基于大數據的SDON技術在光纖通信領域的應用

韓少宇

（31121部隊，河南 新鄉 221000）

0 引 言

隨著我國通信領域的不斷發展和“三網融合”“寬帶中國”等一系列戰略的實施，大數據等技術進一步推進了光纖通信領域的建設和發展，虛擬現實、新興移動互聯以及智能制造等需求逐漸增多。通信業務在數據傳輸速率和網絡穩定性、時延等方面均有著較高的要求，基于大數據技術的支持，能夠實現數據超高速、大容量傳輸，提高光纖傳輸的智能化水平[1]。為了實現超高速、大容量傳輸，光纖通信需要借助大數據技術進行智能化轉型，結合軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN）技術重構擴展層，使光纖網絡更加智能、靈活、高效。通過分析光纖通信在大數據背景下的發展趨勢，引出軟件定義光網絡（Software Defined Optical Networks，SDON）在光纖通信領域的應用。

1 大數據技術與SDN技術概述

1.1 大數據技術

大數據是需要新處理模式才具備強大洞察能力、決策能力以及流程優化能力的海量、高增長率信息資產，而大數據技術則是對大數據進行處理的一種新一代信息技術[2]。大數據技術的特點主要包含4個方面：一是計算速度快，可以快速分析數據；二是能夠存儲巨量數據，同時對海量數據進行處理；三是具有較高的商業價值和應用價值，能夠為人們的日常決策提供有效支持；四是可以抓取、收集類型繁雜的數據，充分滿足人們的使用需求。隨著光纖通信網絡產生的數據量不斷增加，人們對數據處理能力、傳輸能力以及存儲能力的要求均有所提升。目前，大數據技術已經應用到各行各業，通過大數據技術可以對海量數據進行處理和存儲。

1.2 SDN技術

大數據時代，人們對光纖通信的傳輸速率、可靠性、帶寬以及時延等方面均提出了更高的要求。同時隨著電子產品的不斷增加，對光纖通信的穩定性和高效性也提出了更高的要求。當前光纖傳輸的網絡虛擬化水平不高，無法滿足云業務及相關業務鏈重組需求，且在擴展性和靈活性上也有待提升。對于光纖通信目前存在的這些不足，可以通過SDN技術來彌補。

1.2.1 SDN技術的概念

SDN技術屬于網絡開放式、軟件集中化控制的一種新型網絡架構技術，能夠通過OpenFlow協議實現數據轉發和數據管控相互分離，并通過標準化接口和軟件編程集中管控網絡，促使網絡資源得到充分利用，提高網絡運行效率[3]。SDN技術概念圖例如圖1所示。

圖1 SDN技術概念圖例

根據圖1，大數據技術能夠整合全球網絡數據資源并通過轉發功能f(Map)向控制程序轉發，基于SDN技術的控制程序將全球網絡資源信息傳送至網絡操作系統，由該系統對收到的數據資源進行集中管控，從而形成滿足用戶需求的各類數據包，并將各類數據包轉發給用戶。為了充分發揮SDN技術的網絡集中管控作用，必須結合大數據技術對網絡資源進行整理。

1.2.2 基于大數據的SDN架構和功能

SDN屬于新型網絡架構，通過這種架構能夠進一步細化大數據技術對網絡數據的處理，使數據轉發和存儲的性能得到提升。基于其智能化的集中管控功能，可以提升光纖通信傳輸效率，使用戶獲得更好的網絡體驗。對于SDN技術架構而言，排除其與大數據之間的結合部分，可以分為基礎設施層、控制層以及應用層3個部分。其中，基礎設施層位于最底層，是與大數據處理后的網絡數據連接最緊密的一層。通過標準化設備接收大數據轉發的整合數據，利用OpenFlow協議由SDN控制軟件或操作系統對設備中接收的數據進行控制，實現數據控制和數據轉發的相互分離[4]。操作系統獲得數據后會根據用戶傳遞的需求信息對網絡數據進一步整合，以形成用戶所需的數據包。通過應用程序接口（Application Program Interface，API）將數據包傳遞給用戶，從而幫助用戶從網絡中獲取自身實際需要的數據內容。SDN技術架構如圖2所示。

圖2 SDN技術架構

SDN具有數據控制和轉發相互分離的功能，并且能夠實現硬件設備通用化、標準化升級和軟件可編程集中管控?；A設施層中的網絡設備負責對數據存儲和轉發，也能夠對業務的特性解耦，這些在大數據技術的支持下均比較容易實現。采用SDN控制軟件能夠實現可編程管控，其網絡運行及控制均通過服務器來完成。通過對流量、路由等網絡參數進行實時配置，能夠快速開通定制業務，并且有效縮短各類應用和業務耗時。除此之外，SDN技術能夠兼容大數據技術的部分功能，如數據存儲、數據轉發、數據整理等。

2 大數據背景下光纖通信的發展現狀及趨勢

2.1 大數據背景下光纖通信的發展現狀

大數據背景下，通信行業存在海量的數據需要處理，大數據技術主要用于存儲通信數據、優化通信網絡以及構建通信大數據平臺。光纖通信所面臨的網絡環境比較復雜，網絡與業務之間存在不匹配的情況，在開展網絡建設時，前期建設和后期的運營成本較高，導致大數據技術在光纖通信方面的應用比較乏力。硬件設備屬于專用設備，網絡結構整體比較復雜，建成后很難對其變動，普遍存在擴展性、靈活性不足的問題。當前使用的光纖通信網絡在出現新業務的情況下，需要通過增加設備、擴容等方式來實現業務開通，導致網絡資源的整體利用率降低，對用戶需求的響應較慢。此外，光纖通信在運營維護時，因建設方包含多個廠商，導致運營成本增加。

近年來，隨著高清視頻、寬帶以及云業務的不斷發展，各類新興業務對光纖通信各方面指標的要求也有所提升，光纖通信網絡架構應提升適應性和靈活性，針對各類業務特點給予網絡支撐。對于云計算業務而言，主要通過分層架構來完成邊緣計算，可以降低業務傳輸時延，并減少信令開銷。在大數據背景下，光纖通信不僅需要面臨大量且復雜的數據處理工作，而且還需要不斷解決新興業務帶來的問題。

2.2 大數據背景下光纖通信的發展趨勢

隨著大數據、物聯網等新一代信息技術的發展，光纖通信也根據應用需求的變化而不斷發展，具有低損耗、低成本以及抗干擾等諸多特點，同時其傳輸容量在持續增加[5]。由于數據存儲、傳輸以及轉發量越來越大，光纖通信必須具備足夠大的帶寬，以滿足業務方面的需求。

當前光纖通信的安全保障由多個方面組成，包括可靠的設備功能模塊、網絡恢復機制以及1+1系統備份。由于網絡業務對光纖通信的穩定性和安全性要求非常高，如果出現網絡連接中斷，將會對所有涉網業務產生嚴重影響，因此要保證光纖通信具備防護機制，網絡恢復時間達到毫秒級[6]。電子商務、超高清視頻、移動互聯網以及5G通信業務均要求較低的網絡時延，對此需要進一步降低光纖通信網絡時延，從而滿足當前商業需求和服務需求。

在大數據時代背景下，網絡業務逐漸增多，網絡應用也越來越復雜，光纖通信需具備較強的協同性和開放性。不同光纖網絡之間需要相互聯通、多點協同，從而實現業務快速匹配，有效提升網絡資源利用率。

3 基于大數據的SDON技術在光纖通信領域中的應用

在大數據技術和SDON技術的影響下，光纖通信正朝著智能化方向不斷發展，基于大數據的SDON技術為光纖通信領域注入了新活力，可以為新業務的開展提供支持。

SDON技術的核心在于數據控制平面和轉發平面之間相互分離，使底層網絡實現虛擬化，通過可編程控制實現網絡管控。將SDON技術引入到光纖通信領域，用戶能夠自主設置帶寬、路由等內容，可以對網絡資源靈活調配，有效提升光纖通信傳輸的靈活性、擴展性[7]。

與傳統的傳輸網絡相比，SDON具備更加突出的優勢。首先，其業務定制靈活多樣，能夠借助大數據技術強大的可編程控制軟件和計算功能實現復雜環境下的連接控制和路由控制，從而滿足新業務對光纖通信的需求。其次，借助大數據下的可編程控制軟件，能夠對光纖通信網絡資源進行實時動態化調整，從而提升網絡資源利用率。再次，實現了數據轉發與控制的分離，借助大數據算法智能化管理網絡，有效規避了傳輸節點設備重復建設，減少建設成本[8]。最后，通過大數據可編程控制能夠促進網絡底層設備標準化，從而使各設備廠商、類型之間實現相互聯通，提高了光纖通信運營的安全性，并提升了光纖通信網絡運營的效果[9]。

SDON技術繼承了SDN技術的優勢，同時借助大數據的可編程控制、虛擬技術以及先進算法實現了光纖通信網絡功能重建和智能化編排，提升了通用服務器、存儲設備以及交換機的容量，使光纖通信整體建設的成本得以降低，并提升了光纖通信的智能化運營能力[10]。

4 結 論

綜上所述，在大數據背景下，光纖通信領域逐漸出現了各種新興業務，對帶寬、時延、網絡可靠性以及網絡資源利用率的要求不斷提升，而基于大數據的SDON技術可以有效滿足這些需求，對于光纖通信的發展至關重要。