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軟件定義網絡SDN從數據網絡向光網絡延伸

隨著雲計算、移動互聯、物聯網等寬帶應用的發展,以視頻為代表的寬帶業務以及以大型數據中心為代表的數據海量聚合模式驅動著光網絡的發展。目前業界掀起了融合信息技術(IT)和網絡新型架構理念的研究勢頭,軟件定義網絡(SDN)技術迅速從數據網絡領域向光網絡領域延伸,以構建更靈活、高效、低成本、開放的未來光網絡。

構建面向業務的新一代光網絡體系架構

當前,在全球信息化和ICT行業發展變革的浪潮之下,光網絡發展面臨新的挑戰。

第一,網絡流量快速增長,網絡擴容壓力大;第二,網絡智能化水平不高,運維管理復雜;第三,跨層域管控難度大,無法適應網絡融合發展的趨勢;第四,網絡相對封閉,新業務開發慢,難以滿足應用創新需求。傳統光網絡設備和業務采用強耦合方式,導致業務部署復雜,新業務開發周期長,無法適應業務及使用模式的快速變化和創新需求。

軟件定義網絡(SDN)集中化、智能化和開放化的理念為未來光網絡的發展提供了全新思路。軟件定義光網絡(SDON)是將SDN概念和技術應用於光網絡,構建面向業務的新一代光網絡體系架構。SDON通過將控制與傳送解耦,屏蔽光網絡物理技術細節,簡化現有光網絡復雜和私有的控制管理協議;采用集中控制策略,提高光網絡的智能調度和協同控制能力;通過開放網絡接口,提供光網絡的可編程能力,滿足未來網絡虛擬化、業務靈活快捷提供、網絡和業務創新等發展需求。與數據網絡不同,光網絡自身具有集中化管理和面向連接的交換機制等特點,因此光網絡天然具有部分SDN的特征,更易於向SDN方向發展演進。

軟件定義光網絡架構包含控制、轉發和應用三個層面。控制層是SDON的核心,主要實施網絡資源管理、業務連接控制、路由計算、網絡資源抽象和虛擬化,以及各種基於策略的網絡管控等功能,並向上層應用提供各種網絡服務。考慮到控制器的可擴展性和多域多廠商的組網需求,SDON在控制層中引入了分層控制結構,由協調層控制器負責跨技術/管理域、跨廠家的協同。

轉發層主要承擔光網絡業務的傳送和交換功能。軟件定義光網絡對光設備可編程能力提出了新的要求,一些靈活可編程的物理層和轉發技術會逐步引入和應用。如在光傳送網(OTN)設備中增加速率、距離自適應的光收發和靈活柵格光交換,在分組傳送網(PTN)設備中引入支持Openflow流表的芯片等。近期,由於受到可編程物理層技術和芯片不成熟的限制,SDON設備仍將維持現有的轉發面不變,通過在設備或網管中增加協議代理等機制支持SDON。

典型的SDON業務應用包括按需帶寬業務(BOD)、光虛擬專用網絡業務(OVPN)、數據中心光互連、“ip+光”協同等。這些應用通過調用控制層提供的北向接口API來對網絡實施操作,提供各種光網絡業務。

2014年以來,軟件定義光網絡技術持續升溫,從標準組織到設備廠家和運營商都開始積極參與和推進,呈現出快速發展態勢。

SDON標準化工作快速推進,多種技術標準競爭發展。開放網絡基金會(ONF)於2013年4月成立了光傳送工作組,已完成架構和用例,2015年年初將在Openflow 1.5版本中發布光網絡協議擴展。ITU-T SG15 2014年正式立項開發光傳送網SDN架構標準G.asdtn,將采用就架構組件方法來定義SDTN架構和接口。IETF通過擴展有狀態PCE方案實現集中化SDN控制器,並計劃在2015年成立光傳送網抽象控制工作組,旨在推進傳送網抽象虛擬化網絡架構和開放網絡接口。光互連論壇(OIF)與ONF於2014年下半年聯合舉辦了光傳送網SDN互操作性演示,成功實現了基於Openflow和RESTful北向接口的多廠商互操作。我國也積極開展SDON標準化工作,CCSA立項開展了《軟件定義光傳送網總體技術要求》和《軟件定義分組傳送網總體技術要求》等標準制定。

產業關註度提高,運營商成為積極推動者。SDON打破了傳統光網絡垂直一體和封閉的產業格局,網絡智能向新引入的控制器層面集中,形成了新的光網絡產業生態。2013年以來,國內外主流設備廠家紛紛推出傳送網SDN的樣機,並開展演示和試驗,預計2015年將推出商用產品。運營商普遍看好光網絡SDN的前景,2014年西班牙電信與華為聯合完成了業界首個基於SDN架構的“IP+光”多層協同測試。中國電信2014年組織了國內首個光傳送網SDN互操作性測試,重點關註利用SDN技術解決OTN多域多廠家互聯互通問題。中國移動提出了Super PTN概念,在PTN中引入SDN技術滿足集客業務端到端業務調度和業務開放需求,已聯合多家設備、軟件和芯片廠商推動產品研發。

抓住軟件定義光網絡的發展機遇

當前,軟件定義光網絡處於發展初期,技術標準尚不成熟,光網絡引入SDN仍面臨諸多挑戰。

——多種接口協議並存,標準化難度大。目前,光網絡控制器南向接口存在Openflow、GMPLS/PCEP、網管協議等多種協議選擇。隨著層次化控制結構的引入,控制器層間接口將成為標準化重點。目前,各標準化組織還沒有完善的控制器層間接口協議規範,不同運營商從自身需求出發,制定了不同的協議和信息模型,可能導致未來存在多種接口標準,影響產業發展。

——技術成熟度不高,產業鏈尚待完善。SDON集中控制帶來了新的擴展性和安全性問題。目前廠商研發的SDON控制器,僅在實驗室和小規模網絡中試驗,大規模組網下的集中控制性能仍有待驗證。在安全方面,集中控制使得控制器本身的可靠性和安全風險大大提高,需要建立起一整套隔離、防護和備份機制來確保其安全穩定運行,目前相關的研究工作還處於起步階段。此外,由於轉發層可編程的芯片和光器件技術產業尚不成熟,也制約了SDON產業的快速發展。

——維護管理體制面臨巨大變革挑戰。軟件定義光網絡是對傳統光網絡架構和組網方式的重大變革,將給運營商的維護體制帶來巨大挑戰。傳統光網絡中,業務連接都是預先規劃和下發的,網絡基本處於預設的靜態,網絡運維主要關註告警和性能維護。而SDON要求根據業務應用需求實時動態調度業務連接,隨時調整和優化網絡資源,這將使現有維護規程、業務發放流程等產生重大變化。傳統光網絡由設備制造商提供全部網絡元素,網絡出現任何問題,由廠商網管定位,廠商技術人員負責解決。而控制功能從設備中分離之後,網絡的硬件和軟件來自不同廠商,出現故障如何定位和解決,將是網絡維護管理面臨的棘手問題,也對維護人員素質提出了很高的要求。運營商光網絡維護體制的變革將是SDON成敗的關鍵。

我國擁有全球最大的光通信市場,同時也是光通信產業大國,應特別重視SDN技術發展可能給我國光通信產業帶來的變革和機遇。當前,我國SDON的技術標準和產業與國際處於同步水平,我們必須抓住SDON發展初期的重要機遇,使其成為我國光通信領域保持優勢地位和占領新的技術制高點的重要切入點。

——重視和加強軟件定義光網絡的標準化研究和推進。當前各大國際標準組織在光網絡SDN領域的研究和標準化工作尚處於初期階段。鑒於標準在支撐自主創新和引領產業發展方面的重要作用,我國應加大光網絡SDN領域標準的研究和推動力度,在國際標準中發揮引領作用。

——支持和推動光網絡SDN技術研發及產業化。光網絡SDN將給光通信產業鏈帶來重大變革,我國應積極應對SDN帶來的機遇和挑戰,加強國家科技專項資金在光網絡SDN領域的投入,通過設立國家科技項目等形式,支持開展軟件定義光網絡架構和關鍵技術研發及產業化,促進我國軟件定義光網絡技術發展走向世界前列。

——積極構建一個各方協作的SDON產業生態。光網絡SDN發展,形成了新的產業生態,需要產業鏈各方的共同推進。建議通過產業聯盟等方式,鼓勵和促進產業鏈各環節企業開展交流和合作創新,鼓勵產學研用相結合的開發聯合體,推動我國SDON技術和應用水平的提高。

在整個信息通信發展浪潮的推動下,光網絡的開放化、軟件化趨勢勢不可擋。根據光網絡本身的技術特點和網絡現狀,軟件定義光網絡的發展將是一個長期的過程。近期,SDON實現光網絡現有管控系統的擴展和北向接口開放,中長期將逐步實現轉發層的開放和標準化。

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