基于SDOTN（軟件定義光傳送網(wǎng)）的跨域協(xié)同方案研究

呂文琳 牛文林 陸 源 張立明

1.中國聯(lián)通山東分公司；2.山東省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司

0 引言

近年來，光網(wǎng)絡(luò)的管控一體化受到廣泛關(guān)注，即通過部署SDN控制器和SDN協(xié)同器實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的端到端快速下發(fā)、端到端業(yè)務(wù)配置和保護(hù)、端到端一體化管控。目前，中國聯(lián)通全國范圍內(nèi)的OTN網(wǎng)絡(luò)單域SDN控制器已有較大規(guī)模的部署，但主要是基于同廠商的端到端一體化。山東聯(lián)通OTN網(wǎng)絡(luò)一體化工作也于2019年根據(jù)集團(tuán)安排進(jìn)行了統(tǒng)一部署。但是，各省現(xiàn)網(wǎng)從省網(wǎng)至本地核心-匯聚-接入均存在2-3家不同廠商的OTN網(wǎng)絡(luò)，因此SDN北向解耦互通對于未來OTN網(wǎng)絡(luò)跨域跨廠商業(yè)務(wù)互通有著重要意義。

目前實(shí)現(xiàn)異廠商業(yè)務(wù)管控協(xié)同的難點(diǎn)主要有兩個。第一個難點(diǎn)位于網(wǎng)絡(luò)層，即異廠商跨域OTN網(wǎng)絡(luò)接口如何實(shí)現(xiàn)互通。以往的方案是通過UNI接口實(shí)現(xiàn)，此方案無法傳遞管理開銷，且無法進(jìn)行ODUk打散復(fù)用，業(yè)務(wù)基本需要逐段配置，難以實(shí)現(xiàn)一體化管控。異廠商的NNI灰光對接是下一步異廠商基于物理接口對接的演進(jìn)趨勢。第二個難點(diǎn)位于管控層，目前國際主流的光域SDN控制器北向接口有兩種模式，分別由兩個不同的標(biāo)準(zhǔn)化組織提出，一是國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）主導(dǎo)的ACTN，國內(nèi)由華為/烽火負(fù)責(zé)推進(jìn)，二是光互聯(lián)論壇（OIF）主導(dǎo)的傳送應(yīng)用可編程接口（T-API），國內(nèi)由中興負(fù)責(zé)推進(jìn)。ACTN控制器系統(tǒng)是由三類控制器組成的層次化控制器系統(tǒng)模型，目前是相對成熟的北向方案。研究異廠商基于ACTN架構(gòu)的光域SDN北向?qū)臃桨讣皽y試，并進(jìn)行應(yīng)用推廣，現(xiàn)階段對面向5G和DC的智能化OTN網(wǎng)絡(luò)發(fā)展有著積極作用。

1 網(wǎng)絡(luò)層互通

1.1 互聯(lián)互通模型

在OTN設(shè)備（包括OTN終端復(fù)用設(shè)備、OTN交叉設(shè)備）的組網(wǎng)應(yīng)用中，主要組網(wǎng)接口有兩種：用戶－網(wǎng)絡(luò)之間接口（UNI）和網(wǎng)絡(luò)－網(wǎng)絡(luò)之間接口（NNI），其中NNI接口根據(jù)管理域的不同進(jìn)一步細(xì)分為外部NNI（E-NNI）和內(nèi)部NNI（I-NNI）接口，如圖1所示。由于I-NNI為單廠家設(shè)備組網(wǎng)時單域內(nèi)部接口，一般不涉及互聯(lián)互通相關(guān)問題，因此，若非特別說明，NNI接口均指E-NNI接口。

圖1 用戶和網(wǎng)絡(luò)互通模型

OTN設(shè)備之間的互聯(lián)互通涉及到傳送平面、控制平面和管理平面三個平面之間互通，由于目前的OTN網(wǎng)絡(luò)的管理域和控制域均為省集中SDN管控模式，因此管控互通可以理解成SDN控制器與協(xié)同器互通。而傳送平面的互通主要包含基于UNI的業(yè)務(wù)互通（傳統(tǒng)模式）和基于NNI的接口互通。UNI接口一般為STM-N（N=1，4，16，64，256等）、以太網(wǎng)（GE、10GE LAN、10GE WAN、40GE、100GE等）或OTUk（k=1，2，3，4）等接口。NNI接口則與OTN網(wǎng)絡(luò)層次組成密切相關(guān)。目前大部分廠商均采用基于灰光的線路板實(shí)現(xiàn)（IrDI接口）。NNI物理接口如圖2所示。

圖2 基于OTUk的NNI互通

1.2 接口選擇

不同管理域的OTN對接首先要考慮接口的選擇，ITU-T G.709建議的OTN接口結(jié)構(gòu)和功能模塊的對應(yīng)關(guān)系如圖3所示。

客戶信號作為OPU凈荷加上開銷后映射到OPUk，OPUk又作為ODU凈荷加上開銷后映射到ODUk，ODUk加上開銷和FEC區(qū)域后映射到OTUk。這幾部分均為電信號，相應(yīng)的開銷均為隨路開銷，和凈荷一同傳送。OTUk加上開銷后映射到光通道OCh，OCh被調(diào)制到光通道載波OCC，n個OCC進(jìn)行波分復(fù)用，合入OMS開銷后構(gòu)成OMSn接口，OMSn加上開銷后構(gòu)成OTSn單元。這幾部分均為光信號，相應(yīng)的開銷和通用管理信息一起構(gòu)成了OTM開銷信號OSS，以非隨路形式在光監(jiān)控信道OSC中傳送。

通過圖3可以看到，OPUk在支路板內(nèi)部，無法用于不同系統(tǒng)的對接。ODUk通過背板連接，只有同廠家可以通過該接口對接。OMS對OCC進(jìn)行復(fù)用后包含了該站點(diǎn)所有的業(yè)務(wù)，不能選擇性地處理需跨系統(tǒng)的業(yè)務(wù)。因此不同系統(tǒng)的OTN對接接口主要為客戶側(cè)接口或OCC接口，即可分為支路板對接和線路板對接兩大類。中國聯(lián)通一體化OTN組網(wǎng)方案建議采用異廠家設(shè)備NNI側(cè)對接組網(wǎng)方案，NNI接口采用白光/灰光OTUk（IrDI）（k=1，2，3，4），攜帶OTN信號封裝格式，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)跨網(wǎng)絡(luò)穿通，灰光板具備子通道拆分功能，即OTU信號可以拆分為相應(yīng)的ODUk（k=0/1/2/3/2e/3e2/flex）子通道。另外還可采取混合業(yè)務(wù)灰光板對通，除具備上述功能之外，還支持Packet業(yè)務(wù)、VC業(yè)務(wù)與OTUk信號之間的映射和解映射。

1.3 管理信息再生

不同管理域的OTN系統(tǒng)在對接的時候需要保證管理信息在穿越不同廠家設(shè)備子網(wǎng)時將不被終結(jié)或失配，從而實(shí)現(xiàn)電路端到端管控。ITU-T G.872中定義了域內(nèi)接口（IaDI）和域間接口（IrDI），IrDI接口要求在接口兩端均做3R信號再生。IrDI接口符合ITU-T G.709定義的OTUk幀格式，如圖4所示，即通過隨路形式的電層開銷來提供監(jiān)控能力。

圖4 OTUk電層開銷總覽圖

ODUk開銷中分配了兩個通用通信通路字節(jié)GCC1/GCC2，用于ODUk在跨域時進(jìn)行管理通信。OTUk開銷中分配了一個通用通信通路字節(jié)GCC0，用于域內(nèi)的網(wǎng)元間管理通信。

硬件對IrDI接口的支持能力分為兩種：（1）透傳方式只能識別并透傳IrDI接口中的整個OTUk；（2）結(jié)構(gòu)化方式可識別并分別處理IrDI接口中包含的多個低階ODUk。

如果某個OTN站點(diǎn)接入了多個小顆粒業(yè)務(wù)，分別封裝為低階ODUk后復(fù)用進(jìn)一個高階OTUk，到達(dá)一個轉(zhuǎn)接點(diǎn)后需交叉到不同線路方向，就需要采用支持結(jié)構(gòu)化方式的硬件，才能在拆分后的ODUk中保留各自的網(wǎng)管信息。因此在實(shí)施對接方案時，無論是利舊還是新增對接業(yè)務(wù)板，都要核實(shí)板卡對IrDI接口和光模塊的支持能力，建議采用專用的IrDI板卡進(jìn)行對接。目前有的廠家已推出通用型的業(yè)務(wù)板，可通過配置不同的光模塊來實(shí)現(xiàn)支路板和線路板的功能（俗稱“灰光板”），對IrDI接口的支持能力也更完善。

1.4 異廠商灰光對接建議

近期，山東省先后進(jìn)行了華為-烽火、華為-中興異廠商OTU4/OTU2灰光對接測試，主要探索透傳鏈路設(shè)置、時隙分配及業(yè)務(wù)映射等。測試結(jié)論是，在滿足以下3個基本條件的情況下，通過異廠家OTN設(shè)備基于標(biāo)準(zhǔn)OUTk NNI接口的互聯(lián)，業(yè)務(wù)能夠成功互通，并且能實(shí)現(xiàn)跨域業(yè)務(wù)保護(hù)/恢復(fù)、告警傳遞等功能。

（1）透傳鏈路設(shè)置

對于100G鏈路OTU4對接，骨干透傳鏈路設(shè)置TCM1-6（一般選擇TCM6，避免沖突）、GCC1、GCC2為透傳模式；對于10G鏈路OTU2對接，骨干透傳鏈路設(shè)置RES_ODU、GCC1/GCC2為透傳模式。兩端FEC前向糾錯一致時，可關(guān)閉。

（2）時隙分配

分配模式：異廠家互聯(lián)端口處，設(shè)置時隙分配方式為指定（手工）分配時隙，即非自動分配時隙模式；時隙序號：異廠家互聯(lián)端口處，承載業(yè)務(wù)的物理時隙序號須保持一致。（注：邏輯序號可以不一致。）

（3）業(yè)務(wù)映射和封裝方式

各個廠家對業(yè)務(wù)的映射和封裝方式應(yīng)該保持一致，同時顯示各種映射方式的PT值，便于對業(yè)務(wù)的復(fù)用和解復(fù)用；①對于STM-16、STM-64業(yè)務(wù)，映射方式統(tǒng)一設(shè)置為同步映射（PT=0×03）方式；②對于GE業(yè)務(wù)，映射方式統(tǒng)一設(shè)置為TTT+GMP（PT=0×07）映射方式；③對于10GE業(yè)務(wù)，映射方式統(tǒng)一設(shè)置為GFP（PT=0×05）模式。

2 管控層互通

2.1 SDN控制器北向方案

（1）標(biāo)準(zhǔn)對比

ACTN與T-API的國際標(biāo)準(zhǔn)從組織流程、影響力，版本兼容性及協(xié)同性等方面的對比如表1所示。

表1 ACTN與T-API標(biāo)準(zhǔn)對比分析

（2）SDN北向方案

①中國移動：北向接口基于OMC擴(kuò)展，基于中國移動規(guī)范要求，以及技術(shù)平臺積累，按照企標(biāo)《OMC系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范》中描述北向支持分離式物理部署。

②中國電信：自研智能綜合網(wǎng)管，北向接口基于網(wǎng)管I2接口擴(kuò)展，綜合網(wǎng)管OTMS實(shí)現(xiàn)多域協(xié)同。

③中國聯(lián)通：中國聯(lián)通在智能管控演進(jìn)方面，緊跟國際標(biāo)準(zhǔn)化組織，SDN北向方案經(jīng)過嚴(yán)格比選和論證，第一階段采取的是IETF定義的ACTN標(biāo)準(zhǔn)，采取二級協(xié)同部署方式，集團(tuán)部署一級協(xié)同，省內(nèi)部署二級協(xié)同，OTN協(xié)同器進(jìn)行二次迭代開發(fā)，后期支持T-API接口，計劃會在2020年完成基于TAPI接口的第三方編排器開發(fā)，實(shí)現(xiàn)跨域跨廠家協(xié)同。支持業(yè)務(wù)動態(tài)管理和調(diào)度，支持智能化運(yùn)維。

（3）ACTN架構(gòu)方案

相較于分布式網(wǎng)絡(luò)控制方式而言，SDN網(wǎng)絡(luò)采用邏輯集中控制機(jī)制，由于擁有全局視角，可以提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。隨著云計算、數(shù)據(jù)中心遷移及分組與光融合應(yīng)用需求的增加，SDN網(wǎng)絡(luò)憑借強(qiáng)大的服務(wù)層資源抽象能力，能實(shí)現(xiàn)跨多個專業(yè)網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)快速發(fā)放。ACTN控制器系統(tǒng)以SDN對TE網(wǎng)絡(luò)資源的控制為基礎(chǔ)，為SDN傳送網(wǎng)絡(luò)提供了一種全新的控制器架構(gòu)，ACTN控制器系統(tǒng)是由三類控制器組成的層次化控制器系統(tǒng)模型，如圖5所示，其中三類控制器分別為CNC、MDSC和PNC，控制器之間的接口分別為CMI、MPI和SBI。

圖5 ACTN架構(gòu)及控制器功能基本層次化模型

2.2 異廠商跨域協(xié)同測試

為驗(yàn)證基于ACTN架構(gòu)的SDN兩級協(xié)同實(shí)現(xiàn)跨域OTN解耦互通與業(yè)務(wù)發(fā)放，驗(yàn)證集團(tuán)先進(jìn)架構(gòu)的可用性，山東聯(lián)通基于現(xiàn)網(wǎng)搭建測試環(huán)境，選定測試環(huán)境進(jìn)行測試，即烽火、華為設(shè)備通過NNI灰光、UNI兩種方式跨域?qū)?，混合組網(wǎng)。端到端透傳業(yè)務(wù)路徑：華為CPE-華為本地網(wǎng)-華為省網(wǎng)-烽火本地網(wǎng)-烽火CPE。省內(nèi)烽火集中化工作同步進(jìn)行，目前已部署控制器，測試場景烽火域納管網(wǎng)元主要為臨時測試網(wǎng)元（FONST 6000及FONST 1000 U2設(shè)備）。華為域均為現(xiàn)網(wǎng)在用網(wǎng)元，新增末端CPE OSN 1800IE設(shè)備。

測試完成：控制層NCE-S進(jìn)行跨域統(tǒng)一管控，實(shí)現(xiàn)拓?fù)洳榭?、時延測量、基于約束路由的E2E業(yè)務(wù)下發(fā)、狀態(tài)變更同步等。

2.3 后續(xù)應(yīng)用建議

由于各廠商對于SDN管控支持情況進(jìn)度不一，目前的測試僅考慮了透傳組網(wǎng)業(yè)務(wù)的跨域?qū)崿F(xiàn)（含UNI和NNI兩種方式），對于EOO和EOS類業(yè)務(wù)，2021年需重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)基于PEOTN網(wǎng)絡(luò)的上述兩種業(yè)務(wù)組網(wǎng)及入云，以及對應(yīng)業(yè)務(wù)的B/O域流程打通，包含省內(nèi)NCE-S北向?qū)拥谌骄幣牌髋c應(yīng)用層打通，進(jìn)而全面支撐云網(wǎng)協(xié)同業(yè)務(wù)（含MPLS-TP入云、EOO入云及EOS入云）。EOO和EOS類業(yè)務(wù)的異廠商跨域協(xié)同，需視各廠商的開發(fā)力度進(jìn)行現(xiàn)網(wǎng)驗(yàn)證和跟蹤。

3 結(jié)束語

基于SDOTN的跨域業(yè)務(wù)協(xié)同，對于光傳送網(wǎng)現(xiàn)網(wǎng)架構(gòu)下的SDN化演進(jìn)有重要意義，本文從異廠商物理網(wǎng)絡(luò)對通和管控層對通兩個方面進(jìn)行論證分析，以省內(nèi)華為-烽火、華為-中興現(xiàn)網(wǎng)測試案例進(jìn)行輔助，總結(jié)異廠商基于ACTN架構(gòu)的光域SDN北向?qū)臃桨讣凹夹g(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，進(jìn)而為全面實(shí)現(xiàn)異廠商網(wǎng)絡(luò)一體化打下基石。SDOTN可實(shí)現(xiàn)基于業(yè)務(wù)算路策略和路徑約束、時延可視的端到端跨域OTN業(yè)務(wù)編排與快速發(fā)放，且具備跨域業(yè)務(wù)保護(hù)恢復(fù)等功能，支持多廠商OTN設(shè)備混合組網(wǎng)，并且對網(wǎng)絡(luò)層互通的NNI、UNI兩種方式均進(jìn)行了支持驗(yàn)證，有助于構(gòu)建靈活高效智能一體化政企精品網(wǎng)。后續(xù)根據(jù)各廠商的開發(fā)情況，需進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對EOO和EOS類業(yè)務(wù)的異廠商跨域協(xié)同。