面向軟件定義的光傳送網

中國聯通研究院 | 師嚴 簡偉 張沛

中國聯通集團網建部 | 趙懷罡

隨著云計算、數據中心的廣泛應用，出現各種不同類型的新業務新應用，近年來網絡P2P、在線應用及視頻業務都呈現出爆炸式增長。預計到2020年，全球網絡每年的總流量將達到127EB，這一數字是2010年的33倍。新應用以及新業務的加速涌現，使得帶寬需求增長迅猛，因此對傳統光網絡也提出了巨大挑戰。單以中國為例，未來4～5年干線網流量的年增長率會達到60%～70%，骨干網總帶寬將從64Tbit/s增加到150Tbit/s，甚至200Tbit/s以上。

目前骨干層面主要采用光傳送網技術進行組網，而傳統的光網絡基于固定速率的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劃方式進行預測，業務調度主要采用OTN設備的ODUk交叉調度來實現。但在海量帶寬的沖擊下，這種帶寬預測和業務調度的方式效率低下，因此，需要建立一個靈活、開放的新架構，能夠實現業務的自動部署、帶寬可以瞬時調整，為此傳送網可以引入軟件定義的OTN架構。

軟件定義的光傳送網

軟件定義的光傳送網，顧名思義，是通過硬件的靈活可編程配置，實現傳送資源可軟件動態調整的光傳送架構，如圖1所示，其通過靈活可變的光、電功能模塊，構建高速、低功耗可編程的光系統，并能夠支持OpenFlow等標準控制接口協議以及開放式應用接口（API），可以利用可編程傳送控制器（Programmable Transport Controller）實現光網可編程化以及資源云化，從而為不同的應用提供高效、靈活、開放的管道網絡服務。軟件定義的光傳送網具備“彈性管道”、“動態帶寬”、“編程光網”三大特性。

就軟件定義的光傳送網絡而言，主要包含Flex OTN、Flex Transceiver、Flex ROADM三大關鍵特征。

Flex OTN

隨著業務速率的提升，采用固定速率OTUk接口進行業務映射、封裝、成幀處理，已經不能滿足運營商對超高寬帶、帶寬靈活可配置的需求。因此，在原有OTN的基礎上，Flex OTN將靈活的OTN處理與可編程的光層結合在一起。通過網絡設備層的標準化接口Openflow等，可以為Flex OTN提供跨多設備形態的統一控制，實現可編程化的光網絡在光層實現更精細的子波長帶寬的調度，實現靈活的業務適配。因此，Flex OTN不僅擴展了OTN的靈活性，同時又能很好地兼容現網，滿足了網絡對未來多業務靈活、高效率承載的需求。

圖 軟件定義的光傳送網絡架構

Flex Transceiver

Flex Transceiver采用通用硬件結構，能夠實現單套硬件滿足多種應用場景，克服了傳統Transceiver硬件結構單一、碼型板卡無法對應用場景自適應等缺點，結合Flex OTN以及Programmable Transport Controller技術，可根據實際業務情況，對光層帶寬資源進行合理優化分配，實現流量的精細化運營，同時降低網絡整體功耗。

Flex ROADM

隨著400G/1T+等超高速傳輸技術的出現，如何更高效地利用頻譜資源成為大家關注的重點。因此迫切需要打破原有固定通道間隔被打破，Flex ROADM能夠實現極小的帶寬間隔，并能夠實現任意帶寬、任意光通道之間的無損交換在光層可實現更精細的子波長調度。

軟件定義光傳送網的優勢

簡化運維，優化性能

由于傳統網絡中單板類型種類繁多，增大了備料成本以及運維成本，同時也增加了運營商的Capex和Opex。Flex OTN、Flex TRX、Flex ROADM均采用通用硬件架構，可實現單板硬件歸一化；同時，由于光模塊可軟件編程，并且能夠自定義速率、碼型等，可以減少網絡備件數量，加快開局速度，有利于業務的快速開通和部署；在維護優化階段，光纖和光器件老化導致傳輸性能下降時，也可以通過改變調制碼型，優化系統性能。

彈性管道，帶寬精細管理

彈性管道，作為軟件定義的OTN的優勢之一，通過將帶寬資源管理和使用精細化，實現帶寬資源的高度利用。網絡控制器通過標準控制接口，根據上層業務流量的大小，通過可編程的光層硬件，對設備進行重構，從而達到調整管道的目的。，因此，既可以節約網絡帶寬資源，提升了帶寬利用率，同時降低了設備整體功耗，實現綠色節能。

網絡靈活可編程

軟件定義的OTN所具備的“編程光網”，使得光網針對不同的應用可以提供不同的網絡資源，作為業務的一部分為運營商提供增值服務。通過提供開放式API，將網絡能力抽象給應用層，同時應用層業務驅動網絡根據個性化需求來建立連接，使得客戶基于標準化接口簡易實現自助化網絡定制，并提供代維代管的服務，從而與客戶、內容提供商產生更緊密、互利的深入合作關系，從而共創新的盈利增長點。

流量、距離自適應

軟件定義的OTN，可以根據光路的長度和經過的跨段數靈活選取適當的調制格式以及頻譜資源，小跨段數短路徑可以選擇滿足OSNR要求的高階調制格式，跨段數較多、傳輸距離長的光路，可以采用占用帶寬大，但是在低OSNR下能夠正常工作的低階調制格式，從而更有效利用線路頻譜資源，提高頻譜效率。

對于業務呈現多樣化的云網絡時代，傳統的光傳送網已無法滿足光網絡高效、靈活、開放的新需求。軟件定義的OTN，在彈性管道的基礎上提供即時帶寬管理、集中式控制虛擬化網絡資源以及開放的標準化應用接口，更關注于高效、靈活、開放的控制平面，實現一個靈活開放的新架構，是未來網絡演進的重要方向。