智能光網絡發展歷程的回顧和展望：從ASON到PCE，再到SDON*

華 楠，鄭小平

（清華大學光網絡與微波光子學實驗室 北京100084）

1 引言

自20世紀90年代開始，光網絡蔚然興起，帶來了網絡世界前所未有的變革。在聯合國“1999年世界電信論壇會議”的開幕演說時，副主席John Roth提出了光纖定律：光纖通信容量每9個月會增加一倍，但成本降低一半，比集成電路18個月的摩爾定律還快[1]。按照這個速度發展，光網絡注定會在世界范圍的電信基礎結構中扮演極其重要的角色。

需求推動技術創新，技術創新推動產業革命。這個規律同樣適用于光網絡的發展歷程。迄今為止，光網絡體系結構的每一次重大變革均是由新技術或新器件的出現所導致的。20世紀70年代至今，光網絡的體系結構已經經歷了3次重大變革：第一次變革從單波長SDH光網絡轉向點到點的WDM光網絡；第二次變革從點到點的WDM光網絡轉向靜態波長路由光網絡；第三次變革從靜態波長路由光網絡轉向動態智能光網絡。而真正意義上光網絡的出現，是從WDM技術出現開始的。

波分復用(wavelength-division multiplexing，WDM)的概念最早在1970年被提出[2]，然而直到1977年，關于該技術的基礎研究才逐漸展開。自此之后，關于光纖、光源、光探測器以及光復用/解復用器等WDM光纖傳輸系統關鍵器件的研究取得了戲劇化的飛速發展，商用光通信系統的容量也隨之不斷提升。WDM技術的出現使得越來越多的人開始關注光纖通信的巨大帶寬。理論上，單模光纖通信的潛在帶寬可達100 Tbit/s，比目前的電傳輸速率高出3個數量級。WDM技術帶來的巨大帶寬優勢使得光在中長距離高速傳輸上無可爭議地取代了電，成為了信息的主要承載媒質。與此同時，WDM光網絡也取代了第一代SDH光網絡，并迅速發展壯大。

WDM光網絡最初是一種點到點的網絡形式，網絡節點間通過光纖連接，并采用WDM技術進行數據傳輸。WDM技術帶來的巨大帶寬成功解決了網絡傳輸過程中的帶寬瓶頸問題，然而與第一代SDH光網絡相同，在最初的WDM光網絡節點處，數據仍需進行光電光(OEO)轉換，并在電層進行處理和交換。點到點的WDM光網絡仍然無法克服節點電交換速率的瓶頸。隨著WDM波長數以及單波長數據傳輸速率的提高，該瓶頸表現得愈加突出，直到全光交換器件出現后，這種情況才得以改變。

為了解決點到點WDM光網絡節點處的光電轉換瓶頸問題，20世紀90年代初出現了以光分插復用器(OADM)及光交叉連接器(OXC)為代表的全光交換器件[3,4]，從而在網絡節點處避免了OEO轉換，實現了波長粒度的全光透明交換。在采用這些全光交換器件后，點到點WDM光網絡演變為波長路由光網絡[5,6]。然而，最初的波長路由光網絡只具備靜態配置傳輸資源的功能，無法滿足多種新型業務的動態需求；而且，隨著光網絡規模的擴大，光網絡的管理和維護成本逐步提高，業務服務質量難以保證。

為了實現光網絡的高度靈活性、擴展性并保證服務質量，必須為光網絡引入智能控制和管理功能，從而針對業務請求和光網絡狀態，實現傳輸資源的動態優化配置。在此需求的推動下，21世紀初，人們提出一種新的光網絡體系結構，把光層組網技術和基于IP的網絡智能技術相結合，形成了所謂的“智能光網絡”。

智能光網絡體系結構最成功的代表是在2000年3月日本京都會議上，由國際電信聯盟(ITU-T)Q19/13研究組提出的自動交換光網絡(automatically switched optical network，ASON)[7,8]。ASON在傳統波長路由光網絡傳輸平面和管理平面的基礎上增加了控制平面，并引入了路由、信令和鏈路管理等協議，自動完成數據的交換、傳輸等功能，從而使光網絡由靜態的傳送網變為可動態重構的智能光網絡。ITU-T關于ASON的建議框架結構如圖1所示。

隨著光傳送網絡規模的不斷擴大，網絡中設備的種類和數目不斷增加，光網絡的發展呈現出明顯的異構化趨勢，形成多域異構光網絡。傳統ASON在實現多域異構光網絡互聯互通的過程中遇到一些新的問題和挑戰。

（1）網絡信息具有隱蔽性需求

主要包括：各個網絡運營商對運營范圍內的網絡拓撲和資源信息具有隱蔽性要求；各個設備制造商對其產品設備所采用的技術和參數信息也具有保密性需求。這一主觀因素一定程度上決定了光網絡信息的選擇性擴散特性。

圖1 ASON框架結構[9]

（2）網絡規模擴大導致交互信息和計算負荷增加

隨著光網絡互連規模的擴大，管理網絡和信令網絡中需要泛洪或擴散的信息量越來越大，路徑計算和連接控制的復雜度也不斷增加，這對支撐網絡的線路和設備都提出了更高的要求。

（3）管控平面的高度異構化現狀

管理和控制平面異構化源于傳送平面的異構化。多種異構傳送體制（如SDH、WDM、OTN等）長期共存，各設備制造商的交換設備結構和交換方式也不一致，而現有管理和控制協議對設備傳送平面物理層的屏蔽能力有限，同時各設備制造商的管理和控制平面依據的協議版本和參數也不一致，這些都導致了光網絡管控平面互聯互通客觀上的困難。

目前，可實現多域異構光網絡互聯互通的典型架構主要有3種，即統一網絡管理系統（generalized network management system，GNMS）架構、基于外部網間接口（external network to network interface，E-NNI）的域間互通控制架構，路徑計算單元（path computation element，PCE）域間路由控制架構。本文首先對這3種架構進行敘述，并通過仿真比較結果總結其優缺點。在此基礎之上，本文還介紹了一種新型集成PCE路由和域間連接控制（ICCE）的多域異構光網絡管控架構PIONEER（PCE and ICCE-based optical network e-signaling exchange and routing）。該架構相比現有的3種架構具有明顯優勢。

PIONEER可以很好地解決現有異構傳送體制下的多域光網絡互聯互通問題。然而，該架構難以做到與傳送體制的嚴格分離。當面對未來可能出現的新型交換設備或交換方式，PIONEER架構或需要進行較大修改以支持這些新型設備的互聯互通，其擴展性和網絡平滑升級能力受到限制。隨著斯坦福大學的科研人員于2009年提出基于OpenFlow的軟件定義網絡(software defined network，SDN），網絡架構發生了重大變革。如果將SDN中網絡設備控制面與數據面分離的概念引入到光網絡中，構建軟件定義光網絡(software defined optical network，SDON），或 可從根本上解決光網絡擴展性和平滑升級的問題。本文將對SDON這種新型光網絡架構的概念以及可能的關鍵技術和技術難點進行介紹。

2 現有多域異構光網絡管控架構

2.1 統一網絡管理系統架構

統一網絡管理系統（GNMS）架構是集中式的管理平面域間互通機制，其基本架構如圖2所示。GNMS架構在管理平面增加一個新的網絡管理系統，使之通過北向接口管理、配置和查詢各個域獨立的網絡管理系統，從而實現對整個網絡的管理。

圖2 多域光網絡統一管理系統基本架構

GNMS機制的路徑計算一般采用靜態方式，連接建立和恢復等功能也需要人工參與，因此使用這種機制進行連接調度和恢復的速度相對較慢。另外，這一管理機制的正常工作依賴于一個集中式GNMS實體，因此這種光網絡的擴展性和生存性有較大局限性。不過，這種互連互通機制對網絡影響較小，并且不需要域間信息交互信令，實現簡單靈活，比較適用于中小規模網絡。

2.2 基于外部網間接口的域間互通控制架構

E-NNI是分布式的控制平面域間互連互通機制，其基本架構如圖3所示。E-NNI最早由ITU-T在G.807和G.8080中定義，用于兩個互不信任關系網絡間的通信。光互聯論壇（OIF）在此基礎上提出E-NNI的信令和路由協議[10,11]。目前，E-NNI已經發展到2.0版本，并在進一步完善中。與協議發展相對應，2004—2009年，OIF發起了多次國際范圍內的互連互通測試，并取得了一些基本互連互通成果。

在現階段OIF正式發布的E-NNI協議中，域間控制主要包括兩個方面：路由和信令。在路由方面，目前的協議主要集中在運營商內部的E-NNI。路由協議基于分層架構和拓撲抽象的方式，并采用2.0版本開放最短路徑優先（OSPFv2）路徑計算方法[11]。在信令方面，E-NNI支持對基于流量工程擴展的資源預留協議（RSVP-TE）、基于路由受限標簽分發協議（CR-LDP）和專用網間接口協議（PNNI）3種信令協議的擴展，并在兩個相鄰域間使用相同的E-NNI信令協議[10,12]。

圖3 基于E-NNI的域間控制

E-NNI分層架構有利于網絡可擴展性和域間隔離，拓撲抽象則有利于減少域間交互信息量[11]。因此，E-NNI在理論上適用于大規模異構光網絡的互連互通。不過，現有的E-NNI機制仍然存在著一些問題。在標準化方面，E-NNI協議目前并不完善，在分層架構、恢復機制和自動發現等部分的標準尚在修訂中。在技術方面，由于E-NNI引入了拓撲抽象，不能保證連接的路徑計算結果達到最優，降低了網絡的使用效率，對域間信息隔離的效果也有限。在產業化方面，由于各個設備制造商對E-NNI的支持程度有差異，在協議版本和技術參數的設置上仍然有所區別，對其推廣帶來一定程度的困難。

2.3 路徑計算單元域間路由控制架構

路徑計算單元（PCE）是集中或分布式的控制平面跨域路徑計算模型。它的基本思想是把路由功能從控制平面獨立出來，承載在專用實體上完成受約束的路徑選擇和計算。它最早由互聯網工程任務組（IETF）在2006年提出的RFC4655中 定 義[13]。

圖4 基于PCE的跨域路由

PCE架構在定義上比較靈活，可以采用集中或分布式的多種方式。在結合了域間信息隱蔽性要求后，PCE的域間分布式架構如圖4所示，其優勢則非常明顯。目前的多域PCE組織架構有多種，包括基于后向遞歸路徑計算（BRPC）[14]的扁平PCE架構，基于分層串行路徑計算的PCE架構，基于分層并行路徑計算的PCE架構等。由于PCE在域間路徑計算采用的是一致的路徑計算架構和協議，相當于搭建了一層統一的域間路由平面。

基于PCE的路徑計算有3個主要優點。第一，由于PCE將路由功能從ASON控制平面獨立出來由專用實體實現，因此可以較大地提升路徑計算效率；第二，PCE在域間傳遞虛擬最短路徑樹（VSPT），對域間拓撲和流量工程（TE）信息有較強的隱蔽作用；第三，PCE在架構、路由、通信、發現機制等諸多方面有比較完善的協議支持。不過，PCE架構只約定了路徑計算模型，對域間連接控制等方面的信令機制并沒有明確定義，因此它需要與其他控制機制（如E-NNI）配合完成整個跨域連接服務功能。另外，BRPC的路徑計算優化程度非常依賴于域序列選擇算法，成為限制路由效果的主要因素。

2.4 現有管控機制性能比較

[15]給出了上述GNMS、E-NNI、PCE 3種多域異構光網絡管控架構的性能比較，結果見表1。

表1 3種現有域間管控機制比較

從表1中可以看到，基于PCE的管控架構在標準化、路由優化、算法實時性、域間信令流量、網絡擴展性和域間信息私密性等方面均優于另外兩種架構。但該架構在跨域連接控制方面比較薄弱，需要諸如E-NNI等控制協議的配合才能完成跨域連接建立等功能，從而使整個協議簇變得非常復雜。

2.5 基于PCE和域間連接控制的多域異構光網絡管控架構

為改變現有PCE域間路由控制架構在跨域連接控制方面的缺陷，參考文獻[15]提出了一種域間連接控制單元（inter-domain connection control element，ICCE）實體，采用狀態機控制解決快速域間連接調度和信令交換問題。在此基礎上，文章進一步提出基于PCE和ICCE的多域異構光網絡管控架構PIONEER。

圖5描述了一個典型的PIONEER網絡架構。該架構在各個傳統域內GMPLS控制平面之上增加統一的域間控制平面和適配平面，通過域間交互和域內標準適配接口完成對各個域內控制平面的聯動控制。域間控制平面至少為每個域配置一個PCE和一個ICCE實體。一個域的PCE僅存儲域內的流量工程（TE）信息，并與域序列經過的其他各域PCE配合采用BRPC算法完成跨域路徑計算。一個域的ICCE存儲經過該域的連接信息，并采用源域ICCE主控的方式完成域間連接控制。ICCE是一種域間控制和通信密集型實體，采用狀態機控制解決快速域間連接調度和信令交換問題。不同域的PCE和ICCE之間由信令網連通。適配平面由對應各個域的適配單元（AE）組成，用于完成本域GMPLS控制平面與ICCE之間的域內交互信息過濾和格式轉換。

PIONEER網絡架構的優勢如下。

（1）采用域間分布式BRPC算法可以保證域間資源和拓撲信息的隱蔽性，平衡路徑計算負荷，優化路徑計算。

（2）采用域間分布式和域內集中式的ICCE連接控制機制，可以平衡跨域連接控制和通信負荷，保證快速連接調度。

（3）采用了統一的域間適配接口，僅與各個域交互最小完備域間信息集，對各個設備廠商現有控制平面影響最小，能夠實現異構光網絡管控平面互連互通的平滑升級。

圖5 PIONEER網絡架構

3 軟件定義光網絡

3.1 軟件定義光網絡概念及優勢

基于PCE和域間連接控制的PIONEER網絡架構可以很好地解決現有異構傳送體制下的多域光網絡互聯互通問題。然而，該架構的路由計算以及連接控制流程和傳送體制高度相關。需要進行較大修改才能支持未來可能出現的新型交換設備或交換方式，因此網絡建設成本、擴展性以及網絡平滑升級能力等將受到很大限制。SDN的出現為解決該問題提供了一種很好的思路。

2009 年，斯坦福大學的科研人員提出基于OpenFlow的SDN概念[16]，其核心思想是網絡設備控制面與數據面分離。如果將該思想引入到光網絡中，構建SDON，或可從根本上解決光網絡擴展性、靈活性和平滑升級的問題。然而，由于光網絡發展的歷史原因及光（電路）交換自身的特性，當前的光網絡相比IP網絡具有很強的異構性，表現為不同傳送體制下網絡資源的差異化構成和表示方式、不同的路由計算限制以及不同的連接控制方式等。因此，簡單地將基于OpenFlow的SDN技術移植到光網絡中難以同時很好地解決光網絡中的異構互聯、擴展性、靈活性和平滑升級等問題。

圖6給出了一種軟件定義光網絡的架構。該架構中的適配平面從PIONEER網絡架構引入，其適配單元可完成不同廠商交換設備和SDON控制器之間的資源/控制信息過濾和格式轉換。SDON控制器是架構的核心。同基于OpenFlow的SDN控制不同，SDON控制器需針對光網絡的資源、業務和控制特性，建立異構傳送體制下的統一虛擬資源矩陣以及統一虛擬控制狀態機等實體，以達到通過軟件改變參數的方式定義不同種類業務的功能，最終實現異構網絡在不同業務環境下自適應的互聯互通。

SDON架構的主要優勢體現在以下幾個方面。

（1）降低網絡建設成本和運營成本

正如計算機的軟硬件分離架構帶來整個行業成本降低和繁榮，SDON的控制平面與數據平面分離也能夠避免網絡節點的重復建設，大大降低網絡建設成本；此外，SDON架構可以支持網絡的自動運營和管理，減少人工操作的必要性，從而降低網絡運營成本。

圖6 軟件定義光網絡架構

（2）支持廣義異構網絡的互聯互通

SDON架構不但可以實現不同設備商以及現有不同類型交換設備的互聯互通，還可以通過統一虛擬資源矩陣、統一虛擬控制狀態機等實體的構建實現對未來可能出現的新型交換設備、交換方式以及新型業務的支持。

（3）支持網絡平滑升級

控制平面與數據平面分離可以使網絡的升級（包括底層交換設備升級和上層應用升級）完全通過軟件的方式完成，確保不會對現有網絡業務和硬件造成影響。

（4）支持更靈活的路由計算

提供統一虛擬資源接口以及靈活的路由計算接口，可按需利用網絡資源并優化路由。

（5）可提供靈活的網絡創新實驗環境

通過對統一虛擬控制狀態機進行軟件編程，并利用靈活的路由計算接口，可在真實網絡環境下實現復雜的路由及連接控制策略，縮短研發周期，同時降低研發成本。

3.2 SDON控制器架構

SDON控制器是SDON的核心組成部分。圖6中涉及了兩種SDON控制器架構，分別是Pure SDON架構以及SDON+PCE架構。本節將對這兩種控制架構進行詳細介紹，并比較其優缺點。

3.2.1 Pure SDON架構

在Pure SDON架構中，SDON控制器將控制平面與數據平面完全隔離。一方面，控制器為應用商提供統一、抽象的可編程接口，不同應用商可以實現各自不同的網絡控制需求。另一方面，由于網絡資源的虛擬化技術（如OpenFlow協議）、交換設備（如OF-switch）的智能控制功能得到了最大程度的簡化，只需要通過OF控制模塊接受來自控制器對本地流表（local flow table）的配置，就可決定數據流的轉發。

為了對以上兩方面提供良好的支撐，控制器的模塊結構如圖7所示，包括控制器內核、流表、資源發現模塊、路由計算模塊、故障管理模塊、業務感知模塊、協議兼容/轉換模塊等基本模塊，這些基本模塊又為應用開發提供組件庫，應用商通過統一、抽象的可編程接口可以開發各種各樣的應用模塊，如流量工程應用、多播業務應用、移動業務應用、云業務應用等。

圖7 Pure SDON架構的控制器模塊結構與交互接口

控制器的內核是唯一與底層交換硬件設備進行交互的模塊，然而與計算機的操作系統一樣，內核的實現不應該依賴于底層硬件，否則每更換一次交換設備，SDON控制器都需要修改內核模塊，因此在控制器內核與交換設備之間需要經過一個抽象/虛擬代理，也就是虛擬平面。抽象/虛擬代理的核心功能是發現交換設備并進行資源抽象，并在此基礎上完成控制器與交換設備間交互協議的翻譯與轉發功能。

下面將分別對控制器各個模塊的功能進行說明。

（1）控制器內核

主要有兩方面功能：第一，負責控制器與底層交換硬件設備的交互，交互協議如OpenFlow，實際上，底層硬件的實現細節已被抽象/虛擬代理所屏蔽，控制器內核對交換設備的認知僅以抽象的虛擬形式；第二，對控制器所有功能模塊進行事件調度，使得所有功能有序、正確、高效、穩定地運行，因此控制器內核是所有模塊的基礎。

（2）資源發現模塊

獲取交換設備的資源狀態，資源發現有兩種方式：控制器主動查詢與交換設備主動上報，前者可以用于網絡啟動、業務主動查詢需求等情況，后者可以用于資源更新、網絡故障等情況。不同的應用商還可以設置自己的資源分片策略（業務感知模塊），在設置分片策略后，抽象/虛擬代理會將該資源分片與其他資源（共享資源或其他應用商的資源分片）進行隔離，并根據分片策略對資源發現進行過濾，使得該應用商的網絡視圖僅限該資源分片。

（3）業務感知模塊

該模塊主要有3方面功能，分別是業務區分、資源分片與性能監測。其中業務區分根據業務應用設置的業務區分策略，對新到達的業務流進行匹配從而進行區分處理。資源分片根據業務應用設置的資源分片策略，為該應用提供特定的網絡視圖。性能監測對已建立的業務流的QoS與QoT等網絡性能進行實時監測，當性能質量不滿足業務需求時，重新觸發路由計算與資源分配。

（4）路由計算模塊

當新到達的業務流在本地流表找不到對應表項時，則該業務流的第一個分組被向上提交給控制器的路由計算模塊，路由計算模塊首先查詢業務感知模塊中的業務區分策略，之后在當前的網絡資源下計算滿足業務需求的路由。

（5）流表

當一條新的路由計算成功時，路由計算模塊對流表進行添加操作。當業務流結束時，路由計算模塊對流表進行刪除操作。當重新計算路由成功時，路由計算模塊對流表進行修改操作。

（6）故障管理模塊

當網絡發生故障時，故障管理模塊能夠發現故障并對流表進行刪除操作，進而觸發受影響的業務流重新進行路由計算與資源分配。

（7）協議兼容/轉換模塊

對網絡其他控管設備提供兼容接口，如提供網管系統（NMS）的協議接口（如SNMP）。

（8）可編程接口模塊

在以上7個基本模塊提供的組件庫的基礎上，對應用商開放統一的可編程接口，使得應用商可以自主開發網絡應用。

（9）應用模塊

應用商根據自己的業務特點與實際需求在SDON控制器自主開發應用模塊，實現特定的網絡控制功能。應用模塊也可以向組件庫提供組件。

3.2.2 SDON+PCE架構

由于路由計算通常占用較多的CPU、內存等資源，為了降低SDON控制器的處理負擔，SDON+PCE架構由專門的路徑計算單元（PCE）進行業務感知的路由計算，并保留了GMPLS的資源自動發現功能。因此，交換設備需要具有2個控制模塊，分別是GMPLS控制模塊（僅保留了資源自動發現功能）以及OF控制模塊，用來接受來自控制器對本地流表的配置，并決定數據流的轉發。

圖8給出了SDON+PCE架構的模塊結構。在該架構中，由于控制器不需要資源信息進行路由計算，因此抽象/虛擬代理可以僅對交換設備進行無資源的簡化抽象，不需要進行資源發現與資源分片，從而OF協議的翻譯與轉發模塊也相應簡化（不需要考慮分片策略等）。

控制器與PCE共同完成網絡的控制功能，下面將分別對控制器與PCE的各個模塊進行功能說明。相比Pure SDON架構，SDON+PCE架構下控制器的流表、故障管理模塊、協議兼容/轉換模塊以及可編程接口模塊的功能有所不同。

圖8 SDON+PCE架構的控制器模塊結構與交互接口

（1）流表

當PCE返回一條新的路由時，對流表進行添加操作。當業務流結束時，對流表進行刪除操作。當PCE修改一條路由時，對流表進行修改操作。

（2）故障管理模塊

當網絡發生故障時，故障管理模塊能夠發現故障并對流表進行刪除操作，進而觸發受影響的業務流重新向PCE提交路由計算請求。

（3）協議兼容/轉換模塊

對網絡其他控管設備提供兼容接口，其中包括與PCE間的PCEP接口及與網管系統（NMS）間的接口。SDON控制器與PCE間的PCEP通信需要對現有的PCEP進行擴展，比如增加PCEP對流表的支持，增加對業務感知參數傳遞的支持等。

（4）可編程接口模塊：對應用商開放統一的可編程接口，使得應用商可以自主開發網絡應用。由于路徑計算有專門的PCE完成，SDON控制器欠缺資源信息相關的編程組件，應用商僅能通過設置業務區分策略影響路由計算，而難于開發自己的路由算法。

此外，該架構的PCE部分由資源同步模塊、路由計算模塊、數據庫模塊、PCEP通信模塊、NMS接口等模塊構成，具體功能如下。

·資源同步模塊：通過與GMPLS控制平面的接口獲取資源信息。

·路由計算模塊：控制器向PCE提交的路由計算請求應該包括服務質量等參數，PCE的路由計算模塊再根據數據庫模塊中的資源狀況進行受限路由計算。

·數據庫模塊：存儲從GMPLS控制平面獲取的資源信息，并應該能夠將物理資源信息與SDON控制器所需的流表信息進行轉化，從而使SDON控制器能夠理解PCE路由計算模塊的計算結果。

·PCEP通信模塊：與SDON控制器的PCEP接口進行通信。PCEP需要增加對流表的支持，增加對業務感知參數傳遞的支持等擴展功能。

·NMS接口：PCE與網管系統（NMS）間的接口，從而NMS可以對PCE進行管理。

3.2.3 架構比較

Pure SDON和SDN+PCE架構適用于具有不同需求的光網絡控制。表2比較了兩種架構在不同方面的優缺點。從表中可以看到，Pure SDON架構比較適合沒有域間信息隱蔽性要求、網絡路徑優化程度比較高、控制平面與數據平面隔離度較高的全新重建光網絡的動態控制；而PCE+SDN架構比較適合具有域間信息隱蔽性要求、基于GMPLS控制平面、需要平滑升級的現有光網絡動態控制。

表2 Pure SDON架與SDON+PCE架構的比較

3.3 SDON 實現過程中可能面臨的難點問題

作為一種新興的網絡架構，SDON的發展尚處于初期，在其未來的實現和完善過程中將會遇到種種挑戰和困難，等待研究和解決。

（1）高效、穩定、擴展性強、具有并發事件處理能力的控制器內核調度

SDON采用集中式控管機制，一個SDON控制器需要同時控制多個底層硬件設備。在高動態網絡環境下，上層業務與底層網絡資源之間的交互以及底層硬件設備與SDON控制器之間的交互非常頻繁，SDON控制器需要處理的信息和事件數量巨大，需要SDON控制器具有高效的并發事件處理能力。因此，如何實現高效、穩定、擴展性強、具有并發事件處理能力的控制器內核調度技術是SDON控制器內核設計與實現的一個關鍵問題。

（2）適用于不同的交換設備的資源抽象機制與網絡資源的虛擬化技術

網絡設備交換粒度和交換方式的差異，造成管控平面無法直接對網絡資源進行調度，需要根據網絡中設備和資源的特點，基于網絡資源抽象機制，對底層設備進行統一的虛擬化。通過抽象和虛擬化技術，將種類繁多的底層硬件設備生成統一化視圖，是實現SDON底層資源動態靈活調度的關鍵。

（3）適用于不同上層應用和業務類型的可編程控制狀態機設計和實現

由于不同上層應用、業務類型和策略的路由、連接控制流程不盡相同。若要對其進行全面支持，需要SDON控制器對其各自的控制狀態機進行分別實現，控制架構復雜，擴展性差。解決該問題的一種方法是建立可編程控制狀態機架構，通過設置統一的虛擬狀態機和輸入可軟件定義的狀態轉移矩陣，可實現各種復雜的控制流程。其中，統一虛擬狀態的確定以及狀態轉移矩陣和控制流程的映射關系是研究的難點問題。

（4）基于網絡資源虛擬化技術的網絡資源的實時動態分配問題

光網絡的路由及資源分配需要遵循波長連續性約束等諸多限制性條件，SDON中基于虛擬化網絡資源的跨層規劃優化需要在這些限制性條件下進行，虛擬化網絡資源的調度需要考慮到實際網絡資源分配中的約束，因此基于虛擬化網絡資源的跨層規劃優化與資源調度具有一定難度。

（5）對不同類型底層設備的接口協議進行適配

核心網轉發設備種類繁多，包括MPLS路由器、PTN、OTN等。此外，不同廠商設備的控制通常采用大量私有協議和消息格式。這些網絡異構特性將給網絡資源獲取、虛擬化以及轉發設備的控制帶來極大阻礙。

4 結束語

回顧光網絡的發展歷程，WDM技術的出現極大地擴展了光纖傳輸的帶寬，成功解決了網絡傳輸過程中的帶寬瓶頸問題，光網絡的概念應運而生；波長路由概念和器件的出現解決了WDM光網絡節點處的光電轉換瓶頸問題，全光網絡的概念產生，光網絡蔚然興起；控制平面的引入實現了光網絡業務的動態調度，出現以ASON為代表的智能光網絡。

隨著光網絡規模的不斷擴大，未來智能光網絡的發展將面臨顯著的異構化、擴展性等方面的問題。為解決這些問題，E-NNI、PCE等網絡架構出現，并逐步向SDON架構演進，最終使光網絡控制架構脫離上層應用和底層設備的限制，實現光網絡的低成本化、高擴展性和靈活性。

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11 OIF.External Network-Network Interface(E-NNI)OSPFv2-based Routing-2.0(Intra-Carrier)Implementation Agreement,2011

12 OIF.Intra-Carrier E-NNI Signaling Specification.OIF-E-NNISig-01.0,2004

13 Farrel A,Vasseur J-P,Ash J.A Path Computation Element(PCE)-based Architecture.RFC4655,2006

14 Vasseur J,Zhang R,Bitar N,et al.A Backward-recursive PCE-based Computation(BRPC)Procedure to Compute Shortest Constrained Inter-domain Traffic Engineering Label Switched Paths.RFC5441,2009

15 魯睿,鄭小平，華楠.多域異構光網絡互連互通管控機制研究和實現.清華大學學報（自然科學版）,2013(2)

16 Das S,Parulkar G,McKeown N.Unifying packet and circuit switched networks.Proceedings of 2009 IEEE GLOBECOM Workshops,Honolulu,HI,2009