中國移動(dòng)研究院│柳晟

中國移動(dòng)OTN網(wǎng)絡(luò)引入SDN技術(shù)的探討

中國移動(dòng)研究院│柳晟

目前中國移動(dòng)OTN網(wǎng)絡(luò)中的部分省際和省內(nèi)骨干網(wǎng)正開始部署基于ASON分布式控制平面的OTN設(shè)備，因此除了要考慮OTN向SDN OTN過渡的問題，還要考慮ASON分布式控制平面的OTN向集中式控制平面的SDN OTN過渡的問題。

OTN技術(shù)是以傳統(tǒng)WDM波分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)，借鑒并吸收了SDH的分層結(jié)構(gòu)，并擴(kuò)展分組處理功能，實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)控、保護(hù)、管理等功能的新一代光傳送網(wǎng)。OTN技術(shù)可以提供大容量、高可靠性、低成本、可靈活調(diào)度的傳送管道，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于中國移動(dòng)的省際骨干網(wǎng)、省內(nèi)骨干網(wǎng)和城域傳送網(wǎng)中。

OTN網(wǎng)絡(luò)控制平面技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

目前，省際骨干網(wǎng)、省內(nèi)骨干網(wǎng)為網(wǎng)狀拓?fù)洹３怯騻魉途W(wǎng)多以環(huán)形和網(wǎng)狀拓?fù)錇橹?，其中城域核心層多為網(wǎng)狀拓?fù)?，城域匯聚層和城域接入層多為環(huán)形拓?fù)浣M網(wǎng)?，F(xiàn)網(wǎng)中OTN設(shè)備主要通過管理平面靜態(tài)方式組網(wǎng)，通過基于NMS（網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)端到端的管理，目前現(xiàn)網(wǎng)中OTN設(shè)備沒有廣泛使用控制平面。面向未來，由于城域核心層以及省際骨干網(wǎng)、省內(nèi)骨干網(wǎng)都是網(wǎng)狀拓?fù)?，這使引入控制平面、通過ASON和SDN等技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化變得可能，如圖1所示。

從業(yè)界趨勢(shì)看，控制平面逐步從分布式控制平面方案向集中式控制平面方案發(fā)展。未來網(wǎng)絡(luò)通過設(shè)備與控制器之間接口標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離；通過控制平面API開放，構(gòu)建更靈活、開放的網(wǎng)絡(luò)。

圖1 城域傳送網(wǎng)架構(gòu)

OTN網(wǎng)絡(luò)控制平面發(fā)展分為三階段

考慮到運(yùn)營商現(xiàn)有OTN網(wǎng)絡(luò)需要平滑演進(jìn)，OTN網(wǎng)絡(luò)控制平面的發(fā)展可以分三個(gè)階段。

● 第一階段，分布式ASON，實(shí)現(xiàn)讓網(wǎng)絡(luò)智能化、自動(dòng)化。實(shí)現(xiàn)鏈路和拓?fù)渥詣?dòng)發(fā)現(xiàn)、端到端自動(dòng)業(yè)務(wù)創(chuàng)建，以及端到端自動(dòng)業(yè)務(wù)恢復(fù)。基于GMPLS的分布式控制平面解決方案需要涉及分布式路由協(xié)議、信令協(xié)議和鏈路管理協(xié)議。

● 第二階段，集中式控制+分布式ASON控制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)集中式全局優(yōu)化。保留分布式控制平面，采用集中控制器+分布式ASON，可實(shí)現(xiàn)集中控制器負(fù)責(zé)全局最優(yōu)資源分配和業(yè)務(wù)路徑計(jì)算，分布式負(fù)責(zé)執(zhí)行，這樣可以達(dá)成資源利用率和重路由性能的最佳效果。

PCEP和Openflow是目前實(shí)現(xiàn)SDN的兩種不同南向協(xié)議技術(shù)，很多觀點(diǎn)認(rèn)為，這兩種技術(shù)不是替代關(guān)系，而是并存關(guān)系，適用不同的場(chǎng)景。PCE更適合GMPLS/ASON網(wǎng)絡(luò)向SDN演進(jìn)，而Openflow更適合非ASON網(wǎng)絡(luò)向SDN演進(jìn)。

PCE方案適用于骨干或城域核心，網(wǎng)絡(luò)MESH化較好，保護(hù)恢復(fù)可靠性要求高的場(chǎng)景。而Openflow更適合接入?yún)R聚網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)數(shù)量多，但拓?fù)浯蠖酁榄h(huán)或鏈，不適合也不必要部署ASON的場(chǎng)景。PCE服務(wù)器有全網(wǎng)拓?fù)浜蜆I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，先進(jìn)的批量優(yōu)化算法，可實(shí)現(xiàn)資源利用率進(jìn)一步提升。南向接口PCEP定位于路徑同步和計(jì)算等的協(xié)議交互。通過集中加分布的控制平面可以實(shí)現(xiàn)在線業(yè)務(wù)的快速路徑規(guī)劃和發(fā)放、可預(yù)覽的在線光纖割接模擬、實(shí)時(shí)在線生存性分析和資源預(yù)警，以及實(shí)時(shí)在線預(yù)置路徑刷新和告警。

● 第三階段，開放協(xié)同的SDN，實(shí)現(xiàn)讓網(wǎng)絡(luò)面向服務(wù)、互聯(lián)互通。SDN控制器主要是面向應(yīng)用、端到端業(yè)務(wù)和最終用戶的。通過開放的北向API，對(duì)外提供網(wǎng)絡(luò)編程能力和服務(wù)，實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，這是SDN的核心理念和價(jià)值。開放協(xié)同SDN方案需要標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)同器與控制器之間的接口、標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)同器的北向接口，同時(shí)開放給應(yīng)用。網(wǎng)管仍定位傳統(tǒng)的管理功能，主要是面向維護(hù)人員，做好網(wǎng)絡(luò)的后勤工作，保證網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)運(yùn)營。

在開放協(xié)同SDN階段，SDN集中控制器可以是PCE服務(wù)器的平滑演進(jìn)和升級(jí)，增加了多域協(xié)同和外部服務(wù)能力。北向接口可以為基于RESTFul(一種軟件設(shè)計(jì)風(fēng)格)技術(shù)的Webservice開放接口，可對(duì)外提供Bandwidth on Demand（按需分配帶寬）和OVPN（光纖虛擬專用網(wǎng)）等增值服務(wù)。南向接口可以為PCEP或Openflow，PCEP仍定位于路徑計(jì)算等路由功能，Openflow定位于業(yè)務(wù)創(chuàng)建、刪除等連接控制功能。

集中式的控制器可按照不同策略將客戶業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度方案，應(yīng)支持路由策略、保護(hù)策略、性能監(jiān)控策略、QoS及帶寬策略、安全策略等。其中，路由策略應(yīng)支持最短路徑、最小跳數(shù)、最短時(shí)延/抖動(dòng)、帶寬均衡等多種路徑計(jì)算機(jī)制，保護(hù)策略應(yīng)支持基于業(yè)務(wù)等級(jí)提供線性1∶1/1+1、環(huán)網(wǎng)保護(hù)、永久1+1、動(dòng)態(tài)重路由恢復(fù)等保護(hù)機(jī)制，QoS及帶寬策略應(yīng)支持優(yōu)先級(jí)靈活調(diào)整機(jī)制，性能監(jiān)控策略應(yīng)支持不同粒度的業(yè)務(wù)監(jiān)控設(shè)置機(jī)制，安全策略應(yīng)支持業(yè)務(wù)隔離機(jī)制。

對(duì)于SDN控制器的管理域大小和運(yùn)算負(fù)載，根據(jù)分析，當(dāng)控制器適用主流機(jī)架式服務(wù)器或刀片服務(wù)器（8核，8G內(nèi)存），可以管理約600個(gè)節(jié)點(diǎn)。如果網(wǎng)絡(luò)規(guī)模更大，就需要采取控制器集群技術(shù)了。

對(duì)于跨層支持，ASON一直沒有很好支持光電混合交叉、IP+光協(xié)同等多層網(wǎng)絡(luò)，就是因?yàn)榉植际奖容^難處理多層協(xié)同問題，SDN集中控制器有多層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蜆I(yè)務(wù)信息，非常適合做多層網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同調(diào)度。而對(duì)于未來FlexGrid和FlexRate，相比目前FixGrid，更需要集中式復(fù)雜的路由算法來更好分配波長頻譜資源。

OTN控制平面的測(cè)試和現(xiàn)網(wǎng)演進(jìn)策略

中國移動(dòng)聯(lián)合中國信息通信研究院開展了基于OTN平臺(tái)的PCE測(cè)試，測(cè)試基于多層、多域、光電混合的OTN智能業(yè)務(wù)調(diào)度場(chǎng)景。具備PCE功能的OTN設(shè)備基本實(shí)現(xiàn)了單域、多域、多層環(huán)境下的路徑計(jì)算、信令控制、自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和保護(hù)恢復(fù)功能，基于PCE的控制平面與分布式控制平面相比，在連接建立、保護(hù)恢復(fù)時(shí)間等性能方面基本相當(dāng)。

基于PCE的控制平面優(yōu)勢(shì)明顯

與分布式控制平面相比，PCE的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下方面。

● 解決分布式恢復(fù)沖突：多條首尾不同的業(yè)務(wù)在恢復(fù)時(shí)可能競(jìng)爭(zhēng)相同路徑資源，導(dǎo)致恢復(fù)失效。而PCE由于采用集中式計(jì)算，避免了分布式控制平面不同節(jié)點(diǎn)分別計(jì)算導(dǎo)致資源競(jìng)爭(zhēng)的問題，可以有效提高業(yè)務(wù)恢復(fù)率和恢復(fù)時(shí)間。

● 最優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源分配：PCE具有同時(shí)計(jì)算多條業(yè)務(wù)路徑的能力，并使用較強(qiáng)處理能力的服務(wù)器，可以采用復(fù)雜的算法根據(jù)全網(wǎng)業(yè)務(wù)需求實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的最優(yōu)分配。

● 多層、多域組網(wǎng)：在多域環(huán)境下，通過PCE之間的協(xié)作實(shí)現(xiàn)端到端跨域路由計(jì)算問題。在多層環(huán)境下，解決跨層的路由計(jì)算問題，特別是復(fù)雜的光層損傷路徑計(jì)算，提高多層網(wǎng)絡(luò)的資源利用效率。

目前中國移動(dòng)OTN網(wǎng)絡(luò)中的部分省際和省內(nèi)骨干網(wǎng)正開始部署基于ASON分布式控制平面的OTN設(shè)備，因此除了要考慮OTN向SDN OTN過渡的問題，還要考慮ASON分布式控制平面的OTN向集中式控制平面的SDN OTN過渡的問題。

SDN OTN應(yīng)用場(chǎng)景

由于OTN網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模、復(fù)雜性和歷史原因，未來可能集中式的控制平面和分布式的控制平面在OTN網(wǎng)絡(luò)中共存，SDN OTN可以重用ASON/PCE控制架構(gòu)中成熟的信令、集中路由計(jì)算、分布式恢復(fù)等控制機(jī)制。有可能出現(xiàn)以下3種場(chǎng)景：保留分布式的ASON控制平面，拓?fù)涔芾?、路由?jì)算、業(yè)務(wù)連接建立都由分布式ASON控制平面完成，上層的SDN控制器負(fù)責(zé)跨域、跨層、跨廠家。第二種情況，采用PCE架構(gòu)，路由計(jì)算由集中控制器完成，業(yè)務(wù)連接建立仍采用GMPLS,上層的SDN控制器負(fù)責(zé)部分跨域、跨廠家功能。第三種情況，路由計(jì)算、業(yè)務(wù)連接建立都由SDN控制器負(fù)責(zé)，分布式的控制平面完全去掉，或作為集中式控制平面的候補(bǔ)。

小結(jié)

根據(jù)中國移動(dòng)OTN網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)網(wǎng)狀況和發(fā)展需求，在OTN網(wǎng)絡(luò)的控制平面引入智能控制平面已成為演進(jìn)趨勢(shì)。通過ASON、PCE、SDN等智能控制平面技術(shù)，有望解決快速開通業(yè)務(wù)、協(xié)調(diào)保護(hù)、光電跨層協(xié)同、IP+光、通過SDN協(xié)同多個(gè)ASON域等復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)功能，提高中國移動(dòng)OTN網(wǎng)絡(luò)性能。

編輯｜黃海峰 huanghaifeng@bixintong.com.cn