中国移动OTN网络引入SDN技术的探讨

2016-04-13中国移动研究院柳晟

通信世界 2016年3期

中国移动研究院│柳晟

中国移动OTN网络引入SDN技术的探讨

中国移动研究院│柳晟

目前中国移动OTN网络中的部分省际和省内骨干网正开始部署基于ASON分布式控制平面的OTN设备，因此除了要考虑OTN向SDN OTN过渡的问题，还要考虑ASON分布式控制平面的OTN向集中式控制平面的SDN OTN过渡的问题。

OTN技术是以传统WDM波分复用技术为基础，借鉴并吸收了SDH的分层结构，并扩展分组处理功能，实现了在线监控、保护、管理等功能的新一代光传送网。OTN技术可以提供大容量、高可靠性、低成本、可灵活调度的传送管道，已经被广泛地应用于中国移动的省际骨干网、省内骨干网和城域传送网中。

OTN网络控制平面技术发展状况

目前，省际骨干网、省内骨干网为网状拓扑。城域传送网多以环形和网状拓扑为主，其中城域核心层多为网状拓扑，城域汇聚层和城域接入层多为环形拓扑组网。现网中OTN设备主要通过管理平面静态方式组网，通过基于NMS（网络管理系统）实现网络端到端的管理，目前现网中OTN设备没有广泛使用控制平面。面向未来，由于城域核心层以及省际骨干网、省内骨干网都是网状拓扑，这使引入控制平面、通过ASON和SDN等技术对网络进行优化变得可能，如图1所示。

从业界趋势看，控制平面逐步从分布式控制平面方案向集中式控制平面方案发展。未来网络通过设备与控制器之间接口标准化，实现网络控制与转发分离；通过控制平面API开放，构建更灵活、开放的网络。

图1 城域传送网架构

OTN网络控制平面发展分为三阶段

考虑到运营商现有OTN网络需要平滑演进，OTN网络控制平面的发展可以分三个阶段。

● 第一阶段，分布式ASON，实现让网络智能化、自动化。实现链路和拓扑自动发现、端到端自动业务创建，以及端到端自动业务恢复。基于GMPLS的分布式控制平面解决方案需要涉及分布式路由协议、信令协议和链路管理协议。

● 第二阶段，集中式控制+分布式ASON控制，实现网络集中式全局优化。保留分布式控制平面，采用集中控制器+分布式ASON，可实现集中控制器负责全局最优资源分配和业务路径计算，分布式负责执行，这样可以达成资源利用率和重路由性能的最佳效果。

PCEP和Openflow是目前实现SDN的两种不同南向协议技术，很多观点认为，这两种技术不是替代关系，而是并存关系，适用不同的场景。PCE更适合GMPLS/ASON网络向SDN演进，而Openflow更适合非ASON网络向SDN演进。

PCE方案适用于骨干或城域核心，网络MESH化较好，保护恢复可靠性要求高的场景。而Openflow更适合接入汇聚网络，节点数量多，但拓扑大多为环或链，不适合也不必要部署ASON的场景。PCE服务器有全网拓扑和业务数据，先进的批量优化算法，可实现资源利用率进一步提升。南向接口PCEP定位于路径同步和计算等的协议交互。通过集中加分布的控制平面可以实现在线业务的快速路径规划和发放、可预览的在线光纤割接模拟、实时在线生存性分析和资源预警，以及实时在线预置路径刷新和告警。

● 第三阶段，开放协同的SDN，实现让网络面向服务、互联互通。SDN控制器主要是面向应用、端到端业务和最终用户的。通过开放的北向API，对外提供网络编程能力和服务，实现各种网络应用，这是SDN的核心理念和价值。开放协同SDN方案需要标准化协同器与控制器之间的接口、标准化协同器的北向接口，同时开放给应用。网管仍定位传统的管理功能，主要是面向维护人员，做好网络的后勤工作，保证网络的业务运营。

在开放协同SDN阶段，SDN集中控制器可以是PCE服务器的平滑演进和升级，增加了多域协同和外部服务能力。北向接口可以为基于RESTFul(一种软件设计风格)技术的Webservice开放接口，可对外提供Bandwidth on Demand（按需分配带宽）和OVPN（光纤虚拟专用网）等增值服务。南向接口可以为PCEP或Openflow，PCEP仍定位于路径计算等路由功能，Openflow定位于业务创建、删除等连接控制功能。

集中式的控制器可按照不同策略将客户业务需求转换为网络的资源调度方案，应支持路由策略、保护策略、性能监控策略、QoS及带宽策略、安全策略等。其中，路由策略应支持最短路径、最小跳数、最短时延/抖动、带宽均衡等多种路径计算机制，保护策略应支持基于业务等级提供线性1∶1/1+1、环网保护、永久1+1、动态重路由恢复等保护机制，QoS及带宽策略应支持优先级灵活调整机制，性能监控策略应支持不同粒度的业务监控设置机制，安全策略应支持业务隔离机制。

对于SDN控制器的管理域大小和运算负载，根据分析，当控制器适用主流机架式服务器或刀片服务器（8核，8G内存），可以管理约600个节点。如果网络规模更大，就需要采取控制器集群技术了。

对于跨层支持，ASON一直没有很好支持光电混合交叉、IP+光协同等多层网络，就是因为分布式比较难处理多层协同问题，SDN集中控制器有多层网络拓扑和业务信息，非常适合做多层网络的协同调度。而对于未来FlexGrid和FlexRate，相比目前FixGrid，更需要集中式复杂的路由算法来更好分配波长频谱资源。

OTN控制平面的测试和现网演进策略

中国移动联合中国信息通信研究院开展了基于OTN平台的PCE测试，测试基于多层、多域、光电混合的OTN智能业务调度场景。具备PCE功能的OTN设备基本实现了单域、多域、多层环境下的路径计算、信令控制、自动发现和保护恢复功能，基于PCE的控制平面与分布式控制平面相比，在连接建立、保护恢复时间等性能方面基本相当。

基于PCE的控制平面优势明显

与分布式控制平面相比，PCE的主要优势体现在以下方面。

● 解决分布式恢复冲突：多条首尾不同的业务在恢复时可能竞争相同路径资源，导致恢复失效。而PCE由于采用集中式计算，避免了分布式控制平面不同节点分别计算导致资源竞争的问题，可以有效提高业务恢复率和恢复时间。

● 最优化网络资源分配：PCE具有同时计算多条业务路径的能力，并使用较强处理能力的服务器，可以采用复杂的算法根据全网业务需求实现网络资源的最优分配。

● 多层、多域组网：在多域环境下，通过PCE之间的协作实现端到端跨域路由计算问题。在多层环境下，解决跨层的路由计算问题，特别是复杂的光层损伤路径计算，提高多层网络的资源利用效率。

SDN OTN应用场景

由于OTN网络的规模、复杂性和历史原因，未来可能集中式的控制平面和分布式的控制平面在OTN网络中共存，SDN OTN可以重用ASON/PCE控制架构中成熟的信令、集中路由计算、分布式恢复等控制机制。有可能出现以下3种场景：保留分布式的ASON控制平面，拓扑管理、路由计算、业务连接建立都由分布式ASON控制平面完成，上层的SDN控制器负责跨域、跨层、跨厂家。第二种情况，采用PCE架构，路由计算由集中控制器完成，业务连接建立仍采用GMPLS,上层的SDN控制器负责部分跨域、跨厂家功能。第三种情况，路由计算、业务连接建立都由SDN控制器负责，分布式的控制平面完全去掉，或作为集中式控制平面的候补。