邓春华，饶经纬

（1.武汉船舶职业技术学院，湖北 武汉 430050；2.阿里巴巴高德软件有限公司，北京 100102）

0 引 言

SON（Self-Organizing Network，自组织网络）是伴随LTE发展而引出的一套完整的网络理念和规范。SON主要由运营商提出，其主要思路是实现无线网络的一些自主功能，减少人工参与，降低运营成本。

自动化网络管理（ANM）是在高效网络系统中一个有效的自动化方式。在现代的无线接入网（RAN）有高度的可管理性与复杂性，所以人们需要利用ANM和SONs。一方面由于缺少可用性，花费时间容易出错。所以RAN很难用来管理被部署的技术。另一方面，和人工的技术专家想必，自适应的ANM和SONs存在高度的响应能力和自动化的计算机制。为了解决异质性，统一的管理网络（UMF）被欧盟提出EU EP7 工程网络赋能机制（NEMs）是一个未来的SON的关于如何管理ANM系统的主题。他能被抽象化的理解为一个功能，通过API可以控制控制器的功能。这个工程给出特性和自动化的程序来完善自动化的接口。

当前的SON由设备供应商（供应商域SON）和NMS/OSS（运营商域SON）提供。由于缺乏规范和封闭的接口，操作员经常陷入所谓的供应商锁定情况。供应商域中的运营商通常被迫从同一制造商那里升级其基础架构。在运营商域中不会发生这种情况。在此域中，SON功能是开放接口。NMS/OSS（运营支持系统）提供了全球网络视图。但是由于缺乏响应能力，这意味着无法灵活地调用SON功能，以及元素管理系统（EMS）和网络管理系统（NMS）之间的互操作性，因此运营商努力整合这些系统[1]。

OpenFlow建立了连接EMS和NMS的桥梁，并为人们提供了一种应用软件定义的SON的方法。OpenFlow定义每个转发元素（交换机、路由器、接入点或基站）的低级转发行为。在这种基于流的分组交换中，可以部署软件定义的SON。人们使用两个参数来表示SON的性能，即关键绩效指标（KPI）和配置参数，KPI是指标的一个子集。AutoSDN控制器提供了控制数据平面的接口。

1 软件定义网络和自动化网络管理

1.1 软件定义网络

在过去的几年中，软件定义网络（SDN）改变了网络体系结构。与传统网络架构不同，SDN将控制平面与数据平面解耦，这使得控制数据平面和提供服务变得更加容易。人们可以直接使用可编程软件来控制复杂的网络系统。

SDN的发展分为3个阶段。在1990年代中期至2000年代初，主动网络被引入网络。这些主动网络使减少计算和可编程网络成为可能。第二阶段是在2000年代初期。在此阶段，控制平面与数据平面分离，以释放诸如调试配置问题并控制路由行为。实现了诸如控制面和数据面之间的开放接口和网络逻辑控制之类的新创新。服务提供商网络内的管理变得越来越重要。工程师专注于网络管理。可编程语言是在控制平面而不是数据平面上实现的。SDN发展的第三阶段是实施OpenFlow和网络OS。OpenFlow最初部署在校园网络中，以研究“干净的”网络架构。在2000年代后期，斯坦福大学的OpenFlow小组在许多园区中实施了OpenFlow，从那时起，已经部署了真正的SDN。OpenFlow是控制器和硬件之间的桥梁。OpenFlow API的创建提供了一种设计类似于NOX的控制器平台的方法，其中可以实现多种应用程序。OpenFlow实现了SDN原型的想法，促进了SDN的发展，强制供应商打开其网络源。

1.2 自动化网络管理

随着网络的发展，网络的结构变得越来越复杂。因此，必须考虑由异构网络引起的控制问题，如异构服务需求、异构衬底网络及数据平面上的异构协议。为了构建更灵活的网络并在SDN中提供多种服务，提出了自动化网络管理（ANM）。使用SDN的ANM可以解决这些复杂的管理问题。

使用ANM范例的第一个实现是IBM。它被用于自主计算。从那以后，许多研究团体做出了努力，以将自主权纳入网络管理领域。

自主系统可能是管理SDN的重要方法。自配置、自修复、自优化和自保护是自治系统中的一系列自治特性。根据[3]中的“监视分析计划和执行-知识（MAPE-K）”循环，自治系统还可以监视其环境和配置文件，从其对一系列策略的观察和决策中学习。

ETSI AFI小组引入了称为GANA（通用自主网络架构）的整体架构参考模型并进行了标准化。在欧洲项目UNIVERSELF中，提出了UMF的自我管理体系结构，以提供一个自治控制环和一个逻辑上集中的核心，负责它们的治理（GOV）、协调（COORD）和知识交换（KNOW）。为了显示结果信息，已经开发了TeleManagement论坛（TMF）的共享信息/数据（SID）框架的扩展。

1.3 软件定义网络在无线网络中的应用

不仅提出了OpenFlow，而且还提出了其他方法来为人们提供一种开发网络应用程序的方法。例如，OpenRoads专注于移动性问题，OpenRadio使对在MAC和物理层实现的无线协议进行编程成为可能。人们专注于SoftRAN，它提供了一种使用软件定义的RAN将基站抽象为虚拟基站的方法。SoftRAN提供了逻辑上集中的控制器，可为人们提供应用程序的全局网络视图。

2 自动化软件定义网络结构

在开始讨论AutoSDN之前，必须了解AutoSDN的体系结构。下文这些元素在AutoSDN中起着重要作用。

（1）UMF核心：NMS/OSS级别管理网络并提供全局网络视图。UMF核心通过SON功能控制操作员。通过使用UMF NEM，可以实现、测试、模块化和可重复使用这些组件。UMF核心使用治理功能块来部署，控制和跟踪NEM的进度。协调功能块旨在识别和避免冲突并确保稳定性。知识功能块可以查找、制定和共享相关信息，以实现或改善其功能。

（2）NEMS：网络授权机制（NEM）可以抽象为自主功能。NEM通过使用北向（NB）API进行部署，尽管如此，NEM可以发现现有的网络元素和拓扑，检索或配置参数值，监视KPI或订阅与API值更改有关的事件。还可以捕获与其他NEM的交互作用和关系。

（3）NB：SDN控制器上的北向API使应用程序可以对网络进行编程并向网络请求服务。由于使用NB，人们不必使用设备供应商提供的应用程序，这使创新网络变得更加容易。

（4）AutoSDN：AutoSDN控制器是逻辑上集中的实体。提议将其作为即插即用功能的执行环境，例如为它们提供指标数据，评估并将其输出参数配置应用于网络元素。

（5）SB：向南（SB）接口也是一个API。网络元素，度量，参数及其关联，但可以应用于控制平面。度量和参数值可以异步和同步发送到控制器，SB会定期更新这些值。

2.1 度量、系数和元素模型

AutoSDN中的度量标准是所有可测量，可排序，只读和在实现方面可访问的数据类型。它被定义为三元组规范，上下文（在其中应用）和源（从中获取其值）[2,4]。它们之间的关系是，一个规范用于多个源和上下文对。度量是全球标准化规范，这意味着它具有静态且唯一的类型描述。它具有名称、度量单位、最小值、最大值和默认值。度量上下文可以是度量所关注的网络元素，也可以是某种抽象描述，如子网单元群集。度量源是获取度量值的终端。它不仅可以存在于数据平面，还可以存在于控制平面。该源的最初意图是提供一种通用的数据检索接口，而不管度量的类型是什么。如果实体要调用它，则它们必须访问控制器，该控制器使用一个特定的度量规范存储源地址。

度量标准源以范围、时间间隔或先前值的形式生成这些不同类型的事件。参数的结构与指标相似。它也由规范和相关的网络元素组成。但是与度量标准不同，它具有适配器，该适配器提供了用于读取和写入参数值的接口。该元素是参数和其他元素的集合，这使重用规范数据成为可能。

2.2 SON的功能模型

可以将网络功能的结构视为一个盒子，其中有自己的代码。通过函数的输入和输出，可以指定在何处应用此函数。AutoSDN定义了与调用相关的所有功能的列表，该列表使用输入和输出指定参数/度量的元素/上下文。通过应用功能，已经定义了触发器，以便指定何时应用该功能。在SON网络中，该功能称为SONFunction。函数的属性封装在此函数框中。该功能可以通过NB API应用于控制器，也可以用于SON NEM。在这种情况下，NB只是作为获取和设置值的接口。

2.3 组成和功能化概览

推入批量将数据平面中的数据推入度量收集器。正如上一段介绍的那样，度量标准源已向一个规范注册，以便实体可以通过NB发现它。配置管理器与参数适配器连接。 它提供了到适配器的接口，并确保了NB实体的访问限制。函数链接器是一个编译，并通过它连接SONFunction。 通过此连接，功能链接器可以指定输入，输出和触发器。从功能链接器获取输入和输出，以便可以使用功能沙箱执行SONFunction。

3 应 用

通过实现SON函数的两种算法，首先可以优化小型小区的覆盖范围。 其次，可以使来自宏BS的传输静音并减轻干扰。下一步是实现这两种算法。

通过SB API将所有度量、参数数据以及小型小区和宏小区的信息注册到控制器。正如我们之前介绍的那样，NEM可以抽象为函数，可以通过NB API将这些LB SON函数和ABS SON函数部署到控制器。指标、参数和元素与SON函数一起被编译到链接器。然后可以通过SONFunction沙箱执行功能。UMF核心和仪表板提供了网络视图，并实现了应用程序来管理整个系统。使用Matlab来模拟具有宏单元和小型单元的异构比率环境。因此，可以实例化AutoSDN和这两个算法功能。

4 结 果

在每个宏中设置4个小单元格。结果，在实施LB SON之后，显着增加了小蜂窝小区的覆盖范围。在对宏小区实施LB SON之前，宏小区为80%的流量提供服务。由于这种实施方式，小型小区通过增加CIO来接管流量。使用ABS SON后，系统中的平均用户数将减少。这意味着网络中的利用率已得到优化，传输速率已提高。

5 结 论

AutoSDN将数据平面和控制平面分开。这样一来，解决了当前的供应商锁定问题。通过使用SON功能，可以控制AutoSDN控制器以实现多种功能。NB、SB及NEM为人们提供了构建API的界面，从而使网络管理更加直观。度量、参数和元素为人们在AutoSDN中提供了一种利用控制平面和数据平面的新方法。SON函数可以在AutoSDN中调用和执行。因为它们是封装的，所以重用这些功能变得非常方便和灵活。实例化SoftRAN，其灵感来自OpenFlow，旨在使用SDN机制管理比率访问网络。使用实例化来介绍SON功能如何控制4G LTE-Advanced网络。在初始状态下，宏将为80%的流量提供服务。实施AutoSDN后，小型小区将接管流量，并减少了该系统中的平均用户数。从结果中可以发现，这种AutoSDN不仅简化了网络管理，而且还为进一步的创新打开了大门。