陸聞靜，劉 彤，劉賢松，葉 強（中國聯(lián)通上海分公司，上海200050）

0 前言

長期以來，廣域網(wǎng)服務一直存在業(yè)務提供周期長和業(yè)務調(diào)整不靈活等問題，不但影響了客戶體驗，也直接制約了運營商的業(yè)務發(fā)展。特別是在業(yè)務流量快速增加、業(yè)務需求動態(tài)變化的互聯(lián)網(wǎng)時代，這個問題更加突出。未來的網(wǎng)絡將以數(shù)據(jù)中心為核心構(gòu)建智能的承載網(wǎng)。與此同時，傳統(tǒng)業(yè)務仍為高回饋的主力軍，政企大客戶專線等高帶寬的變化，低時延、快速開通的體驗，也是客戶提出的新要求。傳統(tǒng)承載網(wǎng)絡是垂直封閉系統(tǒng)，跟不上互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，也不能滿足用戶的需求。SDN是運營商網(wǎng)絡互聯(lián)網(wǎng)化ICT轉(zhuǎn)型的管道戰(zhàn)略和網(wǎng)絡紐帶，是網(wǎng)絡架構(gòu)的一次大變革，通過硬件、軟件、業(yè)務和應用的水平解耦，實現(xiàn)“用戶要什么業(yè)務網(wǎng)絡就能提供什么業(yè)務”。OTN作為面向未來的傳輸網(wǎng)絡，智能化、SDN化改造是實現(xiàn)轉(zhuǎn)型的重要一步，在現(xiàn)有網(wǎng)絡上如何實現(xiàn)SDN，如何兼容存量網(wǎng)絡，都是在過渡期需解決的關(guān)鍵問題。

1 波分SDN智能化的需求

1.1 云時代網(wǎng)絡DC化

在云時代運營商受到互聯(lián)網(wǎng)的沖擊，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務快速上線，豐富的業(yè)務創(chuàng)新驅(qū)動運營商進行互聯(lián)化轉(zhuǎn)型，進行IT和CT融合，并且構(gòu)建以DC為中心的下一代網(wǎng)絡架構(gòu)。面對業(yè)務驅(qū)動的運營商轉(zhuǎn)型，傳統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)無法滿足運營商的訴求。在云時代，全球數(shù)據(jù)中心流量快速發(fā)展，DC間互聯(lián)流量巨大，增長迅猛，已成為專線市場的支柱，互聯(lián)網(wǎng)公司DC東西向流量較高。網(wǎng)絡流量越來越集中在關(guān)鍵大型ICP節(jié)點，其業(yè)務流向和流量特征會對廣域網(wǎng)架構(gòu)和管理產(chǎn)生深遠影響。而現(xiàn)有的傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)，是按照均衡流量模型來設計的。不均衡的實際流量會導致網(wǎng)絡少量鏈路產(chǎn)生擁塞，而大量鏈路空閑，網(wǎng) 絡資源利用率很低，而且用戶的體驗也難以保障。

1.2 高品質(zhì)大客戶專線需求

DPLC、IPLC專線一直是黨政軍、金融等高品質(zhì)客戶的專線首選，業(yè)務帶寬有保證，技術(shù)成熟，安全性可靠性高，也是運營商專線收益的主力軍。原傳統(tǒng)專線速率低，通常采用MSTP網(wǎng)絡承載，但近年隨著業(yè)務帶寬的增長，GE以上帶寬電路需求也越來越顯著，MSTP網(wǎng)絡無法滿足大顆粒的承載，百兆以上帶寬需要波分網(wǎng)絡承接這部分需求，原波分網(wǎng)絡設計為數(shù)據(jù)網(wǎng)支撐，需適應越來越多的專線場景。此外，專線開通由人工調(diào)度完成，通過工單流轉(zhuǎn)，資源逐段人工分配逐段網(wǎng)管配置，平均周期耗時較長，無法響應快速開通、靈活調(diào)整的專線要求。

金融類客戶為提高金融交易的效率和安全保障性，提出“最低時延、最高可靠性、最快開通”的各種顆粒的專線要求，運營商需依托現(xiàn)有網(wǎng)絡，對重點城市重點局向降低時延，并希望通過網(wǎng)絡提前部署，自動化開通，實現(xiàn)最低時延選路，提高客戶感知。

1.3 波分SDN化背景

軟件定義網(wǎng)絡（SDN）是一種新型的網(wǎng)絡架構(gòu)，通過將網(wǎng)絡設備控制面與數(shù)據(jù)面分離開來，實現(xiàn)對網(wǎng)絡資源的可編程化軟件控制。其主要特性為控制面與轉(zhuǎn)發(fā)面分離、開放的可編程接口、集中化的網(wǎng)絡控制、網(wǎng)絡業(yè)務的自動化應用程序控制。SDN起源于校園網(wǎng)絡，發(fā)展光大于數(shù)據(jù)中心/企業(yè)網(wǎng)，在運營商網(wǎng)絡也適用。特別是DC的興起要求傳送網(wǎng)具有動態(tài)業(yè)務的靈活性，這就是SDN技術(shù)在光傳送網(wǎng)絡中應用的由來。

在SDN概念出現(xiàn)以前，2002年開始，光網(wǎng)絡智能控制技術(shù)可以實現(xiàn)控制與轉(zhuǎn)發(fā)的分離，利用自動交換光網(wǎng)絡（ASON）、路徑計算單元（PCE）技術(shù)，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡上已經(jīng)實現(xiàn)了部分的智能化，利用綜合網(wǎng)管實現(xiàn)了部分業(yè)務的自動開通。初期采用分布式ASON+統(tǒng)一網(wǎng)管，中期采用分布式ASON+PCE，最后采用Trans?port-SDN統(tǒng)一控制，是光網(wǎng)絡與SDN融合的終極階段，也是未來整體智能化SDN、NFV網(wǎng)絡實現(xiàn)的一部分。對于波分網(wǎng)絡，采用SDN技術(shù)可以把抽象后的波分資源通過北向開放接口提供給應用層，實現(xiàn)對波分網(wǎng)絡的可編程自動化控制，靈活地調(diào)度波長和子波長。對于方向可調(diào)的ROADM網(wǎng)絡，SDN結(jié)合波長路由技術(shù)可根據(jù)網(wǎng)絡狀態(tài)對業(yè)務或連接進行實時路由調(diào)整，進一步發(fā)揮動態(tài)靈活的特點，使傳送網(wǎng)由傳統(tǒng)較為剛性靜態(tài)的網(wǎng)絡演進為資源可全局調(diào)度、容量可彈性伸縮的可編程彈性網(wǎng)絡。

目前絕大多數(shù)SDN案例都是二層交換、三層路由，但波分的SDN也有實現(xiàn)案例，例如AVDA德國光網(wǎng)絡公司在WDM系統(tǒng)上實現(xiàn)了OpenFlow部署波長級業(yè)務，并和交換網(wǎng)絡協(xié)同實現(xiàn)虛機遷移，驗證了波分SDN的應用。

2 面向未來的大型本地網(wǎng)OTN目標建議

OTN網(wǎng)絡作為未來綜合的承載傳送平臺，早已不是數(shù)據(jù)組網(wǎng)的光纖替代方式，而是直接承接業(yè)務的網(wǎng)絡。對于業(yè)務旺盛的大型本地網(wǎng)，需要融合考慮云業(yè)務、無線、家庭、政企等主流業(yè)務的技術(shù)和業(yè)務特點，提供全面的業(yè)務支持。

a）云聯(lián)網(wǎng)：面向DC云的云組網(wǎng)、云寬帶、云專線、云互聯(lián)業(yè)務是后期業(yè)務發(fā)展的主力軍，這對波分網(wǎng)絡提出面向DC化、大帶寬，面向云網(wǎng)協(xié)同、適應業(yè)務動態(tài)變化的SDN需求。

b）無線市場：4G用戶發(fā)展仍有較大潛力，視頻、游戲虛擬現(xiàn)實等業(yè)務對無線網(wǎng)絡帶寬和時延體驗提出更高要求。面向5G的需求，進一步優(yōu)化網(wǎng)絡架構(gòu)，提升帶寬接入能力，進一步加大對無線業(yè)務的承載能力，滿足4G、5G以及NB-IoT/eMTC的接入需求。優(yōu)化網(wǎng)絡能力及結(jié)構(gòu)，提供高速率、低時延的調(diào)度能力。

c）家庭市場：家庭業(yè)務帶寬需求不斷增加，隨著CDN的云化和下沉，承載帶寬需求增加。

d）政企市場：需推進政企基礎資源覆蓋廣度及深度，提升業(yè)務開通速度，提高客戶感知。加大網(wǎng)絡承載能力，滿足大顆粒、多速率的承載需求，同時考慮與現(xiàn)有MSTP、IPRAN的網(wǎng)絡兼容。

綜上需求，面向未來的大型本地OTN網(wǎng)絡需具備以下技術(shù)特性：云網(wǎng)協(xié)同、全面SDN化；智能化光交叉網(wǎng)絡，支持CD/CDC-ROADM；面向超100G、支持靈活柵格；支持PEOTN、分組及VC交叉；面向5G演進；低時延，扁平組網(wǎng)。如圖1所示，組網(wǎng)布局方面，在現(xiàn)有基礎架構(gòu)基礎上，考慮DC節(jié)點的直聯(lián)需求和靈活化調(diào)度需求，在核心DC、邊緣DC搭建波長直達的光交叉網(wǎng)絡，DC間打破傳統(tǒng)組網(wǎng)，扁平組網(wǎng)。對于5G等大帶寬業(yè)務考慮組網(wǎng)波長直達，不再通過共享方式。接入層根據(jù)5G技術(shù)選型在綜合業(yè)務接入點部署小型OTN設備。在大客戶密集區(qū)域，為滿足政企需求，OTN下沉至接入側(cè)，滿足高品質(zhì)專線開通需求。

圖1 大型本地網(wǎng)OTN目標架構(gòu)

3 ROADM網(wǎng)絡的SDN自動規(guī)劃

3.1 光交叉網(wǎng)絡特點和自動規(guī)劃訴求

大帶寬、靈活性對目標波分網(wǎng)絡提出了100G波長級靈活調(diào)度需求。傳統(tǒng)的OTN系統(tǒng)光層采用FOADM結(jié)構(gòu)，在業(yè)務調(diào)度更換頻點時，必須要人工調(diào)整光纖連接，無法實現(xiàn)業(yè)務自動調(diào)度，極大地限制了網(wǎng)絡的自動化和業(yè)務的靈活性。為了解決光層交叉復雜，業(yè)務調(diào)度不靈活的問題，面向未來的網(wǎng)絡采用CDCF（color?less directionless contentionless flex-grid）光交叉架構(gòu)系統(tǒng)，基于WSS技術(shù)和MCS技術(shù)，通過光開關(guān)與耦合器的組合，實現(xiàn)了業(yè)務的靈活調(diào)整，不再受到頻點/端口/方向的限制。

ROADM網(wǎng)絡雖然滿足了波長級靈活調(diào)整需求，但靈活與復雜共存，在實際使用過程中，由于光交叉的波長沖突問題，波長端到端的不變性，設備內(nèi)多級光器件的光損問題，傳統(tǒng)基于FOADM的手工規(guī)劃波道和資源分配模式已不能適應，需要借助輔助軟件進行ROADM業(yè)務規(guī)劃、配置和調(diào)度。在規(guī)劃期對整體網(wǎng)絡健壯性、初期落地維度配置等進行分析，保證網(wǎng)路拓撲的合理性、與業(yè)務的匹配度。在ROADM階段，規(guī)劃的自動化訴求越來越強烈，在傳統(tǒng)廠家設計交付軟件基礎上，也提出了自動規(guī)劃的需求。未來作為SDN的一部分，自動規(guī)劃將與控制器、網(wǎng)管等需實現(xiàn)融合。

3.2 自動規(guī)劃工具

目前國內(nèi)主流波分廠家均有各自的自動規(guī)劃軟件，起源于光層設計工具，現(xiàn)階段還未融入SDN，部分功能與控制器有交疊，和網(wǎng)管系統(tǒng)、控制器較為獨立，但已實現(xiàn)自動規(guī)劃工具的基礎功能，現(xiàn)階段各廠家規(guī)劃工具性能情況如表1所示。現(xiàn)階段自動規(guī)劃軟件均以已知拓撲組網(wǎng)為基礎對比分析資源利用情況，規(guī)劃的完全自動化還不完備。對于PEOTN等新功能，目前軟件支持情況較弱，待進一步完善。

在平臺互通性上，大多自動規(guī)劃軟件與控制器等SDN軟件較為獨立，少數(shù)廠家計劃將自動規(guī)劃軟件與控制器、網(wǎng)管、光控融合系統(tǒng)NCE融合，做到控制、管理、分析合一。如Netstar云上部署，可與U2000網(wǎng)管系統(tǒng)對接，基于現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)進行分析，資源分配可以對比分析現(xiàn)網(wǎng)資源，后期對光層優(yōu)化、大數(shù)據(jù)分析、演進分析較有幫助。在規(guī)劃工具使用上，多為內(nèi)部工程交付使用，少數(shù)對用戶開放，支持定制。

目前自動規(guī)劃工具功能參差不齊，需進一步完善。未來作為SDN化的規(guī)劃功能重要部分，部分功能與現(xiàn)有控制器性能重合，需進一步與控制器等融合，成為規(guī)劃自動化的有效工具。

4 網(wǎng)絡SDN搭建

網(wǎng)絡SDN搭建多基于現(xiàn)有網(wǎng)絡改造，設備型號版本多樣，原有人工調(diào)度和維護系統(tǒng)均在網(wǎng)運行，SDN部署時應充分考慮網(wǎng)絡的兼容性、與現(xiàn)有傳統(tǒng)運營系統(tǒng)的互通和配合關(guān)系，下面以一大型本地網(wǎng)的OTN實現(xiàn)SDN為例，闡述SDN搭建的主要工作。

表1 自動規(guī)劃工具性能對比

4.1 明確面向SDN化的資源管理及運維需求

波分網(wǎng)絡搭建前期主要面向數(shù)據(jù)組網(wǎng)，在規(guī)劃期提前安排相關(guān)波道的分配，對資源調(diào)度功能要求不高。但在大客戶以及未來的云場景，業(yè)務突發(fā)及變化快，OTN網(wǎng)絡的資源調(diào)度功能需進一步完善，對資源的管理需精細化，資源分配的自動化要求更高。OTN承載的大顆粒大客戶專線均為高等級客戶，其維護和業(yè)務影響面高于自網(wǎng)業(yè)務，維護和安全性要求更高。在傳統(tǒng)網(wǎng)管告警維護的基礎上，控制器的加入使得業(yè)務側(cè)的維護手段更加多樣和豐富。網(wǎng)絡SDN搭建，首先應明確整體需求，再分解到資源系統(tǒng)層面、控制器層面等具體改造任務。

在資源管理方面，端到端業(yè)務開通需要通過控制器實現(xiàn)路由計算，路由信息再反饋至資源管理系統(tǒng)。首先，典型業(yè)務場景下需明確各類業(yè)務調(diào)度規(guī)則、保護等級，例如數(shù)據(jù)組網(wǎng)業(yè)務分組，組內(nèi)路由物理、邏輯路由隔離，屬于無保護；大客戶ODUk典型顆粒專線業(yè)務做SNCP保護，主備不同路由等。其次，明確具體電路的路由策略、帶寬升降速、創(chuàng)建時間（是否預約下發(fā)、是否預計算）。例如用戶最優(yōu)時延策略、必經(jīng)節(jié)點鏈路策略、跳數(shù)最少、距離最短、流量均衡策略等，對具體路由的創(chuàng)建明確算法。最后，對網(wǎng)絡資源或單條業(yè)務情況進行資源呈現(xiàn)和分析，如網(wǎng)元、段落的資源可用情況，電路同溝同纜分析，資源預警提示和報表等。

在運行維護方面，利用SDN下發(fā)的業(yè)務與網(wǎng)管配置業(yè)務信息不同，控制器的業(yè)務信息更加抽象和直觀，在維護方面也不單單以專業(yè)網(wǎng)管作為維護工具，結(jié)合控制器等上層架構(gòu)，維護要求提出新要求。首先，對于單條電路業(yè)務性能可視，業(yè)務狀態(tài)可視（正常、保護降級、中斷）。其次，全網(wǎng)業(yè)務信息統(tǒng)一呈現(xiàn)（例如名稱、源宿等），支持按照網(wǎng)絡資源層次分層展示（分離子網(wǎng)、虛擬客戶專網(wǎng)、路徑工作及保護等）。最后，支持路徑優(yōu)化等網(wǎng)絡優(yōu)化工作，對整體網(wǎng)絡進行生存性分析，割接模擬，業(yè)務故障的緊急代通恢復業(yè)務等。

4.2 北向?qū)蛹罢w自動下發(fā)架構(gòu)

目前運維網(wǎng)絡IT系統(tǒng)包含業(yè)務編排系統(tǒng)——資源管理系統(tǒng)、服務開通系統(tǒng)，網(wǎng)絡編排系統(tǒng)——各網(wǎng)管平臺、部分綜合網(wǎng)管（流量分析、大客戶告警平臺）和自動激活系統(tǒng)等。前期IP電路已實現(xiàn)自動下發(fā)，但由于傳輸網(wǎng)絡的特殊性——基于硬管道、資源關(guān)聯(lián)性大，還未實現(xiàn)業(yè)務的自動化。在傳統(tǒng)網(wǎng)絡和SDN化網(wǎng)絡并存的階段，需要實現(xiàn)傳統(tǒng)網(wǎng)絡（硬件不支持SDN的網(wǎng)絡）通過網(wǎng)管自動激活業(yè)務，SDN化網(wǎng)路通過控制器自動激活網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)全部業(yè)務的自動下發(fā)，遠期向全面SDN化演進。

基于整體運行維護IT架構(gòu)，建議SDN北向互聯(lián)及整體架構(gòu)（見圖2），能夠兼容現(xiàn)有傳統(tǒng)網(wǎng)絡，也兼顧了異廠家互通性。在長途、本地網(wǎng)等跨域（包含跨廠家、跨專業(yè)）的SDN協(xié)同（見圖3），建議采用分級網(wǎng)絡編排器/協(xié)同器實現(xiàn)跨域協(xié)同。

圖2 傳送網(wǎng)SDN架構(gòu)

圖3 跨域協(xié)同架構(gòu)

4.3 SDN控制器部署

控制器搭建可采用雙機熱備、同城溫備、異地冷備模式，通過DCN網(wǎng)絡與現(xiàn)有網(wǎng)管系統(tǒng)互通（見圖4），實現(xiàn)數(shù)據(jù)分鐘級實時同步。在控制器搭建前需核實現(xiàn)網(wǎng)設備硬件及版本、網(wǎng)管硬件及版本匹配，在軟件設置初始化網(wǎng)元和拓撲，實現(xiàn)南向管理。北向部分與相關(guān)平臺實現(xiàn)協(xié)議對接和互通，業(yè)務端到端自動打通。

SDN主要應用于按需專線場景、數(shù)據(jù)中心互聯(lián)場景。搭建完成后關(guān)鍵特性如下：

圖4 控制器部署示意圖

a）集中控制。通過南向接口與物理層設備通信，獲取設備資源和網(wǎng)絡拓撲信息，屏蔽差異，建立設備、網(wǎng)絡、業(yè)務3層抽象模型；通過內(nèi)置PCE模塊，實現(xiàn)對業(yè)務的集中管控，提高了網(wǎng)絡資源利用率。

b）自動發(fā)放。支持端到端業(yè)務敏捷發(fā)放：滿足互聯(lián)網(wǎng)時代業(yè)務快速創(chuàng)新、快速發(fā)布上市、贏取市場先機的需求。支持實時帶寬調(diào)整：靈活適配客戶的業(yè)務訴求，實現(xiàn)Pay as Your Grow。支持帶寬日歷：實現(xiàn)帶寬錯峰共享，提高了網(wǎng)絡資源利用率。支持按時延策略：為金融交易、分布式計算等時延敏感業(yè)務提供高品質(zhì)專線，實現(xiàn)差異化服務。

c）北向開放。支持用戶自助服務：通過Restful北向接口，可以開發(fā)定制化用戶Portal，提供自助服務，實現(xiàn)電商化運營。多廠商協(xié)同：通過標準化北向接口屏蔽物理層差異，支持跨廠家端到端業(yè)務協(xié)同發(fā)放。

d）網(wǎng)絡切片OVPN。通過對網(wǎng)絡側(cè)資源進行切片，運營商可以為大企業(yè)客戶提供虛擬專網(wǎng)，提高了運營商網(wǎng)絡的資源利用率，降低了大企業(yè)的建網(wǎng)成本。大企業(yè)客戶可以自助創(chuàng)建業(yè)務，實現(xiàn)虛擬化運營。

e）資源可視。通過對資源使用狀態(tài)、利用率、業(yè)務性能等的可視化呈現(xiàn)，運營商可以提前識別業(yè)務接入熱點和資源使用瓶頸，提前擴容、及時調(diào)優(yōu)。

f）自動化運維。充分利用了控制器對網(wǎng)絡資源的統(tǒng)一控制優(yōu)勢，提高了運維效率，保障了操作的正確性。生存性分析：由軟件主動分析、模擬故障、資源預警、預判業(yè)務，自動判斷剩余的資源是否滿足業(yè)務保護的需求，以支撐用戶判斷業(yè)務服務質(zhì)量是否存在違約風險，提前做好應對措施。光纖割接模擬、業(yè)務批量遷移和返回功能，通過控制器自動計算和調(diào)整業(yè)務路徑，可以顯著提升光纖割接效率、保障業(yè)務調(diào)整的安全性。集中重路由，采用批量優(yōu)化選路算法，避免分布式系統(tǒng)固有的資源沖突缺陷，提高業(yè)務重路由的整體算通率，實現(xiàn)全局最優(yōu)，從而達到更大的網(wǎng)絡吞吐量，實現(xiàn)資源使用最優(yōu)化。

5 波分SDN落地建議

在過渡階段，新建網(wǎng)絡考慮目標網(wǎng)絡演進，平臺應具備平滑演進能力，考慮CD/CDC ROADM組網(wǎng)，結(jié)合業(yè)務需求適時考慮控制器部署。存量網(wǎng)絡由于設備硬件支持情況，網(wǎng)管開通和控制器自動開通并存，應結(jié)合業(yè)務對大客戶波道進行規(guī)劃，對網(wǎng)絡進行子網(wǎng)劃分，明確傳統(tǒng)人工下發(fā)模式和自動化SDN模式接管范疇，首先保障客戶業(yè)務自動化，其次考慮自網(wǎng)業(yè)務實現(xiàn)自動下發(fā)。

在目標階段，引入管控融合方式，全部通過基于控制器的網(wǎng)管自動激活實現(xiàn)所有業(yè)務自動化。結(jié)合ROADM組網(wǎng)訴求，完善SDN架構(gòu)自動規(guī)劃和分析的功能。在遠期，傳送網(wǎng)的SDN化應快速響應個性化定制要求，應對新業(yè)務和新場景，相關(guān)協(xié)同器等應提高自研能力，快速軟件實現(xiàn)，快速響應業(yè)務需求，實現(xiàn)真正的SDN化部署。

6 結(jié)束語

波分網(wǎng)絡的SDN化對傳統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡帶來了巨大的變革，可以實現(xiàn)面向DC云的互聯(lián)靈活帶寬調(diào)整，面向高品質(zhì)大客戶專線開通。OTN網(wǎng)絡SDN化部署是面向演進、業(yè)務驅(qū)動的轉(zhuǎn)型，簡化運維，統(tǒng)一管控，提高客戶感知，更能適應新興業(yè)務，定能帶來巨大的市場價值。