當前，我國信息通信產(chǎn)業(yè)持續(xù)高速增長，互聯(lián)網(wǎng)應用呈現(xiàn)出加深發(fā)展態(tài)勢。

　　為把互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新成果與經(jīng)濟社會各領域深度融合，推動技術(shù)進步，提升實體經(jīng)濟創(chuàng)新力和生產(chǎn)力，國務院提出以“互聯(lián)網(wǎng)+”為主線的國家信息化戰(zhàn)略方針。

　　作為“互聯(lián)網(wǎng)+”的重要基礎設施，光網(wǎng)絡在高速、寬帶、長距離超大容量傳輸方面的優(yōu)勢得到了充分體現(xiàn)。

　　隨著光網(wǎng)絡智能化的不斷發(fā)展，其發(fā)展趨勢已不再局限于簡單的剛性帶寬管道提供，出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)開放化、業(yè)務增值化的發(fā)展趨勢與特征，而帶來這一特征的主要因素在于光網(wǎng)絡的可編程控制，即軟件定義光網(wǎng)絡SDON。

　　智能光網(wǎng)絡的技術(shù)演進路線

　　圍繞著光網(wǎng)絡的智能性演進，先后形成了如圖1所示的技術(shù)路線，即自動交換光網(wǎng)絡ASON、基于路徑計算單元PCE的光網(wǎng)絡和軟件定義光網(wǎng)絡SDON，實現(xiàn)了從“分布式”控制到“半分布式半集中式”控制，再到“全集中式”控制的演進。

　　圖1 智能光網(wǎng)絡的技術(shù)演進路線

　　自動交換光網(wǎng)絡—ASON

　　2001年，ITU-T發(fā)布對ASON的實施建議，首次提出在光傳送網(wǎng)中引入控制平面。

　　同年，IETF提出ASON的一種實現(xiàn)技術(shù)，即通用多協(xié)議標記交換GMPLS。

　　ASON/GMPLS是將拓撲發(fā)現(xiàn)、路徑計算、資源分配、連接控制等功能從管理平面剝離出來，形成分布式控制平面，利用分布式的智能實現(xiàn)連接的動態(tài)建立、刪除以及快速故障恢復，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的按需分配。

　　由圖1我們可以看到，基于分布式的ASON/GMPLS是一種“鏈型結(jié)構(gòu)”的控制平面模式，每個光網(wǎng)絡傳輸與交換單元都有各自的控制平面CP系統(tǒng)，維護著與其他網(wǎng)絡節(jié)點的控制信令的互通。

　　然而隨著光通信技術(shù)的不斷發(fā)展，需要引入業(yè)務感知、損傷分析、層域協(xié)同、資源虛擬等新的策略與規(guī)則，ASON/GMPLS控制胖平面化趨勢十分明顯，由此導致網(wǎng)絡控制功能越來越復雜，造成各控制平面節(jié)點之間的通信量越來越大。

　　另外，隨著網(wǎng)絡規(guī)模的擴大，ASON/GMPLS在大規(guī)模網(wǎng)絡的路徑計算、異構(gòu)網(wǎng)絡的互聯(lián)互通等方面存在明顯不足，并且GMPLS協(xié)議過于復雜，在實際應用中的局限性較大。

　　基于路徑計算單元的光網(wǎng)絡—PCE

　　IETF標準化組織于2006年提出了PCE技術(shù)。基于PCE的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和選路技術(shù)，將復雜約束條件下的路徑計算和流量工程功能從傳統(tǒng)控制平面獨立出來，形成集中式路由和分布式信令的“錐形結(jié)構(gòu)”控制平面模式（如圖1所示）。

　　作為網(wǎng)絡中專門負責路徑計算的功能實體，PCE基于已知的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)和約束條件，根據(jù)路徑計算客戶PCC的請求計算出最佳路徑。

　　采用相對獨立的PCE專門負責路徑計算，有利于增強網(wǎng)絡規(guī)模及路由機制的可擴展性，同時，減輕大量計算需求對網(wǎng)絡設備的沖擊。

　　但PCE功能比較單一，需要與其他技術(shù)協(xié)同應用。

　　軟件定義光網(wǎng)絡—SDON

　　2011年，以OpenFlow為代表的軟件定義網(wǎng)絡SDN首次在計算機網(wǎng)絡提出，并逐步擴展到光纖網(wǎng)絡中。

　　SDON是指光網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)和功能可根據(jù)用戶或運營商需求，利用軟件編程的方式進行動態(tài)定制，從而實現(xiàn)快速響應請求、高效利用資源、靈活提供服務的目的。

　　SDON可以為各種光層資源提供統(tǒng)一的調(diào)度和控制能力，根據(jù)用戶或運營商需求，利用軟件編程方式進行動態(tài)定制，重點解決功能擴展的難點，滿足多樣化、復雜化的需求，其核心在于光網(wǎng)絡元素的可編程特性，包括業(yè)務邏輯可編程、控管策略可編程和傳輸器件可編程。

　　由于光層和電層屬性不同，SDON是對SDN技術(shù)在光層上的擴展，以滿足光網(wǎng)絡的特殊需求，可支持彈性資源切片虛擬，因此，更加適合多層域多約束的光網(wǎng)絡控制，可有效提高運維效率并降低成本。

　　如圖1所示，SDON通過開放的南北向接口實現(xiàn)了業(yè)務的靈活接入與硬件的統(tǒng)一控制，形成了以控制器為核心的“沙漏型結(jié)構(gòu)”的控制平面模式。

　　SDON的標準化進展

　　SDON的標準化工作主要由四個國際標準化組織完成，即ONF、ITU-T、IETF、OIF。

　　1）ONF有三個相關(guān)工作組

　　（1）OTWG。2013年4月，ONF成立了光傳送工作組OTWG，重點研究光傳送網(wǎng)中實現(xiàn)SDN的用例、需求、架構(gòu)、信息模型、協(xié)議擴展，2014下半年與OIF聯(lián)合開展互操作測試，2015年初發(fā)布OpenFlow光擴展協(xié)議，并開展光傳送網(wǎng)北向接口研究。

　?。?）ARCH WG，開展北向接口通用信息模型研究。

　?。?）CG討論組，討論運營商SDN的問題、需求和架構(gòu)框架，提出工作組章程，將開展架構(gòu)、需求和Gap分析工作。

　　2）ITU-T的SG15

　　2013年7月，ITU-T由SG15開展傳送網(wǎng)SDN研究，重點研究SDN與現(xiàn)有傳送網(wǎng)的關(guān)系、網(wǎng)絡架構(gòu)和演進等方面的內(nèi)容。2014年正式立項G.asdtn和G.cca標準，采用架構(gòu)組件方法規(guī)范SDTN的體系架構(gòu)和接口需求。

　　3）IETF有兩個相關(guān)工作組

　?。?）PCE WG，基于有狀態(tài)的PCE，研究PCE中增加連接控制，進而演進為SDN 控制器。Google、思科、Juniper、華為等公司正積極推進標準化，2013.11工作組會議基本同意該提案成為工作組文稿。

　?。?）ACTN討論組，旨在推進傳送網(wǎng)開放網(wǎng)絡接口，向上層網(wǎng)絡提供資源抽象和控制。

　　OIF于2013年開始對傳送網(wǎng)SDN開展研究，包括傳送網(wǎng)SDN構(gòu)架和接口需求。2014年8~9月，OIF/ONF聯(lián)合舉行OTN SDN全球互操作性測試，全球5個運營商9個設備廠商參與，成功展示了光網(wǎng)絡SDN互通性。

　　從光網(wǎng)絡的智能化演進路線和標準化進展不難看出，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的簡單化和開放化是發(fā)展趨勢，而業(yè)務的靈活自適應接入是核心驅(qū)動力。

　　光網(wǎng)絡服務門檻的降低使得越來越多的應用能夠在其中得到孕育和發(fā)展。

　　SDON的特色與關(guān)鍵技術(shù)

　　開放靈活的業(yè)務編排

　　隨著光網(wǎng)絡技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡業(yè)務呈現(xiàn)出多樣化的趨勢。

　　一方面，光網(wǎng)絡需要承載話音、上網(wǎng)業(yè)務等傳統(tǒng)的電信級業(yè)務，這些業(yè)務占據(jù)了大量的光網(wǎng)資源，且靈活性很差。

　　另一方面，隨著數(shù)據(jù)中心的深入，光網(wǎng)絡面對的不再是簡單的“客戶”到“服務器”的連接請求，而更多是面向服務器到服務器提供連接，這種業(yè)務形式需要光網(wǎng)絡能夠具備多用戶并發(fā)訪問，以及快速的業(yè)務服務能力。

　　特別是網(wǎng)絡虛擬化技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡操作者能夠根據(jù)不同用戶的需求（如QoS、時延、帶寬等），設計并提供不同的虛擬網(wǎng)絡給用戶。

　　在現(xiàn)有網(wǎng)絡架構(gòu)下，當服務提供需要增加新的業(yè)務時，運營商需要人工地修改運營支撐系統(tǒng)；那么當業(yè)務種類更新?lián)Q代頻繁時，OSS將成為新業(yè)務快速上線的“絆腳石”。所以，光網(wǎng)絡需要具備強大的業(yè)務編排能力。開放靈活的業(yè)務編排是SDON的靈魂。

　　SDON將網(wǎng)絡應用部署與特定的網(wǎng)絡環(huán)境解耦合，不同的應用程序通過統(tǒng)一的北向接口實現(xiàn)業(yè)務靈活、快速地接入。

　　異構(gòu)互聯(lián)與多域控制

　　光網(wǎng)絡和IP網(wǎng)絡作為骨干承載網(wǎng)絡的兩個層面，多年來一直獨立發(fā)展，二者的聯(lián)系僅集中在光層為IP層提供靜態(tài)配置的物理鏈路資源，IP層看不到光層的網(wǎng)絡拓撲和保護能力；光層也無法了解IP層的動態(tài)業(yè)務連接需求?；贗P與光的多層異構(gòu)網(wǎng)絡互聯(lián)一直以來是通信網(wǎng)絡研究的重點。

　　另一方面，從大規(guī)模光組網(wǎng)開始，多域性一直是光網(wǎng)絡研究不可避免的研究點，其主要體現(xiàn)在兩個方面：一是同一運營商不同地域之間的網(wǎng)絡互聯(lián)，二是不同運營商之間的網(wǎng)絡互聯(lián)。

　　設備接口、網(wǎng)絡部署的差異性導致不同運營商之間互聯(lián)困難，特別是跨地域跨運營商的資源調(diào)度方面靈活性很差。軟件定義光網(wǎng)絡能夠有效地解決多層多域異構(gòu)網(wǎng)絡之間的互聯(lián)互通問題。

　　2014年，ONF下設的光傳送網(wǎng)絡工作組提出面向?qū)ο蟮慕换タ刂平涌冢梢詫崿F(xiàn)異構(gòu)多域網(wǎng)絡信息抽象化和跨域網(wǎng)絡控制集成化，從而在異構(gòu)與多域網(wǎng)絡之間建立起具備統(tǒng)一控制能力的新型異構(gòu)網(wǎng)絡體系架構(gòu)。

　　不同設備商的單域控制器通過CVNI接口與運營商的多域控制器相連，該接口有效屏蔽了底層不同運營商網(wǎng)絡對各自設備的控制方式，實現(xiàn)了物理資源的統(tǒng)一調(diào)配。

　　跨層資源聯(lián)合調(diào)度與優(yōu)化是SDON的關(guān)鍵，通過將不同的網(wǎng)絡資源，如帶寬、連接狀態(tài)等進行邏輯抽象，形成有別于物理形態(tài)存在的虛擬網(wǎng)絡資源，并將這些虛擬資源提供給上層應用。

　　可編程光傳輸與交換

　　可編程的光傳輸與交換設備是SDON的核心，是數(shù)據(jù)平面實現(xiàn)軟件控制的保障。

　　隨著軟件定義光學的發(fā)展，光纖通信系統(tǒng)中的模塊與器件性能具備了可調(diào)諧能力。光收發(fā)機的波長、輸入輸出功率、調(diào)制格式、信號速率、前向糾錯碼類型選擇，以及光放大器的增益調(diào)整范圍等參數(shù)都可以實現(xiàn)在線調(diào)節(jié)。

　　光路已經(jīng)發(fā)展成為物理性能可感知、可調(diào)節(jié)的動態(tài)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)光層智能型。

　　此外，光網(wǎng)絡正朝著帶寬粒度更精細化的方向發(fā)展，靈活柵格技術(shù)的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)波長通道固定柵格的限制，可以實現(xiàn)“四無”（無色、無向、無柵格、無阻塞）光交換。

　　波長間隔無關(guān)的可編程ROADM技術(shù)在全光交換過程中的應用打破了傳統(tǒng)波長通道50GHz、100GHz的間隔劃分，可支持全光匯聚與疏導，為實現(xiàn)高譜效率、速率靈活的光路配置和帶寬管理提供了全新思路。

　　發(fā)展軟件編程的光路交換技術(shù)，滿足靈活柵格分配的要求，提出大容量、多維度、多方向的全光分插復用節(jié)點方案，設計具備方向無關(guān)、波長無關(guān)、競爭無關(guān)和柵格無關(guān)等特征的高度可重構(gòu)節(jié)點交換結(jié)構(gòu)，并通過采用高性能的可編程光路選擇濾波集成組件等技術(shù)，支持不同間隔和碼型光信號的可編程傳輸和交換。

　　2013年12月，ONF白皮書給出SDON的南向接口建議，即控制數(shù)據(jù)平面接口，實現(xiàn)了光網(wǎng)絡底層傳輸和交換設備的統(tǒng)一可編程控制。

　　SDON是對光網(wǎng)絡智能化的延伸與增強，代表光網(wǎng)絡的控制平面由單純的交換智能向同時考慮業(yè)務智能、傳輸智能的綜合方向發(fā)展。為適應這一角色的變革，軟件定義光網(wǎng)絡需要在業(yè)務編排策略、異構(gòu)網(wǎng)絡互聯(lián)以及可編程光傳輸及交換設備等關(guān)鍵技術(shù)上實現(xiàn)突破。

　　SDON的創(chuàng)新應用

　　軟件定義光網(wǎng)絡技術(shù)是滿足下一代光傳送網(wǎng)絡高度智能化需求的重要解決方案，具有廣泛的應用前景。

　　本文通過一些典型的應用案例探討SDON技術(shù)在5G移動通信、數(shù)據(jù)中心互聯(lián)、網(wǎng)絡虛擬化等新興電信級應用方面的研究進展。

　　創(chuàng)新應用1—面向下一代移動通信（5G）的光與無線融合網(wǎng)絡控管

　　光與無線的融合是下一代移動通信的發(fā)展趨勢。

　　基帶處理單元的集中化和云化，及遠端天線的小型化和分布化使得BBU和RRH之間需要一條高速光路進行互聯(lián)，幾個Gbps甚至數(shù)十Gbps的無線基帶信號在這條高速光路上進行傳輸和交換。

　　軟件定義光載無線技術(shù)是SDON在5G應用中的拓展，能夠有效協(xié)調(diào)微波與光波資源，實現(xiàn)移動業(yè)務的高效承載。

　　在國家“973計劃”課題“分布式動態(tài)可重構(gòu)微波光波融合系統(tǒng)的建模與實驗研究”的支持下，北京郵電大學提出可軟件定義的光載無線融合網(wǎng)絡控制架構(gòu)，通過集中式的SDON控制器實現(xiàn)微波與光波資源的聯(lián)合調(diào)度。

　　并提出通過靈活柵格技術(shù)實現(xiàn)云無線前傳網(wǎng)絡的組網(wǎng)方案，即C-RoFlex ，實現(xiàn)了動態(tài)的彈性光路調(diào)整實驗。創(chuàng)新實驗環(huán)境如圖2所示。

　　圖2 基于SDON的C-RoFlex實驗環(huán)境

　　創(chuàng)新應用2—數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)下的虛擬資源遷移

　　數(shù)據(jù)動態(tài)遷移備份是數(shù)據(jù)中心一種重要的業(yè)務應用形式。

　　因為數(shù)據(jù)中心遷移數(shù)據(jù)量巨大，需要光網(wǎng)絡提供強大的帶寬支持。

　　常規(guī)的虛擬機遷移主要在應用層實現(xiàn)，缺乏網(wǎng)絡資源的統(tǒng)籌考慮，難以實現(xiàn)網(wǎng)絡狀態(tài)實時響應以及跨層資源的統(tǒng)籌優(yōu)化。

　　軟件定義光網(wǎng)絡通過集中控制器可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心應用資源和網(wǎng)絡資源的協(xié)同處理，實現(xiàn)傳送網(wǎng)與數(shù)據(jù)中心資源的靈活互動，提供數(shù)據(jù)中心之間大容量虛擬資源的動態(tài)遷移解決方案，并有效提高資源遷移過程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

　　北京郵電大學聯(lián)合21世紀互聯(lián)搭建基于SDN的全光網(wǎng)創(chuàng)新試驗平臺，實現(xiàn)了多域數(shù)據(jù)中心互聯(lián)，并完成了虛擬資源的動態(tài)遷移。

　　如圖3所示，在北郵機房1的用戶通過SDON域1訪問位于北郵機房2的數(shù)據(jù)中心觀看視頻，當虛擬機遷移APP觸發(fā)虛擬機遷移時，視頻數(shù)據(jù)從北郵數(shù)據(jù)中心遷移到世紀互聯(lián)的數(shù)據(jù)中心，整個遷移過程中，用戶的瀏覽一直保持流暢。

　　圖3 基于SDON的虛擬資源遷移試驗

　　創(chuàng)新應用3—光層資源的虛擬網(wǎng)絡提供

　　在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡中，用戶需求不僅停留在端到端的連接，還需要一張多點互聯(lián)的虛擬網(wǎng)絡。

　　虛擬光網(wǎng)絡業(yè)務VON利用SDON的網(wǎng)絡虛擬化能力，為大客戶/虛擬運營商提供虛擬光網(wǎng)服務，類似于客戶擁有自己的專用光傳送網(wǎng)。

　　多個VON用戶可以共享運營商的物理光網(wǎng)絡，從而提高網(wǎng)絡資源利用率。

　　在給定的虛擬網(wǎng)絡中，用戶可以完全控制虛擬網(wǎng)絡內(nèi)連接的建立/修改/刪除，包括連接路由的選擇（如顯示路由）和業(yè)務的保護恢復等。

　　SDON控制器則完成了多用戶接入以及物理網(wǎng)絡資源的虛擬化抽象和分配。

　　2015年3月，在開放網(wǎng)絡峰會，由華為技術(shù)有限公司和北京郵電大學聯(lián)合開發(fā)的基于SDON的光傳送網(wǎng)絡平臺及創(chuàng)新應用展示了虛擬光網(wǎng)資源的按需提供，其應用場景如圖4所示，不同的網(wǎng)絡租戶向控制器請求網(wǎng)絡服務，控制器根據(jù)用戶的需求將物理網(wǎng)絡抽象成多個虛擬網(wǎng)絡提供給租戶。

　　圖4 基于SDON的虛擬光網(wǎng)資源提供場景

　　創(chuàng)新應用4—基于時間的彈性服務調(diào)度策略

　　在數(shù)據(jù)中心互聯(lián)場景下，大量的業(yè)務需要在數(shù)據(jù)中心之間進行交互。

　　通常這些業(yè)務并非具有及時性，而是具有截止時間驅(qū)動的特性，即信息傳遞被要求在某一個時間段內(nèi)完成。

　　這樣，可以將時間和帶寬資源切片并進行統(tǒng)一的調(diào)度，大大提升數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡資源的利用效率。

　　圖5顯示了基于時間的彈性服務調(diào)度應用場景，業(yè)務1/2/3分別具有不同的帶寬需求和時間傳輸特性，通過調(diào)度算法將業(yè)務2和業(yè)務3分別推遲1小時傳輸，這樣能夠有效地減少光網(wǎng)絡頻譜資源的碎片化。

　　圖5 基于時間的彈性服務調(diào)度應用場景

　　該應用案例在ONS2015會議上進行了現(xiàn)場演示。其中SDON控制器完成了時間彈性調(diào)度算法的運算，并通過南向接口調(diào)用底層網(wǎng)絡資源，實現(xiàn)業(yè)務調(diào)整。

　　隨著SDON技術(shù)的發(fā)展，對于SDON的創(chuàng)新應用正在不斷增多，上述四個典型案例僅從信息通信網(wǎng)絡的角度出發(fā)來介紹SDON的特色，但SDON的應用場景并不僅限于此，對未來網(wǎng)絡的發(fā)展，特別是對“互聯(lián)網(wǎng)+”驅(qū)動下的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡應用必將起到推動作用。

　　結(jié)束語

　　以SDON為代表的智能光網(wǎng)絡是光通信的重要發(fā)展趨勢，傳送網(wǎng)絡的軟件化和開放化已經(jīng)開始影響整個信息領域。

　　不論是在理論研究、標準推動，還是在設備研制和應用部署方面，軟件定義光網(wǎng)絡都取得了重要的進展。

　　但同時也需要指出，SDON的研究還在不斷發(fā)展中，相關(guān)技術(shù)標準也尚待完善。

　　特別是針對基于SDON的創(chuàng)新應用的研究與探索，必須通過高校與企業(yè)各方不斷研究和試驗，并通過實踐來完善和推進，借助市場來檢驗，SDON技術(shù)才能在“互聯(lián)網(wǎng)+”的浪潮中起到關(guān)鍵的推動作用。