光網絡向SDN演進，助力構建未來寬帶光網絡
2014-05-05 20:19:34 本站原創光通信網絡作為最為重要的信息通信基礎設施之一，在支撐社會信息化、寬帶化建設方面起著舉足輕重的作用。當前，隨著寬帶中國戰略的出臺，固定寬帶和移動寬帶飛速發展，各大網絡運營商大力推進FTTH、高速光傳輸和移動回傳網絡建設;與此同時，視頻業務、移動互聯網、云計算等新型業務興起，使得光網絡承載業務的需求不斷變化，寬帶光網絡正面臨新一輪的發展機遇和挑戰。
隨著ICT技術的革命性進展，采用IT化、軟件化思路和架構的軟件定義網絡(SDN)技術成為業界研究熱點，并迅速從數據網絡領域向光網絡領域延伸，成為未來光網絡發展演進的重要方向，將給寬帶光網絡帶來新的價值和活力。
一、光網絡引入SDN的驅動力
光網絡領域引入軟件定義網絡(SDN)技術，主要目的是通過控制與傳送解耦，采用集中控制策略，簡化現有光網絡復雜和私有的控制管理協議，通過開放網絡和應用層接口，提供網絡的可編程能力，滿足未來數據中心光互聯、網絡虛擬化、業務靈活快捷提供、網絡和業務創新等發展需求。
當前，光網絡SDN化趨勢明顯，主要驅動力包括以下幾個方面：
1.云數據中心互連
隨著云計算的發展，數據中心互聯業務(數據中心備份、虛擬機遷移)對于骨干和城域光網絡提出了大帶寬、動態靈活的業務需求，目前國內運營商光網絡為數據中心互連提供的總帶寬已達到數Tb/s級別。光網絡提供數據中心互聯一般采用按照最大峰值配置靜態帶寬的模式，由于數據中心的帶寬需求并不是一直處于高峰狀態，這種模式造成了用戶租用費用高昂和運營商網絡資源的浪費。數據中心互聯的動態性還包括接入點的變化，要求光網絡實現數據中心之間連接的靈活調度和動態調整。
2.跨廠家網絡集中維護管理和調度
光網絡中設備數量和廠家眾多，特別是城域傳送網和接入網具有海量站點，給網絡集中管理維護帶來極大挑戰。同時，由于光網絡物理層技術復雜，各廠家的網絡控制和管理協議存在不同程度的私有信息，跨廠家設備集中管理和調度難以實現，導致業務開通時間長，效率低，經常一個業務開通需要數天甚至數周。SDN通過轉發與控制分離和網絡虛擬化技術，屏蔽不同廠家的轉發平面細節，提供標準接口實現控制器互聯，為解決多廠商光網絡設備集中管理和互聯互通，簡化網絡運維提供了新的契機。
3.異構網絡智能互通和協同調度
隨著寬帶網絡流快速增長，擴容成本增長與業務利潤增速放緩之間形成的剪刀差，成為運營商面臨的首要問題。SDN技術可以實現光網絡和IP網之間的資源優化和協同控制，有效降低路由器的容量需求，解決網絡容量的瓶頸，降低網絡綜合承載成本。同時，通過SDN控制器協同，可以實現接入網、城域網、骨干網等異構網絡的智能互通和資源聯合調度，提升流量經營能力，提供更智能的管道服務，對于運營商和用戶都具有重要意義。
4.網絡虛擬化和開放業務應用提供
網絡資源的虛擬化可以更好地發揮光網絡基礎設施資源的優勢，使客戶能夠根據不同業務的應用需求，在保證服務質量前提下快速有效地接入和控制網絡資源，并使得網絡資源的利用達到最優化。基于網絡虛擬化技術，光網絡可以提供兩個方面的業務開放：一方面是對運營商自身業務的開放，同一張物理網絡，對于政企客戶、家庭客戶、回傳網絡可以有邏輯的獨立控制系統，即實現網絡的邏輯分片;另一方面是向客戶開放，提供按需調整、開放創新、高效協同的“軟網絡”能力。
二、光網絡SDN發展存在不同的技術路線
與數據網絡SDN不同，光網絡SDN有其獨特的特點。首先，由于物理層的特性，光網絡本身就具有控制轉發分離的控制架構。其次，在集中控制方面，光網絡已擁有成熟網管、路徑計算單元(PCE)等集中管控系統。第三，光網絡具有面向連接的特性，所有業務采用預先配置方式，無需控制器根據業務報文即時下發流進行報文轉發，降低了對控制器性能的要求，具有較好的網絡擴展能力。可以說，光網絡已經具備了部分SDN的特征，為向SDN演進奠定了良好的基礎。但另一方面，光網絡設備物理層可編程能力較弱，資源虛擬化和切片實現較困難，使得光網絡引入SDN技術存在一定的難度。
基于上述光網絡SDN的特點，光網絡SDN采取的發展演進思路與數據網SDN有所區別。同時，由于光網絡骨干、城域和接入層的發展需求和所采用的技術不同，SDN引入也具有不同的技術路線。
(1)路線一：基于光網絡控制平面的增強，強調北向接口開放。
骨干網OTN、DWDM等光網絡設備控制平面支持能力較好，可以基于現有ASON/GMPLS控制平面和集中路徑計算單元PCE技術，通過擴展和增強PCE管控能力和開放北向接口，來實現SDN集中控制器，并對上層網絡和應用提供開放可編程應用服務。這種路線可以較好地保護現有技術投入，并有利于網絡的平滑演進。由于光網絡物理層私有信息多，南向接口協議的標準化難度比較大，南向接口可能允許多種接口技術。
(2)路線二：引入openflow協議，強調南向接口開放。
對于分組傳送PTN和接入網PON設備，并不具備智能控制平面，可以直接在設備上引入openflow協議，實現南向接口的開放和標準化。這種路線由于實現了南向接口標準化，有利于設備與業務解耦，簡化網絡節點功能，降低設備成本，便于運營商對多廠家海量城域和接入站點的集中管理控制。對于已經部署的現網設備，將考慮通過網管升級的方式實現集中控制器能力。
三、光網絡SDN發展現狀和對產業的影響
當前，光網絡SDN呈現出快速發展態勢。自2013年，國際標準化組織競相開展標準化工作。ONF成立了光傳送工作組OTWG，已完成架構和用例，并將于2014年完成基于openflow的光網絡協議擴展;ITU-T SG15組啟動了傳送網SDN研究，IETF正在開展基于PCE擴展支持SDN的標準化工作，BBF提出了基于SDN的接入網未來架構。從產業發展情況來看，2012至2013年，主流光網絡設備廠家紛紛推出傳送網SDN的樣機，國內外運營商積極關注PCE的演進并開展相關測試驗證，中國移動演示了其基于SDN的Super PTN應用，中國電信成立了新的標準項目，研究接入網(FTTH/B/C以及IPRAN等)引入SDN的需求和架構。
從光網絡引入SDN對產業的影響來看：首先，由于光網絡設備的核心競爭力主要在物理層技術，短期內SDN不會使光網絡設備制造企業產生嚴重的價值流失。但從長期來看，由于SDN提供了開放化的網絡接口，使得光網絡設備具有更強的多廠商互操作能力，有利于新興廠商的進入，將在一定程度上改變設備制造企業的競爭格局。
其次，SDN引入對光網絡設備物理層可編程能力提出了新的要求。為了更好的支持軟件控制和業務動態調度需求，一些靈活可編程的物理層技術(如ODUflex、自適應光收發、靈活柵格光交換等)會逐步引入和應用。PTN、POTN等L2層設備本質為分組交換設備，將隨著數據設備演進方向發展，逐步引入支持openflow的芯片。
第三，光網絡引入SDN提供了多種異構網絡互通和開放服務的能力，將極大地促進承載網的融合發展。SDN的引入將會建立更大的生態系統，借助于SDN的開放性，引導整個光網絡走向開放和合作的模式，便于新業務特性的快速推出，提高網絡的盈利能力。
結束語
國家寬帶戰略實施和新興業務發展將推動光網絡發展邁入新的紀元。SDN技術是光網絡寬帶化、智能化、開放化發展的關鍵使能技術。目前光網絡SDN發展還處于初期階段，在技術路線、應用驅動、產業推進等方面還面臨著很多問題和挑戰，需要加大科研投入，促進產業各方協作創新，共同推動構建未來寬帶光網絡。
