SDN:給寬帶光網(wǎng)絡(luò)帶來新的價值和活力
來源:人民郵電報
作者:張國穎、徐云斌
工信部電信研究院通信標(biāo)準(zhǔn)所
摘要: 隨著ICT技術(shù)的革命性進展,采用IT化、軟件化思路和架構(gòu)的軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)成為業(yè)界研究熱點,并迅速從數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域向光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域延伸。作為未來光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展演進的重要方向,SDN將給寬帶光網(wǎng)絡(luò)帶來新的價值和活力。
Abstract:
Key words :
隨著ICT技術(shù)的革命性進展,采用IT化、軟件化思路和架構(gòu)的軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)成為業(yè)界研究熱點,并迅速從數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域向光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域延伸。作為未來光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展演進的重要方向,SDN將給寬帶光網(wǎng)絡(luò)帶來新的價值和活力。目前,光網(wǎng)絡(luò)SDN發(fā)展還處于初級階段,在技術(shù)路線、應(yīng)用驅(qū)動、產(chǎn)業(yè)推進等方面還面臨著很多問題和挑戰(zhàn),需要加大科研投入,促進產(chǎn)業(yè)各方協(xié)作創(chuàng)新,共同推動構(gòu)建未來寬帶光網(wǎng)絡(luò)。
光網(wǎng)絡(luò)SDN化成必然趨勢
光網(wǎng)絡(luò)引入SDN技術(shù),主要目的是通過控制與傳送解耦,采用集中控制策略,簡化現(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜和私有的控制管理協(xié)議,通過開放網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層接口,提供網(wǎng)絡(luò)的可編程能力,滿足未來數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)、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。
當(dāng)前,得益于強勁的四大驅(qū)動力,光網(wǎng)絡(luò)SDN化趨勢已十分明顯。
——云數(shù)據(jù)中心互聯(lián)
隨著云計算的發(fā)展,數(shù)據(jù)中心互聯(lián)業(yè)務(wù)(數(shù)據(jù)中心備份、虛擬機遷移)對于骨干和城域光網(wǎng)絡(luò)提出了大帶寬、動態(tài)靈活的業(yè)務(wù)需求,目前國內(nèi)運營商光網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)中心互聯(lián)提供的總帶寬已達到數(shù)T級別。目前,光網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)中心互聯(lián)一般采用按照最大峰值配置靜態(tài)帶寬的模式。然而,由于數(shù)據(jù)中心的帶寬需求并非一直處于高峰狀態(tài),因此這種模式造成了用戶租用費用的高昂和運營商網(wǎng)絡(luò)資源的浪費。數(shù)據(jù)中心互聯(lián)的動態(tài)性還包括接入點的變化,這要求光網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心之間連接的靈活調(diào)度和動態(tài)調(diào)整。
——跨廠家設(shè)備集中管理
光網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備數(shù)量和廠家眾多,特別是城域傳送網(wǎng)和接入網(wǎng)具有海量站點,給網(wǎng)絡(luò)集中管理維護帶來極大挑戰(zhàn)。同時,由于光網(wǎng)絡(luò)物理層技術(shù)復(fù)雜,各廠家的網(wǎng)絡(luò)控制和管理協(xié)議存在不同程度的私有信息,跨廠家設(shè)備集中管理和調(diào)度難以實現(xiàn),導(dǎo)致業(yè)務(wù)開通時間長、效率低,經(jīng)常一個業(yè)務(wù)開通需要數(shù)天甚至數(shù)周的時間。SDN通過轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離和網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù),屏蔽不同廠家的轉(zhuǎn)發(fā)平面細節(jié),提供標(biāo)準(zhǔn)接口實現(xiàn)控制器互聯(lián),為解決多廠商光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備集中管理和互聯(lián)互通、簡化網(wǎng)絡(luò)運維提供了新的途徑。
——異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互通與協(xié)同
隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)流量的快速增長,擴容成本的增加與利潤增長的放緩之間形成的“剪刀差”,成為運營商面臨的重要挑戰(zhàn)。SDN技術(shù)可以實現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)和IP網(wǎng)絡(luò)之間的資源優(yōu)化和協(xié)同控制,有效降低路由器的容量需求,打破網(wǎng)絡(luò)容量的“瓶頸”,降低網(wǎng)絡(luò)綜合承載成本。同時,通過SDN控制器協(xié)同,可以實現(xiàn)接入網(wǎng)、城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)等異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的智能互通和資源聯(lián)合調(diào)度,提升流量經(jīng)營能力,提供更智能的管道服務(wù),對于運營商和用戶而言都具有重要意義。
——網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化
網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化可以更好地發(fā)揮光網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)勢,使客戶能夠根據(jù)不同業(yè)務(wù)的應(yīng)用需求,在保證服務(wù)質(zhì)量的前提下快速有效地接入和控制網(wǎng)絡(luò)資源,并使得網(wǎng)絡(luò)資源的利用達到最優(yōu)化。基于網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù),光網(wǎng)絡(luò)可以提供兩個方面的業(yè)務(wù)開放:一方面是對運營商自身業(yè)務(wù)的開放,同一張物理網(wǎng)絡(luò),對于政企客戶、家庭客戶、回傳網(wǎng)絡(luò)可以在邏輯上配備獨立的控制系統(tǒng),即實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的邏輯分片;另一方面是向客戶開放,提供按需調(diào)整、開放創(chuàng)新、高效協(xié)同的“軟網(wǎng)絡(luò)”能力。
通往SDN的兩條“路”
與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的SDN化不同,光網(wǎng)絡(luò)的SDN化有其特點。首先,由于物理層的特性,光網(wǎng)絡(luò)本身就具有控制轉(zhuǎn)發(fā)分離的控制架構(gòu)。其次,在集中控制方面,光網(wǎng)絡(luò)已擁有成熟網(wǎng)管、路徑計算單元(PCE)等集中管控系統(tǒng)。最后,光網(wǎng)絡(luò)具有面向連接的特性,所有業(yè)務(wù)采用預(yù)先配置方式,無須控制器就可根據(jù)業(yè)務(wù)報文即時下發(fā)流進行報文轉(zhuǎn)發(fā),降低了對控制器性能的要求,具有較好的網(wǎng)絡(luò)擴展能力。
可以說,光網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)具備了部分SDN的特征,這為其向SDN演進奠定了良好的基礎(chǔ)。但是,光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備物理層可編程能力較弱,資源虛擬化和切片實現(xiàn)較困難,使得光網(wǎng)絡(luò)引入SDN技術(shù)存在一定的難度。
基于光網(wǎng)絡(luò)SDN化的特點,光網(wǎng)絡(luò)SDN采取的發(fā)展演進思路與數(shù)據(jù)網(wǎng)SDN化有所區(qū)別。同時,由于光網(wǎng)絡(luò)骨干、城域和接入層的發(fā)展需求和所采用的技術(shù)不同,SDN引入也具有兩條不同的技術(shù)路線。
路線一:基于光網(wǎng)絡(luò)控制平面的增強,強調(diào)北向接口開放。
骨干網(wǎng)OTN、DWDM等光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制平面支持能力較好,可以基于現(xiàn)有ASON/GMPLS控制平面和集中路徑計算單元PCE技術(shù),通過擴展和增強PCE管控能力和開放北向接口,實現(xiàn)SDN集中控制器,并對上層網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用提供開放可編程應(yīng)用服務(wù)。這種路線可以較好地保護現(xiàn)有技術(shù)投入,并有利于網(wǎng)絡(luò)的平滑演進。由于光網(wǎng)絡(luò)物理層私有信息多,南向接口協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化難度比較大,南向接口可能允許多種接口技術(shù)。
路線二:引入openflow協(xié)議,強調(diào)南向接口開放。
分組傳送PTN和接入網(wǎng)PON設(shè)備,并不具備智能控制平面,可以直接在設(shè)備上引入openflow協(xié)議,實現(xiàn)南向接口的開放和標(biāo)準(zhǔn)化。這種路線由于實現(xiàn)了南向接口標(biāo)準(zhǔn)化,有利于設(shè)備與業(yè)務(wù)解耦,簡化網(wǎng)絡(luò)節(jié)點功能,降低設(shè)備成本,便于運營商對多廠家海量城域和接入站點的集中管理控制。對于已經(jīng)部署的現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備,將考慮通過網(wǎng)管升級的方式實現(xiàn)集中控制器能力。
SDN重塑光網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)格局
當(dāng)前,光網(wǎng)絡(luò)SDN呈現(xiàn)出快速發(fā)展態(tài)勢。
在標(biāo)準(zhǔn)層面,自2013年,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織競相開展標(biāo)準(zhǔn)化工作。ONF成立了光傳送工作組OTWG,已完成架構(gòu)和用例,并將于2014年完成基于openflow的光網(wǎng)絡(luò)協(xié)議擴展;ITU-T SG15組啟動了傳送網(wǎng)SDN研究,IETF正在開展基于PCE擴展支持SDN的標(biāo)準(zhǔn)化工作,BBF提出了基于SDN的接入網(wǎng)未來架構(gòu)。
從產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況來看,2012年至2013年主流光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠家紛紛推出傳送網(wǎng)SDN樣機,國內(nèi)外運營商積極關(guān)注PCE的演進并開展相關(guān)測試驗證,中國移動演示了其基于SDN的Super PTN應(yīng)用,中國電信成立了新的標(biāo)準(zhǔn)項目,研究接入網(wǎng)(FTTH/B/C以及IPRAN等)引入SDN的需求和架構(gòu)。
光網(wǎng)絡(luò)引入SDN,將對產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生深遠的影響,甚至有可能帶來產(chǎn)業(yè)格局的重塑。
首先,由于光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的核心競爭力主要體現(xiàn)為物理層技術(shù),短期內(nèi)SDN不會使光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造企業(yè)產(chǎn)生嚴重的價值流失。但從長期來看,由于SDN提供了開放化的網(wǎng)絡(luò)接口,使得光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有更強的多廠商互操作能力,有利于新興廠商的進入,將在一定程度上改變設(shè)備制造企業(yè)的競爭格局。
其次,SDN引入對光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備物理層可編程能力提出了新的要求。為了更好地支持軟件控制和業(yè)務(wù)動態(tài)調(diào)度需求,一些靈活可編程的物理層技術(shù)(如ODUflex、自適應(yīng)光收發(fā)、靈活柵格光交換等)會逐步引入和應(yīng)用。PTN、POTN等L2層設(shè)備本質(zhì)為分組交換設(shè)備,將隨著數(shù)據(jù)設(shè)備演進方向發(fā)展,逐步引入支持openflow的芯片。
最后,光網(wǎng)絡(luò)引入SDN提供了多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互通和開放服務(wù)的能力,將極大地促進承載網(wǎng)的融合發(fā)展。SDN的引入將會建立更大的生態(tài)系統(tǒng),借助于SDN的開放性,引導(dǎo)整個光網(wǎng)絡(luò)走向開放和合作的模式,從而便于新業(yè)務(wù)特性的快速推出,提高網(wǎng)絡(luò)的盈利能力。
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