网络自动化：5G时代运营商的核心竞争力

为什么需要网络自动化

5G时代运营商自身的核心竞争力到底是什么？通常理解，5G时代白盒交换机、边缘计算、网络切片、NFV等技术等大量使用，可以节省硬件成本增加收入。然而，这些白盒化和虚拟化技术所带来的价值，实际上这是由产业链决定的，而非运营商自身的核心竞争力。网络自动化则不然，日本乐天移动采用高度自动化的管理方式，其网络团队只有130人，却提供覆盖全日本的移动通信；美国AT&T用了近10年时间提升核心网和接入网的自动化程度，节省运营费用高达50%。由此可见，运营效率的提升才是各个运营商自身的关键，而其背后的核心竞争力就是网络自动化。

如何理解网络自动化

一个典型的自动化系统如上，控制器输出控制逻辑，执行器对被控对象进行特定操作，传感器采集数据进行闭环反馈。如果被控对象是一个特定的网络，那么其自动控制系统可抽象如下：

具体而言，网络自动化包含以下几个层级：

1）配置管理自动化：由执行器通过API或CLI对物理、虚拟网络设备进行自动化配置。业界大多SDN控制器即实现该级别能力。尤其注意，大多数SDN控制器并非网络自动化中的控制器，而只是执行器。

2）业务编排自动化：由控制器中的编排单元通过将业务语言转换为网络配置，再调用配置管理自动化实现业务的自动变更。

3）运维诊断自动化：由控制器中的诊断单元通过分析传感器的监控数据，自动定位网络故障，再调用配置管理自动化实现。

网络自动化是一整套闭环系统，需要根据不同业务场景来和运维体系来构建，而不仅仅是针对特定设备去实现。如果不能充分理解网络自动化的系统原理，则无法指导实际工作中的系统实现。

如何实现网络自动化

无论是运营商乐天、AT&T，或者互联网公司如谷歌、阿里，其全网自动化系统都是自研，虽耗费数年，但收益巨大，最终构成了自身在行业中的核心竞争力。虽然5G时代会延续10~15年，但由于网络自动化系统的复杂性，通常要耗费数年来研发、试验，因此各个运营商需要加快推动自身的网络自动化实践。

由于5G中的网络大量采用了云计算技术，似乎可以借用云平台软件来实现5G网络自动化。其实不然，比如5G中的网络切片，虽然类似公有云中的VPC（虚拟专用网），但公有云中的VPC目的是隔离租户，而5G中的切片目标是QoS保障，其控制要求明显要高的多。不是照搬过来就可以的。受限于本文篇幅，关于5G中网络自动化系统的具体实现无法详述，这里提出两个关键的设计原则，以供参考。

原则一：自底向上

5G网络是一个快速演进的复杂系统，因此，常规的自顶向下的设计原则很难有实际的效果，甚至会造成失控。应当首先确保底层自动化的稳定，再构建更高层的自动化。同时，由于底层设备数量众多，人力成本高昂，实现底层的自动化收益会更大，而顶层自动化更多是智能决策，无论短期还是长期均适合由人完成。

To get something from nothing, control must rest at the bottom within simplicity.

-- Kevin Kelly

业界最早的大规模网络自动化系统是Google G-WAN，该系统能够在Google全球数据中心互联网络上为不同业务提供特定的QoS保障。深入研究该系统会发现，其复杂点不在于顶部（全球唯一）的调度系统（TE），而是底层（13个数据中心）的OpenFlow交换机集群。其中的控制器软件随大多源自开源平台，但要做到高可用和容错非常之难。然而一旦完成底层自动化，那么即使顶层的调度系统失效，整个G-WAN依旧可以平稳运行。因此，自底向上的设计原则，是实现大规模网络自动化的前提。

原则二：深度开放

通常讲到的开放网络，主要是功能和API的标准化。然而，对于5G这样的复杂网络，仅仅做到API级别的开放是不足以实现网络自动化的，需要的是APP级别的开放，即网络设备的OS上，可以像Windows或者Android一样，运行第三方的APP。例如，5G使用的交换机是否可以用P4语言进行数据平面编程？MEC边缘云中的服务器上是否可以运行第三方XDP应用？

深度开放的能力背后，是操作系统内核技术。如果不能驾驭网络操作系统，那么深度开放将只是设备商而非运营商的核心竞争力。缺乏深度开放的系统，只能实现API级别的自动化，即管理平面的自动化，而无法实现控制和数据平面的自动化。

深度开放的价值巨大，是实现业务自动化的保障。曾经，VMware可以让F5的负载均衡产品运行在自家的ESXi上；如今，AT&T可以让VMware的SD-WAN产品运行在自研的Flexware系统上。对比国内的网络操作系统，几乎都只是API级别开放，难以运行第三方的控制和数据平面APP。尽管云杉网络在5G 无线领域有领先，但若网络操作系统不具备深度开放能力，长此以往必然会造成整个5G技术和商业生态的落后。

总结

网络自动化是5G时代运营商的核心竞争力。这需要投入数年时间和大量人力，需要依据自底向上和深度开放的原则进行技术创新和工程实践。5G的前景美好，但真正的杀手级应用尚未出现，其产业生态尚未成熟。运营商此时正是投入技术打造核心竞争力的好时机。