基于傳送API的POTN設(shè)備建模方法研究和實踐

（中國電信股份有限公司北京研究院，北京 102209）

基于傳送API的POTN設(shè)備建模方法研究和實踐

荊瑞泉，胡騫，趙國永

（中國電信股份有限公司北京研究院，北京 102209）

如何利用層次化的SDN控制架構(gòu)實現(xiàn)對分組增強(qiáng)型OTN（POTN）設(shè)備的有效控制是當(dāng)前傳送SDN領(lǐng)域研究的一個重點，其涉及對POTN設(shè)備建立合理的信息模型。首先對基于傳送API的POTN設(shè)備建模方法的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，然后提出了一種針對集中交換型POTN設(shè)備的建模方法，并在2016年OIF/ONF聯(lián)合組織的全球傳送SDN（TAPI）互聯(lián)互通演示中，對所提出的建模方法進(jìn)行了測試驗證。

傳送SDN；傳送API；信息模型；分組增強(qiáng)型OTN

1 引言

將SDN應(yīng)用到傳送網(wǎng)后，可以改善傳送網(wǎng)在多廠商、多域環(huán)境下的端到端組網(wǎng)能力，提高端到端業(yè)務(wù)的開通速度和網(wǎng)絡(luò)運營效率，增強(qiáng)傳送網(wǎng)的業(yè)務(wù)創(chuàng)新能力和開放性。在傳送SDN中，一般采用層次化的SDN控制器架構(gòu)，如圖1所示。在每個設(shè)備廠商的控制域內(nèi)設(shè)置一個單域控制器，該控制器由設(shè)備商開發(fā)。同時，在單域控制器之上設(shè)置一個多域控制器（或稱為協(xié)同控制器），對下面的單域控制器進(jìn)行統(tǒng)一控制。采用這種層次化的控制器架構(gòu)，運營商可以通過多域控制器獲得多域網(wǎng)絡(luò)的全局視圖，從而實現(xiàn)對多域網(wǎng)絡(luò)的全局控制和端到端的業(yè)務(wù)提供能力。目前多域控制器和單域控制器之間的API的主流標(biāo)準(zhǔn)是ONF（Open Networking Foundation，開放網(wǎng)絡(luò)基金會）的OTWG（Optical Network Working Group，光網(wǎng)絡(luò)工作組）制定的傳送API（transport API，T-API）。

圖1 層次化的傳送SDN控制器架構(gòu)模型

而在傳送平面，傳送網(wǎng)設(shè)備正在朝著綜合傳送平臺的方向發(fā)展，即所謂的多業(yè)務(wù)承載OTN（MS-OTN）或分組增強(qiáng)型OTN（POTN）設(shè)備。分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備是指同時具有ODU交叉和分組交換 （如以太網(wǎng)和MPLS-TP）能力，可實現(xiàn)對TDM和分組業(yè)務(wù)統(tǒng)一傳送的設(shè)備。POTN采用通用交換平臺可以適應(yīng)各個運營商不同的傳送網(wǎng)組網(wǎng)策略。

目前在傳送網(wǎng)中引入SDN的一個研究重點就是如何利用層次化的SDN控制架構(gòu)實現(xiàn)對POTN多層交換技術(shù)（ODU/ETH/MPLS-TP）的控制，而這就需要對POTN設(shè)備建立合理的信息模型。本文首先對基于傳送API的POTN設(shè)備建模方法的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，然后提出了一種針對集中交換型POTN設(shè)備的建模方法，并在2016年OIF/ONF聯(lián)合組織的全球傳送SDN（T-API）互聯(lián)互通演示中，對所提出的建模方法進(jìn)行了測試驗證。

2 POTN設(shè)備建模方法現(xiàn)狀

簡化的POTN設(shè)備功能模型如圖2所示[1]。對于從客戶側(cè)UNI進(jìn)入的分組業(yè)務(wù)（如以太網(wǎng)），有以下兩種處理方式。

圖2 簡化的POTN設(shè)備功能模型

方式一：業(yè)務(wù)經(jīng)過分組交換和映射處理后，先經(jīng)過ODU交換模塊，然后再輸出到線路側(cè)NNI（虛線路徑）。由于采用這種處理方式的POTN設(shè)備的分組交換和處理功能一般是在客戶側(cè)板卡上實現(xiàn)，因此稱為板卡型POTN。

方式二：業(yè)務(wù)經(jīng)過分組交換和映射處理后，直接輸出到線路側(cè)NNI（實線路徑）。由于采用這種處理方式的POTN設(shè)備一般采用集中式的統(tǒng)一交換單元，因此稱為集中交換型POTN。

為了能夠在如圖1所示的網(wǎng)絡(luò)中對多廠商POTN設(shè)備進(jìn)行控制，需要建立POTN設(shè)備的統(tǒng)一信息模型。目前ONF T-API項目已經(jīng)對板卡型POTN設(shè)備的建模方法進(jìn)行了描述和規(guī)范[2]，而對集中交換型 POTN設(shè)備的建模方法還在研究之中[3]。國內(nèi)SDN產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟針對集中交換型POTN設(shè)備的建模方法如圖3所示，該方法存在以下幾個問題。

·將每個連接到 POTN設(shè)備以太網(wǎng)交換單元（Eth FD）的線路側(cè)接口實例化為一個抽象的ODU交換節(jié)點，另外還需要實例化一個抽象ODU節(jié)點接入ODU業(yè)務(wù)。存在實例化抽象節(jié)點數(shù)量多、拓?fù)渚S護(hù)管理復(fù)雜的問題。

·Eth連接和ODU連接采用一對一的映射方式，并由單域控制器進(jìn)行關(guān)聯(lián)。此方案不能實現(xiàn)ODU服務(wù)層資源的共享，因此不支持帶寬共享的以太網(wǎng)虛擬專線業(yè)務(wù)。

·ODU服務(wù)層路徑的建立由以太網(wǎng)層連接需求驅(qū)動自動建立，網(wǎng)絡(luò)運營商的可控性差。

3 集中交換型POTN設(shè)備建模方法

本文針對現(xiàn)有集中交換型POTN設(shè)備建模方法存在的問題，提出了一種新的建模方法和業(yè)務(wù)實現(xiàn)系統(tǒng)，以滿足集中交換型POTN設(shè)備采用層次化SDN控制器架構(gòu)實現(xiàn)多域組網(wǎng)的需求，避免了現(xiàn)有技術(shù)方案存在的問題。

本文提出的集中交換型POTN設(shè)備建模方法工作流程如圖4所示，主要分為以下4個步驟。

（1）鏈路抽象和建模：包括對混合線卡鏈路的建模以及對節(jié)點間多鏈路的支持。

（2）對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行抽象，將 POTN抽象為以太網(wǎng)和ODU兩層網(wǎng)絡(luò)，并完成初始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞陌l(fā)現(xiàn)。

（3）根據(jù)業(yè)務(wù)預(yù)測和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，建立以太網(wǎng)層拓?fù)洌▎斡蚓W(wǎng)絡(luò)和多域網(wǎng)絡(luò)兩種建立方式。

（4）確定各種業(yè)務(wù)的建立流程，包括 GE/10GE透傳業(yè)務(wù)、EPL業(yè)務(wù)、EVPL業(yè)務(wù)。

圖3 現(xiàn)有集中交換型POTN設(shè)備建模方法

圖4 集中交換型POTN設(shè)備建模流程

對上述建模流程中的幾個關(guān)鍵步驟進(jìn)行具體介紹。

（1）混合線卡建模方法

集中交換型POTN設(shè)備支持以下3種類型的線路側(cè)接口（即線路側(cè)板卡，簡稱線卡）。

·ODU線卡：只支持ODU業(yè)務(wù)，用于連接抽象的ODU交換節(jié)點。

·分組線卡：只支持以太網(wǎng)或MPLS-TP分組業(yè)務(wù)（采用Eth/MPLS-TP over ODU方式），用于連接抽象的以太網(wǎng)（Eth）/MPLS-TP交換節(jié)點，中間可經(jīng)過ODU交換節(jié)點。本文以Eth為例進(jìn)行說明。

·混合線卡：可同時支持ODU和以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，用于抽象的ODU交換節(jié)點之間、Eth交換節(jié)點之間以及ODU交換節(jié)點和Eth交換節(jié)點之間的連接。

采用ODU線卡和分組線卡的POTN連接示意如圖5所示。

圖5 采用ODU線卡和分組線卡的POTN連接示意

當(dāng)采用混合線卡時，兩個POTN設(shè)備之間只需要一條OTN物理鏈路即可實現(xiàn)如圖5所示的各種連接關(guān)系。混合線卡建模示意如圖6所示。以圖6為例，對混合線卡的建模方法說明如下。

（1）根據(jù)需要，將一個混合線卡物理接口抽象為兩個ODU接口和兩個分組接口，如圖6所示。

（2）在步驟（1）的基礎(chǔ)上，根據(jù)組網(wǎng)需要可將一條物理鏈路（如OTU2 10 Gbit/s鏈路）抽象成2～4條邏輯鏈路。

（3）每條邏輯鏈路的最大帶寬等于物理鏈路的最大帶寬。

（4）當(dāng)在一條邏輯鏈路中建立了一條ODU連接后，需要同時更新4條邏輯鏈路的時隙資源占用情況（由單域控制器向多域控制器主動上報）。

圖6 混合線卡建模示意

采用以上建模方法，混合線卡與非混合線卡可以采用相同的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)和業(yè)務(wù)建立流程，并可按需靈活分配分組業(yè)務(wù)和ODU業(yè)務(wù)占用的鏈路資源。

（2）Eth over ODU鏈路建模方法

在分組增強(qiáng)型OTN中，不同POTN設(shè)備中的以太網(wǎng)交換模塊之間采用OTN鏈路進(jìn)行連接，如圖7所示。在本文的方案中，將一個物理的OTN接口抽象為一個OTN端點、N個ODU連接端點和N個以太網(wǎng)端點。其中N的大小取決于OTN鏈路帶寬、ODU連接帶寬和ODU連接數(shù)量3個因素。

圖7 Eth over ODU鏈路建模方法示意

為了能夠在抽象的以太網(wǎng)節(jié)點之間建立以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，首先需要在以太網(wǎng)節(jié)點之間建立以太網(wǎng)鏈路 （Eth over ODU類型），形成以太網(wǎng)層拓?fù)洹Ｏ旅娣謩e對單域網(wǎng)絡(luò)和多域網(wǎng)絡(luò)中的以太網(wǎng)鏈路建立流程進(jìn)行描述。

（1）單域網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)鏈路建立流程

在圖1所示的層次化SDN控制器組網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，單域網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)鏈路建立流程如下。

①多域控制器向單域控制器請求在兩個以太網(wǎng)節(jié)點之間建立一條服務(wù)層ODU連接。

②服務(wù)層ODU連接建立成功后（中間可經(jīng)過ODU交換節(jié)點，圖7中未畫出），單域控制器自動完成該ODU連接與兩個以太網(wǎng)端點的關(guān)聯(lián)。

③基于上述ODU連接及其與兩個以太網(wǎng)端點的關(guān)聯(lián)，單域控制器生成一條以太網(wǎng)鏈路，并上報給多域控制器。

④重復(fù)以上步驟，最終形成以太網(wǎng)層的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

在本方案中，一條以太網(wǎng)鏈路可以只承載一條以太網(wǎng)業(yè)務(wù)（即以太網(wǎng)專線），也可以由多條以太網(wǎng)業(yè)務(wù)共享（即以太網(wǎng)虛擬專線）。

（2）多域網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)鏈路建立流程

多域網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)鏈路建立流程如圖8所示。以A域的A.1和B域的B.4之間建立一條以太網(wǎng)鏈路為例，多域網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)鏈路建立流程如下。

①多域控制器收到以太網(wǎng)鏈路建立請求后，計算端到端路由，并拆分為A域和B域的分段路由。

②多域控制器向A域控制器發(fā)送ODU連接1的建立請求。

③A域控制器建立ODU連接1，并在ODU連接1的基礎(chǔ)上自動生成以太網(wǎng)端點 24，然后將結(jié)果反饋給多域控制器。

④同理，B域控制器完成建立ODU連接2和以太網(wǎng)端點26，然后將結(jié)果反饋給多域控制器。

⑤多域控制器將ODU連接1和ODU連接2拼接起來形成ODU連接3，并在其上生成以太網(wǎng)鏈路1（以太網(wǎng)端點24和以太網(wǎng)端點26之間）。

與單域網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)鏈路建立流程的主要區(qū)別是，在多域網(wǎng)絡(luò)中以太網(wǎng)鏈路的生成由多域控制器完成。

本文提出的技術(shù)方案相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點。

·將每個POTN物理設(shè)備抽象為一個ODU交換節(jié)點和一個以太網(wǎng)交換節(jié)點，實例化節(jié)點數(shù)量少，拓?fù)涔芾韺崿F(xiàn)簡單。

·ODU服務(wù)層路徑的建立可以由以太網(wǎng)層連接需求驅(qū)動自動建立，也可以由網(wǎng)絡(luò)操作人員根據(jù)業(yè)務(wù)預(yù)測和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃人工建立，可管可控性好。

· 可以同時支持以太網(wǎng)專線和以太網(wǎng)虛擬專線業(yè)務(wù)。

· 采用本文提出的混合線卡建模方法，混合線卡與非混合線卡可以采用相同的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)和業(yè)務(wù)建立流程，并可按需靈活分配分組業(yè)務(wù)和ODU業(yè)務(wù)占用的鏈路資源。

4 系統(tǒng)開發(fā)和測試驗證

基于本文提出的集中交換型POTN設(shè)備建模方法，開發(fā)了多域控制器系統(tǒng)，并組織國內(nèi)主流的通信設(shè)備廠商開發(fā)了單域控制器和相關(guān)POTN設(shè)備。在此基礎(chǔ)上，聯(lián)合中國信息通信研究院、中興通訊、華為和烽火網(wǎng)絡(luò)參加了2016年OIF/ONF聯(lián)合組織的全球傳送SDN互聯(lián)互通測試和演示。本次演示有 5個運營商、11個系統(tǒng)廠商參與，整體互聯(lián)拓?fù)淙鐖D9所示。

實驗室的組網(wǎng)拓?fù)淙鐖D10所示。

圖8 多域網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)鏈路建立流程

圖9 OIF/ONF全球傳送SDN互操作演示互聯(lián)拓?fù)?/p>

圖10 實驗室組網(wǎng)拓?fù)?/p>

在本次測試中，所開發(fā)的多域控制器成功實現(xiàn)了與3個廠商單域控制器的互聯(lián)互通。在多廠商組網(wǎng)場景下實現(xiàn)了端到端以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的建立、修改、查詢和刪除以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒐?jié)點、鏈路和端口的查詢等功能。跨域業(yè)務(wù)建立成功后的拓?fù)湟晥D如圖11所示。在圖11中，左邊和中間兩個域采用的是集中交換型POTN設(shè)備，每個物理設(shè)備對應(yīng)一個抽象的以太網(wǎng)節(jié)點和一個ODU節(jié)點；右邊的域采用的是板卡型POTN設(shè)備，每個以太網(wǎng)處理板卡對應(yīng)一個抽象的以太網(wǎng)節(jié)點，因此每個物理設(shè)備會對應(yīng)多個抽象的以太網(wǎng)節(jié)點。

本次測試成功驗證了本文提出的基于傳送 API的POTN設(shè)備建模方法的可行性。傳送SDN的控制層間接口規(guī)范直接影響SDN在光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣，通過積極參與全球傳送SDN互聯(lián)互通測試，有利于推動傳送API標(biāo)準(zhǔn)的日趨成熟和完善，滿足運營商傳送網(wǎng)多廠商、多域組網(wǎng)的需求。

圖11 跨域拓?fù)浜蜆I(yè)務(wù)的拓?fù)湟晥D

5 結(jié)束語

本文提出了一種基于傳送API的集中交換型POTN設(shè)備建模方法，對ONF T-API規(guī)范在這方面的不足進(jìn)行了補(bǔ)充和完善。POTN是今后一段時期內(nèi)傳送網(wǎng)建設(shè)的主要設(shè)備形態(tài)，可用于提供以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)、5G承載等，是這幾年傳送SDN應(yīng)用研究一直重點關(guān)注的傳送技術(shù)領(lǐng)域。本文提出的建模方法對于推動傳送SDN在POTN建設(shè)中的部署應(yīng)用具有重要的借鑒意義。目前ONF T-API標(biāo)準(zhǔn)還在不斷的發(fā)展和完善之中，筆者將結(jié)合國內(nèi)運營商的組網(wǎng)和業(yè)務(wù)發(fā)展需求，積極推動傳送API相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的成熟完善。在后續(xù)工作中，將進(jìn)一步擴(kuò)展試驗的內(nèi)容，以支持更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)功能和更多的應(yīng)用，如保護(hù)恢復(fù)、OAM監(jiān)視和BoD業(yè)務(wù)等。

[1]ITU-T.Types and characteristics of optical transport network equipment:G798.1[S].2013.

[2]ONF.Functional requirements for transportAPI:TR-527[S].2016.

[3]ONF.Additionalmulti-layer and multi-domain use cases[S].2016.

Research and practice of POTN equipment m odeling method based on transporrt API

JING Ruiquan,HU Qian,ZHAO Guoyong
Beijing Research Institute of China Telecom Co.,Ltd.,Beijing 102209,China

How to controlpacketenhanced OTN (POTN)equipmentby using hierarchicalSDN controllers is the research focus of the transport SDN,which involves reasonable modeling of POTN equipments.Firstly,the status of POTN equipment modeling method based on transport API was analyzed.Then a modeling method for centralized switching POTN equipment was proposed.During OIF/ONF 2016 global transport SDN prototype demonstration,the proposed modeling method was verified by testing.

transport SDN,transport API,information model,POTN

TN914

：A

10.11959/j.issn.1000-0801.2017075

荊瑞泉（1972-），男，中國電信股份有限公司北京研究院教授級高級工程師，傳送網(wǎng)專業(yè)專家，主要研究方向為傳送SDN、OTN、網(wǎng)絡(luò)運營系統(tǒng)等。

胡騫（1988-），男，博士，中國電信股份有限公司北京研究院工程師，主要研究方向為傳送SDN和網(wǎng)絡(luò)運營系統(tǒng)。

趙國永（1978-），男，中國電信股份有限公司北京研究院系統(tǒng)架構(gòu)師，主要研究方向為傳送SDN、軟件系統(tǒng)架構(gòu)等。

2017-02-07；

2017-03-09

超高速寬帶通信北京市重點實驗室資助項目（No.BZ0268）

Foundation Item:Beijing Key Laboratory on Ultra High-Speed Broadband Communication（No.BZ0268）