智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及發(fā)展

曾雅寧

（75841部隊(duì)92分隊(duì)，廣東 湛江 524094）

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等寬帶應(yīng)用的迅速發(fā)展，給光網(wǎng)絡(luò)的承載傳輸提出了更高的要求。就目前而言，智能光網(wǎng)絡(luò)憑借其高速傳輸、多元化應(yīng)用以及動(dòng)態(tài)、智能化資源配置等優(yōu)勢(shì)逐漸占據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要地位。然而，目前光網(wǎng)絡(luò)的智能化程度還不夠高，用戶服務(wù)多樣性還不能滿足日益增長(zhǎng)的現(xiàn)實(shí)需求。不斷研究、總結(jié)智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，不僅有助于相關(guān)技術(shù)理論體系的完善，同時(shí)對(duì)探討技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展也具有積極的指導(dǎo)意義。

1 智能光網(wǎng)絡(luò)的基本概述

智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種以控制軟件為核心，以信令協(xié)議為驅(qū)動(dòng)，能夠按照用戶要求實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)資源自動(dòng)分配和智能調(diào)度的新一代光網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)[1]。與傳統(tǒng)光傳送網(wǎng)相比，智能光網(wǎng)絡(luò)引入了信令控制、動(dòng)態(tài)交換以及策略驅(qū)動(dòng)等概念，并提出了業(yè)務(wù)層與傳送層之間的自動(dòng)協(xié)同工作機(jī)制，通過(guò)網(wǎng)元信令協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥詣?dòng)識(shí)別和智能交換的目的，具有一定的新穎性。智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的流程包括以下兩點(diǎn)，一是以網(wǎng)元間信令協(xié)議、路由協(xié)議以及鏈路管理協(xié)議為基礎(chǔ)達(dá)成控制層與傳送層通信，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和鏈路資源的自動(dòng)識(shí)別統(tǒng)計(jì)。二是以傳送層和交換層的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)智能控制層進(jìn)行呼叫連接的建立，完成端到端業(yè)務(wù)配置、智能路由設(shè)置以及自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)等功能。智能光網(wǎng)絡(luò)可以支持IP、Frame Relay以及ATM等模式信息的集中接入和統(tǒng)一傳輸，初步實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源的智能化分配和端到端動(dòng)態(tài)路由配置，滿足多種用戶的不同需求[2]。同時(shí)，能根據(jù)用戶需求實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)一體化智能派發(fā)，許多需人工進(jìn)行的操作由網(wǎng)絡(luò)本身即可自動(dòng)完成，是未來(lái)光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要發(fā)展方向。

2 智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的分類

2.1 基于多協(xié)議標(biāo)志交換協(xié)議的光網(wǎng)絡(luò)

基于GMPLS的自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)（Automatically Switched Optical Network，ASON）是指通過(guò)信令協(xié)議控制完成光網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)交換傳輸功能，具備動(dòng)態(tài)配置網(wǎng)絡(luò)資源能力的新一代光傳送網(wǎng)絡(luò)[3]。ASON/GMPLS的核心變化就是在傳統(tǒng)光傳送網(wǎng)的基礎(chǔ)上，將資源統(tǒng)計(jì)、信令轉(zhuǎn)發(fā)以及路徑管理等功能從管理平面中剝離出來(lái)形成單獨(dú)的控制平面，由傳統(tǒng)的兩個(gè)平面演變成3個(gè)平面，基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見(jiàn)圖1。傳送平面負(fù)責(zé)透?jìng)鳂I(yè)務(wù)，控制和管理平面負(fù)責(zé)通過(guò)GMPLS協(xié)議對(duì)傳送平面資源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)操作，并進(jìn)行路由的動(dòng)態(tài)建立和刪除、故障的快速定位與恢復(fù)，初步實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的按需分配。ASON可以在光層上直接提供服務(wù)，能夠快速配置用戶端到端路由并為用戶帶寬提供保護(hù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全級(jí)別的不同劃分和網(wǎng)絡(luò)資源的更有效利用。ASON首次將信令協(xié)議引入傳統(tǒng)傳送網(wǎng)，并引入動(dòng)態(tài)交換的概念，使交換和傳送兩個(gè)領(lǐng)域出現(xiàn)交集。通過(guò)引入智能控制平面來(lái)建立路由的呼叫和連接，是傳送網(wǎng)技術(shù)的一次重要突破，為光網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)智能化邁出重要一步[4]。

圖1 ASON網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平面圖

2.2 基于路徑計(jì)算單元的光網(wǎng)絡(luò)

基于PCE的自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)是在控制平面獨(dú)立于管理平面的基礎(chǔ)上，再將路徑管理和路由計(jì)算功能從控制平面中獨(dú)立出來(lái)，實(shí)現(xiàn)端到端路由集中式計(jì)算的平面模式。PCE采用獨(dú)立的路徑計(jì)算單元，主要負(fù)責(zé)多層域網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化管理和路徑的計(jì)算，在網(wǎng)絡(luò)資源利用率、路由優(yōu)化計(jì)算等方面具備更高的效率[5,6]。獨(dú)立于控制平面的計(jì)算功能架構(gòu)可以有效地提高網(wǎng)絡(luò)資源配置效率，集中的信息維護(hù)方式可為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的多約束路徑計(jì)算提供根本保證。此外，PCE加強(qiáng)了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通特性和路由尋址的可擴(kuò)展性，減輕了大量計(jì)算對(duì)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的沖擊，保證了最佳的計(jì)算效率與較高的路徑計(jì)算能力，提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率。通過(guò)充分考慮不同層域網(wǎng)絡(luò)的資源約束以獲得高效的資源配置方式，有效增強(qiáng)光網(wǎng)絡(luò)靈活性、擴(kuò)展性以及易控管性的要求。但PCE功能比較單一，不能單獨(dú)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，需要協(xié)同其他技術(shù)應(yīng)用，因此只能應(yīng)用于特定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

2.3 基于軟件定義的智能光網(wǎng)絡(luò)

軟件定義光網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Optical Network，SDON）是指以光傳送物理資源為基礎(chǔ)，通過(guò)軟件編程的方式對(duì)光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃和管理，快捷實(shí)現(xiàn)按要求提供服務(wù)的光網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。SDON是SDN與光傳送網(wǎng)結(jié)合的技術(shù)，是光網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)由面向連接需求到面向業(yè)務(wù)需求的轉(zhuǎn)變，其核心在于通過(guò)軟件驅(qū)動(dòng)，進(jìn)一步強(qiáng)化光網(wǎng)絡(luò)資源按需分配的特性[7]。網(wǎng)絡(luò)平面架構(gòu)如圖2所示。

圖2 SDON網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平面圖

SDON技術(shù)通過(guò)OpenFlow、NETCONF等南向接口協(xié)議的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備單元的基礎(chǔ)管理功能，并初步達(dá)成業(yè)務(wù)配置、QoS、OAM、業(yè)務(wù)保護(hù)以及網(wǎng)絡(luò)性能統(tǒng)計(jì)等功能，有利于實(shí)現(xiàn)多層域多約束的光網(wǎng)絡(luò)控制，更好地滿足用戶對(duì)光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行編制的基礎(chǔ)需求。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)虛擬化映射機(jī)制，利用軟件編程方式動(dòng)態(tài)定制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的資源優(yōu)勢(shì)，最大限度地提高網(wǎng)絡(luò)資源的有效利用率，提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維效率并降低維護(hù)成本。通過(guò)軟件控制對(duì)業(yè)務(wù)邏輯、控管策略以及傳輸資源進(jìn)行編程管理，為各層域不同的光層資源提供統(tǒng)一的調(diào)度能力，以滿足復(fù)雜化和多樣化的用戶需求，使用戶以更快的速度獲得想要的功能服務(wù)[8]。

SDON架構(gòu)突出了應(yīng)用功能與控管功能的相結(jié)合，初步實(shí)現(xiàn)了由以連接過(guò)程為核心的閉合式控制到以組網(wǎng)過(guò)程為核心的開(kāi)放式控制的模式轉(zhuǎn)變，在業(yè)務(wù)網(wǎng)與傳送網(wǎng)之間具備統(tǒng)一調(diào)度與控制能力，具有很好的應(yīng)用前景，代表了新一代智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組網(wǎng)和應(yīng)用的發(fā)展方向。

3 智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展

3.1 全光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步推進(jìn)

全光網(wǎng)絡(luò)是智能光網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)支撐，主要提供底層傳輸層和交換層的物理資源。一是提高光傳送層傳輸性能。研究超密集波分復(fù)用傳輸技術(shù)和數(shù)字相干技術(shù)，提高光纖傳輸容量并減小傳輸固有損耗，提高設(shè)備接收靈敏度和信道均衡能力，降低OSNR光信噪比，同時(shí)研究具備更高增益的編碼糾錯(cuò)技術(shù)以提升系統(tǒng)的健壯性，提高光纖傳輸?shù)目煽啃訹9]。二是設(shè)計(jì)和改進(jìn)光背板光路連接交換矩陣，最大限度地將手動(dòng)尾纖跳接演進(jìn)到光背板連接，實(shí)現(xiàn)光纖通路的小型化和光纖設(shè)備的高密集集成化。改進(jìn)靈活柵格技術(shù)以解決光波長(zhǎng)的可重配問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)和子波長(zhǎng)級(jí)交換控制以及波長(zhǎng)和波長(zhǎng)組的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)按需配置。三是研究多維度光交叉模塊和智能光絲編織技術(shù)，利用管理軟件控制任意方向和任意光口間的光路徑互聯(lián)互通，將不可變的光物理鏈路變成物理性能可感知、可調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)光信道，最終完全實(shí)現(xiàn)光路端口全互聯(lián)和光路交換的可編程特性。近年來(lái)，得益于DWDM技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及光邏輯和光存儲(chǔ)技術(shù)的重大突破，智能光網(wǎng)絡(luò)傳送技術(shù)將迎來(lái)進(jìn)一步發(fā)展。

3.2 深入研究光網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)

未來(lái)，智能網(wǎng)絡(luò)需要保證在滿足光傳輸性能前提下，能滿足多用戶特定訪問(wèn)和多網(wǎng)絡(luò)資源混合使用模式需求，因此需要通過(guò)光網(wǎng)絡(luò)虛擬化管理來(lái)提供針對(duì)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。一是深入研究跨層域光網(wǎng)絡(luò)物理層資源一體化模型抽象提取算法，進(jìn)而完成對(duì)光網(wǎng)絡(luò)的映射和封裝，提高光網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化分配效率。重點(diǎn)突破光傳輸模式與光網(wǎng)絡(luò)資源之間的物理特性限制，解決將光層物理?yè)p耗抽象提取并映射到光網(wǎng)絡(luò)虛擬層的問(wèn)題。二是統(tǒng)一開(kāi)放性網(wǎng)絡(luò)接口標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。研究統(tǒng)一架構(gòu)下的南向接口，增強(qiáng)拓?fù)涔芾砗玩溌钒l(fā)現(xiàn)等工程控制，以強(qiáng)化對(duì)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的控制和資源的利用。通過(guò)向應(yīng)用層開(kāi)放的北向接口，加強(qiáng)策略制定、表項(xiàng)下發(fā)等軟件應(yīng)用功能開(kāi)發(fā)，使業(yè)務(wù)應(yīng)用能夠充分便利地調(diào)用底層光網(wǎng)絡(luò)資源。三是加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)研究，通過(guò)管理軟件將應(yīng)用服務(wù)與物理層網(wǎng)絡(luò)設(shè)施分離，屏蔽物理平面細(xì)節(jié)并根據(jù)用戶的等級(jí)權(quán)限開(kāi)放相應(yīng)范圍的光網(wǎng)絡(luò)虛擬資源，讓用戶根據(jù)業(yè)務(wù)需求定義整合網(wǎng)絡(luò)資源，使用戶在應(yīng)用層上能夠直接實(shí)現(xiàn)光資源的規(guī)劃、配置以及管理，從而提高應(yīng)用的靈活性[10]。

3.3 網(wǎng)絡(luò)集中管控與智能運(yùn)維增強(qiáng)

未來(lái)智能光網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)具備智能的網(wǎng)絡(luò)資源規(guī)劃和統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管控功能，可進(jìn)行以業(yè)務(wù)性能為目標(biāo)的智能優(yōu)化和以業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)的智能故障分析與排障。一是強(qiáng)化基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的運(yùn)維管理。通過(guò)定義統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型增強(qiáng)不同廠商設(shè)備之間的兼容性與互通性，實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)可編排與資源可調(diào)度。進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化基于分布式的控制器層間接口協(xié)議，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分和跨層網(wǎng)絡(luò)資源的最優(yōu)配置，降低因?yàn)椴煌W(wǎng)域間的數(shù)據(jù)沖突而導(dǎo)致的系統(tǒng)性能劣化。采用高精度波長(zhǎng)監(jiān)控技術(shù)對(duì)底層光網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行監(jiān)控并數(shù)字化，確保網(wǎng)絡(luò)資源統(tǒng)一調(diào)度。二是提高基于機(jī)器學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)智能化運(yùn)維。智能化運(yùn)維管理將是未來(lái)智能光網(wǎng)絡(luò)的重要特點(diǎn)，可以通過(guò)引入人工智能AI自動(dòng)提取承載網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行參數(shù)。通過(guò)對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析形成對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況的全面掌控，提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)和管理效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理的智能化配置。三是強(qiáng)化基于網(wǎng)絡(luò)安全的控管機(jī)制。針對(duì)集中控制可能給網(wǎng)絡(luò)安全帶來(lái)更大的風(fēng)險(xiǎn)，需要實(shí)現(xiàn)物理層與控制層以及應(yīng)用層的有效隔離，建立備份機(jī)制來(lái)確保網(wǎng)絡(luò)的抗毀性。針對(duì)傳送信令對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源消耗較大的問(wèn)題，可將協(xié)議擴(kuò)散限定在一定的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域范圍內(nèi)，提高業(yè)務(wù)保護(hù)恢復(fù)性能，確保網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié) 論

智能光網(wǎng)絡(luò)是未來(lái)光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一個(gè)新的重要發(fā)展方向。未來(lái)智能化光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的光層智能化程度將會(huì)越來(lái)越高，其網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)含量也會(huì)越來(lái)越高，可以實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)、全光域的統(tǒng)一接入、交換以及傳輸。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化光網(wǎng)絡(luò)的多樣化服務(wù)將會(huì)得到進(jìn)一步提高，其應(yīng)用將逐步滲透到社會(huì)各行業(yè)、人們的日常生活以及特殊領(lǐng)域當(dāng)中，真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的方便快捷，滿足用戶日益增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求。