淺談SDN對廣電光網(wǎng)絡(luò)的影響

顧行洲　張宇　戴勁松

江蘇省廣電有線信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司南京分公司

淺談SDN對廣電光網(wǎng)絡(luò)的影響

顧行洲張宇戴勁松

江蘇省廣電有線信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司南京分公司

隨著廣電大力推進FTTH網(wǎng)絡(luò)，光網(wǎng)絡(luò)在廣電網(wǎng)絡(luò)中的地位越來越重要，有效地支撐著廣電寬帶、有線電視等業(yè)務(wù)的發(fā)展。同時視頻業(yè)務(wù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算等新型業(yè)務(wù)興起，使得光網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)的需求不斷變化，光網(wǎng)絡(luò)面臨新一輪的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。隨著業(yè)界掀起的ICT浪潮，SDN也逐漸從數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)走進了光網(wǎng)絡(luò)，成為了未來光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。

SDN廣電光網(wǎng)絡(luò)

一、引言

SDN（Software Defined Network）即軟件定義網(wǎng)絡(luò)，是一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)虛擬化的一種實現(xiàn)方式。它是由美國斯坦福大學(xué)提出，核心是利用OpenFlow將網(wǎng)絡(luò)的控制層和數(shù)據(jù)層分離來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制。

圖1為ONF定義的SDN系統(tǒng)架構(gòu)圖。

該模型架構(gòu)分為3層：基礎(chǔ)設(shè)施層主要由SDN交換機構(gòu)成；控制層是SDN軟件，主要作用是向下直接與SDN交換機對話，向上為應(yīng)用層軟件提供開放接口，用于應(yīng)用程序檢測網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、下發(fā)控制策略；應(yīng)用層是眾多的應(yīng)用軟件，這些軟件能根據(jù)控制器提供的網(wǎng)絡(luò)信息執(zhí)行特定控制算法，并將結(jié)果通過控制器轉(zhuǎn)化為流量控制命令，下發(fā)到基礎(chǔ)設(shè)施層的實際設(shè)備中。由此可見，SDN網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)最大的區(qū)別就在于SDN控制軟件。

SDN網(wǎng)絡(luò)的主要特征是：

（1）集中控制

集中控制使整個網(wǎng)絡(luò)邏輯上看作是一臺設(shè)備，不必對設(shè)備現(xiàn)場進行配置，大大提高了網(wǎng)絡(luò)控制的便捷性。

（2）開放接口

SDN系統(tǒng)開放了南向和北向接口，實現(xiàn)系統(tǒng)與其他網(wǎng)絡(luò)或應(yīng)用的無縫集成，進而使應(yīng)用能告知網(wǎng)絡(luò)如何運行才能更好滿足應(yīng)用的要求。此外開放接口還能加快新業(yè)務(wù)上線的周期，因為用戶可以基于開放接口自行開發(fā)業(yè)務(wù)和調(diào)用資源。

（3）網(wǎng)絡(luò)虛擬化

隨著南向接口的統(tǒng)一和開放，屏蔽了底層物理轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的差異，實現(xiàn)了底層網(wǎng)絡(luò)對上層應(yīng)用的透明化。邏輯網(wǎng)絡(luò)和物理網(wǎng)絡(luò)分離后，邏輯網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要進行配置、遷移，不再受具體設(shè)備物理位置的限制。同時，邏輯網(wǎng)絡(luò)還支持多租戶共享，支持租戶網(wǎng)絡(luò)的定制需求。

二、SDN與光網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)階段廣電光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展面臨著諸多新挑戰(zhàn)：

（1）網(wǎng)絡(luò)流量增長迅速，網(wǎng)絡(luò)面臨的擴容壓力大；

（2）網(wǎng)絡(luò)管理主要依靠人力，運維管理復(fù)雜；

（3）傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)采用設(shè)備和業(yè)務(wù)強耦合的方式，使得業(yè)務(wù)部署復(fù)雜，不能滿足業(yè)務(wù)的快速變化。

光網(wǎng)絡(luò)引入SDN技術(shù)可以很好的解決以上的問題，主要是通過控制層面與傳送層面分離，同時采用集中控制策略，簡化現(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜和私有的控制管理協(xié)議，開放網(wǎng)絡(luò)接口和應(yīng)用層接口，提供網(wǎng)絡(luò)的可編程能力，滿足未來數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、業(yè)務(wù)靈活快捷提供、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)創(chuàng)新等發(fā)展需求。目前光網(wǎng)絡(luò)SDN化趨勢已經(jīng)越來越明顯。

基于光網(wǎng)絡(luò)SDN化的特點，光網(wǎng)絡(luò)SDN采取的發(fā)展演進思路與數(shù)據(jù)網(wǎng)SDN化有所區(qū)別。同時，由于光網(wǎng)絡(luò)骨干、城域和接入層的發(fā)展需求和所采用的技術(shù)不同，SDN引入主要有開放北向接口或者南向接口兩條不同的技術(shù)路線。

（1）針對骨干波分、OTN網(wǎng)絡(luò)，開放北向接口

骨干網(wǎng)OTN、DWDM等光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制平面支持能力好，可以基于現(xiàn)有ASON/GMPLS控制平面和集中路徑計算單元PCE技術(shù)，通過擴展和增強PCE管控能力和開放北向接口，實現(xiàn)SDN集中控制，并對上層網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用提供開放可編程應(yīng)用服務(wù)。該方案可以較好地保護現(xiàn)有技術(shù)投入，并有利于網(wǎng)絡(luò)的平滑演進。由于光網(wǎng)絡(luò)物理層私有信息多，南向接口協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化難度比較大，南向接口將允許多種接口技術(shù)共存。

（2）針對接入PON網(wǎng)絡(luò)，甚至PTN網(wǎng)絡(luò)，開放南向接口。

接入網(wǎng)PON設(shè)備和PTN設(shè)備沒有智能控制平面，但是可以直接在設(shè)備上引入openflow協(xié)議，實現(xiàn)南向接口的開放和標(biāo)準(zhǔn)化。該方案實現(xiàn)了南向接口標(biāo)準(zhǔn)化，有利于設(shè)備與業(yè)務(wù)解耦，簡化網(wǎng)絡(luò)節(jié)點功能，降低設(shè)備成本，便于運營商對多廠家海量城域和接入站點的集中管理控制。對于已經(jīng)部署的現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備，可以通過網(wǎng)管升級的方式實現(xiàn)集中控制器能力。

三、廣電光網(wǎng)絡(luò)引入SDN分析

傳統(tǒng)的廣電城域網(wǎng)和骨干波分網(wǎng)絡(luò)都是針對相對靜態(tài)和可預(yù)測的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)設(shè)計的，為家庭用戶、酒店賓館、企業(yè)、政府單位提供直播信號、寬帶業(yè)務(wù)、互動電視回傳通道等。業(yè)務(wù)的開通往往是通過復(fù)雜的IT/OSS系統(tǒng)使用不同廠商的API實施，同時用命令行或腳本進行人工配置。廣電運營商通常需要花費幾天甚至幾周時間來開通這些業(yè)務(wù)，因為他們相信這些網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)會長期存在。然而越來越多的分布式云架構(gòu)業(yè)務(wù)的出現(xiàn)將對這種網(wǎng)絡(luò)運營模式產(chǎn)生巨大的影響。

舉例來說，有些企業(yè)用戶要求廣電運營商能夠保證快速按需提供滿足延遲、抖動和帶寬要求的傳輸業(yè)務(wù)，傳輸鏈路要像數(shù)據(jù)中心一樣在幾秒鐘動態(tài)建立和刪除；有些企業(yè)用戶要求廣電運營商能為白天的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)處理和夜晚的數(shù)據(jù)備份提供不同的帶寬服務(wù)，此時廣電運營商需要考慮按需提供帶寬或者預(yù)約帶寬。

面對不同企業(yè)客戶不一樣的需求，廣電運營商需要一種經(jīng)濟、快速的方式為這些企業(yè)客戶提供高級的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。因此，廣電運營商需要摒棄傳統(tǒng)的耗時的手工業(yè)務(wù)部署模式，同時需要通過快速提供新網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提升企業(yè)競爭力。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，廣電運營商需要在自身的光網(wǎng)絡(luò)中引入SDN。

1.城域網(wǎng)

通過控制和轉(zhuǎn)發(fā)的分離，城域網(wǎng)設(shè)備本身更多關(guān)注數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)能力，業(yè)務(wù)功能可以通過集中部署的控制器實現(xiàn)對整個城域網(wǎng)的控制，并實現(xiàn)城域網(wǎng)設(shè)備物理形態(tài)的歸一化。具體的典型應(yīng)用有：

（1）利用虛擬化技術(shù)支持網(wǎng)絡(luò)設(shè)備備份，并由SDN控制器統(tǒng)一管理，邊緣設(shè)備只實現(xiàn)用戶接入的物理資源配置。當(dāng)其中一臺邊緣路由器出現(xiàn)故障時，其他冗余的邊緣路由器能及時替代原有設(shè)備投入運行，無需重建用戶會話和重新下發(fā)用戶屬性，真正做到對最終用戶的無感知切換。

（2）利用SDN北向接口開放API供第三方應(yīng)用及自營應(yīng)用平臺調(diào)用。管道能力封裝平臺實現(xiàn)智能管道能力資源編排及業(yè)務(wù)統(tǒng)一控制，生成流量控制、帶寬提速等策略，再送到業(yè)務(wù)控制器，業(yè)務(wù)控制器根據(jù)策略生成相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)流表，再通過標(biāo)準(zhǔn)接口下發(fā)給轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。

2.OTN骨干網(wǎng)

傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)基于固定速率的OTN接口、光層固定的頻譜間隔以及逐層分離式管控，新增帶寬基本采用滾動規(guī)劃方式進行預(yù)測，業(yè)務(wù)調(diào)度主要采用OTN設(shè)備的ODUk交叉調(diào)度來實現(xiàn)，效率低下。通過引入傳送SDN，主要的價值在于：

（1）實現(xiàn)傳送網(wǎng)從“人工靜態(tài)網(wǎng)管配置”向“實時動態(tài)智能控制”的演進，提高業(yè)務(wù)開通速度，簡化網(wǎng)絡(luò)配置和運維。

（2）實現(xiàn)對多廠商設(shè)備和多層多域網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一控制和管理

（3）通過提供新的網(wǎng)絡(luò)能力和開放的北向接口，快速實現(xiàn)業(yè)務(wù)創(chuàng)新能力，如智能專線、虛擬傳送網(wǎng)等業(yè)務(wù)。

3.IP+光協(xié)同工作

當(dāng)前廣電網(wǎng)絡(luò)中IP與傳送各專業(yè)分工清晰，各自獨立規(guī)劃、設(shè)計、運維，缺少融合；資源重復(fù)投資，缺少協(xié)同，最終造成網(wǎng)絡(luò)流量疏導(dǎo)不足，網(wǎng)絡(luò)利用率低下。新的云時代對于廣電網(wǎng)絡(luò)的需求是實現(xiàn)真實流量分析的模型、自動的網(wǎng)絡(luò)調(diào)整、分鐘級的響應(yīng)時間和靈活的帶寬顆粒。

從硬件上來看，如果把網(wǎng)絡(luò)比作一臺設(shè)備，那么路由器就是線路卡，光網(wǎng)絡(luò)就是背板和交換網(wǎng)。IP/MPLS層起到業(yè)務(wù)發(fā)放和用戶管理的作用，而光層完成流量的傳送和保障可靠性的任務(wù)。從SDN 角度來看，初期IP層和光層各自的SDN控制器通過標(biāo)準(zhǔn)的接口互相協(xié)同，起到流量工程和多層優(yōu)化的作用，后期IP層和光層將通過統(tǒng)一的控制器，統(tǒng)一控制IP層和光層不同的設(shè)備，完成所有的流量和策略任務(wù)。

四、結(jié)束語

盡管SDN距離大規(guī)模商用還有一段距離，但是未來SDN必將幫助廣電從設(shè)備商手中重新獲得對網(wǎng)絡(luò)的主導(dǎo)和控制權(quán)，節(jié)省運營成本。同時由于SDN的開放性，可引導(dǎo)整個廣電網(wǎng)絡(luò)走向開放和合作，便于新業(yè)務(wù)的快速推出，提高網(wǎng)絡(luò)的盈利能力。

［1］ SDN產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書.SDN產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟，2015.

［2］ 張國穎 徐云斌.光網(wǎng)絡(luò)SDN化的四大驅(qū)動力及兩條路徑.［2014-3-31］.http://www.csdn.net/article/2014-03-31/2819063-SDN-OTWG