光网络向SDN演进,助力构建未来宽带光网络

【发布日期:2017-06-16】【来源:中国信息通信研究院】

光通信网络作为最为重要的信息通信基础设施之一,在支撑社会信息化、宽带化建设方面起着举足轻重的作用。当前,随着宽带中国战略的出台,固定宽带和移动宽带飞速发展,各大网络运营商大力推进FTTH、高速光传输和移动回传网络建设;与此同时,视频业务、移动互联网、云计算等新型业务兴起,使得光网络承载业务的需求不断变化,宽带光网络正面临新一轮的发展机遇和挑战。

  随着ICT技术的革命性进展,采用IT化、软件化思路和架构的软件定义网络(SDN)技术成为业界研究热点,并迅速从数据网络领域向光网络领域延伸,成为未来光网络发展演进的重要方向,将给宽带光网络带来新的价值和活力。

  一、光网络引入SDN的驱动力

  光网络领域引入软件定义网络(SDN)技术,主要目的是通过控制与传送解耦,采用集中控制策略,简化现有光网络复杂和私有的控制管理协议,通过开放网络和应用层接口,提供网络的可编程能力,满足未来数据中心光互联、网络虚拟化、业务灵活快捷提供、网络和业务创新等发展需求。

  当前,光网络SDN化趋势明显,主要驱动力包括以下几个方面:

  1.云数据中心互连

  随着云计算的发展,数据中心互联业务(数据中心备份、虚拟机迁移)对于骨干和城域光网络提出了大带宽、动态灵活的业务需求,目前国内运营商光网络为数据中心互连提供的总带宽已达到数Tb/s级别。光网络提供数据中心互联一般采用按照最大峰值配置静态带宽的模式,由于数据中心的带宽需求并不是一直处于高峰状态,这种模式造成了用户租用费用高昂和运营商网络资源的浪费。数据中心互联的动态性还包括接入点的变化,要求光网络实现数据中心之间连接的灵活调度和动态调整。

  2.跨厂家网络集中维护管理和调度

  光网络中设备数量和厂家众多,特别是城域传送网和接入网具有海量站点,给网络集中管理维护带来极大挑战。同时,由于光网络物理层技术复杂,各厂家的网络控制和管理协议存在不同程度的私有信息,跨厂家设备集中管理和调度难以实现,导致业务开通时间长,效率低,经常一个业务开通需要数天甚至数周。SDN通过转发与控制分离和网络虚拟化技术,屏蔽不同厂家的转发平面细节,提供标准接口实现控制器互联,为解决多厂商光网络设备集中管理和互联互通,简化网络运维提供了新的契机。

  3.异构网络智能互通和协同调度

  随着宽带网络流快速增长,扩容成本增长与业务利润增速放缓之间形成的剪刀差,成为运营商面临的首要问题。SDN技术可以实现光网络和IP网之间的资源优化和协同控制,有效降低路由器的容量需求,解决网络容量的瓶颈,降低网络综合承载成本。同时,通过SDN控制器协同,可以实现接入网、城域网、骨干网等异构网络的智能互通和资源联合调度,提升流量经营能力,提供更智能的管道服务,对于运营商和用户都具有重要意义。

  4.网络虚拟化和开放业务应用提供

  网络资源的虚拟化可以更好地发挥光网络基础设施资源的优势,使客户能够根据不同业务的应用需求,在保证服务质量前提下快速有效地接入和控制网络资源,并使得网络资源的利用达到最优化。基于网络虚拟化技术,光网络可以提供两个方面的业务开放:一方面是对运营商自身业务的开放,同一张物理网络,对于政企客户、家庭客户、回传网络可以有逻辑的独立控制系统,即实现网络的逻辑分片;另一方面是向客户开放,提供按需调整、开放创新、高效协同的“软网络”能力。

  二、光网络SDN发展存在不同的技术路线

  与数据网络SDN不同,光网络SDN有其独特的特点。首先,由于物理层的特性,光网络本身就具有控制转发分离的控制架构。其次,在集中控制方面,光网络已拥有成熟网管、路径计算单元(PCE)等集中管控系统。第三,光网络具有面向连接的特性,所有业务采用预先配置方式,无需控制器根据业务报文即时下发流进行报文转发,降低了对控制器性能的要求,具有较好的网络扩展能力。可以说,光网络已经具备了部分SDN的特征,为向SDN演进奠定了良好的基础。但另一方面,光网络设备物理层可编程能力较弱,资源虚拟化和切片实现较困难,使得光网络引入SDN技术存在一定的难度。

  基于上述光网络SDN的特点,光网络SDN采取的发展演进思路与数据网SDN有所区别。同时,由于光网络骨干、城域和接入层的发展需求和所采用的技术不同,SDN引入也具有不同的技术路线。

  (1)路线一:基于光网络控制平面的增强,强调北向接口开放。

  骨干网OTN、DWDM等光网络设备控制平面支持能力较好,可以基于现有ASON/GMPLS控制平面和集中路径计算单元PCE技术,通过扩展和增强PCE管控能力和开放北向接口,来实现SDN集中控制器,并对上层网络和应用提供开放可编程应用服务。这种路线可以较好地保护现有技术投入,并有利于网络的平滑演进。由于光网络物理层私有信息多,南向接口协议的标准化难度比较大,南向接口可能允许多种接口技术。

  (2)路线二:引入openflow协议,强调南向接口开放。

  对于分组传送PTN和接入网PON设备,并不具备智能控制平面,可以直接在设备上引入openflow协议,实现南向接口的开放和标准化。这种路线由于实现了南向接口标准化,有利于设备与业务解耦,简化网络节点功能,降低设备成本,便于运营商对多厂家海量城域和接入站点的集中管理控制。对于已经部署的现网设备,将考虑通过网管升级的方式实现集中控制器能力。

  三、光网络SDN发展现状和对产业的影响

  当前,光网络SDN呈现出快速发展态势。自2013年,国际标准化组织竞相开展标准化工作。ONF成立了光传送工作组OTWG,已完成架构和用例,并将于2014年完成基于openflow的光网络协议扩展;ITU-T SG15组启动了传送网SDN研究,IETF正在开展基于PCE扩展支持SDN的标准化工作,BBF提出了基于SDN的接入网未来架构。从产业发展情况来看,2012至2013年,主流光网络设备厂家纷纷推出传送网SDN的样机,国内外运营商积极关注PCE的演进并开展相关测试验证,中国移动演示了其基于SDN的Super PTN应用,中国电信成立了新的标准项目,研究接入网(FTTH/B/C以及IPRAN等)引入SDN的需求和架构。

  从光网络引入SDN对产业的影响来看:首先,由于光网络设备的核心竞争力主要在物理层技术,短期内SDN不会使光网络设备制造企业产生严重的价值流失。但从长期来看,由于SDN提供了开放化的网络接口,使得光网络设备具有更强的多厂商互操作能力,有利于新兴厂商的进入,将在一定程度上改变设备制造企业的竞争格局。

  其次,SDN引入对光网络设备物理层可编程能力提出了新的要求。为了更好的支持软件控制和业务动态调度需求,一些灵活可编程的物理层技术(如ODUflex、自适应光收发、灵活栅格光交换等)会逐步引入和应用。PTN、POTN等L2层设备本质为分组交换设备,将随着数据设备演进方向发展,逐步引入支持openflow的芯片。

  第三,光网络引入SDN提供了多种异构网络互通和开放服务的能力,将极大地促进承载网的融合发展。SDN的引入将会建立更大的生态系统,借助于SDN的开放性,引导整个光网络走向开放和合作的模式,便于新业务特性的快速推出,提高网络的盈利能力。

  结束语

  国家宽带战略实施和新兴业务发展将推动光网络发展迈入新的纪元。SDN技术是光网络宽带化、智能化、开放化发展的关键使能技术。目前光网络SDN发展还处于初期阶段,在技术路线、应用驱动、产业推进等方面还面临着很多问题和挑战,需要加大科研投入,促进产业各方协作创新,共同推动构建未来宽带光网络。

  作者简介:

  张国颖,工信部电信研究院通信标准研究所传送与接入研究部副主任,高级工程师。主要从事光网络、智能控制平面、宽带方面的技术研究、标准制定、测试评估和政策研究工作。主持和参与了多项科技部、发改委和国内主要电信运营商的研究课题。

  徐云斌,工信部电信研究院通信标准研究所传送与接入研究部高级工程师。主要从事光网络、智能控制平面、分组传送网方面的技术研究、标准制定、测试评估工作。

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