OTN控制器北向統(tǒng)一接口模型研究與實(shí)踐

譚艷霞，鄭滟雷，王光全，張賀

工程與應(yīng)用

OTN控制器北向統(tǒng)一接口模型研究與實(shí)踐

譚艷霞，鄭滟雷，王光全，張賀

（中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院，北京 100048）

在軟件定義光傳送網(wǎng)絡(luò)（software defined optical transport network，SDOTN）體系架構(gòu)中，要求廠商控制器系統(tǒng)通過(guò)北向接口接入光傳送網(wǎng)絡(luò)（optical transport network，OTN）業(yè)務(wù)協(xié)同器系統(tǒng)。但是目前沒(méi)有統(tǒng)一的北向接口標(biāo)準(zhǔn)，這給SDOTN跨域跨廠商端到端業(yè)務(wù)自動(dòng)開(kāi)通帶來(lái)了比較多的問(wèn)題。闡述了OTN控制器北向開(kāi)放接口標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及問(wèn)題，從網(wǎng)絡(luò)模型角度對(duì)當(dāng)前主流的電話應(yīng)用編程接口（telephone application programming interface，TAPI）和流量工程網(wǎng)絡(luò)抽象與控制（abstraction and control of traffic engineering network，ACTN）北向接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了比較和分析。最后，介紹了中國(guó)聯(lián)通在ACTN統(tǒng)一接口模型標(biāo)準(zhǔn)化和管控系統(tǒng)建設(shè)兩個(gè)方面的研究實(shí)踐，并對(duì)后續(xù)研發(fā)方向進(jìn)行了展望。

SDOTN；端到端編排；統(tǒng)一接口模型

0 引言

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（software defined network，SDN）作為一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，憑借其快速提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)靈活管理、加速網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用創(chuàng)新、降低運(yùn)營(yíng)開(kāi)銷等優(yōu)勢(shì)成為整個(gè)行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。SDN中，接口開(kāi)放關(guān)注的焦點(diǎn)逐漸上移，主要經(jīng)歷了設(shè)備開(kāi)放接口、控制器能力開(kāi)放接口和系統(tǒng)能力開(kāi)放接口3個(gè)階段。與傳統(tǒng)網(wǎng)管接口相比，SDN輕量化網(wǎng)絡(luò)接口通過(guò)接口對(duì)物理層資源進(jìn)行抽象，按照需求以抽象的資源能力面貌呈現(xiàn)給上層系統(tǒng)，有助于業(yè)務(wù)應(yīng)用的快速創(chuàng)新。由于轉(zhuǎn)發(fā)層設(shè)備復(fù)雜性較高，轉(zhuǎn)發(fā)層設(shè)備與控制器系統(tǒng)之間存在較多的私有接口，解耦尚未實(shí)現(xiàn)。

本文探討在光傳送網(wǎng)絡(luò)（optical transport network，OTN）廠商控制器北向接口上實(shí)現(xiàn)SDN開(kāi)放，不同廠商的控制器系統(tǒng)通過(guò)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)YANG模型實(shí)現(xiàn)開(kāi)放的北向接口，助力運(yùn)營(yíng)商在協(xié)同層/編排層實(shí)現(xiàn)多廠商控制器系統(tǒng)的統(tǒng)一編排和智能運(yùn)維能力。北向接口根據(jù)信息模型定義接口上交互的數(shù)據(jù)內(nèi)容和操作。信息模型是對(duì)物理資源的抽象表示，它包含一組對(duì)象、對(duì)象之間的關(guān)系、對(duì)象屬性和對(duì)象可以執(zhí)行的操作。因?yàn)楸毕蚪涌谥苯訛闃I(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)，所以北向接口信息模型應(yīng)支持與技術(shù)無(wú)關(guān)的信息模型，以及與技術(shù)相關(guān)的信息模型。不同的傳送技術(shù)具有不同的信息模型內(nèi)容，但是這些技術(shù)也具備一些共有的信息模型[2]。

1 廠商O(píng)TN控制器北向開(kāi)放接口標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

圖1 SDOTN協(xié)同器系統(tǒng)架構(gòu)

為解決OTN跨域跨廠商端到端業(yè)務(wù)快速部署問(wèn)題，中國(guó)聯(lián)通在全國(guó)范圍內(nèi)構(gòu)建了兩級(jí)軟件定義光傳送網(wǎng)絡(luò)（software defined optical transport network，SDOTN）業(yè)務(wù)協(xié)同器架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)跨域跨廠商的OTN專線業(yè)務(wù)自動(dòng)開(kāi)通[3]，SDOTN協(xié)同器系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。集團(tuán)部署的一級(jí)OTN業(yè)務(wù)協(xié)同器系統(tǒng)對(duì)接一干OTN管控系統(tǒng)并納管，實(shí)現(xiàn)一干OTN資源采集、業(yè)務(wù)配置自動(dòng)下發(fā)等功能；同時(shí)，一級(jí)OTN業(yè)務(wù)協(xié)同器系統(tǒng)通過(guò)層間接口對(duì)接二級(jí)OTN協(xié)同器系統(tǒng)，負(fù)責(zé)跨省業(yè)務(wù)編排與快速開(kāi)通，并提供北向可編程的應(yīng)用編程接口（application programming interface，API）能力。省級(jí)部署的二級(jí)OTN業(yè)務(wù)協(xié)同器系統(tǒng)對(duì)接并納管省內(nèi)OTN廠商管控系統(tǒng)和開(kāi)放光網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)省內(nèi)OTN資源采集，負(fù)責(zé)省內(nèi)業(yè)務(wù)編排與快速開(kāi)通。OTN業(yè)務(wù)協(xié)同器系統(tǒng)連接多廠商控制器的環(huán)境要求廠商控制器系統(tǒng)具有統(tǒng)一的北向接口接入SDOTN業(yè)務(wù)協(xié)同器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多廠商控制系統(tǒng)的統(tǒng)一編排，支持跨域跨廠商端到端業(yè)務(wù)的自動(dòng)開(kāi)通。

目前，OTN控制器系統(tǒng)的主流北向接口標(biāo)準(zhǔn)有兩種，分別是流量工程網(wǎng)絡(luò)抽象與控制（abstraction and control of traffic engineering network，ACTN）和電話應(yīng)用編程接口（telephone API，TAPI），這兩種標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)情況如下。

ACTN是互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（Internet Engineering Task Force，IETF）提出的標(biāo)準(zhǔn)化SDN架構(gòu)，基于層次化控制器架構(gòu)通過(guò)逐層抽象屏蔽復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備技術(shù)特征，為用戶提供靈活、可控的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)跨多個(gè)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)快速發(fā)放[4]。ACTN定義了技術(shù)無(wú)關(guān)的流量工程（traffic engineering，TE）網(wǎng)絡(luò)模型以及光通道（optical channel，OCH）、光通路數(shù)據(jù)單元（optical channel data unit，ODU）、以太網(wǎng)（Ethernet，ETH）和網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet protocol，IP）/三層虛擬專用網(wǎng)（layer three virtual private network，L3VPN）等技術(shù)相關(guān)模型，以適應(yīng)運(yùn)營(yíng)商統(tǒng)一的北向接口模型。ACTN標(biāo)準(zhǔn)歷史里程碑如圖2所示，IETF在2016年發(fā)布了數(shù)據(jù)建模語(yǔ)言YANG 1.1標(biāo)準(zhǔn)和RESTconf協(xié)議，使能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自動(dòng)化配置，其所定義的各YANG模型可以應(yīng)用于ACTN架構(gòu)中的接口。2018年發(fā)布了ACTN架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)和信息模型標(biāo)準(zhǔn)[5-6]，核心的流量工程網(wǎng)絡(luò)YANG模型在2020年發(fā)布。2021年正式發(fā)布了光傳送網(wǎng)絡(luò)ACTN北向波分?jǐn)?shù)據(jù)模型，包括L0層網(wǎng)絡(luò)類型定義和波長(zhǎng)交換光網(wǎng)絡(luò)（wavelength switched optical network，WSON）拓?fù)淠Ｐ?。同時(shí)，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（China Communications Standards Association，CCSA）也制定了ACTN系列標(biāo)準(zhǔn)，包括基于ACTN的SDOTN控制器技術(shù)要求、基于ACTN的SDOTN服務(wù)接口要求和基于ACTN的SDOTN控制器層間接口要求等[4,7-8]。IETF所定義的ACTN架構(gòu)提供了支持多廠商、多域的標(biāo)準(zhǔn)化商用方案，具有通用性和繼承性等特性，被業(yè)界普遍接納使用。

TAPI是由開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)基金會(huì)（Open Networking Foundation，ONF）主導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)化SDN架構(gòu)[9-11]，TAPI的接口模型中，將單個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)抽象為ETH層、ODU層、OCH層3層節(jié)點(diǎn)；每層節(jié)點(diǎn)上，節(jié)點(diǎn)邊緣點(diǎn)（node edge point，NEP）對(duì)應(yīng)物理端口，以服務(wù)接入點(diǎn)（service interface point，SIP）描述業(yè)務(wù)起始點(diǎn)及終點(diǎn)，設(shè)備廠商控制器具備抽象鏈路信息和SIP信息能力。不同層之間通過(guò)層間鏈路連接，層內(nèi)節(jié)點(diǎn)通過(guò)層內(nèi)鏈路連接，與其他網(wǎng)絡(luò)域通過(guò)域間鏈路連接。TAPI標(biāo)準(zhǔn)歷史里程碑如圖3所示，TAPI隨著業(yè)務(wù)及應(yīng)用發(fā)展，已衍生為T(mén)API 2.0標(biāo)準(zhǔn)及后續(xù)迭代版本，接口采用模塊化的定義方式。相對(duì)于TAPI 1.0，TAPI 2.0標(biāo)準(zhǔn)及后續(xù)迭代版本對(duì)對(duì)象的覆蓋面和定義更加全面，支持更多業(yè)務(wù)控制及性能檢測(cè)功能，對(duì)光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展起到至關(guān)重要的擴(kuò)展作用[12]。

圖2 ACTN標(biāo)準(zhǔn)歷史里程碑

目前，華為和烽火OTN管控系統(tǒng)北向接口遵循ACTN標(biāo)準(zhǔn)，中興OTN管控系統(tǒng)北向接口遵循TAPI 2.0標(biāo)準(zhǔn)?？刂破飨到y(tǒng)北向接口的不兼容使得跨廠商協(xié)同和統(tǒng)一編排客觀上無(wú)法實(shí)現(xiàn)。兩套標(biāo)準(zhǔn)為上層協(xié)同器/編排器帶來(lái)了較多問(wèn)題，增大了開(kāi)發(fā)難度，具體如下。

圖3 TAPI標(biāo)準(zhǔn)歷史里程碑

●兩套標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)無(wú)法統(tǒng)一：兩套標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于不同功能模型演進(jìn)時(shí)間無(wú)法統(tǒng)一，并且標(biāo)準(zhǔn)在演進(jìn)過(guò)程中會(huì)存在多個(gè)版本，標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)無(wú)法統(tǒng)一會(huì)阻礙網(wǎng)絡(luò)技術(shù)長(zhǎng)期發(fā)展。

●兩套標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定和維護(hù)困難：ACTN和TAPI兩種標(biāo)準(zhǔn)均包含多種業(yè)務(wù)場(chǎng)景、多種接口類型和多個(gè)接口定義，兩套標(biāo)準(zhǔn)對(duì)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定和維護(hù)造成負(fù)擔(dān)。

●兩套標(biāo)準(zhǔn)接口模型復(fù)雜度高：廠商管控系統(tǒng)采用不同的接口模型標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接上層協(xié)同器會(huì)增加北向接口的復(fù)雜度，降低接口的互操作性和可擴(kuò)展性且支持新業(yè)務(wù)困難。

●兩套標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行支撐系統(tǒng)（operational support system，OSS）/協(xié)同器開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)：不同標(biāo)準(zhǔn)間理論上無(wú)法保證互通，會(huì)增加管理和溝通成本，并且OSS/協(xié)同器開(kāi)發(fā)也將變得復(fù)雜，推遲了新業(yè)務(wù)上市時(shí)間，降低了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

為了實(shí)現(xiàn)支持TAPI協(xié)議與ACTN協(xié)議OTN管控系統(tǒng)的同時(shí)納管，已有研究通過(guò)對(duì)不同類型的接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行YANG模型適配以在SDOTN業(yè)務(wù)協(xié)同器上實(shí)現(xiàn)不同配置功能的統(tǒng)一化[3]，但是這種方法會(huì)大大增加協(xié)同器系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作量，并且維護(hù)困難?？刂破飨到y(tǒng)北向接口模型的質(zhì)量和統(tǒng)一化程度對(duì)于編排系統(tǒng)的整體性能有著至關(guān)重要的影響[13]。因此，有必要由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商定義廠商控制器系統(tǒng)北向統(tǒng)一接口規(guī)范，控制器系統(tǒng)集成標(biāo)準(zhǔn)的北向接口引擎與SDN協(xié)同器系統(tǒng)對(duì)接，有效避免接口重復(fù)適配問(wèn)題，減小協(xié)同器開(kāi)發(fā)難度，加快業(yè)務(wù)上線周期，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2 ACTN和TAPI接口模型對(duì)比

北向接口根據(jù)信息模型定義接口上交互的數(shù)據(jù)內(nèi)容和操作。信息模型是對(duì)物理資源的抽象表示，它包含一組對(duì)象、對(duì)象之間的關(guān)系、對(duì)象屬性和對(duì)象可以執(zhí)行的操作。ACTN控制器系統(tǒng)以SDN對(duì)TE網(wǎng)絡(luò)資源的控制為基礎(chǔ)，為SDN提供一種全新的控制器架構(gòu)。TAPI將不同的特性作為獨(dú)立或基本上獨(dú)立的模塊實(shí)現(xiàn)，采用模塊化的方式定義對(duì)象和屬性。ACTN和TAPI模型對(duì)比見(jiàn)表1，從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?、?jié)點(diǎn)模型、鏈路模型、業(yè)務(wù)模型、冗余度等方面對(duì)比了OTN控制器北向ACTN和TAPI模型。

從接口模型內(nèi)容看，ACTN與TAPI均包含網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?、?jié)點(diǎn)模型、鏈路模型和業(yè)務(wù)模型等內(nèi)容，兩者都能滿足基本的創(chuàng)建業(yè)務(wù)需求，支持的信號(hào)接入基本相同，但是其具體的數(shù)據(jù)接口以及模型構(gòu)成卻有所不同。ACTN架構(gòu)[4]、TAPI功能架構(gòu)[10]分別如圖4和圖5所示。

具體地，從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ徒嵌瘸霭l(fā)，ACTN和TAPI在整體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞某橄蠓绞缴嫌泻艽髤^(qū)別。ACTN根據(jù)需求將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)抽象成多個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，通過(guò)對(duì)原生拓?fù)溥M(jìn)行層層抽象，逐步簡(jiǎn)化相連節(jié)點(diǎn)間的路徑，得到高層級(jí)的抽象拓?fù)洌罱K所呈現(xiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，可讀性強(qiáng)。TAPI采取單站嵌套抽象的方式，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)抽象為一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)域（forwarding domain，F(xiàn)D），將相連的FD分組抽象成為一個(gè)高層級(jí)的FD，相連的高層級(jí)FD再不斷遞歸分組抽象成為一個(gè)FD，最終得到一個(gè)簡(jiǎn)化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以隱藏底層級(jí)FD的內(nèi)部細(xì)節(jié)。

表1 ACTN和TAPI模型對(duì)比

圖4 ACTN架構(gòu)[4]

圖5 TAPI功能架構(gòu)[10]

不同接口在抽象邏輯上的差異性對(duì)接口性能的影響較大，并且這種差異性是接口的多樣化無(wú)法彌補(bǔ)的。ACTN的抽象化程度高于TAPI，主要關(guān)注與業(yè)務(wù)下發(fā)緊密相關(guān)的屬性，接口模型更輕量化，在創(chuàng)建業(yè)務(wù)時(shí)時(shí)效性明顯優(yōu)于TAPI，適合大規(guī)模組網(wǎng)環(huán)境下的業(yè)務(wù)快速發(fā)放[13]。并且，從查詢類接口的時(shí)效性和資源消耗方面看，ACTN接口的統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符（uniform resource identifier，URI）適應(yīng)度更好，能多角度滿足上層系統(tǒng)的查詢需求[13]。

從節(jié)點(diǎn)模型角度出發(fā)，在ACTN模型中，節(jié)點(diǎn)是平級(jí)的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只包含狀態(tài)、標(biāo)識(shí)、端口以及隧道終端點(diǎn)和增補(bǔ)對(duì)象等信息。在TAPI模型中，節(jié)點(diǎn)存在層級(jí)關(guān)系，功能更多樣，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，在網(wǎng)絡(luò)抽象拓?fù)渲羞€可以通過(guò)屬性賦值的方式將其設(shè)置為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。同時(shí)，節(jié)點(diǎn)中還定義了節(jié)點(diǎn)的時(shí)延、代價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)列表等一系列性能管理信息等。

從鏈路模型角度出發(fā)，ACTN模型中，鏈路連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，是單向的，支持光層、電層、以太層的描述。同樣地，在TAPI模型中，鏈路連接兩個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)域，可以是單向也可以是雙向，同樣支持光層、電層、以太層的描述。

從路徑計(jì)算角度出發(fā)，ACTN模型中，路徑計(jì)算功能主要針對(duì)TE隧道，即對(duì)TE隧道進(jìn)行預(yù)計(jì)算，計(jì)算的限制條件包括主備路徑的必經(jīng)路由和排除路由以及帶寬信息，計(jì)算策略由算路策略和權(quán)重組成。算路策略包括代價(jià)、跳數(shù)、時(shí)延，自定義程度不高。在TAPI模型中，有專門(mén)的路徑計(jì)算模塊，可以定義更多的約束條件、更豐富的目標(biāo)函數(shù)，約束條件包括代價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)、時(shí)延、分離策略等，目標(biāo)函數(shù)包括帶寬最優(yōu)、鏈路利用最優(yōu)、包含現(xiàn)有路徑等，自定義程度更高、更復(fù)雜。另外，ACTN和TAPI模型均包含操作維護(hù)管理（operations administration and maintenance，OAM）相關(guān)模型。

可以看到，相較于ACTN的網(wǎng)絡(luò)模型，TAPI的抽象邏輯導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)模型更復(fù)雜、功能更多樣，有成熟的OAM體系和模塊，并且有專門(mén)的路徑計(jì)算模塊，自定義程度更高。ACTN的網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)TE隧道提供路徑計(jì)算功能，自定義程度不高。但是TAPI因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)模型復(fù)雜，模型設(shè)計(jì)過(guò)程中的冗余度高，重復(fù)信息多，配置低效。

另外，TAPI模型迭代過(guò)程中各版本間存在大量的屬性調(diào)整，包括增添、刪除、重命名、拆分，以及功能上的變動(dòng)，使得新版本的TAPI無(wú)法實(shí)現(xiàn)舊版本的一些功能，各個(gè)版本間兼容性較差。相比較于TAPI模型，ACTN版本迭代過(guò)程中要求向前兼容，兼容性較好。

綜合各方面的考慮，本文提出了基于ACTN的OTN控制器系統(tǒng)北向統(tǒng)一接口模型，解決跨域?qū)＞€業(yè)務(wù)自動(dòng)快速開(kāi)通需求。同時(shí)，在完善基于ACTN的OTN控制器北向接口標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，積極推動(dòng)IP承載網(wǎng)絡(luò)和無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（passive optical network，PON）控制器系統(tǒng)北向ACTN接口標(biāo)準(zhǔn)化工作，為廠商控制器北向統(tǒng)一接口模型標(biāo)準(zhǔn)化和跨專業(yè)業(yè)務(wù)協(xié)同編排與智能運(yùn)維管理奠定基礎(chǔ)。

3 ACTN統(tǒng)一接口模型研發(fā)實(shí)踐

為推進(jìn)控制器系統(tǒng)北向統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)多廠商控制系統(tǒng)統(tǒng)一編排，支持跨專業(yè)、跨廠商業(yè)務(wù)端到端自動(dòng)開(kāi)通，本文作者團(tuán)隊(duì)在OTN控制器北向ACTN接口模型標(biāo)準(zhǔn)化和管控系統(tǒng)建設(shè)兩個(gè)方面展開(kāi)了大量的研究，在ACTN接口模型標(biāo)準(zhǔn)化工作上，牽頭制定CCSA系列標(biāo)準(zhǔn)，包括基于ACTN的SDOTN接口模型及測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)等[4,7-8]；參與ACTN國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)討論，包括業(yè)務(wù)名稱、管理狀態(tài)等內(nèi)容。在管控系統(tǒng)建設(shè)方面，目前中國(guó)聯(lián)通已基本完成SDOTN一二級(jí)協(xié)同器架構(gòu)部署，完成基于ACTN的SDOTN架構(gòu)的整體布局，實(shí)現(xiàn)跨域透?jìng)鳂I(yè)務(wù)、跨域OTN承載以太網(wǎng)（Ethernet over OTN，EoO）業(yè)務(wù)自動(dòng)編排。自研的開(kāi)放光網(wǎng)絡(luò)管控平臺(tái)對(duì)接入型OTN設(shè)備的管理也已經(jīng)進(jìn)入正式集約化商用部署階段[14]。

3.1 ACTN統(tǒng)一接口模型

基于ACTN統(tǒng)一接口模型的業(yè)務(wù)編排器架構(gòu)如圖6所示，不同網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備通過(guò)各自的管控系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管控，管控系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的南向接口由各個(gè)管控系統(tǒng)分別定義。其中，接入型OTN設(shè)備和模塊化波分設(shè)備通過(guò)自研開(kāi)放光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)統(tǒng)一管控，PON設(shè)備通過(guò)自研PON管控系統(tǒng)進(jìn)行管控。各廠商的PON管控系統(tǒng)、OTN管控系統(tǒng)和IP承載網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)通過(guò)統(tǒng)一ACTN MPI（MDSC-PNC interface）標(biāo)準(zhǔn)接口接入業(yè)務(wù)編排器系統(tǒng)，向業(yè)務(wù)編排器系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)資源信息與管理權(quán)限等，由業(yè)務(wù)編排器完成“傳輸+數(shù)據(jù)+接入網(wǎng)絡(luò)”的協(xié)同編排，解決跨廠商、跨專業(yè)業(yè)務(wù)互聯(lián)互通的問(wèn)題。兩級(jí)業(yè)務(wù)編排器系統(tǒng)之間采用ACTN MMI（MDSC-MDSC interface）進(jìn)行交互，完成組合業(yè)務(wù)的管理，主要包括網(wǎng)絡(luò)分層拓?fù)滟Y源的管理、路徑計(jì)算、業(yè)務(wù)連接控制、拓?fù)浼皹I(yè)務(wù)資源狀態(tài)變化的通知管理等。業(yè)務(wù)編排器系統(tǒng)通過(guò)RESTful接口接入業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)（business support system，BSS）/OSS，接收BSS/OSS的業(yè)務(wù)請(qǐng)求，處理業(yè)務(wù)邏輯等。

目前，基于ACTN的SDOTN接口模型的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)形成，主要內(nèi)容包括層次化的拓?fù)洹E隧道（OTN隧道、同步數(shù)字體系（synchronous digital hierarchy，SDH）隧道、OCH隧道）、透?jìng)鳂I(yè)務(wù)、EoO業(yè)務(wù)、SDH承載以太網(wǎng)（Ethernet over SDH，EoS）業(yè)務(wù)、性能監(jiān)控、通知等模型。以透?jìng)鳂I(yè)務(wù)為例，基于ACTN的OTN透?jìng)鳂I(yè)務(wù)模型層次關(guān)系示意圖如圖7所示。另外，基于ACTN的軟件定義IP（software defined Internet protocol，SDIP）網(wǎng)絡(luò)接口模型目前已完成一階段的定制，包括拓?fù)?、TE隧道、二層虛擬專用網(wǎng)（layer twovirtual private network，L2VPN）業(yè)務(wù)、L2VPN業(yè)務(wù)性能監(jiān)控、L3VPN業(yè)務(wù)、通知上報(bào)等模型，后續(xù)將繼續(xù)推進(jìn)分段路由（segment routing，SR）業(yè)務(wù)和以太網(wǎng)虛擬專線（Ethernet virtual private line，EVPN）業(yè)務(wù)模型的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

圖6 基于ACTN統(tǒng)一接口模型的業(yè)務(wù)編排器架構(gòu)

圖7 基于ACTN的OTN透?jìng)鳂I(yè)務(wù)模型層次關(guān)系示意圖

3.2 ACTN管控系統(tǒng)功能架構(gòu)

為了對(duì)提出的統(tǒng)一化ACTN接口模型進(jìn)行接口功能驗(yàn)證，本文在SDOTN協(xié)同器基礎(chǔ)上，對(duì)跨專業(yè)業(yè)務(wù)編排器系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，打破現(xiàn)有各專業(yè)網(wǎng)絡(luò)SDN化改造導(dǎo)致的網(wǎng)管系統(tǒng)“煙囪林立”問(wèn)題。如圖6所示，業(yè)務(wù)編排器系統(tǒng)架構(gòu)是一個(gè)兩級(jí)的編排器架構(gòu)，兩級(jí)業(yè)務(wù)編排器系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供跨專業(yè)業(yè)務(wù)編排能力和北向開(kāi)放接口，其中二級(jí)業(yè)務(wù)編排器系統(tǒng)負(fù)責(zé)省內(nèi)業(yè)務(wù)編排，一級(jí)業(yè)務(wù)編排器系統(tǒng)負(fù)責(zé)跨省業(yè)務(wù)編排。

業(yè)務(wù)編排器系統(tǒng)采用微服務(wù)架構(gòu)，每個(gè)服務(wù)運(yùn)行在其獨(dú)立的進(jìn)程中，服務(wù)與服務(wù)之間采用輕量級(jí)的通信機(jī)制互相溝通。業(yè)務(wù)編排器系統(tǒng)的微服務(wù)基礎(chǔ)架構(gòu)包含5個(gè)部分：API網(wǎng)關(guān)、業(yè)務(wù)應(yīng)用微服務(wù)、微服務(wù)注冊(cè)/配置中心、用戶認(rèn)證授權(quán)中心和消息中間件。其中，業(yè)務(wù)應(yīng)用微服務(wù)包含統(tǒng)一管控接口模塊、單專業(yè)編排模塊和跨專業(yè)編排模塊。具體地，跨專業(yè)編排模塊包含跨專業(yè)業(yè)務(wù)編排、跨專業(yè)路徑計(jì)算、跨專業(yè)保護(hù)協(xié)同、跨專業(yè)性能管理等功能，主要完成IP網(wǎng)絡(luò)與OTN協(xié)同、OTN與PON協(xié)同和云網(wǎng)協(xié)同等，實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)端到端業(yè)務(wù)編排的意圖。單專業(yè)編排模塊包含OTN業(yè)務(wù)編排、IP網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)編排和PON業(yè)務(wù)編排，實(shí)現(xiàn)單專業(yè)內(nèi)端到端的業(yè)務(wù)編排能力，并支撐響應(yīng)跨專業(yè)編排模塊需求，實(shí)現(xiàn)敏捷的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)發(fā)放。

業(yè)務(wù)編排器系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖8所示，業(yè)務(wù)編排器系統(tǒng)通過(guò)ACTN統(tǒng)一管控接口分別與各專業(yè)管控系統(tǒng)交互，完成數(shù)據(jù)采集和業(yè)務(wù)配置下發(fā)等功能。同時(shí)，在業(yè)務(wù)編排器上通過(guò)跨專業(yè)微服務(wù)模塊及其他單專業(yè)的業(yè)務(wù)微服務(wù)模塊相互配合實(shí)現(xiàn)“傳輸+數(shù)據(jù)+接入”網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同編排，實(shí)現(xiàn)跨域業(yè)務(wù)路徑計(jì)算、業(yè)務(wù)自動(dòng)開(kāi)通、業(yè)務(wù)帶寬動(dòng)態(tài)調(diào)整，以及業(yè)務(wù)層面告警、性能監(jiān)控等功能，提高業(yè)務(wù)發(fā)放效率。

圖8 業(yè)務(wù)編排器系統(tǒng)功能架構(gòu)

業(yè)務(wù)開(kāi)通成功強(qiáng)依賴于編排器系統(tǒng)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)資源的實(shí)時(shí)性把握，因此編排層同樣需要依賴自身對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的感知，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)資源智能運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)獲取網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)據(jù)，進(jìn)行資源分析及智能運(yùn)維功能的實(shí)現(xiàn)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)資源服務(wù)能力。明確生產(chǎn)用管控系統(tǒng)與運(yùn)營(yíng)用資源管理系統(tǒng)的關(guān)系，保證數(shù)據(jù)的完整性和唯一性且適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變化。

4 結(jié)束語(yǔ)

廠商控制器北向接口的開(kāi)放和統(tǒng)一化程度對(duì)于SDN編排系統(tǒng)的整體性能有著至關(guān)重要的影響，統(tǒng)一化接口模型方便進(jìn)行API的管理和復(fù)用，使得接口模型的擴(kuò)展和維護(hù)性更好。目前業(yè)界圍繞ACTN接口能力已經(jīng)開(kāi)展了大量開(kāi)拓性研究及測(cè)試工作，下一步將在光傳送網(wǎng)控制器北向ACTN接口的研究基礎(chǔ)上，積極推動(dòng)IP承載網(wǎng)絡(luò)和PON控制器系統(tǒng)北向ACTN接口標(biāo)準(zhǔn)化，統(tǒng)一化管控系統(tǒng)北向建模接口，探索跨專業(yè)網(wǎng)絡(luò)端到端業(yè)務(wù)協(xié)同的能力，進(jìn)一步提升數(shù)字化、智能化水平。

[1] ONF. SDN architecture[R]. 2016.

[2] 柏文琦, 胡怡紅, 壽國(guó)礎(chǔ). 軟件定義傳送網(wǎng)北向接口TAPI模型與實(shí)現(xiàn)[J]. 光通信研究, 2018(6): 47-51.

BAI W Q, HU Y H, SHOU G C. Modeling and implementation of transport API-the northbound interface of software definition transport network[J]. Study on Optical Communications, 2018(6): 47-51.

[3] 許鵬, 楊艷松, 劉雪峰, 等. SD-OTN多控制系統(tǒng)協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用[J]. 郵電設(shè)計(jì)技術(shù), 2022(3): 82-86.

XU P, YANG Y S, LIU X F, et al. Key technology and application of multi-control system orchestration for SD-OTN[J]. Designing Techniques of Posts and Telecommunications, 2022(3): 82-86.

[4] 工業(yè)和信息化部. 基于流量工程網(wǎng)絡(luò)抽象與控制（ACTN）的軟件定義光傳送網(wǎng)（SDOTN）控制器技術(shù)要求: YD/T 3600—2019[S]. 北京: 人民郵電出版社, 2019.

MIIT. Technical requirements for ACTN based SDOTN controller: YD/T 3600—2019[S]. Beijing: Posts & Telecom Press, 2019.

[5] IETF. Framework for abstraction and control of TE networks (ACTN): RFC8453[R]. 2018.

[6] IETF. Information model for abstraction and control of TE networks (ACTN): RFC8454[R]. 2018.

[7] 工業(yè)和信息化部. 基于流量工程網(wǎng)絡(luò)抽象與控制（ACTN）的軟件定義光傳送網(wǎng)（SDOTN）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接口技術(shù)要求: YD/T 3828—2021[S]. 北京: 人民郵電出版社, 2021.

MIIT. Technical requirements on ACTN-based SDOTN network service interface: YD/T 3828—2021[S]. Beijing: Posts & Telecom Press, 2021.

[8] 工業(yè)和信息化部. 基于流量工程網(wǎng)絡(luò)抽象與控制（ACTN）的軟件定義光傳送網(wǎng)（SDOTN）控制器層間接口要求（報(bào)批稿）[S]. 2022.

MIIT. Technical specifications on MMI in ACTN-based Software-defined SDOTN[S]. 2022.

[9] ONF. SDN Architecture 1.1: TR-521[S]. 2016.

[10] ONF. Core information model: TR-512 v1.3.1[S]. 2018.

[11] ONF. Functional requirements for transport API: TR-527[S]. 2016.

[12] 徐云斌. ONF TAPI 2.0信息模型發(fā)布加速軟件定義光傳送網(wǎng)進(jìn)程[J]. 通信世界, 2018(5): 41-42.

XU Y B. ONF TAPI 2.0 information model release-accelerates the software defined optical transport network process[J]. Communications World, 2018(5): 41-42.

[13] ZHENG Y L, LIU Y C, WANG G Q. Considerations on the model selection of SDOTN controller northbound interface[C]//Proceedings of 2021 IEEE 6th International Conference on Computer and Communication Systems. Piscataway: IEEE Press, 2021: 440-446.

[14] 周彥韜, 鄭滟雷, 張賀. 自研CPE-OTN設(shè)備管控系統(tǒng)中國(guó)聯(lián)通發(fā)掘?qū)＞€市場(chǎng)[J]. 通信世界, 2020(30): 36-37.

ZHOU Y T, ZHENG Y L, ZHANG H. Self-developed CPE-OTN control system-China Unicom explores the dedicated line market[J]. Communications World, 2020(30): 36-37.

Research and practice of OTN controller northbound unified interface model

TAN Yanxia, ZHENG Yanlei, WANG Guangquan, ZHANG He

Research Institute of China United Netwok Communications Co., Ltd., Beijing 100048, China

In the software defined optical transport network (SDOTN) architecture, the manufacturer’s controller system is required to be connected to the optical transport network (OTN) orchestrator system through the northbound interface. However, there is currently no unified northbound interface standard, which brings many problems to the automatic provisioning of cross-domain and cross-vendor end-to-end services in SDOTN. The status and problems of OTN controller northbound open interface standards were expounded, and the current mainstream transport application programming interface (TAPI) and abstraction and control of traffic engineering network (ACTN) northbound interface standards from the perspective of network models were compared and analyzed. Finally, the research practice of China Unicom in the standardization of ACTN unified interface model and the construction of management and control system were introduced, and an outlook on the follow-up research and development direction was provided.

SDOTN, end-to-end orchestration, unified interface model

TN915.5

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2022270

2022?08?25；

2022?10?10

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（No.2019YFB1803700）

The National Key Research and Development Program of China (No.2019YFB1803700)

譚艷霞（1991? ），女，博士，中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院工程師，主要研究方向?yàn)閭鬏斁W(wǎng)管控技術(shù)、IP與光協(xié)同等。

鄭滟雷（1978? ），男，博士，中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)槌休d網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放性管控系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)研究以及系統(tǒng)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)工作。

王光全（1968? ），男，中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院教授級(jí)高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事光通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)研究、標(biāo)準(zhǔn)跟蹤以及相關(guān)的技術(shù)管理工作。

張賀（1971? ），男，中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院教授級(jí)高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)楣饫w傳輸、同步網(wǎng)新技術(shù)等。