光網(wǎng)絡(luò)的智能化發(fā)展—SDON開創(chuàng)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

常新征 梁燕

【摘要】 自光網(wǎng)絡(luò)作為傳送網(wǎng)發(fā)展至今，在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的推動(dòng)下，從傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)WDM光網(wǎng)絡(luò)到ASON再到SDON，智能化發(fā)展趨勢(shì)越來(lái)越明顯。在當(dāng)前大型多域異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，SDON以其配置靈活，擴(kuò)展、調(diào)節(jié)、適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)必將主宰未來(lái)光網(wǎng)絡(luò)的智能化發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】 光網(wǎng)絡(luò) 智能化 SDN

一、引言

光網(wǎng)絡(luò)自興起以來(lái)，從最初所承載的單一話音業(yè)務(wù)，直到現(xiàn)在的多業(yè)務(wù)、大數(shù)據(jù)、高容量傳送平臺(tái)的應(yīng)用，從最初的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信到現(xiàn)在的動(dòng)態(tài)配置傳輸需求，其技術(shù)的發(fā)展在幾十年的時(shí)間里歷經(jīng)多個(gè)標(biāo)志性的里程碑。在網(wǎng)絡(luò)帶寬容量不斷提升、多業(yè)務(wù)、大數(shù)據(jù)以及網(wǎng)絡(luò)的靈活性、擴(kuò)展性的需求驅(qū)動(dòng)下，光網(wǎng)絡(luò)的智能化發(fā)展已經(jīng)勢(shì)在必行。

二、光網(wǎng)絡(luò)智能化發(fā)展歷程

縱觀光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程，可將其分為兩條主線：即傳送技術(shù)的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)架構(gòu)思想的演變。最初傳統(tǒng)的波分復(fù)用技術(shù)（WDM）、90年代中期的稀疏波分復(fù)用技術(shù)（CWDM）、密集波分復(fù)用技術(shù) DWDM）網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到現(xiàn)在的頻譜靈活光網(wǎng)絡(luò)、分組增強(qiáng)型的光傳送網(wǎng)（OTN），光傳輸由取代電成為信息主要承載介質(zhì)這一基本功能發(fā)展為現(xiàn)在的能夠滿足傳輸損傷感知與質(zhì)量評(píng)估、可調(diào)單元的參數(shù)選擇以及DSP算法性能控制等功能，傳輸質(zhì)量大幅提升。光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到21世紀(jì)初，人們提出的自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）的概念，從控制層面的角度真正開啟了光網(wǎng)絡(luò)智能化的開端，為光網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)向高度智能化軟件定義光網(wǎng)絡(luò)（SDON）的平滑演進(jìn)提供了技術(shù)支持。

三、智能光網(wǎng)絡(luò)

3.1 ASON 的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

ASON 是最初的“智能光網(wǎng)絡(luò)”，因采用格形組網(wǎng)來(lái)避免大量故障影響業(yè)務(wù)的情況而具備極強(qiáng)的生存能力；網(wǎng)絡(luò)提供的保護(hù)恢復(fù)方式遵從優(yōu)先級(jí)原則，提供差異化的服務(wù)；為客戶提供最優(yōu)路由，資源利用率高達(dá) 50% 以上；升級(jí)擴(kuò)容能力更強(qiáng)，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)中的鏈路容量即可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容；建設(shè)和維護(hù)成本有所降低，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越大，經(jīng)濟(jì)性越強(qiáng)[1]。ASON 通常采用 GMPLS 協(xié)議，若需完成對(duì)多種傳送顆粒的有效控制，實(shí)現(xiàn)傳送網(wǎng)智能化，必須對(duì)其擴(kuò)展和延伸，同時(shí)還需進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)保護(hù)恢復(fù)的性能。ASON 可加載于 SDH 或 OTN 為其提供控制平面，實(shí)現(xiàn)光層和電層相結(jié)合的智能調(diào)度，將傳輸、交換和數(shù)據(jù)三個(gè)本身不存在聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)有效結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng) ASON 智能化。

3.2 ASON 所暴露的問題

①網(wǎng)絡(luò)高度異構(gòu)性。長(zhǎng)期共存的多種類型的傳輸/交換標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)如 SDH、WDM、OTN以及不同設(shè)備的結(jié)構(gòu)/接口類型往往增加了域間連接的復(fù)雜度；

②兩大接口商用化程度低。ASON 體系架構(gòu)中包含三種接口，即用戶網(wǎng)絡(luò)接口 UNI、外部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口 E-NNI、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口 I-NNI，網(wǎng)絡(luò)信息在網(wǎng)絡(luò)之間任一方向的任何邊界/接口不是共用。但需要注意的是，UNI和E-NNI 兩個(gè)接口都未被大范圍的商用化，成為阻礙 GMPLS/ASON 智能化控制平面大范圍推廣的主要原因；

③保密性需求。一般來(lái)說(shuō)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及資源信息的保密性是由運(yùn)營(yíng)商掌握的，來(lái)自于不同制造商的不同的技術(shù)規(guī)范和設(shè)備參數(shù)是不開放的，這就會(huì)導(dǎo)致域內(nèi)信息不能被整個(gè)網(wǎng)絡(luò)所共享，增加路由和連接控制的困難；

④控制平面復(fù)雜。應(yīng)用 UNI 接口需要對(duì) GMPLS 進(jìn)行擴(kuò)展，從而增加代碼的復(fù)雜性；網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)不可預(yù)期的爆爭(zhēng)情況時(shí)，GMPLS 中所采用的分布式鏈路狀態(tài)路由協(xié)議（OSPF等）又會(huì)面臨收斂性和穩(wěn)定性的問題。

四、光網(wǎng)絡(luò)的高度智能化

4.1 SDON的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

SDON（圖1）與傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)相比，其接口更加開放。目前，SDON的北向接口仍處在進(jìn)一步的研究狀態(tài)，南向接口和東西接口則多采用OpenFlow（OF）、PCEP等協(xié)議，能夠良好地實(shí)現(xiàn)多域異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。在當(dāng)前數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)SDN化的基礎(chǔ)上，需借助對(duì)控制機(jī)制的相應(yīng)擴(kuò)展、成熟的集中管控方式，不斷完善其接口信息的統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)化[2]，實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)向 SDON 的平滑演進(jìn)。有關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，超過3跳創(chuàng)建一個(gè)彈性光路時(shí)，基于OpenFlow 的控制平面性能明顯優(yōu)于基于GMPLS 的控制平面。這是因?yàn)樵诨贕MPLS的控制平面中，信息逐跳處理的方式會(huì)使得路徑較長(zhǎng)時(shí)（跳數(shù)增加），其信令時(shí)延比例同時(shí)增加。而基于 OpenFlow 的 SDON 采用集中控制器控制的所有節(jié)點(diǎn)幾乎同時(shí)進(jìn)行，因此其路徑配置的延遲對(duì)于跳數(shù)敏感度較低。

4.2 SDN 技術(shù)引入路線

區(qū)別于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的 SDN 化，光網(wǎng)絡(luò)本身具備控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離的體系架構(gòu)（ASON），集中管理控制系統(tǒng)的應(yīng)用如路徑計(jì)算單元（PCE）、面向連接的特性表明當(dāng)前的光網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)呈現(xiàn)出部分 SDN 特征，對(duì)于引入 SDN 技術(shù)都提供了有力條件。光網(wǎng)絡(luò)引入 SDN 技術(shù)可采用三種方案[3]：利用光網(wǎng)絡(luò)較完善的控制平面，強(qiáng)化北向 API 開放；使用 OpenFlow協(xié)議，強(qiáng)化南向 API 開放；OpenFlow 兼容 ASON 及 PCE 的相關(guān)功能。智能化 SDON 的控制架構(gòu)也分為三種情況，即PCE 控制架構(gòu)、Pure SDON 控制架構(gòu)、集成的 OpenFlow 控制器和 PCE。集成的 OpenFlow 控制器和 PCE 通過部署不同的功能類型的組件，在所需的接口處交互完成，可以采用三種方法：①在 OF 控制器外布置路徑計(jì)算功能，②將 PCE 直接作為 OF 控制器的一個(gè)頂層應(yīng)用程序，③通過擴(kuò)展管理功能完全整合、連接 OpenFlow 控制器與一個(gè)有狀態(tài)的 PCE，來(lái)實(shí)現(xiàn)二者的集成[4]。

上述三種模型在功能上都是等價(jià)的，這取決于涉及到編程以及協(xié)議接口的靈活性和功能特點(diǎn)。通常情況下會(huì)采用第3個(gè)模型，這是由于共同的、共享的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和狀態(tài)可以簡(jiǎn)化并行的訪問和更新。從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和連接管理角度來(lái)說(shuō)，雙方相互補(bǔ)充，PCE 主要負(fù)責(zé)計(jì)算路徑，OpenFlow 控制器則承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層中的轉(zhuǎn)發(fā)配置任務(wù)。OpenFlow 控制器以及相關(guān)協(xié)議所配置的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)行為使得 PCE 的組件變得活躍，OpenFlow 控制器同樣受益于 PCE 路徑計(jì)算的性能。一個(gè)有狀態(tài)的活躍的 PCE 不僅能夠在計(jì)算路由過程中利用動(dòng)態(tài)鏈接作為可用的信息，還能變更已經(jīng)存在的路由，從而更高效地利用資源，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)地運(yùn)行和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)；而一個(gè) OpenFlow控制器是一個(gè)邏輯上集中的實(shí)體，采用OpenFlow協(xié)議實(shí)現(xiàn)控制平面和底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)平面的配置。將SDN技術(shù)應(yīng)用于光傳送網(wǎng)絡(luò)中，必須對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的OpenFlow協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展，主要是針對(duì)OpenFlow中的流條目進(jìn)行擴(kuò)展，如下圖2所示包含了WXC中所有的交叉連接信息。在靈活光網(wǎng)絡(luò)域中，光路的頻譜可以靈活根據(jù)流量的要求進(jìn)行調(diào)整。因此，在SDON架構(gòu)中，可以通過更新OF-BVOS（基于OF的帶寬可變的光交換結(jié)構(gòu)）流條目實(shí)現(xiàn)調(diào)整。在流入口記錄流量速率的特性。當(dāng)流量速率變化，OF-BVOS將發(fā)送頻譜調(diào)整信息給控制器，以產(chǎn)生一個(gè)新的流條目。然后，控制器將更新流條目，以O(shè)F-BVOSs完成相關(guān)的頻譜調(diào)整操作。

五、結(jié)束語(yǔ)

引入 SDN 技術(shù)能夠直接影響光傳送網(wǎng)控制平面的智能化演進(jìn)以及多業(yè)務(wù)分組化的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)其實(shí)現(xiàn)了軟硬件解耦的特性也開創(chuàng)了光傳送網(wǎng)發(fā)展的新方向。SDON 若能大范圍成功商用，可支持物理底層損傷、能耗感知與質(zhì)量評(píng)估，支持光傳輸可調(diào)單元的多參數(shù)選擇，大幅提升底層資源的傳輸質(zhì)量。此外，由于接口開放，SDON 便于應(yīng)用層的業(yè)務(wù)提供和區(qū)分，可有效處理大型多域異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通、統(tǒng)一控制調(diào)度、靈活的運(yùn)維和升級(jí)，其強(qiáng)大的適應(yīng)、擴(kuò)展、調(diào)節(jié)能力能夠優(yōu)化光網(wǎng)絡(luò)層分層多域架構(gòu)、可編程控制。引進(jìn)SDN 技術(shù)是光網(wǎng)絡(luò)變革邁向高度智能化的必然趨勢(shì)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] X. Zheng， N. Hua. Achieving Inter-Connection in Multi-Domain Heterogeneous Optical Network： from PCE to SDON[C].Asia Communications and Photonics Conference， Beijing， China， 2013：AW4I.2.

[2] 張國(guó)穎，徐云斌，王郁.軟件定義光傳送網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及演進(jìn)趨勢(shì)[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2014，6：26-27.

[3] 張國(guó)穎，徐云斌.擁抱 SDN，光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)化正當(dāng)時(shí)[N].人民郵電，2014-03-27.

[4] R. Casellas， R. Martinez， R. Munoz， et al. Control and Management of Flexi-grid Optical Networks With an Integrated Stateful Path Computation Element and OpenFlow Controller [Invited][J]. Journal of Optical Communications and Networking， 2013，5（10）：A57-A65.