×

 

По оценкам экспертов, за счет переноса в «облако» отдельных элементов сети радиодоступа операторы мобильной связи смогут сократить свои капитальные затраты на 30-60%. Использование принципов программируемого управления сетью и виртуализации сетевых сервисов входит в правительственный «Перечень приоритетных научных задач…».


Компания J’son & Partners Consulting представляет основные результаты исследования новых трендов в мобильной связи: виртуализации сетевых функций (NFV) и программно-конфигурируемых сетей (SDN).

 

Предпосылки для появления SDN и NFV

Ряд экспертов характеризуют текущую ситуацию в сетевой отрасли как «критическую и революционную». Доминирующие на рынке закрытые (проприетарные) решения представляют для приложений «черные ящики», а совместимость решений разных вендоров обеспечивается в лучшем случае на уровне интерфейсов. Сети являются чересчур сложными, что затрудняет их масштабирование и управление ими, снижает их надежность. Очевидно, что это тормозит дальнейшее развитие сетей и функционирующих в них приложений. 
Основными предпосылками к появлению концепций «программно определяемых» (или «программно конфигурируемые») сетей (Software-Defined Networking, SDN) и виртуализации сетевых функций (Network Function Virtualization, NFV) являются, прежде всего, быстрый рост трафика данных и количества подключенных к сети устройств.


При этом сам трафик становится разнородным – если в конце 1990-х гг. его основу составляла пересылка данных и файлов без особых требований к каналу, за исключением скорости передачи данных, то уже к середине 2000-х на первое место вышли вопросы обеспечения качества сервиса (QoS), минимальной задержки в канале (latency) и пр. Это, в первую очередь, связано с изменением структуры пользовательского трафика, в котором стали преобладать коммуникации в реальном времени (Real Time Communications, RTC) – VoIP, видеосервисы и пр. У операторов возникла реальная потребность в динамической приоритезации трафика. Например, в некоторых случаях приоритет должен быть сделан для ftp-протокола, в других – для SIP и наоборот.


В области мобильной связи установка дополнительных макросот (базовых станций) после достижения определенного порога плотности их размещения уже не дает существенного прироста пропускной способности и емкости сетей радиодоступа (RAN), поэтому следующим этапом становится использование малых сот (фемто- и пикосот). В результате конфигурирование крупномасштабных сетей превращается в сложную задачу и требует серьезных изменений принципов построения, эксплуатации и управления сетей и управлению ими.  


Концепции SDN и NFV

Основная суть SDN состоит в физическом разделении уровня управления сетью (network control plane) от уровня передачи данных (forwarding functions) за счет переноса функций управления (маршрутизаторами, коммутаторами и т. п.) в приложения, работающие на отдельном сервере (контроллере).


В результате должна получиться гибкая, управляемая, адаптивная и экономичная архитектура, которая способна эффективно адаптироваться под передачу больших потоков разнородного трафика.


Основные идеи SDN включают:

 

  • разделение прохождения трафика (data plane) и сигнализацию/управление (control plane);
  • существенное упрощение сетевых элементов уровня data plane;
    единый, унифицированный, независящий от поставщика интерфейс между уровнем управления и уровнем передачи данных;
  • логически централизованное управление сетью, осуществляемое с помощью контроллера с установленной сетевой операционной системой и реализованными поверх сетевыми приложениями;
  • виртуализация физических ресурсов сети.

 

Базовые идеи SDN были сформулированы специалистами университетов Стэнфорда и Беркли еще в 2006 г., и инициированные ими исследования нашли поддержку у крупных операторов и интернет компаний (Google, Deutsche Telekom, Facebook, Microsoft, Verizon и Yahoo). В результате в марте 2011 г. был образован консорциум Open Networking Foundation (ONF), состав которого быстро расширяется, в 2013 г. в него вошли более 100 компаний, включая Brocade, Citrix, Oracle, Dell, Ericsson, HP, IBM, Marvell, NEC, VMware и др.


ONF развивает, прежде всего, протокол OpenFlow, реализующий взаимодействие контроллера с сетевыми устройствами, однако ряд членов этой организации заинтересован в более универсальных спецификациях. В апреле 2013 г. компании Cisco, Citrix и IBM сформировали структуру OpenDaylight.org, цель которой - выпуск открытого общедоступного стандарта SDN, основанного на свободном ПО.


Таким образом, SDN пытается разделить две плоскости – управление сетью и транспорт, и в итоге обеспечить централизацию управления распределенной сети с целью более эффективного использования ресурсов и автоматизации управления сетевыми сервисами. NFV же сосредоточена на оптимизации сетевых сервисов внутри сети за счет разделения сетевых функций (например, DNS, кэширование и пр.), от собственно реализации аппаратного обеспечения. Считается, что NFV позволяет универсализировать программное обеспечение, ускорить внедрение новых функций сети и служб и при этом не требует отказа от уже развернутой сетевой инфраструктуры.


Применительно к сетям мобильной связи виртуализация выражается, в частности, в концепции C RAN – облачной (Cloud) или централизованной (Centralized) сети радиодоступа. В этом случае радиоподсистема (remote radio heads, RRHs) и антенны отделяются от основных блоков (модулей управления) базовой станции (baseband units, BBUs), которые располагаются в так называемом base station hotel и соединяются через оптоволоконный кабель с блоками RRHs (Рис. 1). Таким образом, операторы могут строить облачные сети радиодоступа по принципу NFV, размещая в облаке основной функционал базовой станции, отвечающий за цифровую обработку сигнала, синхронизацию, управление, сбор статистики и пр. Не исключено, что такой тип облачных и виртуальных сетей радиодоступа может существенно изменить расстановку сил в пользу IT вендоров.

 

Основные драйверы и сдерживающие факторы внедрения

С точки зрения операторов, интерес в SDN связан с повышением эффективности сетевого оборудования, снижением затрат, повышением сетевой безопасности и предоставлением возможности программно создавать новые сервисы и оперативно загружать их в сетевое оборудование.


К основным драйверам развития рынка SDN/NFV относятся:

 

  • Снижение капитальных и операционных затрат, совокупной стоимости владения сетью

В случае мобильной связи размер экономии на CAPEX особенно существенен в том случае, если оператор имеет достаточно развитую оптоволоконную сеть. В этом случае компания может сократить капитальные затраты при использовании C-RAN вплоть до 60%. В противном случае экономия на CAPEX составит около 30%. Сокращение CAPEX, в частности, происходит за счет уменьшения базовых блоков (BBUs). По той же причине происходит и снижение OPEX – за счет более низкого энергопотребления¹ и уменьшения затрат на обслуживания. По оценке China Mobile, «зеленая» альтернатива в виде облачных сетей радиодоступа уменьшает счета на электроэнергию на 71% по сравнению с традиционными сетями.


По данным NEC, внедрение виртуализированного пакетного ядра (vEPC)² в рамках концепции NFV позволит оператору мобильной связи существенно снизить совокупную стоимость владения (TCO) (Рис. 2).

 

  • Быстрота внедрения и адаптации услуг


Виртуальная (софтверная) экосистема изначально является программируемой в существенно большей степени, чем «классическая» сеть. Ожидается, что эта возможность позволит быстрее внедрить и адаптировать сервис и уйти от существующей в настоящей времени концепции middleboxes – огромного количества программно-аппаратных средств в сети оператора, которые реализуют соответствующую услугу.


Вместе с тем, одним из основных сдерживающих факторов для развития SDN – это отсутствие единого стандарта и стремление ряда вендоров навязать рынку «своё» решение, хотя такой подход абсолютно противоречит основным принципам SDN. В результате в SDN еще много неопределенности, и потенциальные потребители программно-конфигурируемых решений заняли выжидательную позицию, следя за появлением успешных крупных проектов в этой области.


Прогнозы

По прогнозам SDNCentral, мировой рынок SDN составил в 2013 г. $1,5 млрд, а к 2018 г. достигнет $35,6 млрд (Рис. 3), т.е. увеличится почти в 24 раза. При этом к концу прогнозного периода около 40% всех расходов на сети передачи данных будут связаны с SDN (Рис. 4). По прогнозам Research and Markets, в 2012-2016 гг. среднегодовой прирост глобального рынка программно-управляемых сетей составит 151%.

 

 

Ситуация с SDN в России

Как показывают опросы, примерно 2/3 российских специалистов отметили, что их интерес к SDN пока носит лишь чисто теоретический характер. Между тем, «использование принципов программируемого управления сетью и виртуализации сетевых сервисов для формирования проблемно-ориентированных вычислительных сред, предназначенных для решения сложных прикладных проблем» входит в правительственный «Перечень приоритетных научных задач, для решения которых требуется задействовать возможности федеральных центров коллективного пользования научным оборудованием». «Задача направлена на разработку комплекса сетевых и информационных технологий построения гибкой, адаптируемой под специфику исследований инфраструктуры на основе новой концепции организации сетевого пространства и вычислительных услуг».


К основным ожидаемым результатам относятся, в частности, «создание высокотехнологичной инфраструктуры для проведения исследований в области компьютерных сетей национального масштаба, развития Интернета нового поколения, апробации решений в области безопасности национального информационного пространства» и «построение распределенной платформы программируемого управления сетями, обеспечивающей отказоустойчивость и высокую доступность ресурсов, переорганизацию сетевых сервисов и сетевой инфраструктуры, согласованное планирование ресурсов».

 

В связи с тем, что на долю сетевого оборудования зарубежного производства в России приходится, по некоторым оценкам, более 90%, и в связи с ухудшением отношений с Западом, задача замещения импорта стоит достаточно остро. В этом плане реализация успешных проектов в области SDN дает стране шансы стать весомым партнером лидеров данного сегмента ИТ-рынка.

 

В феврале 2012 г. на базе лаборатории вычислительных комплексов факультета ВМК МГУ был создан Центр прикладных исследований компьютерных сетей (ЦПИ КС, резидент ИТ-кластера Фонда «Сколково») , в задачи которого входит проведение научных исследований в области сетевых технологий, в том числе SDN. В июле того же года ОАО «Ростелеком» заключило контракт с ЦПИ КС на проектирование и создание опытного сегмента облачной платформы для ЦОД на основе SDN. В мае 2014 г. «Ростелеком» начал работу над внедрением SDN и NFV.


Таким образом, концепции SDN и NFV в России находятся на стадии формирования. Для ускорения готовности к коммерческому внедрению необходимо:

 

  • изучение и адаптация нормативно-правовых аспектов, технических требований и вопросов регулирования;
  • создание ассоциаций научно-исследовательских университетов, лабораторий, профильных академических институтов, представителей телеком-сообщества, стартапов, российских разработчиков ;
  • привлечение в Россию ведущих зарубежных экспертов в области SDN;
  • интеграция российских исследователей и экспертов в международные проекты, связанные с SDN.

 

В целом, успех SDN в России и появление нового емкого сегмента рынка (программного обеспечения сетевых приложений) зависят от заинтересованности всех участников рынка ИКТ, в первую очередь, от:

  • отечественных ИТ-компаний и операторов;
  • академических и отраслевых институтов;
  • регулятора и других госструктур.

 

 


¹ По некоторым оценкам, в структуре операционных затрат на эксплуатацию одной базовой станции (без учета обслуживания линий связи и антенно-мачтовых сооружений) доля электроэнергии составляет 56%.

² Решение vEPC предполагает реализацию всех основных функциональных узлов (S-GW, P-GW, MME, HSS, PCRF) в виртуализированной среде, развернутой на стандартных серверах

  

Детальные результаты исследования представлены в полной версии отчета «Новые тренды в мобильной связи: виртуализация сетевых функций (NFV) и концепция программно-конфигурируемой сети (SDN)» (68 стр.)

 

РЕЗЮМЕ

Введение
1. Предпосылки для появления SDN
2. Определение SDN, концепция и архитектура NFV и SDN
3. Стандартизация SDN
4. Структура рынка SDN
5. Основные драйверы и сдерживающие факторы внедрения NFV и SDN
5.1. Основные драйверы
5.1.1. Упрощение сетевой инфраструктуры
5.1.2. Снижение капитальных и операционных затрат
5.1.3. Быстрота внедрения новых сервисов
5.2. Сдерживающие факторы
6. Основные игроки на рынке SDN 
6.1. Старт-апы
6.2. Сетевые вендоры
6.3. ИТ-вендоры
7. Некоторые проекты по внедрению NFV и SDN в мире
8. Перспективы внедрения в России (результаты опроса)
9. Стратегия перехода к SDN/NFV
10. Решения вендоров и стратегия перехода на SDN
10.1. HP 
10.2. Intel 
10.3. Alcatel-Lucent 
10.4. Ericsson 
10.5. Huawei
10.6. Cisco
10.7. Citrix Systems
10.8. NEC 
10.9. RAD
10.10. Dell
10.11. Brocade
10.12. Pluribus Networks
10.13. IBM
10.14. Oracle
10.15. VMWare
10.16. Juniper Networks
10.17. Nokia
10.18. Ciena
10.19. Другие
11. Прогнозы 
ВЫВОДЫ

 

Список рисунков:

Рис. 1. Архитектура SDN

Рис. 2. Пример управляемых сервисов с использованием SDN и NFV

Рис. 3. Архитектура облачной сети радиодоступа (C-RAN)

Рис. 4. Структура рынка SDN в 2016 г.

Рис. 5. Снижение капитальных затрат от внедрения C-RAN,%, кейс ChinaMobile

Рис. 6. Снижение совокупной стоимости владения сетью, %

Рис. 7. Экосистема игроков рынка SDN

Рис. 8. SDN-сеть оператора NTT

Рис. 9. Статус SDN|NFV в России

Рис. 10. Сроки внедрения SDN|NFV на коммерческой сети оператора

Рис. 11. Топ-3 драйверов развития SDN/NFV

Рис. 12. Топ-3 сдерживающих факторов развития SDN/NFV

Рис. 13. Уровни архитектуры, охватываемые CiscoONE

Рис. 14. Структура Cisco Evolved Services Platform

Рис. 15. vEPC NEC

Рис. 16. Платформа IBM SDN for Virtual Environments

Рис. 17. Эволюция сетей к NFV

Рис. 18. NFV-решение Nokia, MWC 2014

Рис. 19. Схема испытательной модели Ciena

Рис. 20. Рынок SDN, млн USD, 2013-2016 гг.

Рис. 21. Рынок SDN, млрд USD, 2013-2018 гг.

Рис. 22. Доля затрат на SDN в содержании сетей, %, 2013-2018 гг.

Рис. 23. Рынок SDN, 2012-2017 гг.

 

Список таблиц:

Табл. 1. Структура операционных затрат на эксплуатацию БС

Табл. 2. Сдерживающие факторы в области сети и ИТ

Табл. 3. Решения NEC в области CarrierSDN

 

Перечень компаний, упоминаемых в исследовании

Affirmed Networks

Alcatel-Lucent

Amdocs

Arista

Arista Networks

AT&T

Big Switch

Brocade

BT

CANARIE

China Mobile

Ciena

Cisco

Citrix

Citrix Systems

Comverse

Connected Inc.

Dell

Deutsche Telekom

Embrane

Ericsson

Extreme Networks

Fujitsu

Google

HP

Huawei

IBM

Insiemi

Intel

Internet2

IP Infusion

Juniper

Juniper Networks

MagnaSwitch Networks

Microsoft

Midokura

Mobiltel

NEC

Nicira

Nokia

NTT

Nuage Networks

Oracle

Plexxi

PLUMgrid

Pluribus Networks

Rackspace

RAD

radisys

Red Hat

StarLight

Suse

Telstra

Vello Systems

Verizon

Vipnet

VMware

Vyatta

WindRiver

Yahoo!

Глобус-Телеком

Ростелеком

Русьтелетех

Центр прикладных исследований компьютерных сетей

 

 

Информационный бюллетень подготовлен компанией J'son & Partners Consulting. Мы прилагаем все усилия, чтобы предоставлять фактические и прогнозные данные, полностью отражающие ситуацию и имеющиеся в распоряжении на момент выхода материала. 
J'son & Partners Consulting оставляет за собой право пересматривать данные после публикации отдельными игроками новой официальной информации.

                ____________________________________________________