光网络的智能化发展—SDON开创新型网络架构

常新征 梁燕

【摘要】 自光网络作为传送网发展至今，在数据网络的推动下，从传统的点到点WDM光网络到ASON再到SDON，智能化发展趋势越来越明显。在当前大型多域异构的网络环境下，SDON以其配置灵活，扩展、调节、适应能力强的特点必将主宰未来光网络的智能化发展方向。

【关键词】 光网络 智能化 SDN

一、引言

光网络自兴起以来，从最初所承载的单一话音业务，直到现在的多业务、大数据、高容量传送平台的应用，从最初的点对点通信到现在的动态配置传输需求，其技术的发展在几十年的时间里历经多个标志性的里程碑。在网络带宽容量不断提升、多业务、大数据以及网络的灵活性、扩展性的需求驱动下，光网络的智能化发展已经势在必行。

二、光网络智能化发展历程

纵观光网络的发展历程，可将其分为两条主线：即传送技术的发展以及网络设计架构思想的演变。最初传统的波分复用技术（WDM）、90年代中期的稀疏波分复用技术（CWDM）、密集波分复用技术 DWDM）网络发展到现在的频谱灵活光网络、分组增强型的光传送网（OTN），光传输由取代电成为信息主要承载介质这一基本功能发展为现在的能够满足传输损伤感知与质量评估、可调单元的参数选择以及DSP算法性能控制等功能，传输质量大幅提升。光网络发展到21世纪初，人们提出的自动交换光网络（ASON）的概念，从控制层面的角度真正开启了光网络智能化的开端，为光网络实现向高度智能化软件定义光网络（SDON）的平滑演进提供了技术支持。

三、智能光网络

3.1 ASON 的技术优势

ASON 是最初的“智能光网络”，因采用格形组网来避免大量故障影响业务的情况而具备极强的生存能力；网络提供的保护恢复方式遵从优先级原则，提供差异化的服务；为客户提供最优路由，资源利用率高达 50% 以上；升级扩容能力更强，扩大网络中的链路容量即可实现扩容；建设和维护成本有所降低，网络规模越大，经济性越强[1]。ASON 通常采用 GMPLS 协议，若需完成对多种传送颗粒的有效控制，实现传送网智能化，必须对其扩展和延伸，同时还需进一步提高网络保护恢复的性能。ASON 可加载于 SDH 或 OTN 为其提供控制平面，实现光层和电层相结合的智能调度，将传输、交换和数据三个本身不存在联系的网络有效结合在一起，实现全网 ASON 智能化。

3.2 ASON 所暴露的问题

①网络高度异构性。长期共存的多种类型的传输/交换标准和技术如 SDH、WDM、OTN以及不同设备的结构/接口类型往往增加了域间连接的复杂度；

②两大接口商用化程度低。ASON 体系架构中包含三种接口，即用户网络接口 UNI、外部网络节点接口 E-NNI、内部网络节点接口 I-NNI，网络信息在网络之间任一方向的任何边界/接口不是共用。但需要注意的是，UNI和E-NNI 两个接口都未被大范围的商用化，成为阻碍 GMPLS/ASON 智能化控制平面大范围推广的主要原因；

③保密性需求。一般来说域内网络网络拓扑结构以及资源信息的保密性是由运营商掌握的，来自于不同制造商的不同的技术规范和设备参数是不开放的，这就会导致域内信息不能被整个网络所共享，增加路由和连接控制的困难；

④控制平面复杂。应用 UNI 接口需要对 GMPLS 进行扩展，从而增加代码的复杂性；网络出现不可预期的爆争情况时，GMPLS 中所采用的分布式链路状态路由协议（OSPF等）又会面临收敛性和稳定性的问题。

四、光网络的高度智能化

4.1 SDON的技术优势

SDON（图1）与传统光网络相比，其接口更加开放。目前，SDON的北向接口仍处在进一步的研究状态，南向接口和东西接口则多采用OpenFlow（OF）、PCEP等协议，能够良好地实现多域异构网络的互联互通。在当前数据网络SDN化的基础上，需借助对控制机制的相应扩展、成熟的集中管控方式，不断完善其接口信息的统一和标准化[2]，实现光网络向 SDON 的平滑演进。有关实验表明，超过3跳创建一个弹性光路时，基于OpenFlow 的控制平面性能明显优于基于GMPLS 的控制平面。这是因为在基于GMPLS的控制平面中，信息逐跳处理的方式会使得路径较长时（跳数增加），其信令时延比例同时增加。而基于 OpenFlow 的 SDON 采用集中控制器控制的所有节点几乎同时进行，因此其路径配置的延迟对于跳数敏感度较低。

4.2 SDN 技术引入路线

区别于数据网络的 SDN 化，光网络本身具备控制与转发分离的体系架构（ASON），集中管理控制系统的应用如路径计算单元（PCE）、面向连接的特性表明当前的光网络已经呈现出部分 SDN 特征，对于引入 SDN 技术都提供了有力条件。光网络引入 SDN 技术可采用三种方案[3]：利用光网络较完善的控制平面，强化北向 API 开放；使用 OpenFlow协议，强化南向 API 开放；OpenFlow 兼容 ASON 及 PCE 的相关功能。智能化 SDON 的控制架构也分为三种情况，即PCE 控制架构、Pure SDON 控制架构、集成的 OpenFlow 控制器和 PCE。集成的 OpenFlow 控制器和 PCE 通过部署不同的功能类型的组件，在所需的接口处交互完成，可以采用三种方法：①在 OF 控制器外布置路径计算功能，②将 PCE 直接作为 OF 控制器的一个顶层应用程序，③通过扩展管理功能完全整合、连接 OpenFlow 控制器与一个有状态的 PCE，来实现二者的集成[4]。

上述三种模型在功能上都是等价的，这取决于涉及到编程以及协议接口的灵活性和功能特点。通常情况下会采用第3个模型，这是由于共同的、共享的数据结构和状态可以简化并行的访问和更新。从网络拓扑结构和连接管理角度来说，双方相互补充，PCE 主要负责计算路径，OpenFlow 控制器则承担网络数据层中的转发配置任务。OpenFlow 控制器以及相关协议所配置的节点转发行为使得 PCE 的组件变得活跃，OpenFlow 控制器同样受益于 PCE 路径计算的性能。一个有状态的活跃的 PCE 不仅能够在计算路由过程中利用动态链接作为可用的信息，还能变更已经存在的路由，从而更高效地利用资源，实现动态地运行和优化网络；而一个 OpenFlow控制器是一个逻辑上集中的实体，采用OpenFlow协议实现控制平面和底层网络设备转发平面的配置。将SDN技术应用于光传送网络中，必须对标准的OpenFlow协议进行扩展，主要是针对OpenFlow中的流条目进行扩展，如下图2所示包含了WXC中所有的交叉连接信息。在灵活光网络域中，光路的频谱可以灵活根据流量的要求进行调整。因此，在SDON架构中，可以通过更新OF-BVOS（基于OF的带宽可变的光交换结构）流条目实现调整。在流入口记录流量速率的特性。当流量速率变化，OF-BVOS将发送频谱调整信息给控制器，以产生一个新的流条目。然后，控制器将更新流条目，以OF-BVOSs完成相关的频谱调整操作。

五、结束语

引入 SDN 技术能够直接影响光传送网控制平面的智能化演进以及多业务分组化的发展趋势，同时其实现了软硬件解耦的特性也开创了光传送网发展的新方向。SDON 若能大范围成功商用，可支持物理底层损伤、能耗感知与质量评估，支持光传输可调单元的多参数选择，大幅提升底层资源的传输质量。此外，由于接口开放，SDON 便于应用层的业务提供和区分，可有效处理大型多域异构网络的互联互通、统一控制调度、灵活的运维和升级，其强大的适应、扩展、调节能力能够优化光网络层分层多域架构、可编程控制。引进SDN 技术是光网络变革迈向高度智能化的必然趋势。

参 考 文 献

[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] 张国颖，徐云斌，王郁.软件定义光传送网的发展现状、挑战及演进趋势[J].电信网技术，2014，6：26-27.

[3] 张国颖，徐云斌.拥抱 SDN，光网络进化正当时[N].人民邮电，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.