基于SDN的OTN和UTN網(wǎng)絡融合技術研究

王雅楠，崔東升

（內(nèi)蒙古自治區(qū)郵電規(guī)劃設計院有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070）

0 引 言

在信息化時代，網(wǎng)絡技術已經(jīng)深入人們的日常生活和工作，為人們帶來了極大的便利。當前，軟件定義網(wǎng)絡（Software Defined Network，SDN）是網(wǎng)絡領域關注度非常高的內(nèi)容之一。SDN建立在互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng)基礎上，使用Multi code packet encryption技術、Multi layered技術、Network Slicing技術、分布式賬本技術（Distributed ledger Technology，DLT）以及Next-Hops技術等，可以在最短的時間里實現(xiàn)基于Internet的點對點、點對網(wǎng)、網(wǎng)對網(wǎng)的安全私有虛擬網(wǎng)絡搭建，完成人與物的可靠、高速、安全連接，保證數(shù)據(jù)能夠快速、準確、安全地從生產(chǎn)者抵達指定的消費者。SDN為互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)未來的發(fā)展提供了新的方向，彌補了控制功能受設備限制的不足，實現(xiàn)了用戶的獨立操作性，可以隨時對控制功能進行編程。

1 SDN概述

SDN是比較新穎的一種網(wǎng)絡形式，是實現(xiàn)網(wǎng)絡虛擬化的方式之一，能夠通過軟件編程的形式對網(wǎng)絡進行定義和控制[1]。傳統(tǒng)網(wǎng)絡水平是標準和開放的，網(wǎng)元之間可以實現(xiàn)互聯(lián)。從計算機方面看，不只水平是標準和開放的，垂直也同樣如此，有各種軟硬件、系統(tǒng)等等，編程人員制作各種軟件應用非常簡單。從垂直的角度看，網(wǎng)絡是較為封閉的，并且框架不清晰。但SDN可以讓整個網(wǎng)絡的垂直方向變得開放、標準化、可編程，讓人使用起來更加方便。該技術可以在很大程度上降低設備的負載能力，與網(wǎng)絡運營商共同控制基礎設施，減少運營成本，是最具有發(fā)展?jié)摿Φ木W(wǎng)絡技術之一。SDN設計使用的是分層思想，包含控制層、數(shù)據(jù)層等。在控制層，其所具備的邏輯中心化和可編程的控制器能夠收集到全局網(wǎng)絡信息，可以為相關人員管理配置網(wǎng)絡和部署新協(xié)議提供很大的便利。在數(shù)據(jù)層，其具有數(shù)據(jù)轉發(fā)功能，可以快速對數(shù)據(jù)包進行處理和匹配，在很大程度上滿足流量不斷增長的需求。SDN能夠將網(wǎng)絡中交換設備的控制邏輯全部放在一個計算機中，進一步提高網(wǎng)絡管理配置[2-4]。SDN從整體架構上來講，是關乎數(shù)據(jù)平面、控制平面、應用平面三個方面，數(shù)據(jù)平面主要的硬件組成為交換機，各設備通過SDN數(shù)據(jù)通路連接；控制平面是以邏輯為中心的SDN控制器，主要負責各種轉發(fā)規(guī)則的控制；應用平面則涵蓋著基于SDN的網(wǎng)絡應用，用戶不用過度關注底層細節(jié)就可以實現(xiàn)編程、部署新應用。SDN體系結構如圖1所示。

圖1 SDN體系結構

SDN結構是開放的，將控制器作為邏輯中心，南向和北向接口分別負責數(shù)據(jù)平面通信、應用平面通信，東西向負責多控制器間的通信。南向接口CDPI使用的是OpenFlow協(xié)議，其最基本的特點是基于流（Flow）的概念匹配轉發(fā)原則，交換機和流表之間是相互關聯(lián)的，需要依據(jù)流表中的轉發(fā)原則進行操作，流表的建立、維護和下發(fā)是由控制器來掌控的。對于北向接口，應用程序通過北向接口編程來調(diào)用所需的各種網(wǎng)絡資源，實現(xiàn)對網(wǎng)絡的快速配置和部署。東西向接口讓控制器有了可擴展性，為負載均衡和性能提升提供了技術保障。

2 OTN和UTN融合需求分析

城域網(wǎng)中包含的業(yè)務種類非常多，其網(wǎng)絡層次和拓撲較為煩瑣，需要采取有效的措施對城域網(wǎng)絡層次進行簡化。綜合業(yè)務光傳輸網(wǎng)（Universal Transport Network over Fiber，UTN）是面向LTE時代的多業(yè)務承載網(wǎng)絡，現(xiàn)階段主要進行移動業(yè)務的回傳和匯聚[5]。一般情況下，城域邊緣會部署很多的UTN接入設備。現(xiàn)網(wǎng)中在移動回傳業(yè)務匯聚層達到10G顆粒時，會使用波分復用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）/光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network，OTN）進行透傳和匯聚，不僅能夠節(jié)省光纖資源和傳送成本，還能夠提高傳送的質(zhì)量和可靠性[6]。

在相同的城域網(wǎng)絡中，UTN和OTN混合組網(wǎng)的規(guī)模較大，并且UTN邊緣節(jié)點數(shù)量也非常多，整體的拓撲類型十分復雜，在混合組網(wǎng)時業(yè)務配置任務較難[7]。UTN和OTN是獨立的管理體系，增大了移動回傳業(yè)務端到端的管理難度[8]。

3 OTN和UTN融合方案

利用網(wǎng)元管理系統(tǒng)（Network Element Management System，EMS）進行管理和運維工作，其中SDN等智能控制平面的引入分階段實施[9]。基于智能控制的城域OTN、UTN融合場景如圖2所示。

圖2 基于智能控制的城域OTN、UTN融合場景

3.1 漸進式融合方案

在目前OTN、UTN的網(wǎng)管系統(tǒng)基礎上直接進行改造，OTN、UTN兩者的EMS可以作為控制器來控制OTN、UTN這兩個不同類型的網(wǎng)絡[10]。EMS可以擴大北向的接口，實現(xiàn)OTN、UTN協(xié)同控制器的連接。對于部分調(diào)度、控制功能，EMS并不支持。控制器可以通過通用多協(xié)議標志交換（Generalized Multiprotocol Label Switching，GMPLS）協(xié)議和OTN、UTN網(wǎng)元進行通信，并且UTN網(wǎng)元的GMPLS協(xié)議通告依賴UTN網(wǎng)管的內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議（Interior Gateway Protocol，IGP）實現(xiàn)[11]。

3.2 轉發(fā)與控制分離式融合方案

轉發(fā)與控制分離式融合方案中，OTN、UTN的轉發(fā)、控制分離結構采用的是OTN-NE和UTN-NE。OTN-NE和UTN-NE都只保留OTN、UTN的轉發(fā)、傳送平面，兩者的管理和控制均移到O-Controller和U-Controller[12,13]。O-Controller替代原先的OTN、EMS功能，對OTN-NE進行控制和調(diào)度；U-Controller替代UTN、EMS功能，對UTN-NE進行控制和調(diào)度。控制器和網(wǎng)元（Net Element，NE）之間使用OpenFlow中的控制數(shù)據(jù)平面接口（Control Data Plane Interface，CDPI）協(xié)議，作用于Controller，直接控制物理網(wǎng)元[14]。CVNI作為通信接口，作用于上、下層控制器[15]。CVNI的控制通道和虛拓撲實例一一對應，不用處理拓撲發(fā)現(xiàn)。

4 結 論

隨著人們對網(wǎng)絡的需求越來越多和對技術的要求更加嚴格，需要不斷改進和研發(fā)新的技術來滿足相應需求。各種功能不同的信息技術和軟件的出現(xiàn)使得各項工作已經(jīng)逐步實現(xiàn)智能化，并且還能夠進行遠程操作，為人們的工作和生活帶來了很大的便利。通過對OTN和UTN網(wǎng)絡融合技術的分析可以發(fā)現(xiàn)，其所具備的功能非常強大，對解決一些實際問題具有重要意義。對于現(xiàn)網(wǎng)，結合OTN、UTN的EMS可以多網(wǎng)絡管理進行升級，從而實現(xiàn)融合控制。