OTN網(wǎng)絡(luò)引入SDN技術(shù)的探討

鄔張帆

（湖北郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，湖北 武漢 430023）

0 引 言

OTN技術(shù)在傳統(tǒng)的WDM波分復(fù)用技術(shù)基礎(chǔ)上，借鑒SDH分層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，擴(kuò)展分組處理功能，在新一代光傳送網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控、保護(hù)及管理等功能。OTN技術(shù)具有低成本、靈活調(diào)度及大容量的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。我國(guó)的通信運(yùn)營(yíng)商將其應(yīng)用于省際、省內(nèi)及城域骨干網(wǎng)的建設(shè)。

1 OTN技術(shù)特點(diǎn)

OTN技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于大帶寬和低延時(shí)，能滿(mǎn)足5G網(wǎng)絡(luò)高速傳輸?shù)囊蟆Ｍㄟ^(guò)干線(xiàn)和核心層，引入超100G的光電混合交叉技術(shù)，有效提升了單纖傳輸容量和節(jié)點(diǎn)交換容量。在匯聚層采用OTN技術(shù)有效解決了寬帶瓶頸，實(shí)現(xiàn)了透明傳送、OAM保護(hù)等功能，同時(shí)有效應(yīng)對(duì)了5G網(wǎng)絡(luò)涌現(xiàn)的新業(yè)務(wù)，保障了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的質(zhì)量。隨著新業(yè)務(wù)的發(fā)展，接入業(yè)務(wù)帶寬需求增加，從而要求OTN下沉部署，構(gòu)建涵蓋核心層、匯聚層及接入層的OTN網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)承載業(yè)務(wù)的光速直達(dá)?？梢?jiàn)，OTN技術(shù)已成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要趨勢(shì)，將為促進(jìn)我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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

根據(jù)傳播范圍的不同，通信骨干網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有所差異。例如，省際、省內(nèi)骨干網(wǎng)采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而城域骨干網(wǎng)采用環(huán)形和網(wǎng)狀并存的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。OTN設(shè)備采取平面靜態(tài)組網(wǎng)，基于NMS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)端對(duì)端的管理和連接。當(dāng)前組網(wǎng)沒(méi)有廣泛采用OTN設(shè)備控制平面。為改善網(wǎng)絡(luò)管理和連接問(wèn)題，在未來(lái)省際、省內(nèi)的骨干網(wǎng)建設(shè)中采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以適應(yīng)OTN網(wǎng)絡(luò)控制平面運(yùn)行條件，并在此基礎(chǔ)上采用ASON、SDN技術(shù)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)。

城域傳送網(wǎng)架構(gòu)分為核心層、匯聚層及接入層。市到縣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣城的匯聚層、接入層，采用環(huán)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；市區(qū)匯聚層、接入層的接入環(huán)，同樣采用環(huán)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；對(duì)于較小的通信范圍，不需要網(wǎng)狀拓?fù)涓脑臁?/p>

從業(yè)界趨勢(shì)看，控制平面從分布式向集中式控制方案演進(jìn)。未來(lái)建設(shè)中制定網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制、轉(zhuǎn)發(fā)分離，進(jìn)而通過(guò)控制平面開(kāi)放API，構(gòu)建更加靈活的網(wǎng)絡(luò)[1]。

3 OTN網(wǎng)絡(luò)三大發(fā)展階段

為使OTN網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)，設(shè)備、軟件改進(jìn)將分三大階段進(jìn)行。

3.1 第一階段

第一階段，控制平面采用分布式ASON，可提高網(wǎng)絡(luò)的智能化、自動(dòng)化水平，同時(shí)可自動(dòng)創(chuàng)建端對(duì)端鏈路，自動(dòng)恢復(fù)業(yè)務(wù)。平面控制方案采用GMPLS解決方案，涉及路由、信令以及鏈路管理協(xié)議。

3.2 第二階段

第二階段呈現(xiàn)分布式ASPM、集中式平面控制的特征?；谌謨?yōu)化的理念，保留分布式ASPM的管控優(yōu)勢(shì)，利用集中式控制器改善分布式ASON的缺陷，實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)資源配置和業(yè)務(wù)路徑計(jì)算，提高網(wǎng)絡(luò)的整體運(yùn)行效率，發(fā)揮路由的最佳效果。PCE和Openfbw是SDN兩種南向協(xié)議技術(shù)，但兩者并非替代關(guān)系，呈現(xiàn)兩者并存的特征，強(qiáng)化了網(wǎng)絡(luò)的適用場(chǎng)景。網(wǎng)絡(luò)向SDN演進(jìn)，PCE比GMPLS/ASON更適合，而Openfbw的演進(jìn)方向則更適合非ASON網(wǎng)絡(luò)向SDN演進(jìn)。因此，PCE的解決方案更適合骨干網(wǎng)和城域核心，改造方向?yàn)镸ESH類(lèi)恢復(fù)可靠性高的場(chǎng)景。Openfbw采用環(huán)狀、鏈狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，更適合接入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多的非ASON場(chǎng)景。PCE服務(wù)器采用批量?jī)?yōu)化算法，加之全網(wǎng)拓?fù)浜蜆I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，可進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。PCE可定位路徑同步，從而與計(jì)算協(xié)議交互。相較于分布式平面控制，集中式更有利于規(guī)劃快速路徑，預(yù)覽光纖割接模擬，滿(mǎn)足在線(xiàn)實(shí)時(shí)分析，并預(yù)警異常的資源利用，同時(shí)便于工作人員預(yù)置路徑，及時(shí)告警出現(xiàn)的問(wèn)題[2]。

3.3 第三階段

第三階段開(kāi)放協(xié)同SDN，促使網(wǎng)絡(luò)面向服務(wù)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。SDN控制器面向服務(wù)、端對(duì)端業(yè)務(wù)及終端用戶(hù)。利用開(kāi)放的北向API，它可為工作人員提供網(wǎng)絡(luò)編程的條件和相關(guān)應(yīng)用功能，可在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行各種應(yīng)用，正體現(xiàn)了SDN的核心價(jià)值。當(dāng)協(xié)同器、控制器的接口滿(mǎn)足同一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可采用開(kāi)放協(xié)同的SDN方案。通過(guò)北向API接口的開(kāi)放應(yīng)用，減少兼容性問(wèn)題。此外，對(duì)運(yùn)維人員開(kāi)放網(wǎng)管功能，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的整體管理，為業(yè)務(wù)穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)提供條件。

第三階段，SDN集中控制器平滑演進(jìn)和技術(shù)升級(jí)的關(guān)鍵是PCE服務(wù)器。在原開(kāi)放協(xié)同基礎(chǔ)上，增加多域協(xié)同和外部服務(wù)功能。北向API接口基于RESTFul技術(shù)的網(wǎng)頁(yè)服務(wù)開(kāi)放接口，可向外提供Bandwidth on Demand（按需分配寬帶）、OVPN（光纖虛擬專(zhuān)用網(wǎng)）等增值服務(wù)。按需分配寬帶，可自動(dòng)協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)的寬帶資源，將寬帶從多余線(xiàn)路向緊缺線(xiàn)路調(diào)集。光纖虛擬專(zhuān)用網(wǎng)則可為用戶(hù)提供安全、可靠的信息傳輸通道。南向接口為PCEP和Openfbw，前者定位路徑計(jì)算，后者定位業(yè)務(wù)創(chuàng)建、刪除以及連接等。

集中式控制器可按照業(yè)務(wù)需要，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源分配策略，實(shí)時(shí)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)資源，并要求支持路由、保護(hù)、QoS、寬帶、性能監(jiān)控和安全策略等。例如，路由策略要求最短路徑、最小條數(shù)及最短時(shí)延等計(jì)算機(jī)制、保護(hù)策略是根據(jù)業(yè)務(wù)登記提供環(huán)網(wǎng)保護(hù)、永久1+1及動(dòng)態(tài)重路由恢復(fù)機(jī)制。QoS及寬帶策略是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先級(jí)靈活資源調(diào)整。為保證網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度效果，需加入性能監(jiān)控策略，并基于不同粒度業(yè)務(wù)進(jìn)行監(jiān)控；采用安全策略隔離各策略機(jī)制，從而避免相互影響。

根據(jù)SDN控制器的管理域大小和運(yùn)算負(fù)載，分析實(shí)際運(yùn)行效果。通過(guò)使用8核8 GB內(nèi)存的刀片式服務(wù)器，可同時(shí)管理約600個(gè)節(jié)點(diǎn)。若控制的規(guī)模增大，需在控制器上添加集群技術(shù)。為解決跨層數(shù)據(jù)交換時(shí)因分布式平面控制方案導(dǎo)致的ASON不支持光電混合交叉、IP+光協(xié)同的多層網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，以SDN協(xié)同調(diào)度跨層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蜆I(yè)務(wù)信息，并以FlexGrid算法分配波長(zhǎng)頻譜資源[3]。

4 OTN控制平面演進(jìn)策略和SDN OTN應(yīng)用場(chǎng)景

基于多層、多域及光電混合的OTN業(yè)務(wù)調(diào)度場(chǎng)景，測(cè)試OTN平臺(tái)的PCE，發(fā)現(xiàn)OTN設(shè)備添加了PCE功能。此OTN設(shè)備可實(shí)現(xiàn)單域、多域及多層環(huán)境下的路經(jīng)計(jì)算、自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和信令控制等功能?；赑CE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)間等方面的性能保持相對(duì)一致。

采用PCE的控制方案，可有效解決首尾不同的業(yè)務(wù)在競(jìng)爭(zhēng)同一路徑資源時(shí)導(dǎo)致的恢復(fù)失效問(wèn)題。采用集中式計(jì)算方案，可解決業(yè)務(wù)運(yùn)行時(shí)的節(jié)點(diǎn)資源競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，有效提高業(yè)務(wù)恢復(fù)率和恢復(fù)時(shí)間。在網(wǎng)絡(luò)資源分配方面，只要配置的服務(wù)器處理能力符合要求，PCE可同時(shí)計(jì)算多條業(yè)務(wù)路徑，再輔以相應(yīng)算法，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的最優(yōu)配置。在多層、多域組網(wǎng)環(huán)境下，PCE可協(xié)調(diào)端對(duì)端跨域路由計(jì)算問(wèn)題，并有效提高多層網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行條件下的資源利用高效率。

由于OTN網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和歷史原因，未來(lái)建設(shè)的OTN網(wǎng)絡(luò)采用集中式和分布式并存的設(shè)置。SDN OTN利用ASON/PCE控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜的路由計(jì)算和信令控制操作。SDN控制器則負(fù)責(zé)路由計(jì)算、業(yè)務(wù)連接等操作。

5 結(jié) 論

隨著5G時(shí)代的到來(lái)，各通信運(yùn)營(yíng)商加快了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)升級(jí)建設(shè)，將SDN、ASON和PCE等控制平面技術(shù)引入OTN網(wǎng)絡(luò)，有效解決了多層、多域造成的路徑計(jì)算資源競(jìng)爭(zhēng)、協(xié)調(diào)保護(hù)等問(wèn)題，進(jìn)一步提高了網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行性能。