尚处于商业部署的初级阶段,铁路部门仍持观望态度,还未将其应用于铁路信息网络系统。

1SDN网络概述

SDN网络是一种创新的新形式网络架构,它最早由斯坦福大学的C1eanState课题组提出,是一种网络虚拟化的实现形式,其核心技术是通过把网络设备的数据平面与控制平面相分离,实现对网络流量的精准控制,使网络管理更智能。SDN网络的典型架构包括3层:上层是应用层,包括各种类型的业务及应用:中间控制层负责数据资源的编排与处理,维护状态信息及网络拓扑等:底层基础设施层主要进行流表的数据处理、转发及状态收集等。

现行网络的流量控制与转发都要依靠网络设备方可实现,并且设备中集成了与业务特性紧密耦合的专用硬件与操作系统,这些系统、硬件均由不同的厂家研发设计。而SDN网络设备仅仅负责数据转发,可以使用通用硬件,且原来负责控制的操作系统在SDN网络中被设计成独立的网络操作系统,可以根据业务特性自动适配,硬件设备、业务特性及网络操作系统之间的互通也可利用编程软件实现。

2铁路系统对SDN网络的需求

2.1集中化控制及管理

随着铁路数据通信网络规模的不断扩大,铁路数据通信网(以下简称数据网）若继续使用分布式的控制面,将使网络更加复杂,并且路由表与转发表的规模也在迅速增长,使得网络的收敛速度更慢。而不同数据网络设备供应商的设备型号各不相同,必然造成用户控制手段与网络灵活性变差,且不同厂家之间的协议达成更加困难。

2.2PCE结合TE技术

在数据网的RSVP一TE网络环境中,利用路由器命令接口创建流量工程标签交换路径,并采取轻载模式确保交换路径的成功建立。在SDN网络中引进路径计算单元,允许外部PCE服务器进行交换路径计算,根据客户需求实时进行交换路径的计算与下发,能够有效减轻工作人员的工作量,并提升网络速度。

2.3引入Netconf协议

简单网络管理协议是当前数据网中普遍采用的一种协议,是IETF公司在20世纪80年代设计的,主要目的是检测网元设备的性能、特性及状态。简单网络管理协议是基于二进制编码实现的,并且多数厂商也未提供利用简单网络管理协议实现设备完全配置的选项,所以简单网络管理协议仅仅支持通用信息设置的只读操作。各厂商还必须依靠专用管理信息库来获取设备底层信息。该协议以XM1为支撑,重新定义数据获取方式,允许SDN控制器或应用程序支持Netconf设备的所有功能。

3SDN网络在铁路系统中的应用

3.1运维管理

传统的网络监控与管理平台尚未实现标准化、集中化管理,需要铁路信息部门投入大量的运维人员来进行网络系统的维护、管理,并且运维人员能力参差不齐,使运维费用大幅增加,运维质量也不稳定。利用SDN网络技术可以实现控制层接口的开放与集中部署,同时使网络系统的控制与转发层面相分离,为建立真正全面化、标准化、集中化的网络运维平台创造了有利条件,克服了传统运维管理过程中存在的弊端,从总体上提高网络系统的运维响应速度。

3.2快速部署平台

近年来,随着铁路客运专线建设规模的逐步扩大,铁路信息化得到长足发展,但是传统的铁路信息网络明显难以满足业务发展的需要,甚至造成信息系统运行的安全隐患。而采用基于SDN技术的网络构架后,部署分布式网络环境可由原来的几个月缩短到现在的几天或几小时。

3.3广域网流量优化

利用SDN技术构建网络,能够把IP路由计算从控制平面分离开来,由专业集中的计算单元进行整网路径计算。利用计算控制器能够实时收集全部网元的抖动、时延及可用带宽等信息,并能引入业务特征、时间等自定义参数:利用新的路径算法可以算出满足特定时间段内全网业务所需的路径结果,并把信息发布到所有网络网元上,有效提高广域网网络资源的利用率和铁路信息系统的服务质量。

3.4移动终端统一管理

随着通信技术与IT技术的发展,移动办公应运而生,铁路部门也在考虑使用这一新型办公模式。利用手机、Pad等移动终端设备,安装上铁路信息化软件后,就可不受空间、时间、办公场所限制,使铁路部门的工作人员随时都能进行业务处理,使其工作更加高效、便捷,而实现这一构想亟需解决的是安全问题。利用SDN网络技术,可以使用统一策略控制器,自动感应用户的各种需求,在用户进入网络后,自动进行精细化控制,从而实现无线有线一体化接入方案,同时以往孤立分散于交换机与AC上的策略控制点也将进一步融合,并借鉴无线AP/AC管理模式,实现策略控制点与边缘交换机的联动控制,大大缩减了运维工作量。

4结论

总之,将SDN网络技术应用于铁路数据通信网络系统,在运维管理、广域网流量控制、业务部署、移动办公等方面都将起到极为重要的作用,可以有效解决铁路信息网络运行中的各种难题。随着SDN技术的日渐成熟,其必将在铁路信息网络系统中发挥更大的作用。