隨著云計算、移動互聯(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)務以及以大型數(shù)據(jù)中心為代表的數(shù)據(jù)海量聚合模式大力驅(qū)動光網(wǎng)絡發(fā)展。目前業(yè)界掀起了融合信息技術（IT）和網(wǎng)絡新型架構理念的研究勢頭，軟件定義網(wǎng)絡（SDN）技術迅速從數(shù)據(jù)網(wǎng)絡領域向光網(wǎng)絡領域延伸，以構建更靈活、高效、低成本、開放的未來光網(wǎng)絡。
一、軟件定義光網(wǎng)絡（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)絡發(fā)展面臨新的挑戰(zhàn)。首先是網(wǎng)絡流量快速增長，網(wǎng)絡擴容壓力大。隨著視頻、LTE、云計算的發(fā)展，以及寬帶中國戰(zhàn)略的實施，寬帶接入數(shù)量增多和帶寬提速，光網(wǎng)絡帶寬壓力顯著。預計未來5年我國干線流量年增長率將高達43%，相當于5年增長6倍。其次，網(wǎng)絡智能化水平不高，運維管理復雜。運營商光通信網(wǎng)絡規(guī)模龐大，網(wǎng)元數(shù)量達到數(shù)百萬，廠家數(shù)量眾多，海量網(wǎng)絡設備的維護和管理復雜，造成跨廠家業(yè)務調(diào)度困難，業(yè)務開通時間長，難以適應新興業(yè)務應用對網(wǎng)絡動態(tài)調(diào)度需求。第三，跨層域管控難度大，無法適應網(wǎng)絡融合發(fā)展趨勢。隨著IP化的數(shù)據(jù)業(yè)務占據(jù)網(wǎng)絡流量的主導地位，基礎承載網(wǎng)絡的融合化發(fā)展成為大勢所趨。當前光網(wǎng)絡與IP等業(yè)務網(wǎng)，各自獨立規(guī)劃、設計、運維，網(wǎng)絡間缺少協(xié)同，無法實現(xiàn)跨層域業(yè)務調(diào)度和流量疏導，造成資源重復投資，網(wǎng)絡利用率低下，端到端業(yè)務服務質(zhì)量無法保障。第四，網(wǎng)絡相對封閉，新業(yè)務開發(fā)慢，難以滿足應用創(chuàng)新需求。傳統(tǒng)光網(wǎng)絡設備和業(yè)務是強耦合方式，導致業(yè)務部署復雜，新業(yè)務開發(fā)周期長，無法適應業(yè)務及使用模式的快速變化和創(chuàng)新需求。
軟件定義網(wǎng)絡（SDN）集中化、智能化和開放化的理念為未來光網(wǎng)絡的發(fā)展提供了全新思路。目前，光網(wǎng)絡各層面都出現(xiàn)了明顯的SDN化趨勢。在骨干網(wǎng)層面，SDN技術主要定位于提供光傳送網(wǎng)（OTN）智能靈活調(diào)度、多廠家互聯(lián)互通和實現(xiàn)IP+光的協(xié)同。在城域網(wǎng)層面，將SDN技術引入分組傳送網(wǎng)（PTN），簡化城域回傳網(wǎng)絡維護管理、實現(xiàn)大客戶業(yè)務快速發(fā)放，依靠集中化的控制和對全網(wǎng)資源的監(jiān)測分析，保障端到端業(yè)務服務質(zhì)量，提高網(wǎng)絡資源利用率。
二、軟件定義光網(wǎng)絡的概念和技術特征
軟件定義光網(wǎng)絡（SDON）是將SDN概念和技術應用于光網(wǎng)絡，構建面向業(yè)務的新一代光網(wǎng)絡體系架構。SDON通過將控制與傳送解耦，屏蔽光網(wǎng)絡物理技術細節(jié)，簡化現(xiàn)有光網(wǎng)絡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)絡的智能調(diào)度和協(xié)同控制能力；通過開放網(wǎng)絡接口，提供光網(wǎng)絡的可編程能力，滿足未來網(wǎng)絡虛擬化、業(yè)務靈活快捷提供、網(wǎng)絡和業(yè)務創(chuàng)新等發(fā)展需求。與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡不同，光網(wǎng)絡自身具有集中化管理和面向連接的交換機制等特點，因此光網(wǎng)絡天然具有部分SDN的特征，更易于向SDN方向發(fā)展演進。
軟件定義光網(wǎng)絡架構包含控制、轉(zhuǎn)發(fā)和應用三個層面�？刂茖邮荢DON的核心，主要實施網(wǎng)絡資源管理、業(yè)務連接控制、路由計算、網(wǎng)絡資源抽象和虛擬化，以及各種基于策略的網(wǎng)絡管控等功能，并向上層應用提供各種網(wǎng)絡服務�？紤]到控制器可擴展性和多域多廠商組網(wǎng)需求，SDON在控制層中引入了分層控制結構，由協(xié)調(diào)層控制器負責跨技術/管理域、跨廠家的協(xié)同。
轉(zhuǎn)發(fā)層主要承擔光網(wǎng)絡業(yè)務的傳送和交換功能。軟件定義光網(wǎng)絡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(zhuǎn)發(fā)技術會逐步引入和應用。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和芯片不成熟的限制，SDON設備仍將維持現(xiàn)有的轉(zhuǎn)發(fā)面不變，通過在設備或網(wǎng)管中增加協(xié)議代理等機制支持SDON。
典型的SDON業(yè)務應用包括按需帶寬業(yè)務（BOD）、光虛擬專用網(wǎng)絡業(yè)務（OVPN）、數(shù)據(jù)中心光互連、IP+光協(xié)同等。這些應用通過調(diào)用控制層提供的北向接口API來對網(wǎng)絡實施操作，提供各種光網(wǎng)絡業(yè)務。
三、軟件定義光網(wǎng)絡（SDON）發(fā)展現(xiàn)狀
2014年以來，軟件定義光網(wǎng)絡技術持續(xù)升溫，從標準組織到設備廠家和運營商都開始積極參與和推進，呈現(xiàn)出快速發(fā)展態(tài)勢。
SDON標準化工作快速推進，多種技術標準競爭發(fā)展。開放網(wǎng)絡基金會（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)絡協(xié)議擴展。ITU-T SG15 2014年正式立項開發(fā)光傳送網(wǎng)SDN架構標準G.asdtn，將采用就架構組件方法來定義SDTN架構和接口。IETF通過擴展有狀態(tài)PCE方案實現(xiàn)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，旨在推進傳送網(wǎng)抽象虛擬化網(wǎng)絡架構和開放網(wǎng)絡接口。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，成功實現(xiàn)了基于openflow和RESTful北向接口的多廠商互操作。我國也積極開展SDON標準化工作，CCSA立項開展了《軟件定義光傳送網(wǎng)總體技術要求》和《軟件定義分組傳送網(wǎng)總體技術要求》等標準制定。
產(chǎn)業(yè)關注度提高，運營商成為積極推動者。SDON打破了傳統(tǒng)光網(wǎng)絡垂直一體和封閉的產(chǎn)業(yè)格局，網(wǎng)絡智能向新引入的控制器層面集中，形成了新的光網(wǎng)絡產(chǎn)業(yè)生態(tài)。2013年以來，國內(nèi)外主流設備廠家紛紛推出傳送網(wǎng)SDN的樣機，并開展演示和試驗，預計2015年將推出商用產(chǎn)品。運營商普遍看好光網(wǎng)絡SDN前景，2014年西班牙電信與華為聯(lián)合完成了業(yè)界首個基于SDN架構的IP+光多層協(xié)同測試。中國電信2014年組織了國內(nèi)首個光傳送網(wǎng)SDN互操作性測試，重點關注利用SDN技術解決OTN多域多廠家互聯(lián)互通問題。中國移動提出了Super PTN概念，在PTN中引入SDN技術滿足集客業(yè)務端到端業(yè)務調(diào)度和業(yè)務開放需求，已聯(lián)合多家設備、軟件和芯片廠商推動產(chǎn)品研發(fā)。
四、軟件定義光網(wǎng)絡發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)
當前，軟件定義光網(wǎng)絡處于發(fā)展初期，技術標準尚不成熟，光網(wǎng)絡引入SDN仍面臨諸多挑戰(zhàn)。
（1）多種接口協(xié)議并存，標準化難度大。目前，光網(wǎng)絡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。目前，各標準化組織還沒有完善的控制器層間接口協(xié)議規(guī)范，不同運營商從自身需求出發(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(zhàn)。
�。�2）技術成熟度不高，產(chǎn)業(yè)鏈尚待完善。SDON集中控制帶來了新的擴展性和安全性問題。目前廠商研發(fā)的SDON控制器，僅在實驗室和小規(guī)模網(wǎng)絡中試驗，大規(guī)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險大大提高，需要建立起一整套隔離、防護和備份機制來確保其安全穩(wěn)定運行，目前相關的研究工作還處于起步階段。此外，由于轉(zhuǎn)發(fā)層可編程的芯片和光器件技術產(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(zhàn)。軟件定義光網(wǎng)絡是對傳統(tǒng)光網(wǎng)絡架構和組網(wǎng)方式的重大變革，將給運營商的維護體制帶來巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)光網(wǎng)絡中，業(yè)務連接都是預先規(guī)劃和下發(fā)的，網(wǎng)絡基本處于預設的靜態(tài)，網(wǎng)絡運維主要關注告警和性能維護。而SDON要求根據(jù)業(yè)務應用需求實時動態(tài)調(diào)度業(yè)務連接，隨時調(diào)整和優(yōu)化網(wǎng)絡資源，這將使現(xiàn)有維護規(guī)程、業(yè)務發(fā)放流程等產(chǎn)生重大變化。傳統(tǒng)光網(wǎng)絡由設備制造商提供全部網(wǎng)絡元素，網(wǎng)絡出現(xiàn)任何問題，由廠商網(wǎng)管定位，廠商技術人員負責解決。而控制功能從設備中分離之后，網(wǎng)絡的硬件和軟件來自不同廠商，出現(xiàn)故障如何定位和解決，將是網(wǎng)絡維護管理面臨的棘手問題，也對維護人員素質(zhì)提出了很高的要求。運營商光網(wǎng)絡維護體制的變革將是SDON成敗的關鍵。
五、技術、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，同時也是光通信產(chǎn)業(yè)大國，應特別重視SDN技術發(fā)展可能給我國光通信產(chǎn)業(yè)帶來的變革和機遇。當前，我國SDON的技術標準和產(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域保持優(yōu)勢地位和占領新的技術制高點的重要切入點。
（1）重視和加強軟件定義光網(wǎng)絡的標準化研究和推進。當前各大國際標準組織在光網(wǎng)絡SDN領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)新和引領產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面的重要作用，我國應加大光網(wǎng)絡SDN領域標準的研究和推動力度，在國際標準中發(fā)揮引領作用。
�。�2）支持和推動光網(wǎng)絡SDN技術研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。光網(wǎng)絡SDN將給光通信產(chǎn)業(yè)鏈帶來的重大變革，我國應積極應對SDN帶來的機遇和挑戰(zhàn)，加強國家科技專項資金在光網(wǎng)絡SDN領域的投入，通過設立國家科技項目等形式，支持開展軟件定義光網(wǎng)絡架構和關鍵技術研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，促進我國軟件定義光網(wǎng)絡技術發(fā)展走向世界前列。
（3）積極構建一個各方協(xié)作的SDON產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
光網(wǎng)絡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。建議通過產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等方式，鼓勵和促進產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企業(yè)開展交流和合作創(chuàng)新，鼓勵產(chǎn)學研用相結合的開發(fā)聯(lián)合體，推動我國SDON技術和應用水平提高。
在整個信息通信發(fā)展浪潮的推動下，光網(wǎng)絡的開放化、軟件化趨勢必然勢不可擋。根據(jù)光網(wǎng)絡本身的技術特點和網(wǎng)絡現(xiàn)狀，軟件定義光網(wǎng)絡的發(fā)展將是一個長期的過程。近期，SDON實現(xiàn)光網(wǎng)絡現(xiàn)有管控系統(tǒng)的擴展和北向接口開放，中長期將逐步實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)層的開放和標準化。
作者簡介：
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、寬帶領域的技術研究、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(nèi)主要電信運營商的研究課題。
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)絡方面的技術研究、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、智能控制平面、分組傳送網(wǎng)方面的技術研究、標準制定、測試評估工作。
