劉亞峰

中國電信江蘇分公司省操作維護中心

0 引言

OTN作為融合了SDH和WDM技術優(yōu)勢的光傳送網技術，問世十多年以來，隨著芯片和光電技術的不斷突破創(chuàng)新，一直在不斷發(fā)展演進之中，并已經替代SDH成為了運營商最主要的多業(yè)務承載網絡技術。

如何讓OTN網絡變得更加安全和更加智能，能靈活應對未來網絡業(yè)務和技術的發(fā)展，是設備商和運營商追求的目標。尤其是這些年，云計算、物聯(lián)網、5G等新技術和新業(yè)務的出現(xiàn)，更是迫切地要求OTN網絡在提供高安全、大帶寬、低時延業(yè)務的基礎之上，還能支持網絡切片（OVPN）技術來應用不同的業(yè)務承載需求。

ASON技術的PRC（保護/恢復組合）機制可以讓傳輸網絡變得安全和智能，不僅能根據(jù)業(yè)務的SLA要求提供不同的保護方案，還能提供BOD和OVPN業(yè)務，已經在SDH網絡以及OTN電層中得到了廣泛的應用。而將ASON技術應用到OTN光層（WDM），即WSON，則是OTN網絡演進研究一個熱點，該項工作由IETF的CCAMP工作組推動。

另一種提供虛擬網服務和定制化網絡應用的手段，是將SDN技術應用到OTN網絡中，即傳輸SDN（T-SDN），這是OTN網絡演進研究的另一個熱點，該項工作由ONF的OTCC項目組主導。

1 WSON

ASON技術（ITU-T G.8080）在運營商網內是一個得到廣泛應用的光傳輸組網技術，它最初是基于SDH技術（VC3/VC4），采用分布式控制平面（GMPLS），通過智能信令協(xié)議（RSVP-TE）提供網元和鏈路的自動發(fā)現(xiàn)、業(yè)務連接的自動創(chuàng)建和動態(tài)調整功能。后來被應用到了OTN的電層（ODUk）。這些年得益于光傳送技術和光元器件的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，例如，CDC ROADM實現(xiàn)了光層的MESH組網和光層業(yè)務的靈活調度；相干調制解調技術的應用大大降低了光路損傷檢測的復雜度……這些都使得ASON技術應用到OTN光層（WDM）的條件已經具備。

OTN的光層（WDM）ASON技術又被稱為WSON（波長交換光網絡）技術。WSON技術和電層ASON技術最大的不同之處在于，電層ASON交換的是TDM時隙（SDH的VC3/VC4，OTN的ODUk），而WSON交換的是WDM波長（λ）。

此外，由于光層鏈路遠比電層復雜，因此，WSON光層路徑計算也比ASON電層路徑計算約束條件更多更嚴苛，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）光路損傷校驗

電層ASON技術是基于信號傳輸質量是有保證的這一假設的，在路徑計算的時候，無需考慮線路和系統(tǒng)對信號造成的損傷。而OTN光層（WDM）是一個信號有損系統(tǒng)，WSON在算路時，必須執(zhí)行光路損傷校驗（IV），只有IV合格（OSNR滿足條件）的路徑才被選作候選路徑。

（2）波長一致性約束

在電層ASON網絡中，每個ADM網元節(jié)點都可以進行無阻塞全時隙交叉。但是在WSON網絡中，要實現(xiàn)全波長全方向調度這一目標，目前還需要借助可調諧波長轉換器通過OEO （光電光）轉換實現(xiàn)。否則，WSON路徑計算就必須滿足“波長一致性約束”，即從源節(jié)點到宿節(jié)點，業(yè)務所使用的波長必須全程一致，且不能有波長沖突。

（3）路由和波長分配（RWA）算法

在WSON網絡中，如果不是每個WSON網元都具備全波長全方向交換能力，那么在算路時就需要使用RWA算法，也就是WSON計算光路時還必須考慮逐跳分配波長的問題。

考慮到OTN光層鏈路的復雜性，現(xiàn)有的ASON相關協(xié)議（GMPLS/RSVP-TE/OSPF-TE）都需要作OTN光層功能擴展，此項工作是由IETF CCAMP工作組推進的。

2 傳輸SDN（T-SDN）

SDN是ONF主導并推動的一種新型網絡創(chuàng)新架構，以OpenFlow技術為核心，將傳統(tǒng)網絡架構解耦為應用、控制和數(shù)據(jù)三層架構，從而加快網絡業(yè)務部署和網絡創(chuàng)新。

SDN技術最早是應用于分組網絡中，將網元設備的控制部分剝離出來，集中放置到外部服務器（SDN控制器）上，使用統(tǒng)一的指令（南向接口）來集中管理這些設備，同時提供開放的API（北向接口）為上層應用提供編程接口，通過應用程序的形式來實時監(jiān)控并動態(tài)調整網絡流量。隨著SDN研究的不斷深入，這項技術已經延伸到了光傳輸領域，并成為了當前SDN技術應用研究的主要方向。

ONF的OTCC項目組在ONF SDN架構和ONF CIM核心信息模型基礎上為OTN網絡開發(fā)了一套北向API SDK軟件——TAPI（傳輸API），其中包含了UML信息模型、YANG數(shù)據(jù)模型，和用于RESTCONF協(xié)議下CRUD（Create、Read、Update、Delete）操作定義的OpenAPI規(guī)范。

TAPI將SDN控制下的OTN網絡功能抽象為一組服務API接口（拓撲服務、連接服務、OAM服務、路徑計算服務、虛擬網服務、通知服務），提供給上層應用調用以及多層SDN架構之間的遞歸調用。

ONF TAPI功能架構如圖1所示。

圖1 ONF TAPI功能架構

TAPI目前已經成為了T-SDN最主要的業(yè)界標準，當前業(yè)內最普及也是最主要的兩大開源SDN控制器平臺——ONF的ONOS以及LFN的OpenDayLight中都內嵌了對TAPI接口及其數(shù)據(jù)模型的支持。

3 WSON和T-SDN技術的一致性

3.1 驅動力一致

傳輸SDN，即T-SDN技術是由以下這些光傳輸用例來驅動的：

（1）提供按需帶寬（BOD）服務，用戶可以按需建立和動態(tài)調整其業(yè)務帶寬，并根據(jù)其實際使用的帶寬來付費。

（2）IP網絡和光傳輸網絡的控制集成，提供業(yè)務統(tǒng)一調度和多層優(yōu)化功能，降低運營商的CAPEX（投資成本）和OPEX（運營成本）。

（3）提供光虛擬網（OVPN）業(yè)務，用戶可以自主定義虛擬網絡切片，并實現(xiàn)定制網絡資源的完全控制和管理。

這些用例也正是WSON網絡相對于傳統(tǒng)光傳輸網能提供的增值業(yè)務，是應用和發(fā)展WSON技術的初衷。

3.2 應用前提一致

OTN網絡中無論是應用WSON還是T-SDN技術，都需要更靈活的電層和光層，以支持運營商的各種增值業(yè)務。

（1）OTN光層靈活性：

使用CDC ROADM，以實現(xiàn)光層的MESH組網和光業(yè)務的靈活調度。

使用靈活柵格（Flex-Grid）、超級信道（Super-Channel）和不同的相干波長調制技術，來為B100G系統(tǒng)不同的業(yè)務速率制定靈活的調制方案。

（2）OTN電層靈活性：

固定速率的ODUk和靈活速率的ODUflex組合使用，為多種不同類型、不同速率的客戶信號提供了映射、復用和調整手段。

基于OFP協(xié)議的統(tǒng)一交叉矩陣和混合線卡技術的使用，實現(xiàn)了分組（Packet）、SDH（VC）和ODUk業(yè)務的靈活統(tǒng)一調度。

3.3 分層架構基本一致

無論是WSON技術還是T-SDN技術都采用分層架構模式，且都是采用三層架構。其中WSON是在傳統(tǒng)OTN網絡的管理平面和傳送平面之間引入了控制平面（GMPLS），T-SDN則是把傳統(tǒng)OTN網絡解耦為應用、控制和數(shù)據(jù)三個平面。如圖2、圖3所示。

圖2 WSON三平面架構

圖3 T-SDN的三平面架構

4 WSON和T-SDN技術的差異性

4.1 控制平面技術的差異性

4.1.1 控制平面部署方式不同

WSON和T-SDN技術最大的差異就在于控制平面部署的方式完全不一樣。

WSON采用的是將控制平面分布式部署在每一個網元上。WSON控制平面是由一組基于GMPLS技術的信令協(xié)議組成（RSVP-TE/OSPF-TE/LMP），這些信令協(xié)議運行在每一個網元上，使用專門控制信道（DCN）進行通信。

SDN則是將控制功能從網元上分離出來，集中部署在外部的SDN控制器（服務器）上，SDN控制器與其說是一個控制平面，更應該說是一套軟件操作系統(tǒng)（ONOS/OpenDayLight），它采用分布式核心、模塊化軟件的方式提供更靈活的可擴展性和更便利的可維護性，通過南向接口（OpenFlow/NETCONF）屏蔽底層網絡設備和網絡技術的差異性，通過北向接口（TAPI）為上層應用提供網絡控制、管理和配置服務。

4.1.2 控制平面復雜性不同

WSON和T-SDN另一個明顯的技術差異是控制平面的復雜性不一樣。

WSON控制平面是架構在GMPLS技術基礎之上，由一組功能強大且設計復雜的信令協(xié)議組成，其中，使用RSVP-TE協(xié)議來分發(fā)標簽以及建立、刪除和修改LSP路徑；使用LMP協(xié)議來管理TE鏈路；使用OSPF-TE（或ISIS-TE）協(xié)議在全網擴散網絡拓撲和鏈路信息，為PCE自動算路提供TED（TE鏈路數(shù)據(jù)庫）和LSDB（LSP數(shù)據(jù)庫）?？梢?，WSON的控制平面相當復雜，以至于每次底層網絡技術變更都必須對控制平面中的諸多協(xié)議作相關功能擴展，譬如，將OTN電層ASON延伸為OTN光層WSON時，就必須對GMPLS/OSPF-TE/PCE作光層鏈路物理約束方面的功能擴展。

T-SDN控制平面，無論是ONF的ONOS，還是LFN的OpenDayLight，都是采用OSGi框架，并使用MD-SAL（模型驅動服務抽象層）方式的開源網絡操作系統(tǒng)，其核心是各種數(shù)據(jù)模型（包括網絡模型、業(yè)務模型和設備模型），它使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型（基于NETCONF的YANG模型和基于OpenFlow的流表模型）替換了WSON中各種復雜的信令協(xié)議（OSPFTE/RSVP-TE/LMP），使用統(tǒng)一的API接口（南向OpenFlow/NETCONF，北向TAPI）取代了WSON中三個平面之間各種復雜的接口（UNI/CCI/NMI等），它為上層應用提供了一個網絡抽象層用于屏蔽底層的網絡技術和網絡復雜性，可以靈活地擴展所管理的網絡設備，同時也簡化了軟件、硬件以及服務的管理、配置和部署。

4.2 增值業(yè)務方面的差異性

4.2.1 增值業(yè)務提供方式不同

如前所述，能提供BOD、OVPN等增值業(yè)務，是運營商采納并應用WSON和SDN技術的主要動力。不過WSON和SDN在提供這些增值業(yè)務的方式不同。

WSON中這些增值業(yè)務是通過控制平面接口技術（UNI/ENNI/INNI）和信令協(xié)議（GMPLS/RSVP-TE/OSPF-TE）實現(xiàn)的。其中，不同的網絡層（譬如：IP/MPLS網絡和OTN網絡）之間使用UNI接口互聯(lián)，不同的網絡域（譬如：不同的OTN域）之間通過ENNI接口互聯(lián)。BOD和OVPN等增值業(yè)務都是通過UNI接口發(fā)起，利用GMPLS信令（RSVP-TE）和路由（OSPF-TE/ISIS-TE）機制實現(xiàn)。如圖4所示。

圖4 WSON架構的相關接口

在T-SDN中，這些增值業(yè)務都是SDN控制器通過TAPI向上層應用提供的。其中，不同的網絡層（譬如：IP/MPLS網絡和OTN網絡）使用不同的層SDN控制器，而不同網絡域（OTN域）既可以使用集中式SDN控制器，也可以使用單獨的域SDN控制器，這些不同的SDN控制器之間則通過TAPI實現(xiàn)互操作。像BOD、OVPN等增值業(yè)務都是TAPI提供的基礎網絡服務功能。如圖5所示。

圖5 T-SDN架構的相關接口

4.2.2 增值業(yè)務提供能力不同

WSON網絡能提供的增值服務僅限于UNI接口的定義，以OVPN業(yè)務為例，OVPN連接的建立、刪除和查詢等操作都是用戶CE設備通過UNI接口發(fā)起的，并利用信令（RSVPTE）實現(xiàn)；BOD業(yè)務也是如此，用戶CE設備通過UNI接口發(fā)起帶寬調整請求，SDH利用GFP的VCAT/LCAS功能，OTN利用ODUflex（GFP）的HAO（G.7044）功能實現(xiàn)帶寬的動態(tài)無損調整。通過UNI接口，用戶只能被動地接受WSON網絡有限的服務提供，而且實現(xiàn)復雜，無法應對靈活多變的客戶需求。當IP/MPLS和OTN融合組網時，由于缺乏全網視圖和必要的網絡抽象功能，只能通過UNI接口來實現(xiàn)兩個網絡的互操作性，以提供功能受限的業(yè)務統(tǒng)一調度和局部的多層網絡優(yōu)化功能。

T-SDN中的增值服務可以基于TAPI接口提供服務功能，由上層應用根據(jù)用戶需求進行定制。TAPI將OTN網絡中的拓撲服務、連接服務、OAM服務、路徑計算服務、虛擬網服務和通知服務功能都抽象成了一組API接口，因此，TAPI接口的功能要遠比UNI接口更為強大，通過定制，能提供的增值業(yè)務種類也更多。由于TAPI具備全網視圖以及網絡抽象功能，可以實現(xiàn)全網范圍內的業(yè)務調度和網絡資源優(yōu)化，以滿足上層應用的多種需求，同時，用戶還可以更加積極主動地管理和優(yōu)化自己的網絡切片，而這些都是WSON技術無法提供的。

4.3 其他方面的差異性

4.3.1 網絡和業(yè)務可靠性差異

WSON技術和T-SDN技術在OTN網絡中應用時的側重點是不一樣的，WSON技術側重于網絡的自治能力和業(yè)務的保障能力，而T-SDN技術側重于各種網絡新應用和新業(yè)務的提供。

因為WSON技術注重網絡自治能力，因此它采用分布式控制平面的方式，這樣，網絡中即便出現(xiàn)多處控制信道障礙，只要不造成通信孤島，都不會影響正常的網絡控制功能和網絡流量的傳送功能。

此外，WSON控制平面中啟用了GMPLS技術，除了可以由底層OTN技術為業(yè)務提供的1+1、1： 1（M:N）、共享環(huán)這些傳統(tǒng)保護模式之外，還可以為業(yè)務提供GMPLS FRR恢復能力，并通過保護和恢復組合的PRC功能，為不同SLA要求的光層和電層業(yè)務，制定不同的保護恢復類型，例如，最高等級的業(yè)務采用永久1+1保護模式，并且在業(yè)務恢復路徑計算時具有優(yōu)先搶占資源的特權；高等級業(yè)務采用1+1保護模式，在主備路徑同時中斷后，采用FRR方式重路由業(yè)務恢復路徑……

對于T-SDN技術而言，由于采用集中式控制平面，因此不能出現(xiàn)控制器或控制信道障礙，否則網絡和業(yè)務將處于失控狀態(tài)。為了解決這個問題，網絡中可以使用主備控制器模式或多控制器并行部署模式，但是依然存在主備同步/倒換問題和滿足CAP定理的問題。

在T-SDN中，由于沒有啟用分布式控制信令協(xié)議，網絡以及業(yè)務的保護都是由底層OTN網絡提供的，因此，只能提供1+1、1： 1（M ： N）和共享環(huán)保護這幾類傳統(tǒng)的業(yè)務保護模式，而無法提供類似WSON網絡的PRC機制來應對不同的SLA業(yè)務需求。

4.3.2 NMS/EMS網管云化部署差異

光傳輸網絡傳統(tǒng)上都有集中式的網絡管理系統(tǒng)（NMS）或網元管理系統(tǒng)（EMS），無論是使用WSON技術還是T-SDN技術，NMS/EMS都是運營商管理OTN網絡所必須的。以往光傳輸網絡的NMS/EMS系統(tǒng)往往都集中部署在高性能小型機上，但是，隨著網絡規(guī)模的不斷擴大，小型機性能已經無法滿足光傳輸網管理要求了，云化部署NMS/EMS網管已是大勢所趨。

對于T-SDN而言，由于SDN技術是和云計算技術、NFV技術密切相關的，因此，NMS/EMS網管應用部署在云端是十分自然的事情，它可以是設備管理、網元管理、網絡管理、業(yè)務管理和事務管理等多個應用的組合，并通過統(tǒng)一的Portal應用提供給用戶。這些應用橫跨了傳送、控制和應用三個平面，共同構成了T-SDN網絡的管理平面，其中設備管理和網元管理應用使用OF-CONFIG協(xié)議管理和配置設備和控制器，網絡管理和業(yè)務管理應用使用TAPI和控制器交互，而事務管理應用則使用RESTful API等接口來和其他網絡應用之間進行通信。如圖6所示。

圖6 T-SDN中的NMS/EMS應用

對于非SDN技術的OTN網絡，設備廠商紛紛推出了云化NMS/EMS網管方案，將集中式NMS功能分解部署在多臺應用服務器（VM虛機）上，例如，不同網絡域的網元層管理（EML）功能使用不同服務器承載，而整個網絡的網絡層管理（NML）功能則使用多臺服務器并行承載，并使用統(tǒng)一的門戶（Portal服務器）來提供網元和網絡管理服務。如圖7所示。

圖7 WSON網絡EMS/NMS云化

5 OTN網絡的演進方向：WSON還是T-SDN

OTN網絡的電層ASON技術已經成熟商用許久，而光層WSON和T-SDN的技術標準目前還在不斷演進和功能擴展中。

綜前所述，T-SDN技術帶來的好處是顯而易見的：

（1）網元設備的軟硬件解耦，硬件設備“白盒化”，軟件技術開源化，接口技術標準化，有效地降低了網絡投資和運維成本；

（2）網絡的集中式管理和控制，可以更快捷地提供服務，更快速地部署網絡新技術和新應用；

（3）具有全網視圖，讓網絡管理決策更及時高效，網絡資源使用更加優(yōu)化；

（4）利用網絡可編程性，可以為用戶提供靈活性更大、控制力更強的光虛擬網（OVPN）定制服務。

而WSON技術的優(yōu)勢則在于網絡的生存能力、業(yè)務的快速恢復能力和SLA業(yè)務的提供能力。它是電信級服務可靠性的基礎，也是電信運營商提供的服務和普通網絡服務提供商提供的服務之間最大的區(qū)別。

在后5G時代的業(yè)務承載需要滿足：更大的帶寬、更低的時延、更高精度的時間同步、更靈活的組網和功能更強大的網絡切片。其中低時延、高精度、大帶寬業(yè)的安全性則需要通過WSON技術予以保證，但網絡的靈活性以及網絡切片則必須在OTN網絡中引入SDN技術來提供解決方案。

對于運營商而言，WSON網絡的安全性和T-SDN技術的靈活性都是OTN網絡演進所追求的目標，在兩種技術無法兼顧的情況下，就需要視OTN網絡的具體定位來決定到底是安全性多一些還是靈活性多一些。例如，要打造一張承載高品質業(yè)務的精品網時，WSON技術應該是首選，而如果希望OTN能和IP/MPLS這樣的分組網絡融合為客戶提供定制化專網服務以及在全網視圖下實現(xiàn)不同網絡技術的智能化運維，那么T-SDN技術則是必選項。

6 結束語

網絡的自動化和可編程在業(yè)內已經是一種趨勢，而網絡和業(yè)務安全可控則是承載網的目標。因此，無論是T-SDN，還是WSON，都是OTN網絡演進方向。

運營商網內一般都建有多張OTN網絡，可以按設備廠家將其分為多個網絡域，在單一的網絡域內啟用WSON功能，并通過EMS/NMS北向提供TAPI接口和T-SDN控制器對接的形式來聯(lián)合部署這兩種技術；也可以考慮根據(jù)不同的網絡定位和業(yè)務需求，在不同的OTN網內啟用不同的技術。