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軟件定義光網(wǎng)絡(luò )（Software Defined Optical Network，SDON）的架構實(shí)現了由控制功能與傳送功能的緊耦合到控制功能與運營(yíng)功能的緊耦合、以連接過(guò)程為核心的閉合控制到以組網(wǎng)過(guò)程為核心的開(kāi)放控制的模式轉變，代表了未來(lái)光網(wǎng)絡(luò )技術(shù)與應用新的發(fā)展方向。SDON技術(shù)的主要優(yōu)勢體現在： ● SDON方案能夠解決異構網(wǎng)絡(luò )之間的互聯(lián)互通問(wèn)題。隨著(zhù)融合網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，不同類(lèi)型的業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò )資源交織疊加在一起，形成了異構化的網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)環(huán)境，加劇了全網(wǎng)業(yè)務(wù)控制與資源管理的難度。該方案通過(guò)對Openflow等相關(guān)協(xié)議進(jìn)行擴展，開(kāi)發(fā)面向對象的交互控制接口，可以實(shí)現異構網(wǎng)絡(luò )信息抽象化和跨層網(wǎng)絡(luò )控制集成化，從而在接入網(wǎng)與核心網(wǎng)、數據網(wǎng)與光網(wǎng)絡(luò )、有線(xiàn)網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)之間建立起具備統一控制能力的新型異構網(wǎng)絡(luò )架構體系。 ● SDON可以滿(mǎn)足用戶(hù)對光網(wǎng)絡(luò )編排的需求，從而在網(wǎng)絡(luò )設備的使用方式、操作方式和銷(xiāo)售方式上實(shí)現靈活性，并使得用戶(hù)以更快的速度獲得想要的服務(wù)功能，無(wú)需等待設備商把這些功能納入到專(zhuān)有設備中。 ● SDON能夠帶來(lái)對光網(wǎng)絡(luò )資源的虛擬化管理，虛擬化管理的網(wǎng)絡(luò )設備范圍可覆蓋全部OTN產(chǎn)品；網(wǎng)絡(luò )資源的虛擬化技術(shù)可以更好地發(fā)揮網(wǎng)絡(luò )基礎設施資源的優(yōu)勢，通過(guò)開(kāi)放的統一資源管理平臺，對網(wǎng)絡(luò )資源的利用達到最優(yōu)化�；谔摂M化的網(wǎng)絡(luò )體系結構，能夠根據不同業(yè)務(wù)各自的應用需求，在保證服務(wù)質(zhì)量的前提下快速有效地接入與控制網(wǎng)絡(luò )資源。 近年來(lái)，雖然SDON技術(shù)研究還處于起步階段，但作為SDN與光網(wǎng)絡(luò )結合的熱門(mén)技術(shù)，已經(jīng)得到了國內外各大運營(yíng)商和設備商的高度重視。2014年8—9月，光互聯(lián)論壇（OIF）與開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )基金（ONF）聯(lián)合組織全球多個(gè)運營(yíng)商、設備廠(chǎng)商以及科研機構，開(kāi)展了基于SDN的光傳送網(wǎng)OTN原型和互操作性測試與演示。在此次演示中，中國電信主導并聯(lián)合中興通訊、華為、烽火在中國電信北京研究院完成了中國首次SDON跨廠(chǎng)商、多域組網(wǎng)測試。此次測試驗證了基于層次化控制器架構的多域SDON技術(shù)方案的可行性，標志著(zhù)SDON商用化進(jìn)程取得了突破性進(jìn)展。層次化控制器架構的多域SDON解決方案如圖1所示，該技術(shù)方案的特點(diǎn)如下。 ● 整個(gè)架構自上向下分為4層：APP應用層、Orchestrator總控制器層、單域控制器層和Optical Network設備層。 ● APP應用層與Orchestrator總控制器之間的北向接口（North Bound Interface，NBI）重點(diǎn)采用Restful接口機制。Restful機制借鑒了Web服務(wù)的架構風(fēng)格，具備無(wú)狀態(tài)、面向資源、實(shí)現簡(jiǎn)單高效、松耦合、可伸縮等技術(shù)優(yōu)勢，從而為北向接口實(shí)現SDON的開(kāi)放控制、可編程、可定義等技術(shù)特點(diǎn)，提供天然的技術(shù)支撐。 ● 單域控制器層與Optical Network設備層之間的南向接口（South Bound Interface，SBI）盡量兼容WASON（自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò )）及較早部署的OTN網(wǎng)絡(luò )，確保SDON網(wǎng)絡(luò )與這些網(wǎng)絡(luò )設備的互聯(lián)互通，更好地適應運營(yíng)商對業(yè)務(wù)部署的平滑升級、漸進(jìn)式演進(jìn)思路。 隨著(zhù)SDON技術(shù)研究的不斷深入，業(yè)界廠(chǎng)商和組織逐步發(fā)現光網(wǎng)絡(luò )的虛擬化是實(shí)現基于SDON開(kāi)放控制的基礎和前提，也是SDON控制器內部不可缺失的主要組成部分。廣義的網(wǎng)絡(luò )虛擬化，通常是指面向數據網(wǎng)絡(luò )的虛擬化——將傳統數據網(wǎng)絡(luò )服務(wù)提供商分為兩種：基本設施提供商，負責管理物理層的基礎設施；服務(wù)提供商，基于對基本設施提供商的資源整合，創(chuàng )造虛擬化網(wǎng)絡(luò )；最終在資源整合的基礎上向終端用戶(hù)提供端到端的服務(wù)。廣義的網(wǎng)絡(luò )虛擬化就是讓一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò )能夠同時(shí)支持多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò )，虛擬化保留了網(wǎng)絡(luò )設計中原有層次結構、數據通道和所能提供的服務(wù)，使得最終用戶(hù)的體驗和獨享物理網(wǎng)絡(luò )一樣，同時(shí)網(wǎng)絡(luò )虛擬化技術(shù)還可以高效利用網(wǎng)絡(luò )資源：如空間、能源、設備容量等。如公司或其數據中心在擁有一套物理基礎設施時(shí)可以虛擬出很多網(wǎng)絡(luò )，為公司的運維部門(mén)、新兼并公司、需隔離的重要部門(mén)等同時(shí)提供服務(wù)，各虛擬網(wǎng)絡(luò )和物理網(wǎng)絡(luò )擁有相同的安全性。 而對于SDON，網(wǎng)絡(luò )虛擬化是支持網(wǎng)絡(luò )結構多樣化的重要部分，可以定義如下：它是支持多運營(yíng)商同時(shí)存在的網(wǎng)絡(luò )架構，共享同一個(gè)物理層，這個(gè)物理層也由多個(gè)設備商管理；它支持使用一系列的開(kāi)放可編程的網(wǎng)絡(luò )接口，并針對物理層的網(wǎng)絡(luò )設備創(chuàng )建一個(gè)虛擬的抽象層；允許用戶(hù)對抽象層進(jìn)行控制并改變相應的網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)，并對用戶(hù)屏蔽物理層網(wǎng)絡(luò )的操作和使用復雜性，使得用戶(hù)在抽象層上部署新的應用更加容易，從而大大提高了網(wǎng)絡(luò )應用的靈活性。 SDON中的網(wǎng)絡(luò )虛擬化與廣義網(wǎng)絡(luò )虛擬化之間的主要區別就在于實(shí)現虛擬化的主體。通常，人們認為SDN將數據網(wǎng)絡(luò )功能從單機、分散的硬件平臺分離出來(lái)，并以虛擬機的形式管理這些部件。而SDON中的網(wǎng)絡(luò )虛擬化將會(huì )使網(wǎng)絡(luò )功能和網(wǎng)絡(luò )活動(dòng)簡(jiǎn)化并實(shí)現通用化，例如：屏蔽物理平面細節并實(shí)現自動(dòng)化規劃、配置、管理、優(yōu)化和保護恢復。人工操作和規劃過(guò)程也正在向虛擬化演變。自動(dòng)化程度與靈活性的提高使運營(yíng)商降低高層級工作的負載，將其置于較低層級，包括光電子層面，例如：如今，在非自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )中，人們總是采用多重冗余系統以防護節點(diǎn)失效，但是這樣做成本很高；而自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )則通過(guò)對網(wǎng)絡(luò )故障重路由來(lái)恢復流量，減少了對昂貴、龐大的冗余系統的依賴(lài)。 在SDON架構體系中，對光網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行虛擬化的主要目的在于：將光網(wǎng)絡(luò )的物理層基礎設施進(jìn)行虛擬化，進(jìn)而完成對光網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的抽象和封裝，將提供的服務(wù)與物理層網(wǎng)絡(luò )設施分離開(kāi)，為上層用戶(hù)提供可編程、可定義的光網(wǎng)絡(luò )虛擬層。這將對未來(lái)光網(wǎng)絡(luò )發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響：運營(yíng)商能夠通過(guò)向應用層用戶(hù)開(kāi)放的接口、光網(wǎng)絡(luò )虛擬層等，把對光網(wǎng)絡(luò )基礎設施的控制權交給應用層用戶(hù)；根據用戶(hù)的等級權限，開(kāi)放部分或全部光網(wǎng)絡(luò )虛擬層的網(wǎng)絡(luò )資源，允許用戶(hù)在可獲得的虛擬光網(wǎng)絡(luò )資源基礎上，根據自身需要進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)和控制——讓用戶(hù)自己整合、定義網(wǎng)絡(luò )資源，從而實(shí)現“將光網(wǎng)絡(luò )資源作為一種服務(wù)”，即OaaS（Optical as a Service）的技術(shù)理念。 2014年以來(lái)，有關(guān)光網(wǎng)絡(luò )虛擬化技術(shù)及應用的研究已經(jīng)得到了業(yè)界普遍重視，業(yè)界知名廠(chǎng)商包括中興通訊、ADVA、華為、JDSU等都將下一代光網(wǎng)絡(luò )中部署“支持光網(wǎng)絡(luò )虛擬化的SDON系統”作為光網(wǎng)絡(luò )服務(wù)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。光網(wǎng)絡(luò )作為數據中心互聯(lián)的基礎資源，其虛擬化后的應用場(chǎng)景被普遍認為將大大簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商的工作。 圖2顯示了光網(wǎng)絡(luò )虛擬化的典型應用場(chǎng)景：各數據中心業(yè)務(wù)都有各自特定的QoS和SLA需求，因此網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商需要專(zhuān)用的OTN網(wǎng)絡(luò )，可通過(guò)虛擬光網(wǎng)絡(luò )在共享統一物理OTN網(wǎng)絡(luò )設備的基礎上，滿(mǎn)足不同數據中心的各種業(yè)務(wù)需求。 到目前為止，雖然光網(wǎng)絡(luò )虛擬化作為SDON的關(guān)鍵技術(shù)，被業(yè)界廠(chǎng)商和科研機構普遍重視，但由于面臨著(zhù)諸多技術(shù)難點(diǎn)，仍處于理論分析及實(shí)驗研究階段。技術(shù)難點(diǎn)主要包括： ● 如何提供可擴展的、靈活的、可配置的網(wǎng)絡(luò )應用服務(wù)，包括：跨多個(gè)管理域實(shí)現對端到端業(yè)務(wù)連接及OVPN的控制；如何根據用戶(hù)請求提供動(dòng)態(tài)連接服務(wù)，即BoD業(yè)務(wù);如何提供端到端的連接——保證低抖動(dòng)、低延遲等QoS；具有按需分配帶寬的能力，達到波長(cháng)級或子波長(cháng)級，時(shí)間可控（幾分鐘、幾小時(shí)或者數天）；如何將網(wǎng)絡(luò )資源同其他重要的網(wǎng)絡(luò )資源進(jìn)行協(xié)調，如CPU、存儲和可視化的顯示設備等；廣播/多播能力等。 ● 對光網(wǎng)絡(luò )資源實(shí)現抽象封裝，即如何將光網(wǎng)絡(luò )物理層資源模型進(jìn)行數學(xué)模型抽象化的提取，特別需要考慮光網(wǎng)絡(luò )資源與傳輸模式有自身的物理特性限制，比如區別于其他網(wǎng)絡(luò )的光網(wǎng)絡(luò )物理層損耗：由于光信號傳輸本身的特性，色散、偏振模色散以及增益抖動(dòng)等各種物理層光信道損傷的累積等，如何將這些光網(wǎng)絡(luò )物理層損耗抽象提取到光網(wǎng)絡(luò )虛擬層中。 ● 虛擬化的光網(wǎng)絡(luò )資源映射問(wèn)題，為虛擬光網(wǎng)絡(luò )服務(wù)VONS中的虛擬節點(diǎn)和虛擬鏈路分配運行時(shí)所需的物理資源，設計出針對不同映射分配策略的優(yōu)化求解目標函數（如基礎設施資源負載均衡、網(wǎng)絡(luò )貨幣收益最大化、最大化資源的使用效率、可服務(wù)質(zhì)量最優(yōu)化、終端用戶(hù)數量最大化等）、優(yōu)化數學(xué)模型及優(yōu)化算法等，滿(mǎn)足用戶(hù)對光網(wǎng)絡(luò )使用的個(gè)性化、性能、效益等需求。 以上都是光網(wǎng)絡(luò )虛擬化技術(shù)亟待解決的問(wèn)題。光網(wǎng)絡(luò )虛擬化技術(shù)研究任重道遠，但它所能帶來(lái)的效益和價(jià)值是不可估量的，代表了SDON技術(shù)發(fā)展的前進(jìn)方向。 |
