隨著云計算、移動互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)等寬帶應(yīng)用發(fā)展，以視頻為代表的寬帶業(yè)務(wù)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(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(gòu)理念的研究勢頭，軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）技術(shù)迅速從數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域向光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域延伸，以構(gòu)建更靈活、高效、低成本、開放的未來光網(wǎng)絡(luò)。

　　一、軟件定義光網(wǎng)絡(luò)（SDON）的發(fā)展背景

　　當(dāng)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(zhàn)。首先是網(wǎng)絡(luò)流量快速增長，網(wǎng)絡(luò)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(luò)帶寬壓力顯著。預(yù)計未來5年我國干線流量年增長率將高達(dá)43%，相當(dāng)于5年增長6倍。其次，網(wǎng)絡(luò)智能化水平不高，運維管理復(fù)雜。運營商光通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大，網(wǎng)元數(shù)量達(dá)到數(shù)百萬，廠家數(shù)量眾多，海量網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的維護(hù)和管理復(fù)雜，造成跨廠家業(yè)務(wù)調(diào)度困難，業(yè)務(wù)開通時間長，難以適應(yīng)新興業(yè)務(wù)應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)動態(tài)調(diào)度需求。第三，跨層域管控難度大，無法適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)融合發(fā)展趨勢。隨著IP化的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量的主導(dǎo)地位，基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)的融合化發(fā)展成為大勢所趨。當(dāng)前光網(wǎng)絡(luò)與IP等業(yè)務(wù)網(wǎng)，各自獨立規(guī)劃、設(shè)計、運維，網(wǎng)絡(luò)間缺少協(xié)同，無法實現(xiàn)跨層域業(yè)務(wù)調(diào)度和流量疏導(dǎo)，造成資源重復(fù)投資，網(wǎng)絡(luò)利用率低下，端到端業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量無法保障。第四，網(wǎng)絡(luò)相對封閉，新業(yè)務(wù)開發(fā)慢，難以滿足應(yīng)用創(chuàng)新需求。傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和業(yè)務(wù)是強耦合方式，導(dǎo)致業(yè)務(wù)部署復(fù)雜，新業(yè)務(wù)開發(fā)周期長，無法適應(yīng)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、智能化和開放化的理念為未來光網(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(xiàn)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(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(shù)引入分組傳送網(wǎng)（PTN），簡化城域回傳網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理、實現(xiàn)大客戶業(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(jiān)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(yīng)用于光網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建面向業(yè)務(wù)的新一代光網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。SDON通過將控制與傳送解耦，屏蔽光網(wǎng)絡(luò)物理技術(shù)細(xì)節(jié)，簡化現(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)復(fù)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(diào)度和協(xié)同控制能力；通過開放網(wǎng)絡(luò)接口，提供光網(wǎng)絡(luò)的可編程能力，滿足未來網(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(shù)據(jù)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，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(gòu)包含控制、轉(zhuǎn)發(fā)和應(yīng)用三個層面�？刂茖邮荢DON的核心，主要實施網(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(yīng)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商組網(wǎng)需求，SDON在控制層中引入了分層控制結(jié)構(gòu)，由協(xié)調(diào)層控制器負(fù)責(zé)跨技術(shù)/管理域、跨廠家的協(xié)同。

　　轉(zhuǎn)發(fā)層主要承擔(dān)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(shè)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(shù)會逐步引入和應(yīng)用。如在光傳送網(wǎng)（OTN）設(shè)備中增加速率、距離自適應(yīng)的光收發(fā)和靈活柵格光交換，在分組傳送網(wǎng)（PTN）設(shè)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(shè)備仍將維持現(xiàn)有的轉(zhuǎn)發(fā)面不變，通過在設(shè)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(yīng)用包括按需帶寬業(yè)務(wù)（BOD）、光虛擬專用網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)（OVPN）、數(shù)據(jù)中心光互連、IP+光協(xié)同等。這些應(yīng)用通過調(diào)用控制層提供的北向接口API來對網(wǎng)絡(luò)實施操作，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(xiàn)狀

　　2014年以來，軟件定義光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)持續(xù)升溫，從標(biāo)準(zhǔn)組織到設(shè)備廠家和運營商都開始積極參與和推進(jìn)，呈現(xiàn)出快速發(fā)展態(tài)勢。

　　SDON標(biāo)準(zhǔn)化工作快速推進(jìn)，多種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)競爭發(fā)展。開放網(wǎng)絡(luò)基金會（ONF）于2013年4月年成立了光傳送工作組，已完成架構(gòu)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年正式立項開發(fā)光傳送網(wǎng)SDN架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)G.asdtn，將采用就架構(gòu)組件方法來定義SDTN架構(gòu)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(jìn)傳送網(wǎng)抽象虛擬化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和開放網(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(biāo)準(zhǔn)化工作，CCSA立項開展了《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(biāo)準(zhǔn)制定。

　　產(chǎn)業(yè)關(guān)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(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，國內(nèi)外主流設(shè)備廠家紛紛推出傳送網(wǎng)SDN的樣機，并開展演示和試驗，預(yù)計2015年將推出商用產(chǎn)品。運營商普遍看好光網(wǎng)絡(luò)SDN前景，2014年西班牙電信與華為聯(lián)合完成了業(yè)界首個基于SDN架構(gòu)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(guān)注利用SDN技術(shù)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(shù)滿足集客業(yè)務(wù)端到端業(yè)務(wù)調(diào)度和業(yè)務(wù)開放需求，已聯(lián)合多家設(shè)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(luò)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

　　當(dāng)前，軟件定義光網(wǎng)絡(luò)處于發(fā)展初期，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚不成熟，光網(wǎng)絡(luò)引入SDN仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

　�。�1）多種接口協(xié)議并存，標(biāo)準(zhǔn)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。隨著層次化控制結(jié)構(gòu)的引入，控制器層間接口將成為標(biāo)準(zhǔn)化重點。目前，各標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)致未來存在多種接口標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)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(luò)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(fēng)險大大提高，需要建立起一整套隔離、防護(hù)和備份機制來確保其安全穩(wěn)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(zhuǎn)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(hù)管理體制面臨巨大變革挑戰(zhàn)。軟件定義光網(wǎng)絡(luò)是對傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和組網(wǎng)方式的重大變革，將給運營商的維護(hù)體制帶來巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)連接都是預(yù)先規(guī)劃和下發(fā)的，網(wǎng)絡(luò)基本處于預(yù)設(shè)的靜態(tài)，網(wǎng)絡(luò)運維主要關(guān)注告警和性能維護(hù)。而SDON要求根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用需求實時動態(tài)調(diào)度業(yè)務(wù)連接，隨時調(diào)整和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源，這將使現(xiàn)有維護(hù)規(guī)程、業(yè)務(wù)發(fā)放流程等產(chǎn)生重大變化。傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)由設(shè)備制造商提供全部網(wǎng)絡(luò)元素，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)任何問題，由廠商網(wǎng)管定位，廠商技術(shù)人員負(fù)責(zé)解決。而控制功能從設(shè)備中分離之后，網(wǎng)絡(luò)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(luò)維護(hù)管理面臨的棘手問題，也對維護(hù)人員素質(zhì)提出了很高的要求。運營商光網(wǎng)絡(luò)維護(hù)體制的變革將是SDON成敗的關(guān)鍵。

　　五、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)特別重視SDN技術(shù)發(fā)展可能給我國光通信產(chǎn)業(yè)帶來的變革和機遇。當(dāng)前，我國SDON的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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)制高點的重要切入點。

　　（1）重視和加強軟件定義光網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化研究和推進(jìn)。當(dāng)前各大國際標(biāo)準(zhǔn)組織在光網(wǎng)絡(luò)SDN領(lǐng)域的研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作尚處于初期階段。鑒于標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)加大光網(wǎng)絡(luò)SDN領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的研究和推動力度，在國際標(biāo)準(zhǔn)中發(fā)揮引領(lǐng)作用。

　　（2）支持和推動光網(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)鏈帶來的重大變革，我國應(yīng)積極應(yīng)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(luò)SDN領(lǐng)域的投入，通過設(shè)立國家科技項目等形式，支持開展軟件定義光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)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(gòu)建一個各方協(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(jié)企業(yè)開展交流和合作創(chuàng)新，鼓勵產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的開發(fā)聯(lián)合體，推動我國SDON技術(shù)和應(yīng)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(luò)的開放化、軟件化趨勢必然勢不可擋。根據(jù)光網(wǎng)絡(luò)本身的技術(shù)特點和網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，軟件定義光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展將是一個長期的過程。近期，SDON實現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)化。

　　作者簡介：

　　張國穎，中國信息通信研究院通信標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)制定、測試評估工作。

　　徐云斌，中國信息通信研究院通信標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)制定、測試評估工作。