當前，我國信息通信產業持續高速增長，互聯網應用呈現出加深發展態勢。
為把互聯網的創新成果與經濟社會各領域深度融合，推動技術進步，提升實體經濟創新力和生產力，國務院提出以“互聯網+”為主線的國家信息化戰略方針。
作為“互聯網+”的重要基礎設施，光網絡在高速、寬帶、長距離超大容量傳輸方面的優勢得到了充分體現。
隨著光網絡智能化的不斷發展，其發展趨勢已不再局限于簡單的剛性帶寬管道提供，出現了結構開放化、業務增值化的發展趨勢與特征，而帶來這一特征的主要因素在于光網絡的可編程控制，即軟件定義光網絡SDON。
智能光網絡的技術演進路線
圍繞著光網絡的智能性演進，先后形成了如圖1所示的技術路線，即自動交換光網絡ASON、基于路徑計算單元PCE的光網絡和軟件定義光網絡SDON，實現了從“分布式”控制到“半分布式半集中式”控制，再到“全集中式”控制的演進。
圖1 智能光網絡的技術演進路線
自動交換光網絡—ASON
2001年，ITU-T發布對ASON的實施建議，首次提出在光傳送網中引入控制平面。
同年，IETF提出ASON的一種實現技術，即通用多協議標記交換GMPLS。
ASON/GMPLS是將拓撲發現、路徑計算、資源分配、連接控制等功能從管理平面剝離出來，形成分布式控制平面，利用分布式的智能實現連接的動態建立、刪除以及快速故障恢復，從而實現網絡資源的按需分配。
由圖1我們可以看到，基于分布式的ASON/GMPLS是一種“鏈型結構”的控制平面模式，每個光網絡傳輸與交換單元都有各自的控制平面CP系統，維護著與其他網絡節點的控制信令的互通。
然而隨著光通信技術的不斷發展，需要引入業務感知、損傷分析、層域協同、資源虛擬等新的策略與規則，ASON/GMPLS控制胖平面化趨勢十分明顯，由此導致網絡控制功能越來越復雜，造成各控制平面節點之間的通信量越來越大。
另外，隨著網絡規模的擴大，ASON/GMPLS在大規模網絡的路徑計算、異構網絡的互聯互通等方面存在明顯不足，并且GMPLS協議過于復雜，在實際應用中的局限性較大。
基于路徑計算單元的光網絡—PCE
IETF標準化組織于2006年提出了PCE技術。基于PCE的網絡結構和選路技術，將復雜約束條件下的路徑計算和流量工程功能從傳統控制平面獨立出來，形成集中式路由和分布式信令的“錐形結構”控制平面模式（如圖1所示）。
作為網絡中專門負責路徑計算的功能實體，PCE基于已知的網絡拓撲結構和約束條件，根據路徑計算客戶PCC的請求計算出最佳路徑。
采用相對獨立的PCE專門負責路徑計算，有利于增強網絡規模及路由機制的可擴展性，同時，減輕大量計算需求對網絡設備的沖擊。
但PCE功能比較單一，需要與其他技術協同應用。
軟件定義光網絡—SDON
2011年，以OpenFlow為代表的軟件定義網絡SDN首次在計算機網絡提出，并逐步擴展到光纖網絡中。
SDON是指光網絡的結構和功能可根據用戶或運營商需求，利用軟件編程的方式進行動態定制，從而實現快速響應請求、高效利用資源、靈活提供服務的目的。
SDON可以為各種光層資源提供統一的調度和控制能力，根據用戶或運營商需求，利用軟件編程方式進行動態定制，重點解決功能擴展的難點，滿足多樣化、復雜化的需求，其核心在于光網絡元素的可編程特性，包括業務邏輯可編程、控管策略可編程和傳輸器件可編程。
由于光層和電層屬性不同，SDON是對SDN技術在光層上的擴展，以滿足光網絡的特殊需求，可支持彈性資源切片虛擬，因此，更加適合多層域多約束的光網絡控制，可有效提高運維效率并降低成本。
如圖1所示，SDON通過開放的南北向接口實現了業務的靈活接入與硬件的統一控制，形成了以控制器為核心的“沙漏型結構”的控制平面模式。
導讀：隨著光網絡智能化的不斷發展，其發展趨勢已不再局限于簡單的剛性帶寬管道提供，出現了結構開放化、業務增值化的發展趨勢與特征，而帶來這一特征的主要因素在于光網絡的可編程控制，即軟件定義光網絡SDON。
SDON的標準化進展
SDON的標準化工作主要由四個國際標準化組織完成，即ONF、ITU-T、IETF、OIF。
1）ONF有三個相關工作組
（1）OTWG。2013年4月，ONF成立了光傳送工作組OTWG，重點研究光傳送網中實現SDN的用例、需求、架構、信息模型、協議擴展，2014下半年與OIF聯合開展互操作測試，2015年初發布OpenFlow光擴展協議，并開展光傳送網北向接口研究。
（2）ARCH WG，開展北向接口通用信息模型研究。
（3）CG討論組，討論運營商SDN的問題、需求和架構框架，提出工作組章程，將開展架構、需求和Gap分析工作。
2）ITU-T的SG15
2013年7月，ITU-T由SG15開展傳送網SDN研究，重點研究SDN與現有傳送網的關系、網絡架構和演進等方面的內容。2014年正式立項G.asdtn和G.cca標準，采用架構組件方法規范SDTN的體系架構和接口需求。
3）IETF有兩個相關工作組
（1）PCE WG，基于有狀態的PCE，研究PCE中增加連接控制，進而演進為SDN 控制器。Google、思科、Juniper、華為等公司正積極推進標準化，2013.11工作組會議基本同意該提案成為工作組文稿。
（2）ACTN討論組，旨在推進傳送網開放網絡接口，向上層網絡提供資源抽象和控制。
OIF于2013年開始對傳送網SDN開展研究，包括傳送網SDN構架和接口需求。2014年8~9月，OIF/ONF聯合舉行OTNSDN全球互操作性測試，全球5個運營商9個設備廠商參與，成功展示了光網絡SDN互通性。
從光網絡的智能化演進路線和標準化進展不難看出，網絡結構的簡單化和開放化是發展趨勢，而業務的靈活自適應接入是核心驅動力。
光網絡服務門檻的降低使得越來越多的應用能夠在其中得到孕育和發展。
SDON的特色與關鍵技術
開放靈活的業務編排
隨著光網絡技術的不斷發展，網絡業務呈現出多樣化的趨勢。
一方面，光網絡需要承載話音、上網業務等傳統的電信級業務，這些業務占據了大量的光網資源，且靈活性很差。
另一方面，隨著數據中心的深入，光網絡面對的不再是簡單的“客戶”到“服務器”的連接請求，而更多是面向服務器到服務器提供連接，這種業務形式需要光網絡能夠具備多用戶并發訪問，以及快速的業務服務能力。
特別是網絡虛擬化技術的發展，網絡操作者能夠根據不同用戶的需求（如QoS、時延、帶寬等），設計并提供不同的虛擬網絡給用戶。
在現有網絡架構下，當服務提供需要增加新的業務時，運營商需要人工地修改運營支撐系統；那么當業務種類更新換代頻繁時，OSS將成為新業務快速上線的“絆腳石”。所以，光網絡需要具備強大的業務編排能力。開放靈活的業務編排是SDON的靈魂。
SDON將網絡應用部署與特定的網絡環境解耦合，不同的應用程序通過統一的北向接口實現業務靈活、快速地接入。
異構互聯與多域控制
光網絡和IP網絡作為骨干承載網絡的兩個層面，多年來一直獨立發展，二者的聯系僅集中在光層為IP層提供靜態配置的物理鏈路資源，IP層看不到光層的網絡拓撲和保護能力；光層也無法了解IP層的動態業務連接需求。基于IP與光的多層異構網絡互聯一直以來是通信網絡研究的重點。
另一方面，從大規模光組網開始，多域性一直是光網絡研究不可避免的研究點，其主要體現在兩個方面：一是同一運營商不同地域之間的網絡互聯，二是不同運營商之間的網絡互聯。
設備接口、網絡部署的差異性導致不同運營商之間互聯困難，特別是跨地域跨運營商的資源調度方面靈活性很差。軟件定義光網絡能夠有效地解決多層多域異構網絡之間的互聯互通問題。
2014年，ONF下設的光傳送網絡工作組提出面向對象的交互控制接口，它可以實現異構多域網絡信息抽象化和跨域網絡控制集成化，從而在異構與多域網絡之間建立起具備統一控制能力的新型異構網絡體系架構。
不同設備商的單域控制器通過CVNI接口與運營商的多域控制器相連，該接口有效屏蔽了底層不同運營商網絡對各自設備的控制方式，實現了物理資源的統一調配。
跨層資源聯合調度與優化是SDON的關鍵，通過將不同的網絡資源，如帶寬、連接狀態等進行邏輯抽象，形成有別于物理形態存在的虛擬網絡資源，并將這些虛擬資源提供給上層應用。
導讀：隨著光網絡智能化的不斷發展，其發展趨勢已不再局限于簡單的剛性帶寬管道提供，出現了結構開放化、業務增值化的發展趨勢與特征，而帶來這一特征的主要因素在于光網絡的可編程控制，即軟件定義光網絡SDON。
可編程光傳輸與交換
可編程的光傳輸與交換設備是SDON的核心，是數據平面實現軟件控制的保障。
隨著軟件定義光學的發展，光纖通信系統中的模塊與器件性能具備了可調諧能力。光收發機的波長、輸入輸出功率、調制格式、信號速率、前向糾錯碼類型選擇，以及光放大器的增益調整范圍等參數都可以實現在線調節。
光路已經發展成為物理性能可感知、可調節的動態系統，從而實現光層智能型。
此外，光網絡正朝著帶寬粒度更精細化的方向發展，靈活柵格技術的出現打破了傳統波長通道固定柵格的限制，可以實現“四無”（無色、無向、無柵格、無阻塞）光交換。
波長間隔無關的可編程ROADM技術在全光交換過程中的應用打破了傳統波長通道50GHz、100GHz的間隔劃分，可支持全光匯聚與疏導，為實現高譜效率、速率靈活的光路配置和帶寬管理提供了全新思路。
發展軟件編程的光路交換技術，滿足靈活柵格分配的要求，提出大容量、多維度、多方向的全光分插復用節點方案，設計具備方向無關、波長無關、競爭無關和柵格無關等特征的高度可重構節點交換結構，并通過采用高性能的可編程光路選擇濾波集成組件等技術，支持不同間隔和碼型光信號的可編程傳輸和交換。
2013年12月，ONF白皮書給出SDON的南向接口建議，即控制數據平面接口，實現了光網絡底層傳輸和交換設備的統一可編程控制。
SDON是對光網絡智能化的延伸與增強，代表光網絡的控制平面由單純的交換智能向同時考慮業務智能、傳輸智能的綜合方向發展。為適應這一角色的變革，軟件定義光網絡需要在業務編排策略、異構網絡互聯以及可編程光傳輸及交換設備等關鍵技術上實現突破。
SDON的創新應用
軟件定義光網絡技術是滿足下一代光傳送網絡高度智能化需求的重要解決方案，具有廣泛的應用前景。
本文通過一些典型的應用案例探討SDON技術在5G移動通信、數據中心互聯、網絡虛擬化等新興電信級應用方面的研究進展。
創新應用1—面向下一代移動通信（5G）的光與無線融合網絡控管
光與無線的融合是下一代移動通信的發展趨勢。
基帶處理單元的集中化和云化，及遠端天線的小型化和分布化使得BBU和RRH之間需要一條高速光路進行互聯，幾個Gbps甚至數十Gbps的無線基帶信號在這條高速光路上進行傳輸和交換。
軟件定義光載無線技術是SDON在5G應用中的拓展，能夠有效協調微波與光波資源，實現移動業務的高效承載。
在國家“973計劃”課題“分布式動態可重構微波光波融合系統的建模與實驗研究”的支持下，北京郵電大學提出可軟件定義的光載無線融合網絡控制架構，通過集中式的SDON控制器實現微波與光波資源的聯合調度。
并提出通過靈活柵格技術實現云無線前傳網絡的組網方案，即C-RoFlex ，實現了動態的彈性光路調整實驗。創新實驗環境如圖2所示。
圖2 基于SDON的C-RoFlex實驗環境
創新應用2—數據中心光互聯下的虛擬資源遷移
數據動態遷移備份是數據中心一種重要的業務應用形式。
因為數據中心遷移數據量巨大，需要光網絡提供強大的帶寬支持。
常規的虛擬機遷移主要在應用層實現，缺乏網絡資源的統籌考慮，難以實現網絡狀態實時響應以及跨層資源的統籌優化。
軟件定義光網絡通過集中控制器可以實現數據中心應用資源和網絡資源的協同處理，實現傳送網與數據中心資源的靈活互動，提供數據中心之間大容量虛擬資源的動態遷移解決方案，并有效提高資源遷移過程中數據傳輸的可靠性。
北京郵電大學聯合21世紀互聯搭建基于SDN的全光網創新試驗平臺，實現了多域數據中心互聯，并完成了虛擬資源的動態遷移。
如圖3所示，在北郵機房1的用戶通過SDON域1訪問位于北郵機房2的數據中心觀看視頻，當虛擬機遷移APP觸發虛擬機遷移時，視頻數據從北郵數據中心遷移到世紀互聯的數據中心，整個遷移過程中，用戶的瀏覽一直保持流暢。
圖3 基于SDON的虛擬資源遷移試驗
導讀：隨著光網絡智能化的不斷發展，其發展趨勢已不再局限于簡單的剛性帶寬管道提供，出現了結構開放化、業務增值化的發展趨勢與特征，而帶來這一特征的主要因素在于光網絡的可編程控制，即軟件定義光網絡SDON。
創新應用3—光層資源的虛擬網絡提供
在數據中心網絡中，用戶需求不僅停留在端到端的連接，還需要一張多點互聯的虛擬網絡。
虛擬光網絡業務VON利用SDON的網絡虛擬化能力，為大客戶/虛擬運營商提供虛擬光網服務，類似于客戶擁有自己的專用光傳送網。
多個VON用戶可以共享運營商的物理光網絡，從而提高網絡資源利用率。
在給定的虛擬網絡中，用戶可以完全控制虛擬網絡內連接的建立/修改/刪除，包括連接路由的選擇（如顯示路由）和業務的保護恢復等。
SDON控制器則完成了多用戶接入以及物理網絡資源的虛擬化抽象和分配。
2015年3月，在開放網絡峰會，由華為技術有限公司和北京郵電大學聯合開發的基于SDON的光傳送網絡平臺及創新應用展示了虛擬光網資源的按需提供，其應用場景如圖4所示，不同的網絡租戶向控制器請求網絡服務，控制器根據用戶的需求將物理網絡抽象成多個虛擬網絡提供給租戶。
圖4 基于SDON的虛擬光網資源提供場景
創新應用4—基于時間的彈性服務調度策略
在數據中心互聯場景下，大量的業務需要在數據中心之間進行交互。
通常這些業務并非具有及時性，而是具有截止時間驅動的特性，即信息傳遞被要求在某一個時間段內完成。
這樣，可以將時間和帶寬資源切片并進行統一的調度，大大提升數據中心網絡資源的利用效率。
圖5顯示了基于時間的彈性服務調度應用場景，業務1/2/3分別具有不同的帶寬需求和時間傳輸特性，通過調度算法將業務2和業務3分別推遲1小時傳輸，這樣能夠有效地減少光網絡頻譜資源的碎片化。
圖5 基于時間的彈性服務調度應用場景
該應用案例在ONS2015會議上進行了現場演示。其中SDON控制器完成了時間彈性調度算法的運算，并通過南向接口調用底層網絡資源，實現業務調整。
隨著SDON技術的發展，對于SDON的創新應用正在不斷增多，上述四個典型案例僅從信息通信網絡的角度出發來介紹SDON的特色，但SDON的應用場景并不僅限于此，對未來網絡的發展，特別是對“互聯網+”驅動下的工業互聯網絡應用必將起到推動作用。
結束語
以SDON為代表的智能光網絡是光通信的重要發展趨勢，傳送網絡的軟件化和開放化已經開始影響整個信息領域。
不論是在理論研究、標準推動，還是在設備研制和應用部署方面，軟件定義光網絡都取得了重要的進展。
但同時也需要指出，SDON的研究還在不斷發展中，相關技術標準也尚待完善。
特別是針對基于SDON的創新應用的研究與探索，必須通過高校與企業各方不斷研究和試驗，并通過實踐來完善和推進，借助市場來檢驗，SDON技術才能在“互聯網+”的浪潮中起到關鍵的推動作用。
京公網安備 11010502049343號