隨著(zhù)云計算、移動(dòng)互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)等寬帶應用發(fā)展，以視頻為代表的寬帶業(yè)務(wù)以及以大型數據中心為代表的數據海量聚合模式大力驅動(dòng)光網(wǎng)絡(luò )發(fā)展。目前業(yè)界掀起了融合信息技術(shù)（IT）和網(wǎng)絡(luò )新型架構理念的研究勢頭，軟件定義網(wǎng)絡(luò )（SDN）技術(shù)迅速從數據網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域向光網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域延伸，以構建更靈活、高效、低成本、開(kāi)放的未來(lái)光網(wǎng)絡(luò )。
一、軟件定義光網(wǎng)絡(luò )（SDON）的發(fā)展背景
當前，在全球信息化和ICT行業(yè)發(fā)展變革的浪潮之下，光網(wǎng)絡(luò )發(fā)展面臨新的挑戰。首先是網(wǎng)絡(luò )流量快速增長(cháng)，網(wǎng)絡(luò )擴容壓力大。隨著(zhù)視頻、LTE、云計算的發(fā)展，以及寬帶中國戰略的實(shí)施，寬帶接入數量增多和帶寬提速，光網(wǎng)絡(luò )帶寬壓力顯著(zhù)。預計未來(lái)5年我國干線(xiàn)流量年增長(cháng)率將高達43%，相當于5年增長(cháng)6倍。其次，網(wǎng)絡(luò )智能化水平不高，運維管理復雜。運營(yíng)商光通信網(wǎng)絡(luò )規模龐大，網(wǎng)元數量達到數百萬(wàn)，廠(chǎng)家數量眾多，海量網(wǎng)絡(luò )設備的維護和管理復雜，造成跨廠(chǎng)家業(yè)務(wù)調度困難，業(yè)務(wù)開(kāi)通時(shí)間長(cháng)，難以適應新興業(yè)務(wù)應用對網(wǎng)絡(luò )動(dòng)態(tài)調度需求。第三，跨層域管控難度大，無(wú)法適應網(wǎng)絡(luò )融合發(fā)展趨勢。隨著(zhù)IP化的數據業(yè)務(wù)占據網(wǎng)絡(luò )流量的主導地位，基礎承載網(wǎng)絡(luò )的融合化發(fā)展成為大勢所趨。當前光網(wǎng)絡(luò )與IP等業(yè)務(wù)網(wǎng)，各自獨立規劃、設計、運維，網(wǎng)絡(luò )間缺少協(xié)同，無(wú)法實(shí)現跨層域業(yè)務(wù)調度和流量疏導，造成資源重復投資，網(wǎng)絡(luò )利用率低下，端到端業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量無(wú)法保障。第四，網(wǎng)絡(luò )相對封閉，新業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)慢，難以滿(mǎn)足應用創(chuàng )新需求。傳統光網(wǎng)絡(luò )設備和業(yè)務(wù)是強耦合方式，導致業(yè)務(wù)部署復雜，新業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)周期長(cháng)，無(wú)法適應業(yè)務(wù)及使用模式的快速變化和創(chuàng )新需求。
軟件定義網(wǎng)絡(luò )（SDN）集中化、智能化和開(kāi)放化的理念為未來(lái)光網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展提供了全新思路。目前，光網(wǎng)絡(luò )各層面都出現了明顯的SDN化趨勢。在骨干網(wǎng)層面，SDN技術(shù)主要定位于提供光傳送網(wǎng)（OTN）智能靈活調度、多廠(chǎng)家互聯(lián)互通和實(shí)現IP+光的協(xié)同。在城域網(wǎng)層面，將SDN技術(shù)引入分組傳送網(wǎng)（PTN），簡(jiǎn)化城域回傳網(wǎng)絡(luò )維護管理、實(shí)現大客戶(hù)業(yè)務(wù)快速發(fā)放，依靠集中化的控制和對全網(wǎng)資源的監測分析，保障端到端業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量，提高網(wǎng)絡(luò )資源利用率。
二、軟件定義光網(wǎng)絡(luò )的概念和技術(shù)特征
軟件定義光網(wǎng)絡(luò )（SDON）是將SDN概念和技術(shù)應用于光網(wǎng)絡(luò )，構建面向業(yè)務(wù)的新一代光網(wǎng)絡(luò )體系架構。SDON通過(guò)將控制與傳送解耦，屏蔽光網(wǎng)絡(luò )物理技術(shù)細節，簡(jiǎn)化現有光網(wǎng)絡(luò )復雜和私有的控制管理協(xié)議；采用集中控制策略，提高光網(wǎng)絡(luò )的智能調度和協(xié)同控制能力；通過(guò)開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )接口，提供光網(wǎng)絡(luò )的可編程能力，滿(mǎn)足未來(lái)網(wǎng)絡(luò )虛擬化、業(yè)務(wù)靈活快捷提供、網(wǎng)絡(luò )和業(yè)務(wù)創(chuàng )新等發(fā)展需求。與數據網(wǎng)絡(luò )不同，光網(wǎng)絡(luò )自身具有集中化管理和面向連接的交換機制等特點(diǎn)，因此光網(wǎng)絡(luò )天然具有部分SDN的特征，更易于向SDN方向發(fā)展演進(jìn)。
軟件定義光網(wǎng)絡(luò )架構包含控制、轉發(fā)和應用三個(gè)層面。控制層是SDON的核心，主要實(shí)施網(wǎng)絡(luò )資源管理、業(yè)務(wù)連接控制、路由計算、網(wǎng)絡(luò )資源抽象和虛擬化，以及各種基于策略的網(wǎng)絡(luò )管控等功能，并向上層應用提供各種網(wǎng)絡(luò )服務(wù)。考慮到控制器可擴展性和多域多廠(chǎng)商組網(wǎng)需求，SDON在控制層中引入了分層控制結構，由協(xié)調層控制器負責跨技術(shù)/管理域、跨廠(chǎng)家的協(xié)同。
轉發(fā)層主要承擔光網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)的傳送和交換功能。軟件定義光網(wǎng)絡(luò )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(fā)技術(shù)會(huì )逐步引入和應用。如在光傳送網(wǎng)（OTN）設備中增加速率、距離自適應的光收發(fā)和靈活柵格光交換，在分組傳送網(wǎng)（PTN）設備中引入支持Openflow流表的芯片等。近期，由于受到可編程物理層技術(shù)和芯片不成熟的限制，SDON設備仍將維持現有的轉發(fā)面不變，通過(guò)在設備或網(wǎng)管中增加協(xié)議代理等機制支持SDON。
典型的SDON業(yè)務(wù)應用包括按需帶寬業(yè)務(wù)（BOD）、光虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)（OVPN）、數據中心光互連、IP+光協(xié)同等。這些應用通過(guò)調用控制層提供的北向接口A(yíng)PI來(lái)對網(wǎng)絡(luò )實(shí)施操作，提供各種光網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)。
三、軟件定義光網(wǎng)絡(luò )（SDON）發(fā)展現狀
2014年以來(lái)，軟件定義光網(wǎng)絡(luò )技術(shù)持續升溫，從標準組織到設備廠(chǎng)家和運營(yíng)商都開(kāi)始積極參與和推進(jìn)，呈現出快速發(fā)展態(tài)勢。
SDON標準化工作快速推進(jìn)，多種技術(shù)標準競爭發(fā)展。開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )基金會(huì )（ONF）于2013年4月年成立了光傳送工作組，已完成架構和用例，2015年初將在Openflow 1.5版本中發(fā)布光網(wǎng)絡(luò )協(xié)議擴展。ITU-T SG15 2014年正式立項開(kāi)發(fā)光傳送網(wǎng)SDN架構標準G.asdtn，將采用就架構組件方法來(lái)定義SDTN架構和接口。IETF通過(guò)擴展有狀態(tài)PCE方案實(shí)現集中化SDN控制器，并計劃在2015年成立光傳送網(wǎng)抽象控制工作組，旨在推進(jìn)傳送網(wǎng)抽象虛擬化網(wǎng)絡(luò )架構和開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )接口。光互連論壇（OIF）與ONF于2014年下半年聯(lián)合舉辦了光傳送網(wǎng)SDN互操作性演示，成功實(shí)現了基于openflow和RESTful北向接口的多廠(chǎng)商互操作。我國也積極開(kāi)展SDON標準化工作，CCSA立項開(kāi)展了《軟件定義光傳送網(wǎng)總體技術(shù)要求》和《軟件定義分組傳送網(wǎng)總體技術(shù)要求》等標準制定。
產(chǎn)業(yè)關(guān)注度提高，運營(yíng)商成為積極推動(dòng)者。SDON打破了傳統光網(wǎng)絡(luò )垂直一體和封閉的產(chǎn)業(yè)格局，網(wǎng)絡(luò )智能向新引入的控制器層面集中，形成了新的光網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)業(yè)生態(tài)。2013年以來(lái)，國內外主流設備廠(chǎng)家紛紛推出傳送網(wǎng)SDN的樣機，并開(kāi)展演示和試驗，預計2015年將推出商用產(chǎn)品。運營(yíng)商普遍看好光網(wǎng)絡(luò )SDN前景，2014年西班牙電信與華為聯(lián)合完成了業(yè)界首個(gè)基于SDN架構的IP+光多層協(xié)同測試。中國電信2014年組織了國內首個(gè)光傳送網(wǎng)SDN互操作性測試，重點(diǎn)關(guān)注利用SDN技術(shù)解決OTN多域多廠(chǎng)家互聯(lián)互通問(wèn)題。中國移動(dòng)提出了Super PTN概念，在PTN中引入SDN技術(shù)滿(mǎn)足集客業(yè)務(wù)端到端業(yè)務(wù)調度和業(yè)務(wù)開(kāi)放需求，已聯(lián)合多家設備、軟件和芯片廠(chǎng)商推動(dòng)產(chǎn)品研發(fā)。
四、軟件定義光網(wǎng)絡(luò )發(fā)展面臨的挑戰
當前，軟件定義光網(wǎng)絡(luò )處于發(fā)展初期，技術(shù)標準尚不成熟，光網(wǎng)絡(luò )引入SDN仍面臨諸多挑戰。
（1）多種接口協(xié)議并存，標準化難度大。目前，光網(wǎng)絡(luò )控制器南向接口存在Openflow、GMPLS/PCEP、網(wǎng)管協(xié)議等多種協(xié)議選擇。隨著(zhù)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(diǎn)。目前，各標準化組織還沒(méi)有完善的控制器層間接口協(xié)議規范，不同運營(yíng)商從自身需求出發(fā)，制定了不同的協(xié)議和信息模型，可能導致未來(lái)存在多種接口標準，影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展。如何在兼顧差異化需求和保證產(chǎn)業(yè)鏈的良性發(fā)展的原則下，確定SDON接口協(xié)議選擇，將面臨很大的挑戰。
（2）技術(shù)成熟度不高，產(chǎn)業(yè)鏈尚待完善。SDON集中控制帶來(lái)了新的擴展性和安全性問(wèn)題。目前廠(chǎng)商研發(fā)的SDON控制器，僅在實(shí)驗室和小規模網(wǎng)絡(luò )中試驗，大規模組網(wǎng)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(fēng)險大大提高，需要建立起一整套隔離、防護和備份機制來(lái)確保其安全穩定運行，目前相關(guān)的研究工作還處于起步階段。此外，由于轉發(fā)層可編程的芯片和光器件技術(shù)產(chǎn)業(yè)尚不成熟，也制約了SDON產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
（3）維護管理體制面臨巨大變革挑戰。軟件定義光網(wǎng)絡(luò )是對傳統光網(wǎng)絡(luò )架構和組網(wǎng)方式的重大變革，將給運營(yíng)商的維護體制帶來(lái)巨大挑戰。傳統光網(wǎng)絡(luò )中，業(yè)務(wù)連接都是預先規劃和下發(fā)的，網(wǎng)絡(luò )基本處于預設的靜態(tài)，網(wǎng)絡(luò )運維主要關(guān)注告警和性能維護。而SDON要求根據業(yè)務(wù)應用需求實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調度業(yè)務(wù)連接，隨時(shí)調整和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )資源，這將使現有維護規程、業(yè)務(wù)發(fā)放流程等產(chǎn)生重大變化。傳統光網(wǎng)絡(luò )由設備制造商提供全部網(wǎng)絡(luò )元素，網(wǎng)絡(luò )出現任何問(wèn)題，由廠(chǎng)商網(wǎng)管定位，廠(chǎng)商技術(shù)人員負責解決。而控制功能從設備中分離之后，網(wǎng)絡(luò )的硬件和軟件來(lái)自不同廠(chǎng)商，出現故障如何定位和解決，將是網(wǎng)絡(luò )維護管理面臨的棘手問(wèn)題，也對維護人員素質(zhì)提出了很高的要求。運營(yíng)商光網(wǎng)絡(luò )維護體制的變革將是SDON成敗的關(guān)鍵。
五、技術(shù)、標準與產(chǎn)業(yè)協(xié)同，抓住SDON發(fā)展機遇
我國擁有全球最大的光通信市場(chǎng)，同時(shí)也是光通信產(chǎn)業(yè)大國，應特別重視SDN技術(shù)發(fā)展可能給我國光通信產(chǎn)業(yè)帶來(lái)的變革和機遇。當前，我國SDON的技術(shù)標準和產(chǎn)業(yè)與國際處于同步水平，我們必須抓住SDON發(fā)展初期的重要機遇，使其成為我國光通信領(lǐng)域保持優(yōu)勢地位和占領(lǐng)新的技術(shù)制高點(diǎn)的重要切入點(diǎn)。
（1）重視和加強軟件定義光網(wǎng)絡(luò )的標準化研究和推進(jìn)。當前各大國際標準組織在光網(wǎng)絡(luò )SDN領(lǐng)域的研究和標準化工作尚處于初期階段。鑒于標準在支撐自主創(chuàng )新和引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面的重要作用，我國應加大光網(wǎng)絡(luò )SDN領(lǐng)域標準的研究和推動(dòng)力度，在國際標準中發(fā)揮引領(lǐng)作用。
（2）支持和推動(dòng)光網(wǎng)絡(luò )SDN技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。光網(wǎng)絡(luò )SDN將給光通信產(chǎn)業(yè)鏈帶來(lái)的重大變革，我國應積極應對SDN帶來(lái)的機遇和挑戰，加強國家科技專(zhuān)項資金在光網(wǎng)絡(luò )SDN領(lǐng)域的投入，通過(guò)設立國家科技項目等形式，支持開(kāi)展軟件定義光網(wǎng)絡(luò )架構和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，促進(jìn)我國軟件定義光網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展走向世界前列。
（3）積極構建一個(gè)各方協(xié)作的SDON產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
光網(wǎng)絡(luò )SDN發(fā)展，形成了新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，需要產(chǎn)業(yè)鏈各方的共同推進(jìn)。建議通過(guò)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等方式，鼓勵和促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節企業(yè)開(kāi)展交流和合作創(chuàng )新，鼓勵產(chǎn)學(xué)研用相結合的開(kāi)發(fā)聯(lián)合體，推動(dòng)我國SDON技術(shù)和應用水平提高。
在整個(gè)信息通信發(fā)展浪潮的推動(dòng)下，光網(wǎng)絡(luò )的開(kāi)放化、軟件化趨勢必然勢不可擋。根據光網(wǎng)絡(luò )本身的技術(shù)特點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò )現狀，軟件定義光網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展將是一個(gè)長(cháng)期的過(guò)程。近期，SDON實(shí)現光網(wǎng)絡(luò )現有管控系統的擴展和北向接口開(kāi)放，中長(cháng)期將逐步實(shí)現轉發(fā)層的開(kāi)放和標準化。
作者簡(jiǎn)介：
張國穎，中國信息通信研究院通信標準研究所傳送與接入研究部副主任，高級工程師。主要從事光網(wǎng)絡(luò )、寬帶領(lǐng)域的技術(shù)研究、標準制定、測試評估和政策研究工作。主持和參與了多項科技部、發(fā)改委和國內主要電信運營(yíng)商的研究課題。
張海懿，中國信息通信研究院通信標準研究所傳送與接入研究部主任，高級工程師。主要從事光網(wǎng)絡(luò )方面的技術(shù)研究、標準制定、測試評估工作。
徐云斌，中國信息通信研究院通信標準研究所高級工程師。主要從事光網(wǎng)絡(luò )、智能控制平面、分組傳送網(wǎng)方面的技術(shù)研究、標準制定、測試評估工作。
