在SDON中面向成本優化的虛擬光網絡映射方法

陳伯文　王曉玲　沈綱祥

摘要：結合軟件定義光網絡和光網絡資源虛擬化的技術背景，對虛擬光網絡成本優化問題進行了深入研究。在軟件定義光網絡中采用軟件定義光網絡基礎服務架構和網絡資源抽象的虛擬光網絡服務架構，通過引入虛擬光網絡的映射模型，提出了虛擬光網絡映射策略和虛擬光網絡協同映射規劃方法，解決了面向成本優化的虛擬光網絡映射方法，可為未來光網絡虛擬化技術的應用提供技術支撐。

關鍵詞： 軟件定義光網絡；虛擬光網絡；網絡成本優化；映射方法

Abstract： In order to address cost optimization problems of virtual optical network （VON） mapping， software-defined optical network （SDON） architecture and VON mapping architecture are proposed. With the VON mapping model， the VON mapping strategies and the coordinated virtual nodes and virtual links mapping approaches are proposed to reduce the network cost. Network cost optimization problems are solved by the proposed VON mapping approaches. Therefore， some important technical supports will be provided by employing the proposed VON mapping models and approaches in the future.

Key words： SDON； VON； network cost optimization； mapping approach

隨著超高清視頻業務、移動業務、大數據、云服務的快速增長，互聯網業務與應用呈現出巨大帶寬增長態勢，正推動光網絡資源向著開放性方向發展。在大規模光組網和多種網絡技術融合的背景下，不同網絡資源之間相互耦合與疊加，形成了多種網絡的運營環境，加劇了網絡業務調度、網絡資源管理、網絡運營成本控制的難度，特別是在大規模組網結構下網絡資源效率問題。針對這一難題，可以根據用戶實際需求出發，通過軟件定義光網絡組件可編程技術，充分運用網絡功能與網絡資源虛擬化技術，通過業務統一控制、管理、分發，采用網絡資源虛擬化抽象功能，提高網絡靈活控制與管理能力。為了適應光網絡虛擬化技術的快速發展，通過把軟件定義光網絡資源抽象方式，用戶能夠靈活自由配置所需的網絡資源，網絡運營商能夠最大程度地利用網絡資源，并能夠保證光網絡服務質量。因此，研究光網絡虛擬化優化技術將成為關鍵問題。

在虛擬光網絡（VON）的服務需求驅動下，光網絡虛擬化可以消除光網絡的資源分配與調度僵化，促進光網絡架構和服務的創新[1-5]。虛擬光網絡能夠使用戶在同一個物理光網絡配置需要的帶寬資源，以滿足用戶動態可配置光層的網絡資源要求。同時，在虛擬光網絡映射到物理光網絡中，需要考慮虛擬光網絡映射的生存性[6-9]，以保證網絡高可靠近的服務質量。用戶通過網絡運營商提供標準接口運行不同的網絡資源，以降低網絡成本、節省能量消耗、提高頻譜效率。為了使虛擬光網絡映射到軟件定義光網絡，需要根據不同優化目標，提出相應的虛擬光網絡映射算法，從而解決虛擬光網絡[10-13]的映射問題。在軟件定義光網絡中，為了提高網絡的管理和運營能力，通過恰當選擇承載業務的線速率和相應調制格式，提出多目標成本和頻譜優化方法[14]，保證網絡的成本和頻譜效率最優化。從多層網絡資源優化設計入手，通過多流光轉發器的切片化，采用了網絡成本效率評估模型，可以有效減少網絡的成本[15]。然而，這些文獻都缺乏對虛擬光網絡成本優化問題的研究。

一般地，為了滿足用戶對網絡資源的靈活配置需求，軟件定義光網絡通過資源虛擬化的服務方式，使不同用戶能夠通過規范的接口，在同一個軟件定義光網絡中靈活配置與調度網絡資源，以滿足用戶或網絡運營商的服務需求。然而，如何把虛擬光網絡映射到軟件定義光網絡中，是提高光網絡的頻譜效率、降低網絡成本、節省網絡能耗的關鍵問題。本文主要介紹軟件定義光網絡基礎服務架構，討論基于網絡資源抽象化的虛擬光網絡服務架構，通過引入虛擬光網絡的映射模型，提出虛擬光網絡的映射策略和虛擬光網絡協同映射規劃方法。

1 基于軟件定義光網絡的

虛擬光網絡服務架構

1.1 軟件定義光網絡服務架構

軟件定義光網絡 （SDON）是指光網絡的物理基礎結構和網絡功能可以根據用戶或運營商需求，利用軟件編程的方式進行動態接入、管理、控制、調度。圖1展示了軟件定義光網絡服務架構，主要包含軟件定義光網絡物理基礎結構、物理光層控管平面、網絡資源控管平面、應用服務控管平面。首先，軟件定義光網絡的關鍵部件是基于開放流（OpenFlow）協議控制器。它擁有全局的網絡拓撲信息、進行全網拓撲信息獲取與維護；可以獲取全網資源信息狀態，并進行網絡資源虛擬化抽象，集中網絡資源信息，以及統一分配與調度資源；根據網絡業務流量服務需求，對業務進行路由計算、控制網絡流量、記錄業務轉發狀態。其次，網絡控制器一方面通過OpenFlow控制協議對物理光層信號質量監控和網絡資源虛擬與抽象，對網絡節點進行智能軟件編程控管；另一方面，通過擴展網絡虛擬資源協議，采用網絡層控制器與應用層控制器協同聯動控管技術，應用層控制器通過對應用服務請求的接入功能進行調控，優化網絡資源配置與節省網絡運營成本等。最后，基于OpenFlow協議控制器的核心功能在于光網絡組件的可編程性，包括網絡業務處理方式可編程、控制與管理方法可編程、傳輸設備功能可編程等，并且具備業務動態靈活配置與開放式控制接口的最佳適配能力。根據設計不同的目標函數，通過引入不同的虛擬光網絡映射模型，按照預先設定的虛擬光網絡映射策略與算法，運行不同的虛擬光網絡映射方法，提高軟件定義光網絡的資源利用效率和降低網絡運營成本。