光網絡的智能化發(fā)展—SDON開創(chuàng)新型網絡架構

常新征 梁燕

【摘要】 自光網絡作為傳送網發(fā)展至今，在數(shù)據(jù)網絡的推動下，從傳統(tǒng)的點到點WDM光網絡到ASON再到SDON，智能化發(fā)展趨勢越來越明顯。在當前大型多域異構的網絡環(huán)境下，SDON以其配置靈活，擴展、調節(jié)、適應能力強的特點必將主宰未來光網絡的智能化發(fā)展方向。

【關鍵詞】 光網絡 智能化 SDN

一、引言

光網絡自興起以來，從最初所承載的單一話音業(yè)務，直到現(xiàn)在的多業(yè)務、大數(shù)據(jù)、高容量傳送平臺的應用，從最初的點對點通信到現(xiàn)在的動態(tài)配置傳輸需求，其技術的發(fā)展在幾十年的時間里歷經多個標志性的里程碑。在網絡帶寬容量不斷提升、多業(yè)務、大數(shù)據(jù)以及網絡的靈活性、擴展性的需求驅動下，光網絡的智能化發(fā)展已經勢在必行。

二、光網絡智能化發(fā)展歷程

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

三、智能光網絡

3.1 ASON 的技術優(yōu)勢

ASON 是最初的“智能光網絡”，因采用格形組網來避免大量故障影響業(yè)務的情況而具備極強的生存能力；網絡提供的保護恢復方式遵從優(yōu)先級原則，提供差異化的服務；為客戶提供最優(yōu)路由，資源利用率高達 50% 以上；升級擴容能力更強，擴大網絡中的鏈路容量即可實現(xiàn)擴容；建設和維護成本有所降低，網絡規(guī)模越大，經濟性越強[1]。ASON 通常采用 GMPLS 協(xié)議，若需完成對多種傳送顆粒的有效控制，實現(xiàn)傳送網智能化，必須對其擴展和延伸，同時還需進一步提高網絡保護恢復的性能。ASON 可加載于 SDH 或 OTN 為其提供控制平面，實現(xiàn)光層和電層相結合的智能調度，將傳輸、交換和數(shù)據(jù)三個本身不存在聯(lián)系的網絡有效結合在一起，實現(xiàn)全網 ASON 智能化。

3.2 ASON 所暴露的問題

①網絡高度異構性。長期共存的多種類型的傳輸/交換標準和技術如 SDH、WDM、OTN以及不同設備的結構/接口類型往往增加了域間連接的復雜度；

②兩大接口商用化程度低。ASON 體系架構中包含三種接口，即用戶網絡接口 UNI、外部網絡節(jié)點接口 E-NNI、內部網絡節(jié)點接口 I-NNI，網絡信息在網絡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。一般來說域內網絡網絡拓撲結構以及資源信息的保密性是由運營商掌握的，來自于不同制造商的不同的技術規(guī)范和設備參數(shù)是不開放的，這就會導致域內信息不能被整個網絡所共享，增加路由和連接控制的困難；

④控制平面復雜。應用 UNI 接口需要對 GMPLS 進行擴展，從而增加代碼的復雜性；網絡出現(xiàn)不可預期的爆爭情況時，GMPLS 中所采用的分布式鏈路狀態(tài)路由協(xié)議（OSPF等）又會面臨收斂性和穩(wěn)定性的問題。

四、光網絡的高度智能化

4.1 SDON的技術優(yōu)勢

SDON（圖1）與傳統(tǒng)光網絡相比，其接口更加開放。目前，SDON的北向接口仍處在進一步的研究狀態(tài)，南向接口和東西接口則多采用OpenFlow（OF）、PCEP等協(xié)議，能夠良好地實現(xiàn)多域異構網絡的互聯(lián)互通。在當前數(shù)據(jù)網絡SDN化的基礎上，需借助對控制機制的相應擴展、成熟的集中管控方式，不斷完善其接口信息的統(tǒng)一和標準化[2]，實現(xiàn)光網絡向 SDON 的平滑演進。有關實驗表明，超過3跳創(chuàng)建一個彈性光路時，基于OpenFlow 的控制平面性能明顯優(yōu)于基于GMPLS 的控制平面。這是因為在基于GMPLS的控制平面中，信息逐跳處理的方式會使得路徑較長時（跳數(shù)增加），其信令時延比例同時增加。而基于 OpenFlow 的 SDON 采用集中控制器控制的所有節(jié)點幾乎同時進行，因此其路徑配置的延遲對于跳數(shù)敏感度較低。

4.2 SDN 技術引入路線

區(qū)別于數(shù)據(jù)網絡的 SDN 化，光網絡本身具備控制與轉發(fā)分離的體系架構（ASON），集中管理控制系統(tǒng)的應用如路徑計算單元（PCE）、面向連接的特性表明當前的光網絡已經呈現(xiàn)出部分 SDN 特征，對于引入 SDN 技術都提供了有力條件。光網絡引入 SDN 技術可采用三種方案[3]：利用光網絡較完善的控制平面，強化北向 API 開放；使用 OpenFlow協(xié)議，強化南向 API 開放；OpenFlow 兼容 ASON 及 PCE 的相關功能。智能化 SDON 的控制架構也分為三種情況，即PCE 控制架構、Pure SDON 控制架構、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算功能，②將 PCE 直接作為 OF 控制器的一個頂層應用程序，③通過擴展管理功能完全整合、連接 OpenFlow 控制器與一個有狀態(tài)的 PCE，來實現(xiàn)二者的集成[4]。

上述三種模型在功能上都是等價的，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。通常情況下會采用第3個模型，這是由于共同的、共享的數(shù)據(jù)結構和狀態(tài)可以簡化并行的訪問和更新。從網絡拓撲結構和連接管理角度來說，雙方相互補充，PCE 主要負責計算路徑，OpenFlow 控制器則承擔網絡數(shù)據(jù)層中的轉發(fā)配置任務。OpenFlow 控制器以及相關協(xié)議所配置的節(jié)點轉發(fā)行為使得 PCE 的組件變得活躍，OpenFlow 控制器同樣受益于 PCE 路徑計算的性能。一個有狀態(tài)的活躍的 PCE 不僅能夠在計算路由過程中利用動態(tài)鏈接作為可用的信息，還能變更已經存在的路由，從而更高效地利用資源，實現(xiàn)動態(tài)地運行和優(yōu)化網絡；而一個 OpenFlow控制器是一個邏輯上集中的實體，采用OpenFlow協(xié)議實現(xiàn)控制平面和底層網絡設備轉發(fā)平面的配置。將SDN技術應用于光傳送網絡中，必須對標準的OpenFlow協(xié)議進行擴展，主要是針對OpenFlow中的流條目進行擴展，如下圖2所示包含了WXC中所有的交叉連接信息。在靈活光網絡域中，光路的頻譜可以靈活根據(jù)流量的要求進行調整。因此，在SDON架構中，可以通過更新OF-BVOS（基于OF的帶寬可變的光交換結構）流條目實現(xiàn)調整。在流入口記錄流量速率的特性。當流量速率變化，OF-BVOS將發(fā)送頻譜調整信息給控制器，以產生一個新的流條目。然后，控制器將更新流條目，以OF-BVOSs完成相關的頻譜調整操作。

五、結束語

引入 SDN 技術能夠直接影響光傳送網控制平面的智能化演進以及多業(yè)務分組化的發(fā)展趨勢，同時其實現(xiàn)了軟硬件解耦的特性也開創(chuàng)了光傳送網發(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、能耗感知與質量評估，支持光傳輸可調單元的多參數(shù)選擇，大幅提升底層資源的傳輸質量。此外，由于接口開放，SDON 便于應用層的業(yè)務提供和區(qū)分，可有效處理大型多域異構網絡的互聯(lián)互通、統(tǒng)一控制調度、靈活的運維和升級，其強大的適應、擴展、調節(jié)能力能夠優(yōu)化光網絡層分層多域架構、可編程控制。引進SDN 技術是光網絡變革邁向高度智能化的必然趨勢。

參 考 文 獻

[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] 張國穎，徐云斌，王郁.軟件定義光傳送網的發(fā)展現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及演進趨勢[J].電信網技術，2014，6：26-27.

[3] 張國穎，徐云斌.擁抱 SDN，光網絡進化正當時[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.