韓少宇

（31121部隊(duì)，河南 新鄉(xiāng) 221000）

0 引 言

隨著我國(guó)通信領(lǐng)域的不斷發(fā)展和“三網(wǎng)融合”“寬帶中國(guó)”等一系列戰(zhàn)略的實(shí)施，大數(shù)據(jù)等技術(shù)進(jìn)一步推進(jìn)了光纖通信領(lǐng)域的建設(shè)和發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)、新興移動(dòng)互聯(lián)以及智能制造等需求逐漸增多。通信業(yè)務(wù)在數(shù)據(jù)傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、時(shí)延等方面均有著較高的要求，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)超高速、大容量傳輸，提高光纖傳輸?shù)闹悄芑絒1]。為了實(shí)現(xiàn)超高速、大容量傳輸，光纖通信需要借助大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行智能化轉(zhuǎn)型，結(jié)合軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）技術(shù)重構(gòu)擴(kuò)展層，使光纖網(wǎng)絡(luò)更加智能、靈活、高效。通過分析光纖通信在大數(shù)據(jù)背景下的發(fā)展趨勢(shì)，引出軟件定義光網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Optical Networks，SDON）在光纖通信領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 大數(shù)據(jù)技術(shù)與SDN技術(shù)概述

1.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)是需要新處理模式才具備強(qiáng)大洞察能力、決策能力以及流程優(yōu)化能力的海量、高增長(zhǎng)率信息資產(chǎn)，而大數(shù)據(jù)技術(shù)則是對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的一種新一代信息技術(shù)[2]。大數(shù)據(jù)技術(shù)的特點(diǎn)主要包含4個(gè)方面：一是計(jì)算速度快，可以快速分析數(shù)據(jù)；二是能夠存儲(chǔ)巨量數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；三是具有較高的商業(yè)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值，能夠?yàn)槿藗兊娜粘Q策提供有效支持；四是可以抓取、收集類型繁雜的數(shù)據(jù)，充分滿足人們的使用需求。隨著光纖通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量不斷增加，人們對(duì)數(shù)據(jù)處理能力、傳輸能力以及存儲(chǔ)能力的要求均有所提升。目前，大數(shù)據(jù)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到各行各業(yè)，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)可以對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。

1.2 SDN技術(shù)

大數(shù)據(jù)時(shí)代，人們對(duì)光纖通信的傳輸速率、可靠性、帶寬以及時(shí)延等方面均提出了更高的要求。同時(shí)隨著電子產(chǎn)品的不斷增加，對(duì)光纖通信的穩(wěn)定性和高效性也提出了更高的要求。當(dāng)前光纖傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)虛擬化水平不高，無(wú)法滿足云業(yè)務(wù)及相關(guān)業(yè)務(wù)鏈重組需求，且在擴(kuò)展性和靈活性上也有待提升。對(duì)于光纖通信目前存在的這些不足，可以通過SDN技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)。

1.2.1 SDN技術(shù)的概念

SDN技術(shù)屬于網(wǎng)絡(luò)開放式、軟件集中化控制的一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)，能夠通過OpenFlow協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和數(shù)據(jù)管控相互分離，并通過標(biāo)準(zhǔn)化接口和軟件編程集中管控網(wǎng)絡(luò)，促使網(wǎng)絡(luò)資源得到充分利用，提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率[3]。SDN技術(shù)概念圖例如圖1所示。

圖1 SDN技術(shù)概念圖例

根據(jù)圖1，大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠整合全球網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)資源并通過轉(zhuǎn)發(fā)功能f(Map)向控制程序轉(zhuǎn)發(fā)，基于SDN技術(shù)的控制程序?qū)⑷蚓W(wǎng)絡(luò)資源信息傳送至網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，由該系統(tǒng)對(duì)收到的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行集中管控，從而形成滿足用戶需求的各類數(shù)據(jù)包，并將各類數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給用戶。為了充分發(fā)揮SDN技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)集中管控作用，必須結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行整理。

1.2.2 基于大數(shù)據(jù)的SDN架構(gòu)和功能

SDN屬于新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過這種架構(gòu)能夠進(jìn)一步細(xì)化大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的處理，使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和存儲(chǔ)的性能得到提升。基于其智能化的集中管控功能，可以提升光纖通信傳輸效率，使用戶獲得更好的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。對(duì)于SDN技術(shù)架構(gòu)而言，排除其與大數(shù)據(jù)之間的結(jié)合部分，可以分為基礎(chǔ)設(shè)施層、控制層以及應(yīng)用層3個(gè)部分。其中，基礎(chǔ)設(shè)施層位于最底層，是與大數(shù)據(jù)處理后的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)連接最緊密的一層。通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備接收大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的整合數(shù)據(jù)，利用OpenFlow協(xié)議由SDN控制軟件或操作系統(tǒng)對(duì)設(shè)備中接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)控制和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的相互分離[4]。操作系統(tǒng)獲得數(shù)據(jù)后會(huì)根據(jù)用戶傳遞的需求信息對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)一步整合，以形成用戶所需的數(shù)據(jù)包。通過應(yīng)用程序接口（Application Program Interface，API）將數(shù)據(jù)包傳遞給用戶，從而幫助用戶從網(wǎng)絡(luò)中獲取自身實(shí)際需要的數(shù)據(jù)內(nèi)容。SDN技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 SDN技術(shù)架構(gòu)

SDN具有數(shù)據(jù)控制和轉(zhuǎn)發(fā)相互分離的功能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)硬件設(shè)備通用化、標(biāo)準(zhǔn)化升級(jí)和軟件可編程集中管控。基礎(chǔ)設(shè)施層中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)，也能夠?qū)I(yè)務(wù)的特性解耦，這些在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下均比較容易實(shí)現(xiàn)。采用SDN控制軟件能夠?qū)崿F(xiàn)可編程管控，其網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行及控制均通過服務(wù)器來(lái)完成。通過對(duì)流量、路由等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)配置，能夠快速開通定制業(yè)務(wù)，并且有效縮短各類應(yīng)用和業(yè)務(wù)耗時(shí)。除此之外，SDN技術(shù)能夠兼容大數(shù)據(jù)技術(shù)的部分功能，如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)整理等。

2 大數(shù)據(jù)背景下光纖通信的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

2.1 大數(shù)據(jù)背景下光纖通信的發(fā)展現(xiàn)狀

大數(shù)據(jù)背景下，通信行業(yè)存在海量的數(shù)據(jù)需要處理，大數(shù)據(jù)技術(shù)主要用于存儲(chǔ)通信數(shù)據(jù)、優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)以及構(gòu)建通信大數(shù)據(jù)平臺(tái)。光纖通信所面臨的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境比較復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)之間存在不匹配的情況，在開展網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)，前期建設(shè)和后期的運(yùn)營(yíng)成本較高，導(dǎo)致大數(shù)據(jù)技術(shù)在光纖通信方面的應(yīng)用比較乏力。硬件設(shè)備屬于專用設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)整體比較復(fù)雜，建成后很難對(duì)其變動(dòng)，普遍存在擴(kuò)展性、靈活性不足的問題。當(dāng)前使用的光纖通信網(wǎng)絡(luò)在出現(xiàn)新業(yè)務(wù)的情況下，需要通過增加設(shè)備、擴(kuò)容等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)開通，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源的整體利用率降低，對(duì)用戶需求的響應(yīng)較慢。此外，光纖通信在運(yùn)營(yíng)維護(hù)時(shí)，因建設(shè)方包含多個(gè)廠商，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)成本增加。

近年來(lái)，隨著高清視頻、寬帶以及云業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，各類新興業(yè)務(wù)對(duì)光纖通信各方面指標(biāo)的要求也有所提升，光纖通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)提升適應(yīng)性和靈活性，針對(duì)各類業(yè)務(wù)特點(diǎn)給予網(wǎng)絡(luò)支撐。對(duì)于云計(jì)算業(yè)務(wù)而言，主要通過分層架構(gòu)來(lái)完成邊緣計(jì)算，可以降低業(yè)務(wù)傳輸時(shí)延，并減少信令開銷。在大數(shù)據(jù)背景下，光纖通信不僅需要面臨大量且復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理工作，而且還需要不斷解決新興業(yè)務(wù)帶來(lái)的問題。

2.2 大數(shù)據(jù)背景下光纖通信的發(fā)展趨勢(shì)

隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，光纖通信也根據(jù)應(yīng)用需求的變化而不斷發(fā)展，具有低損耗、低成本以及抗干擾等諸多特點(diǎn)，同時(shí)其傳輸容量在持續(xù)增加[5]。由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸以及轉(zhuǎn)發(fā)量越來(lái)越大，光纖通信必須具備足夠大的帶寬，以滿足業(yè)務(wù)方面的需求。

當(dāng)前光纖通信的安全保障由多個(gè)方面組成，包括可靠的設(shè)備功能模塊、網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)機(jī)制以及1+1系統(tǒng)備份。由于網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)對(duì)光纖通信的穩(wěn)定性和安全性要求非常高，如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接中斷，將會(huì)對(duì)所有涉網(wǎng)業(yè)務(wù)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此要保證光纖通信具備防護(hù)機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)間達(dá)到毫秒級(jí)[6]。電子商務(wù)、超高清視頻、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及5G通信業(yè)務(wù)均要求較低的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，對(duì)此需要進(jìn)一步降低光纖通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，從而滿足當(dāng)前商業(yè)需求和服務(wù)需求。

在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)逐漸增多，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用也越來(lái)越復(fù)雜，光纖通信需具備較強(qiáng)的協(xié)同性和開放性。不同光纖網(wǎng)絡(luò)之間需要相互聯(lián)通、多點(diǎn)協(xié)同，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)快速匹配，有效提升網(wǎng)絡(luò)資源利用率。

3 基于大數(shù)據(jù)的SDON技術(shù)在光纖通信領(lǐng)域中的應(yīng)用

在大數(shù)據(jù)技術(shù)和SDON技術(shù)的影響下，光纖通信正朝著智能化方向不斷發(fā)展，基于大數(shù)據(jù)的SDON技術(shù)為光纖通信領(lǐng)域注入了新活力，可以為新業(yè)務(wù)的開展提供支持。

SDON技術(shù)的核心在于數(shù)據(jù)控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面之間相互分離，使底層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)虛擬化，通過可編程控制實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管控。將SDON技術(shù)引入到光纖通信領(lǐng)域，用戶能夠自主設(shè)置帶寬、路由等內(nèi)容，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源靈活調(diào)配，有效提升光纖通信傳輸?shù)撵`活性、擴(kuò)展性[7]。

與傳統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)相比，SDON具備更加突出的優(yōu)勢(shì)。首先，其業(yè)務(wù)定制靈活多樣，能夠借助大數(shù)據(jù)技術(shù)強(qiáng)大的可編程控制軟件和計(jì)算功能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下的連接控制和路由控制，從而滿足新業(yè)務(wù)對(duì)光纖通信的需求。其次，借助大數(shù)據(jù)下的可編程控制軟件，能夠?qū)饫w通信網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)化調(diào)整，從而提升網(wǎng)絡(luò)資源利用率。再次，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)與控制的分離，借助大數(shù)據(jù)算法智能化管理網(wǎng)絡(luò)，有效規(guī)避了傳輸節(jié)點(diǎn)設(shè)備重復(fù)建設(shè)，減少建設(shè)成本[8]。最后，通過大數(shù)據(jù)可編程控制能夠促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)底層設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化，從而使各設(shè)備廠商、類型之間實(shí)現(xiàn)相互聯(lián)通，提高了光纖通信運(yùn)營(yíng)的安全性，并提升了光纖通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的效果[9]。

SDON技術(shù)繼承了SDN技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)借助大數(shù)據(jù)的可編程控制、虛擬技術(shù)以及先進(jìn)算法實(shí)現(xiàn)了光纖通信網(wǎng)絡(luò)功能重建和智能化編排，提升了通用服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備以及交換機(jī)的容量，使光纖通信整體建設(shè)的成本得以降低，并提升了光纖通信的智能化運(yùn)營(yíng)能力[10]。

4 結(jié) 論

綜上所述，在大數(shù)據(jù)背景下，光纖通信領(lǐng)域逐漸出現(xiàn)了各種新興業(yè)務(wù)，對(duì)帶寬、時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)可靠性以及網(wǎng)絡(luò)資源利用率的要求不斷提升，而基于大數(shù)據(jù)的SDON技術(shù)可以有效滿足這些需求，對(duì)于光纖通信的發(fā)展至關(guān)重要。