唐智飛, 林何平, 高軍詩

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司, 北京 100080）

1 引言

SDN（Software Defined Network，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）是一種以O(shè)penFlow為核心技術(shù)的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。SDN于2006年誕生于美國斯坦福大學(xué)，研究團(tuán)隊(duì)首先將這個理念運(yùn)用于校園網(wǎng)中；在2009～2012年這3年中，SDN主要在互聯(lián)網(wǎng)中使用發(fā)展；從2012年至今，SDN技術(shù)已經(jīng)慢慢引入到電信業(yè)。它從傳統(tǒng)的架構(gòu)中分離出控制功能，從而使其在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中形成邏輯上的獨(dú)立環(huán)境，利用開放API（應(yīng)用編程接口），使用戶通過軟件編程控制網(wǎng)絡(luò)改變傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，這種新架構(gòu)也成為了未來光傳送網(wǎng)絡(luò)（OTN）技術(shù)的發(fā)展方向之一。

2 SDN的標(biāo)準(zhǔn)化與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

SDN的標(biāo)準(zhǔn)化對其發(fā)展十分重要，在標(biāo)準(zhǔn)化過程中做出主要貢獻(xiàn)的有：ODF（Open Network Foundation，開放網(wǎng)絡(luò)基金會）、ITU（International Telecommunication Union，國際電信聯(lián)盟）、OIF（Optical Internetworking Forum,光互聯(lián)論壇）、IETF（Internet Engineering Task Force, 互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組）。

（1）ONF主要通過OpenFLow協(xié)議推動SDN的可行性研究，成立了光傳送工作組（OTWG）研究了基于SDN和OpenFlow標(biāo)準(zhǔn)在光傳送網(wǎng)的控制能力。

（2）ITU主要對光傳送網(wǎng)架構(gòu)及傳送網(wǎng)管理和控制展開研究，并在2014年3月在SG15全會上啟動了對SDN控制的傳送網(wǎng)體系架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)研究的工作。

（3）OIF主要通過對傳送SDN的需求和應(yīng)用場景研究，從而輸出一個傳送SDN的需求文檔，通過互通測試來推動SDN發(fā)展。

（4）IETF主要通過相關(guān)協(xié)議擴(kuò)展SDN的功能，從而研究出演進(jìn)型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)理念就是將網(wǎng)絡(luò)控制平面和數(shù)據(jù)平面分離，從而實(shí)現(xiàn)可編程的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，典型的SDN架構(gòu)如圖1所示。構(gòu)架分為應(yīng)用層、控制層及基礎(chǔ)設(shè)施層。

其中，最上層為應(yīng)用層，包括各種業(yè)務(wù)及應(yīng)用；控制層主要負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)平面的相關(guān)資源；基礎(chǔ)設(shè)施層負(fù)責(zé)基于流表的數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)發(fā)和狀態(tài)收集。中間控制層系統(tǒng)的南向接口是與物理設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接，北向接口通過API的形式給SDN應(yīng)用。在SDN架構(gòu)中物理設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，比起現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備既要對流量進(jìn)行控制又要轉(zhuǎn)發(fā)，很大程度上降低了業(yè)務(wù)與設(shè)備之間的耦合性，網(wǎng)絡(luò)形態(tài)向SDN設(shè)備形態(tài)轉(zhuǎn)變?nèi)鐖D2所示。

圖1 SDN典型架構(gòu)

圖2 SDN設(shè)備形式

3 OTN技術(shù)的發(fā)展趨勢

近年來，由于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，對寬帶需求也在逐漸增大，這對基礎(chǔ)設(shè)施OTN設(shè)備的硬件來說是一種挑戰(zhàn)，目前興起的100 Gbit/s系統(tǒng)主要是采用PM-QPSK的編碼方式并結(jié)合四位相干檢測技術(shù)，為了達(dá)到10 Gbit/s系統(tǒng)一樣的傳輸距離，100 Gbit/s系統(tǒng)必須降低系統(tǒng)對峰值信噪比和色散容限的要求，并且要克服非線性效應(yīng)的影響，通過偏振復(fù)用、新型編碼調(diào)制、FEC、相干檢測、DSP等技術(shù)的引入提高了100 Gbit/s系統(tǒng)的傳輸速率。

國內(nèi)各運(yùn)營商掀起了傳輸設(shè)備100 Gbit/s網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，2012年底中國移動率先完成了100 Gbit/s的測試并進(jìn)行采購，逐漸將大容量傳輸設(shè)備投入現(xiàn)網(wǎng)使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國干線傳輸網(wǎng)的流量以每年50%的速度增長，所以設(shè)備業(yè)務(wù)口帶寬從10 Gbit/s到40 Gbit/s最后發(fā)展為100 Gbit/s的時間間隔也不斷縮小，傳輸設(shè)備的硬件發(fā)展速度越來越難滿足網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的速度，從另一個側(cè)面也反應(yīng)了大容量設(shè)備對技術(shù)的要求越來越嚴(yán)格。電信業(yè)務(wù)的IP化使得OTN從業(yè)務(wù)接口的適應(yīng)性向分組化多業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)化，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的突發(fā)性和不確定性增加。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)多以典型的環(huán)型或鏈型結(jié)構(gòu)拓?fù)?，光層和OTN兩層獨(dú)立配置為主，OTT（移動寬帶、視頻）等快速增長，使得每Bit成本大幅下降，網(wǎng)絡(luò)將向多層、大網(wǎng)多域等更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn),這促使光傳送網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式從端到端或者靜態(tài)組網(wǎng)的方式向更加靈活多變的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。

傳送網(wǎng)中使用的控制架構(gòu)和協(xié)議主要分為以GMPLS（Generalized Multi Protocol Label Switching，通用多協(xié)議標(biāo)記交換）為代表的分布式和Open Flow協(xié)議為代表的集中式。其中，GMPLS是由IETF提出的通用網(wǎng)絡(luò)控制平面架構(gòu)，被通信運(yùn)營商用于管理物理鏈路及核心管道技術(shù)。由于GMPLS是采用靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)配置的方式，使傳送網(wǎng)承載的應(yīng)用和客戶層網(wǎng)絡(luò)分離，無法動態(tài)滿足業(yè)務(wù)需求。如何做到動態(tài)可調(diào)，就要提到Open Flow協(xié)議，該協(xié)議通過分離目前處于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的主要組成部分?jǐn)?shù)據(jù)平面和控制平面，從而達(dá)到集中式控制。為了加快業(yè)務(wù)部署，降低成本，將目前趨于固定單一的啞管道轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄軓椥怨艿?，提高資源利用率，引入SDN技術(shù)，通過開放北向接口，客戶化定制和管理、可編程、智能管道控制，從而做到精細(xì)化運(yùn)營和提高帶寬利用率，由此看出高速率傳輸、大容量交換、智能控制、多業(yè)務(wù)分組化和軟件可編程是未來OTN發(fā)展的5種趨勢。

4 結(jié)合SDN的光傳送網(wǎng)

基于SDN架構(gòu)的OTN，就是用靈活可編制的軟件從而實(shí)現(xiàn)資源的動態(tài)調(diào)整。OTN網(wǎng)絡(luò)軟件可編程有：編碼可調(diào)，數(shù)據(jù)封裝速率和靈活的間隔。

眾所周知，不同光傳輸場景下需要不同編碼調(diào)制及光模塊，光路可以通過多種物理性能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，F(xiàn)lex TRX則根據(jù)距離、帶寬等參數(shù)動態(tài)調(diào)節(jié)模塊從而達(dá)到利用率最高；通用映射規(guī)程（GMP）實(shí)現(xiàn)OTN內(nèi)多業(yè)務(wù)的封裝和承載，隨著業(yè)務(wù)速率的增加，固定速率的封裝已不能滿足大帶寬和靈活配置的要求，F(xiàn)lex OTN則通過可變的封裝容器，靈活映射數(shù)據(jù)封裝；可重構(gòu)型光分插復(fù)用器（ROADM）可以使光層不同的波長進(jìn)行交換或者動態(tài)的上下業(yè)務(wù)。但不斷涌入的大容量速率的出現(xiàn)，原有的固定間隔被Flex Grid ROADM打破，通過采用靈活的可編程的波長選擇濾波集成組件。

為了解決大規(guī)模組網(wǎng)所帶來的網(wǎng)絡(luò)控制復(fù)雜與資源利用低的問題，光網(wǎng)絡(luò)控制體系必須完成從封閉到開放的改變，SDN在光控制層面演進(jìn)主要存在3種方式。

（1） 保守型，指在目前已有的集中控制架構(gòu)和協(xié)議上直接使用SDN的光控制器進(jìn)行管理，即將ASON/GMPLS信令等分布式控制功能統(tǒng)一到PCE上實(shí)現(xiàn)。

（2） 激進(jìn)型，指SDN完全取代ASON、GMPLS及PCE架構(gòu)，打破已有的分布式控制的模式，并更改所有域的橫向控制和相關(guān)協(xié)議。

（3） 平滑型，指將ASON、PCE的部分功能移植到SDN上，利用前期的成果，使其成為SDN控制器中的一個功能模塊。

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)L2/L3為Ethernet/IP數(shù)據(jù)層，L0/L1為SDH/WDM傳輸層，L3/L2層較L1/L0更加靈活，并且數(shù)據(jù)層是控制轉(zhuǎn)發(fā)合一的，但傳輸層則是分離的。如何將這兩層統(tǒng)一的管理起來，就要依靠SDN技術(shù)。首先分析一下IP與光層的演進(jìn)模式，IP+光靜態(tài)協(xié)同，通過網(wǎng)管統(tǒng)一管理建立光通路，IP與光動態(tài)協(xié)同，就是在IP與光層中間加入了分布式部署；IP與光層集中統(tǒng)一控制，即控制平面與數(shù)據(jù)平面分離，構(gòu)成全網(wǎng)集中管控；最后進(jìn)入IP與光跨層結(jié)合，為了滿足業(yè)務(wù)的分組化和多樣化，采用P-OTN技術(shù)解決全業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載。

5 SDN面臨的挑戰(zhàn)

前面主要介紹SDN的優(yōu)勢，但SDN也有不足：由于軟件的復(fù)雜度高，所以穩(wěn)定性和運(yùn)算壓力會存在隱患，要實(shí)時優(yōu)化路由，運(yùn)算量會隨著網(wǎng)元數(shù)量呈幾何增長，容易影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性；ONF僅定義了控制器與設(shè)備之間的南向接口，沒有開放控制器與應(yīng)用程序之間的北向接口，導(dǎo)致各廠家設(shè)備互通增加難度；SDN的控制過于集中化，單點(diǎn)產(chǎn)生意外會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生很大風(fēng)險；在演進(jìn)中硬件兼容性存在挑戰(zhàn)；各廠家利益也是阻礙SDN發(fā)展的因素之一。

6 結(jié)束語

綜上所述，SDN對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和組網(wǎng)模式產(chǎn)生著重大的影響，即將原有的數(shù)據(jù)平面和控制平面分離，從而動態(tài)管理整個網(wǎng)絡(luò)。雖對固有的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和管理造成挑戰(zhàn)，但這并不影響SDN技術(shù)作為光傳送網(wǎng)絡(luò)未來的發(fā)展趨勢，要深入研究SDN技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從而真正面對并解決SDN所帶來的挑戰(zhàn)。

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