杜曉萍 李奕福

摘要：隨著網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴張，目前的網(wǎng)絡架構(gòu)存在巨大的挑戰(zhàn)和壓力，基于軟件定義網(wǎng)絡（SDN）具備控制轉(zhuǎn)發(fā)分離和靈活管理的特點，將SDN應用到大規(guī)模數(shù)據(jù)跨域路由中，實現(xiàn)跨域的數(shù)據(jù)傳輸，可以提高網(wǎng)絡的傳輸能力。本文通過對基于SDN的跨域路由技術的專利分析，以期為SDN在多個數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡間的研究、應用以及網(wǎng)絡交換的專利審查員提供參考。

關鍵詞：SDN;跨域;專利分析

1 引言

軟件定義網(wǎng)絡（簡稱SDN），由斯坦福大學的Clean Slate項目組于2012年提出，其主要優(yōu)勢在于：①分離控制平面和數(shù)據(jù)平面，控制器實現(xiàn)集中控制和管理;②網(wǎng)絡可以通過程序自動化進行管理;③利用網(wǎng)絡和流抽象的全局視圖，可以動態(tài)的調(diào)整網(wǎng)絡流量;④采用開放標準openflow 協(xié)議，與網(wǎng)絡設備供應商分離，具有良好的可擴展性。SDN技術在域內(nèi)取得了很好的應用，目前研究人員嘗試將SDN技術應用于大規(guī)模數(shù)據(jù)跨域傳輸中，實現(xiàn)域間路由。

2 專利檢索情況

本文以基于SDN的跨域路由為主題，在Incopat專利數(shù)據(jù)庫中進行檢索，檢索專利文獻截止日期到2020年12月29日，通過分析、去重、標引等方式，獲得關于SDN跨域路由的專利申請情況，基于該檢索情況，本文分析了SDN跨域路由的專利申請量情況、申請人的全球/國內(nèi)分布情況、主要技術分類申請等方面。

3 專利申請分析

3.1 專利申請量分析

從圖1可看出，在全球范圍內(nèi)，我國的申請量處于領先地位，占據(jù)全球申請量的一半，其次是美國，申請量接近我國的一半。這與國內(nèi)企業(yè)/機構(gòu)對該領域的重視程度有關，隨著網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴張，網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)爆炸式增長，這種互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展所帶來的網(wǎng)絡需求給現(xiàn)有的網(wǎng)絡架構(gòu)帶來了巨大的壓力，雖然SDN網(wǎng)絡解決了當前較多的IP網(wǎng)絡存在的問題，但是其部署仍面臨較多的技術、業(yè)務和經(jīng)濟等多方面的問題，這也促使企業(yè)/機構(gòu)對SDN對跨域領域的不斷研究應用，以期獲得解決相關問題的方法。

3.2 國內(nèi)申請人情況分析

由圖2可看出，申請量靠前的公司機構(gòu)分別為：華為技術有限公司、中興通訊股份有限公司、北京郵電大學、中國電信股份有限公司。其中，華為技術有限公司在SDN跨域傳輸領域申請量最大，占比達到了15.7%。

華為技術有限公司在2013年針對SDN在大型網(wǎng)絡中實施時網(wǎng)絡業(yè)務（例如應用層業(yè)務優(yōu)化（ALTO））可能面臨的集成問題，進行了專利申請（CN104205767A），其公開了一種用于使用SDN節(jié)點和ALTO節(jié)點優(yōu)化業(yè)務的方法，其中所述方法包括接收來自節(jié)點的對網(wǎng)絡資源的請求，從所述ALTO節(jié)點獲取多條業(yè)務優(yōu)化信息，使用從所述ALTO節(jié)點接收到的所述業(yè)務優(yōu)化信息與第二SDN節(jié)點協(xié)商一條或多條路徑，構(gòu)建所述多條路徑，以及將一個響應發(fā)送給所述節(jié)點，指示所述節(jié)點可通過其中一條所述路徑轉(zhuǎn)發(fā)包。該申請具有5個同族，在美國、歐洲、中國進行了專利布局。

4 主要技術分類

4.1 SWAN

基于SDN的思想，針對大規(guī)模數(shù)據(jù)跨域傳輸問題，微軟通過在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡部署Softwar-Driven WAN（簡稱SWAN），使用SDN技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡間的互聯(lián)互通，實現(xiàn)網(wǎng)絡的靈活控制，提升其傳輸能力。在SWAN中，控制器獲取多個數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的帶寬、時延等網(wǎng)絡參數(shù)，并維持全局拓撲結(jié)構(gòu)，根據(jù)數(shù)據(jù)中心間的傳輸需求信息進行傳輸路徑路由的計算，最后將計算得到的路徑下發(fā)至交換機，完成路徑的部署，實現(xiàn)域間交換傳輸。與傳統(tǒng)跨域傳輸方式相比，SWAN有效提高了域間的傳輸能力，但其僅采用單一控制器，也就說，不同的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡均與一個核心控制器連接，該結(jié)構(gòu)極大地限制了真實環(huán)境下的網(wǎng)絡架構(gòu)部署，同時僅有一個控制器容易出現(xiàn)單點故障問題，而且還需要考慮核心控制器的性能，該性能的好壞決定了整體SWAN的性能。

該領域的全球?qū)＠暾埩枯^少，說明高校、研究機構(gòu)、企業(yè)在并不看好該技術領域，在該領域投入研究較少。國內(nèi)的申請人以北京郵電大學為主，申請的發(fā)明專利均已授權(quán)，涉及技術包括一種使用hostapd平臺SWAN拓展協(xié)議的通信方法、一種SWAN架構(gòu)中基于用戶QOS的切換判斷策略方法、一種基于Floodlight的SDN無線網(wǎng)絡管理平臺及認證方法。

4.2 SD-WAN

軟件定義廣域網(wǎng)（簡稱SD-WAN）是軟件定義網(wǎng)絡（SDN）技術在廣域網(wǎng)（WAN）中的一種特定的應用場景，是將SDN技術應用到廣域網(wǎng)場景中所形成的一種服務，這種服務用于連接廣闊地理范圍的企業(yè)網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)中心、互聯(lián)網(wǎng)應用及云服務。這種服務的典型特征是將網(wǎng)絡控制能力通過軟件方式實現(xiàn)“云化”，支持應用可感知的網(wǎng)絡能力開放。通過SD-WAN，公司可以用低成本的網(wǎng)絡構(gòu)建方式建立起高效能的廣域網(wǎng)網(wǎng)絡。企業(yè)可以部分或完全替換掉昂貴的私有廣域網(wǎng)絡技術，例如MPLS。在SD-WAN中，每個自治系統(tǒng)主要包括三個網(wǎng)絡設備，分別為Quagga軟件、SDN集中控制器、OpenFlow交換機。Quagga軟件通過BGP協(xié)議獲取域間路由路徑信息;SDN集中控制器通過域內(nèi)的控制器的交互獲得全局網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)信息，同時通過讀取Quagga內(nèi)的信息獲取域間路由路徑，并生成相應流表;OpenFlow交換機則根據(jù)流表項實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。

從圖3可看出，該領域的全球?qū)＠颗cSWAN相比，存在明顯優(yōu)勢，從2015年開始申請量逐年增加，在2019年達到了100件，而美國和中國是主要的申請國家，其美國的申請量幾乎占了申請量的一般，其數(shù)量接近我國的兩倍。這說明美國對SD-WAN領域較為重視，在該領域的投入較多的研究。

在SD-WAN領域中，申請量排名靠前的申請人大部分都是涉及核心網(wǎng)絡領域的主流公司。其中，思科公司（cisco）申請量最多，在2019年申請量達到了最大量，涉及SD-WAN網(wǎng)絡中動態(tài)調(diào)整BFD計時器的機器學習方法、使用預測模型來估計SD-WAN網(wǎng)絡中的隧道QoS的每個流呼叫準入控制方法等。

5 結(jié)語

利用SDN技術實現(xiàn)域間的傳輸是重要的網(wǎng)絡傳輸技術，該技術可以有效提高網(wǎng)絡傳輸能力，其涉及SD-WAN網(wǎng)絡的技術分支是目前涉及核心網(wǎng)絡領域主流公司的主要研發(fā)重點，相應地申請量也逐年增長，增長趨勢仍然比較強勁。本文通過對基于SDN的域間路由技術的專利申請情況進行梳理，以期為SDN在多個數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡間的研究和應用以及網(wǎng)絡交換的專利審查員提供參考。

參考文獻：

[1] Kim H， Feamster N. Improving network management with software defined networking[J]. IEEE Communications Magazine， 2013， 51（2）： 114-119.

[2] Gill V， Hong C Y， Kandula S， et al. SWAN： achieving high utilization in networks， US8977756B2[P]. 2015.

[3] Sushant Jain， Alok Kumar， Subhasree Mandal， et al. B4-Experience with a Globally-Deployed Software defined WAN[C]// ACM SIGCOMM Conference. Hong Kong. 2013-12-16， 43（4）： 3-14.