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軟件定義光網絡（Software Defined Optical Network，SDON）的架構實現了由控制功能與傳送功能的緊耦合到控制功能與運營功能的緊耦合、以連接過程為核心的閉合控制到以組網過程為核心的開放控制的模式轉變，代表了未來光網絡技術與應用新的發展方向。SDON技術的主要優勢體現在： ● SDON方案能夠解決異構網絡之間的互聯互通問題。隨著融合網絡技術的發展，不同類型的業務和網絡資源交織疊加在一起，形成了異構化的網絡互聯環境，加劇了全網業務控制與資源管理的難度。該方案通過對Openflow等相關協議進行擴展，開發面向對象的交互控制接口，可以實現異構網絡信息抽象化和跨層網絡控制集成化，從而在接入網與核心網、數據網與光網絡、有線網和無線網之間建立起具備統一控制能力的新型異構網絡架構體系。 ● SDON可以滿足用戶對光網絡編排的需求，從而在網絡設備的使用方式、操作方式和銷售方式上實現靈活性，并使得用戶以更快的速度獲得想要的服務功能，無需等待設備商把這些功能納入到專有設備中。 ● SDON能夠帶來對光網絡資源的虛擬化管理，虛擬化管理的網絡設備范圍可覆蓋全部OTN產品；網絡資源的虛擬化技術可以更好地發揮網絡基礎設施資源的優勢，通過開放的統一資源管理平臺，對網絡資源的利用達到最優化。基于虛擬化的網絡體系結構，能夠根據不同業務各自的應用需求，在保證服務質量的前提下快速有效地接入與控制網絡資源。 近年來，雖然SDON技術研究還處于起步階段，但作為SDN與光網絡結合的熱門技術，已經得到了國內外各大運營商和設備商的高度重視。2014年8—9月，光互聯論壇（OIF）與開放網絡基金（ONF）聯合組織全球多個運營商、設備廠商以及科研機構，開展了基于SDN的光傳送網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跨廠商、多域組網測試。此次測試驗證了基于層次化控制器架構的多域SDON技術方案的可行性，標志著SDON商用化進程取得了突破性進展。層次化控制器架構的多域SDON解決方案如圖1所示，該技術方案的特點如下。 ● 整個架構自上向下分為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）重點采用Restful接口機制。Restful機制借鑒了Web服務的架構風格，具備無狀態、面向資源、實現簡單高效、松耦合、可伸縮等技術優勢，從而為北向接口實現SDON的開放控制、可編程、可定義等技術特點，提供天然的技術支撐。 ● 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（自動交換光網絡）及較早部署的OTN網絡，確保SDON網絡與這些網絡設備的互聯互通，更好地適應運營商對業務部署的平滑升級、漸進式演進思路。 隨著SDON技術研究的不斷深入，業界廠商和組織逐步發現光網絡的虛擬化是實現基于SDON開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。廣義的網絡虛擬化，通常是指面向數據網絡的虛擬化——將傳統數據網絡服務提供商分為兩種：基本設施提供商，負責管理物理層的基礎設施；服務提供商，基于對基本設施提供商的資源整合，創造虛擬化網絡；最終在資源整合的基礎上向終端用戶提供端到端的服務。廣義的網絡虛擬化就是讓一個物理網絡能夠同時支持多個邏輯網絡，虛擬化保留了網絡設計中原有層次結構、數據通道和所能提供的服務，使得最終用戶的體驗和獨享物理網絡一樣，同時網絡虛擬化技術還可以高效利用網絡資源：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可以虛擬出很多網絡，為公司的運維部門、新兼并公司、需隔離的重要部門等同時提供服務，各虛擬網絡和物理網絡擁有相同的安全性。 而對于SDON，網絡虛擬化是支持網絡結構多樣化的重要部分，可以定義如下：它是支持多運營商同時存在的網絡架構，共享同一個物理層，這個物理層也由多個設備商管理；它支持使用一系列的開放可編程的網絡接口，并針對物理層的網絡設備創建一個虛擬的抽象層；允許用戶對抽象層進行控制并改變相應的網絡狀態，并對用戶屏蔽物理層網絡的操作和使用復雜性，使得用戶在抽象層上部署新的應用更加容易，從而大大提高了網絡應用的靈活性。 SDON中的網絡虛擬化與廣義網絡虛擬化之間的主要區別就在于實現虛擬化的主體。通常，人們認為SDN將數據網絡功能從單機、分散的硬件平臺分離出來，并以虛擬機的形式管理這些部件。而SDON中的網絡虛擬化將會使網絡功能和網絡活動簡化并實現通用化，例如：屏蔽物理平面細節并實現自動化規劃、配置、管理、優化和保護恢復。人工操作和規劃過程也正在向虛擬化演變。自動化程度與靈活性的提高使運營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，在非自動化網絡中，人們總是采用多重冗余系統以防護節點失效，但是這樣做成本很高；而自動化網絡則通過對網絡故障重路由來恢復流量，減少了對昂貴、龐大的冗余系統的依賴。 在SDON架構體系中，對光網絡進行虛擬化的主要目的在于：將光網絡的物理層基礎設施進行虛擬化，進而完成對光網絡服務的抽象和封裝，將提供的服務與物理層網絡設施分離開，為上層用戶提供可編程、可定義的光網絡虛擬層。這將對未來光網絡發展產生深刻的影響：運營商能夠通過向應用層用戶開放的接口、光網絡虛擬層等，把對光網絡基礎設施的控制權交給應用層用戶；根據用戶的等級權限，開放部分或全部光網絡虛擬層的網絡資源，允許用戶在可獲得的虛擬光網絡資源基礎上，根據自身需要進行訪問和控制——讓用戶自己整合、定義網絡資源，從而實現“將光網絡資源作為一種服務”，即OaaS（Optical as a Service）的技術理念。 2014年以來，有關光網絡虛擬化技術及應用的研究已經得到了業界普遍重視，業界知名廠商包括中興通訊、ADVA、華為、JDSU等都將下一代光網絡中部署“支持光網絡虛擬化的SDON系統”作為光網絡服務技術發展的重點。光網絡作為數據中心互聯的基礎資源，其虛擬化后的應用場景被普遍認為將大大簡化網絡運營商的工作。 圖2顯示了光網絡虛擬化的典型應用場景：各數據中心業務都有各自特定的QoS和SLA需求，因此網絡運營商需要專用的OTN網絡，可通過虛擬光網絡在共享統一物理OTN網絡設備的基礎上，滿足不同數據中心的各種業務需求。 到目前為止，雖然光網絡虛擬化作為SDON的關鍵技術，被業界廠商和科研機構普遍重視，但由于面臨著諸多技術難點，仍處于理論分析及實驗研究階段。技術難點主要包括： ● 如何提供可擴展的、靈活的、可配置的網絡應用服務，包括：跨多個管理域實現對端到端業務連接及OVPN的控制；如何根據用戶請求提供動態連接服務，即BoD業務;如何提供端到端的連接——保證低抖動、低延遲等QoS；具有按需分配帶寬的能力，達到波長級或子波長級，時間可控（幾分鐘、幾小時或者數天）；如何將網絡資源同其他重要的網絡資源進行協調，如CPU、存儲和可視化的顯示設備等；廣播/多播能力等。 ● 對光網絡資源實現抽象封裝，即如何將光網絡物理層資源模型進行數學模型抽象化的提取，特別需要考慮光網絡資源與傳輸模式有自身的物理特性限制，比如區別于其他網絡的光網絡物理層損耗：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等各種物理層光信道損傷的累積等，如何將這些光網絡物理層損耗抽象提取到光網絡虛擬層中。 ● 虛擬化的光網絡資源映射問題，為虛擬光網絡服務VONS中的虛擬節點和虛擬鏈路分配運行時所需的物理資源，設計出針對不同映射分配策略的優化求解目標函數（如基礎設施資源負載均衡、網絡貨幣收益最大化、最大化資源的使用效率、可服務質量最優化、終端用戶數量最大化等）、優化數學模型及優化算法等，滿足用戶對光網絡使用的個性化、性能、效益等需求。 以上都是光網絡虛擬化技術亟待解決的問題。光網絡虛擬化技術研究任重道遠，但它所能帶來的效益和價值是不可估量的，代表了SDON技術發展的前進方向。 |
