廖振宇

（1.武漢郵電科學(xué)研究院湖北武漢430074；2.武漢烽火國際技術(shù)有限責(zé)任公司湖北武漢430074）

當(dāng)下，作為骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)的OTN（光傳送網(wǎng)絡(luò)）建設(shè)規(guī)模十分巨大，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性與網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)化程度與日俱增。同時，隨著大數(shù)據(jù)，云計算，VR等新業(yè)務(wù)的發(fā)展，以及可預(yù)見的未來5G商用落地，對網(wǎng)絡(luò)流量的需求目前呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長，而且未來會隨著業(yè)務(wù)需求持續(xù)增長，OTN系統(tǒng)單純擴容的解決方案讓運營商面臨嚴峻的挑戰(zhàn)[1-3]。同時業(yè)務(wù)的多樣性，業(yè)務(wù)流量突發(fā)性與路徑不可預(yù)知性，對光網(wǎng)絡(luò)的智能化需求越來越高，目前，對基于固定頻譜，固定接口速率的傳統(tǒng)靜態(tài)，剛性光網(wǎng)絡(luò)進行改造優(yōu)化，精簡光傳送網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)以降低成本、簡化管理、提供及時的服務(wù)響應(yīng)和提高資源利用率為目的的技術(shù)變革是對未來光傳送網(wǎng)的普遍認知。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)的核心思想是邏輯上集中控制平面，實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)與控制相分離，開放應(yīng)用程序接口使網(wǎng)絡(luò)可編程化[4]。這一顛覆傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的思想，為OTN的演進與發(fā)展提供了思路，引入SDN技術(shù)，將有望從根本上創(chuàng)造一個高效智能，動態(tài)靈活的骨干傳送網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。而控制器是SDN體系架構(gòu)中的大腦，是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由分布向集中轉(zhuǎn)變以及轉(zhuǎn)控分離的核心所在[5-7]。

1 軟件定義光網(wǎng)絡(luò)的可行性

SDN的提出給電信業(yè)提供了無限可能，需要有全新的支持SDN設(shè)計思想的OTN軟、硬件系統(tǒng)來滿足網(wǎng)絡(luò)的不斷演進和變革。但SDN技術(shù)的落地，不能也不會是孤軍直入，摒棄以往的技術(shù)積累，而是新的協(xié)議擴展與現(xiàn)有技術(shù)的融合，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的平滑升級[8-10]。光網(wǎng)絡(luò)的智能化發(fā)展已被廣泛運用的技術(shù)路線有自動交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）和基于路徑計算單元的光網(wǎng)絡(luò)（PCE）。自動交換光網(wǎng)絡(luò)是基于通用多協(xié)議標(biāo)志交換（GMPLS）為光網(wǎng)絡(luò)引進控制平面，實現(xiàn)了光網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)連接與刪除，故障的快速恢復(fù)，但ASON是基于分布式架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議復(fù)雜，多域管理困難，難以實現(xiàn)不同廠家的設(shè)備互通?；诼窂接嬎銌卧墓饩W(wǎng)絡(luò)是一種集中控制方案，其將路徑計算與流量控制功能從控制平面中分離出來，成立一個獨立的組件，集中提端到端的路徑計算，為多層多域管理困難以及設(shè)備互通提供了有效地解決方案。PCE集中計算的思想與SDN集中控制的核心思路十分契合，在SDN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，可以運用單域控制器與多域控制器分層部署的方式，實現(xiàn)不同廠商設(shè)備的互聯(lián)互通，同時將鏈路自動發(fā)現(xiàn)，路由計算路徑下發(fā)，網(wǎng)絡(luò)管理等功能集中到控制器中，如PCE可以實現(xiàn)SDON的部分協(xié)議族，同時ASON更注重與物理層的的自動控制，同樣可視為SDON的一種功能類型。OpenFlow協(xié)議為控制器與轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備之前提供了通信的標(biāo)準接口，能實現(xiàn)控制邏輯從轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備中分離出來，結(jié)合PCE，BGP等標(biāo)準協(xié)議，擴展OpenFlow，是軟件定義光網(wǎng)絡(luò)的可行演進方案[11-16]。

2 控制器系統(tǒng)部署與軟件設(shè)計

2.1 控制器系統(tǒng)部署

本文中SDON網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用分層次的控制器部署方案，單域控制器單獨部署在Controller上，多域控制器和單域控制器分層部署，多域控制器通過RestService模塊對外提供北向的Rest服務(wù)。通過OF Protocol協(xié)議棧模塊對外提供與主控的南向OF協(xié)議接口。為實現(xiàn)可編程性，需通過Web App進行拓撲查詢和業(yè)務(wù)配置，因此部署在局域網(wǎng)同時部署web server和Controller Server，可根據(jù)標(biāo)準組織或客戶制定的API規(guī)范實現(xiàn)Rest服務(wù)接口?？刂破髋c設(shè)備主控之間基于Openflow協(xié)議和基于OTN光層/ODUK層/虛接口的私有擴展，通過TCP協(xié)議進行Socket通信，實現(xiàn)連接建立、端口的上報、業(yè)務(wù)，接口命令下發(fā)等功能。系統(tǒng)總體部署圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)部署

OFP-FWK模塊實現(xiàn)與控制器的連接，交互通信，如控制器實例內(nèi)的數(shù)據(jù)分發(fā)填寫以及狀態(tài)維護。OFP-TEN實現(xiàn)設(shè)備端口的抽象，將設(shè)備資源以O(shè)F協(xié)議上報給控制器以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)配置下發(fā)。Openflow協(xié)議棧將交叉配置信息鏈路自動發(fā)現(xiàn)報文下發(fā)到Openflow設(shè)備代理，Openflow設(shè)備代理將端口資源，告警信息等上報，兩者交互通信。

2.2 控制器軟件設(shè)計

控制器基于OSGi平臺設(shè)計開發(fā)，該平臺實現(xiàn)了完整和動態(tài)的組件模型平臺且各組件無需重新引導(dǎo)可以被遠程安裝、啟動、升級和卸載。控制器內(nèi)部模塊結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 控制器內(nèi)部模塊

控制器的設(shè)計實現(xiàn)了OpenFlow協(xié)議的擴展以及設(shè)備與控制器之間基于openflow協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)連接的建立、維護、監(jiān)控、管理，并提供一個基于OF協(xié)議的擴展通道，以支持業(yè)務(wù)下發(fā)和資源上報等功能。各模塊功能如下：控制器的內(nèi)核模塊（Internal&Ser?vices），在OSGi平臺基礎(chǔ)上封裝和抽象，系統(tǒng)其他模塊基于Core模塊進行服務(wù)接口定義和部署。整體運行基于南向的設(shè)備消息轉(zhuǎn)換為OFMessage事件進行驅(qū)動，對并發(fā)消息進行多線程處理，相關(guān)Service服務(wù)代理模塊監(jiān)聽到相應(yīng)消息后，再調(diào)用上層模塊進行處理，如設(shè)備加載、端口狀態(tài)、鏈路發(fā)現(xiàn)。同樣，上層模塊也可調(diào)用Serivce代理中提供的對外接口來下發(fā)業(yè)務(wù)配置消息、自動發(fā)現(xiàn)報文等?？刂破鹘y(tǒng)一模型模塊（CoreMode），用于在控制器內(nèi)部描述IP+光的統(tǒng)一業(yè)務(wù)和拓撲模型。Openflow定義了各種Openflow協(xié)議TLV消息和格式，該模塊基于ONF的Openflow Spec 1.4規(guī)范。轉(zhuǎn)發(fā)模塊（ForwardService）將各種北向接收的業(yè)務(wù)配置轉(zhuǎn)換為基于定制Match&Action規(guī)則的配置下發(fā)消息，調(diào)用擴展業(yè)務(wù)下發(fā)包提供的接口進行下發(fā)，模塊解析處理各種南向上報的性能數(shù)據(jù)消息，將性能數(shù)據(jù)適配為基于端到端業(yè)務(wù)模型下的性能數(shù)據(jù)。拓撲更新模塊（EdgeUpdate）處理由service模塊上報的拓撲對象更新，進行TOPO信息更新，并對北向提供TOPO查詢的接口。業(yè)務(wù)處理模塊（ConnectionManager）處理由北向下發(fā)的業(yè)務(wù)請求，其分別調(diào)用路由接口進行業(yè)務(wù)路由計算后，調(diào)用ForwardService進行業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)處理。性能處理模塊（PerformanceManager），處理由下面報上來的時延/丟包率/實時流量等數(shù)據(jù)，并處理后由北向適配模型調(diào)用。路由計算模塊（RouteManager）：對由Connection?Manager傳入的業(yè)務(wù)進行路由計算，包含路由計算的策略，提供的各種路由算法，以及業(yè)務(wù)的資源模型虛化。另外控制器配有數(shù)據(jù)庫處理模塊，對業(yè)務(wù)模型對象，TOPO對象，下發(fā)的消息進行存儲，并提供多個接口供其他模塊查詢。控制器模塊提供相應(yīng)接口與外部模塊互通，軟件總體結(jié)構(gòu)圖如圖3。

北向服務(wù)模塊（RestService）：參考中國電信針對VTS/BOD定義的Rest API規(guī)范，實現(xiàn)了控制器北向提供的Rest接口服務(wù)，主要將基于Http URL的各種Rest服務(wù) Request、Reply定義為 Java Bean，并解析消息中的JSON串格式，調(diào)用ConnectionManager，PerformanceManager，TopoManager模塊的接口提供查詢數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)下發(fā)配置，同時可根據(jù)客戶需求進行規(guī)范替換。Openflow擴展模塊該模塊基于openflow協(xié)議1.4擴展，主要擴展對在網(wǎng)設(shè)備的光層信息配置電層信息配置以及設(shè)備的虛擬端口上報。FlowProgramService：實現(xiàn)CBB提供的IOFTrans接口，將CBB轉(zhuǎn)化的Match轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的光層和電層擴展信息下發(fā)。光端更新模塊（OpticalPortUpdate）：通過監(jiān)聽CBB接受的OFPortStatus消息，將此消息生成對應(yīng)的OFPort，并更新Port信息還回CBB模型。

圖3 軟件總體部署

3 測試結(jié)果

對SDON軟件系統(tǒng)的測試基于現(xiàn)網(wǎng)運行設(shè)備進行組網(wǎng)，測試了SDON網(wǎng)絡(luò)中提供北向接口服務(wù)，通過Web App進行拓撲查詢和業(yè)務(wù)配置驗證APP快速開通ODUk業(yè)務(wù)功能的實現(xiàn)。

測試組網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖4，使用移動終端上的APP通過控制器對互通的四端OTN設(shè)備進行基于ODUk顆粒的業(yè)務(wù)快速開通，測試步驟為：在APP“業(yè)務(wù)”標(biāo)簽頁，選擇新建業(yè)務(wù)；選擇源宿節(jié)點及業(yè)務(wù)端口；選擇業(yè)務(wù)封裝信號類型；選擇業(yè)務(wù)保護類型；點擊“提交”，通過測試儀表檢查業(yè)務(wù)是否建立成功。

圖4 測試網(wǎng)絡(luò)拓撲

打表測試結(jié)果如圖5所示，從測試圖可看出，我們以快速開通10GE業(yè)務(wù)為例，選擇源宿節(jié)點及客戶側(cè)10GE端口，選擇業(yè)務(wù)封裝信號類型為ODU2后該10GE業(yè)務(wù)建立成功，通過測試儀表打流無丟包。

4 結(jié)束語

SDN基于控制和轉(zhuǎn)發(fā)的分離、集中控制、開放接口的思想，使得網(wǎng)絡(luò)運維更加簡單、業(yè)務(wù)開通更加快捷，通過開放的網(wǎng)絡(luò)接口API，將使各種網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)APP化，業(yè)務(wù)將極大的豐富，提高OTN網(wǎng)絡(luò)端到端的組網(wǎng)和業(yè)務(wù)創(chuàng)新能力，實現(xiàn)跨廠商、多域組網(wǎng)場景下的網(wǎng)絡(luò)控制和管理?？刂破鞯脑O(shè)計是軟件定義網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，本文中論述的控制器設(shè)計完成了現(xiàn)網(wǎng)要求的部分功能，還需不斷優(yōu)化。

圖5 打表測試結(jié)果

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