基于傳送API的POTN設備建模方法研究和實踐

（中國電信股份有限公司北京研究院，北京 102209）

基于傳送API的POTN設備建模方法研究和實踐

荊瑞泉，胡騫，趙國永

（中國電信股份有限公司北京研究院，北京 102209）

如何利用層次化的SDN控制架構實現對分組增強型OTN（POTN）設備的有效控制是當前傳送SDN領域研究的一個重點，其涉及對POTN設備建立合理的信息模型。首先對基于傳送API的POTN設備建模方法的現狀進行了分析，然后提出了一種針對集中交換型POTN設備的建模方法，并在2016年OIF/ONF聯合組織的全球傳送SDN（TAPI）互聯互通演示中，對所提出的建模方法進行了測試驗證。

傳送SDN；傳送API；信息模型；分組增強型OTN

1 引言

將SDN應用到傳送網后，可以改善傳送網在多廠商、多域環境下的端到端組網能力，提高端到端業務的開通速度和網絡運營效率，增強傳送網的業務創新能力和開放性。在傳送SDN中，一般采用層次化的SDN控制器架構，如圖1所示。在每個設備廠商的控制域內設置一個單域控制器，該控制器由設備商開發。同時，在單域控制器之上設置一個多域控制器（或稱為協同控制器），對下面的單域控制器進行統一控制。采用這種層次化的控制器架構，運營商可以通過多域控制器獲得多域網絡的全局視圖，從而實現對多域網絡的全局控制和端到端的業務提供能力。目前多域控制器和單域控制器之間的API的主流標準是ONF（Open Networking Foundation，開放網絡基金會）的OTWG（Optical Network Working Group，光網絡工作組）制定的傳送API（transport API，T-API）。

圖1 層次化的傳送SDN控制器架構模型

而在傳送平面，傳送網設備正在朝著綜合傳送平臺的方向發展，即所謂的多業務承載OTN（MS-OTN）或分組增強型OTN（POTN）設備。分組增強型OTN設備是指同時具有ODU交叉和分組交換 （如以太網和MPLS-TP）能力，可實現對TDM和分組業務統一傳送的設備。POTN采用通用交換平臺可以適應各個運營商不同的傳送網組網策略。

目前在傳送網中引入SDN的一個研究重點就是如何利用層次化的SDN控制架構實現對POTN多層交換技術（ODU/ETH/MPLS-TP）的控制，而這就需要對POTN設備建立合理的信息模型。本文首先對基于傳送API的POTN設備建模方法的現狀進行了分析，然后提出了一種針對集中交換型POTN設備的建模方法，并在2016年OIF/ONF聯合組織的全球傳送SDN（T-API）互聯互通演示中，對所提出的建模方法進行了測試驗證。

2 POTN設備建模方法現狀

簡化的POTN設備功能模型如圖2所示[1]。對于從客戶側UNI進入的分組業務（如以太網），有以下兩種處理方式。

圖2 簡化的POTN設備功能模型

方式一：業務經過分組交換和映射處理后，先經過ODU交換模塊，然后再輸出到線路側NNI（虛線路徑）。由于采用這種處理方式的POTN設備的分組交換和處理功能一般是在客戶側板卡上實現，因此稱為板卡型POTN。

方式二：業務經過分組交換和映射處理后，直接輸出到線路側NNI（實線路徑）。由于采用這種處理方式的POTN設備一般采用集中式的統一交換單元，因此稱為集中交換型POTN。

為了能夠在如圖1所示的網絡中對多廠商POTN設備進行控制，需要建立POTN設備的統一信息模型。目前ONF T-API項目已經對板卡型POTN設備的建模方法進行了描述和規范[2]，而對集中交換型 POTN設備的建模方法還在研究之中[3]。國內SDN產業聯盟針對集中交換型POTN設備的建模方法如圖3所示，該方法存在以下幾個問題。

·將每個連接到 POTN設備以太網交換單元（Eth FD）的線路側接口實例化為一個抽象的ODU交換節點，另外還需要實例化一個抽象ODU節點接入ODU業務。存在實例化抽象節點數量多、拓撲維護管理復雜的問題。

·Eth連接和ODU連接采用一對一的映射方式，并由單域控制器進行關聯。此方案不能實現ODU服務層資源的共享，因此不支持帶寬共享的以太網虛擬專線業務。

·ODU服務層路徑的建立由以太網層連接需求驅動自動建立，網絡運營商的可控性差。

3 集中交換型POTN設備建模方法

本文針對現有集中交換型POTN設備建模方法存在的問題，提出了一種新的建模方法和業務實現系統，以滿足集中交換型POTN設備采用層次化SDN控制器架構實現多域組網的需求，避免了現有技術方案存在的問題。

本文提出的集中交換型POTN設備建模方法工作流程如圖4所示，主要分為以下4個步驟。

（1）鏈路抽象和建模：包括對混合線卡鏈路的建模以及對節點間多鏈路的支持。

（2）對網絡拓撲進行抽象，將 POTN抽象為以太網和ODU兩層網絡，并完成初始網絡拓撲的發現。

（3）根據業務預測和網絡規劃，建立以太網層拓撲，包括單域網絡和多域網絡兩種建立方式。

（4）確定各種業務的建立流程，包括 GE/10GE透傳業務、EPL業務、EVPL業務。

圖3 現有集中交換型POTN設備建模方法

圖4 集中交換型POTN設備建模流程

對上述建模流程中的幾個關鍵步驟進行具體介紹。

（1）混合線卡建模方法

集中交換型POTN設備支持以下3種類型的線路側接口（即線路側板卡，簡稱線卡）。

·ODU線卡：只支持ODU業務，用于連接抽象的ODU交換節點。

·分組線卡：只支持以太網或MPLS-TP分組業務（采用Eth/MPLS-TP over ODU方式），用于連接抽象的以太網（Eth）/MPLS-TP交換節點，中間可經過ODU交換節點。本文以Eth為例進行說明。

·混合線卡：可同時支持ODU和以太網業務，用于抽象的ODU交換節點之間、Eth交換節點之間以及ODU交換節點和Eth交換節點之間的連接。

采用ODU線卡和分組線卡的POTN連接示意如圖5所示。

圖5 采用ODU線卡和分組線卡的POTN連接示意

當采用混合線卡時，兩個POTN設備之間只需要一條OTN物理鏈路即可實現如圖5所示的各種連接關系。混合線卡建模示意如圖6所示。以圖6為例，對混合線卡的建模方法說明如下。

（1）根據需要，將一個混合線卡物理接口抽象為兩個ODU接口和兩個分組接口，如圖6所示。

（2）在步驟（1）的基礎上，根據組網需要可將一條物理鏈路（如OTU2 10 Gbit/s鏈路）抽象成2～4條邏輯鏈路。

（3）每條邏輯鏈路的最大帶寬等于物理鏈路的最大帶寬。

（4）當在一條邏輯鏈路中建立了一條ODU連接后，需要同時更新4條邏輯鏈路的時隙資源占用情況（由單域控制器向多域控制器主動上報）。

圖6 混合線卡建模示意

采用以上建模方法，混合線卡與非混合線卡可以采用相同的拓撲發現和業務建立流程，并可按需靈活分配分組業務和ODU業務占用的鏈路資源。

（2）Eth over ODU鏈路建模方法

在分組增強型OTN中，不同POTN設備中的以太網交換模塊之間采用OTN鏈路進行連接，如圖7所示。在本文的方案中，將一個物理的OTN接口抽象為一個OTN端點、N個ODU連接端點和N個以太網端點。其中N的大小取決于OTN鏈路帶寬、ODU連接帶寬和ODU連接數量3個因素。

圖7 Eth over ODU鏈路建模方法示意

為了能夠在抽象的以太網節點之間建立以太網業務，首先需要在以太網節點之間建立以太網鏈路 （Eth over ODU類型），形成以太網層拓撲。下面分別對單域網絡和多域網絡中的以太網鏈路建立流程進行描述。

（1）單域網絡以太網鏈路建立流程

在圖1所示的層次化SDN控制器組網結構中，單域網絡以太網鏈路建立流程如下。

①多域控制器向單域控制器請求在兩個以太網節點之間建立一條服務層ODU連接。

②服務層ODU連接建立成功后（中間可經過ODU交換節點，圖7中未畫出），單域控制器自動完成該ODU連接與兩個以太網端點的關聯。

③基于上述ODU連接及其與兩個以太網端點的關聯，單域控制器生成一條以太網鏈路，并上報給多域控制器。

④重復以上步驟，最終形成以太網層的網絡拓撲。

在本方案中，一條以太網鏈路可以只承載一條以太網業務（即以太網專線），也可以由多條以太網業務共享（即以太網虛擬專線）。

（2）多域網絡以太網鏈路建立流程

多域網絡以太網鏈路建立流程如圖8所示。以A域的A.1和B域的B.4之間建立一條以太網鏈路為例，多域網絡以太網鏈路建立流程如下。

①多域控制器收到以太網鏈路建立請求后，計算端到端路由，并拆分為A域和B域的分段路由。

②多域控制器向A域控制器發送ODU連接1的建立請求。

③A域控制器建立ODU連接1，并在ODU連接1的基礎上自動生成以太網端點 24，然后將結果反饋給多域控制器。

④同理，B域控制器完成建立ODU連接2和以太網端點26，然后將結果反饋給多域控制器。

⑤多域控制器將ODU連接1和ODU連接2拼接起來形成ODU連接3，并在其上生成以太網鏈路1（以太網端點24和以太網端點26之間）。

與單域網絡以太網鏈路建立流程的主要區別是，在多域網絡中以太網鏈路的生成由多域控制器完成。

本文提出的技術方案相對于現有技術，具有以下優點。

·將每個POTN物理設備抽象為一個ODU交換節點和一個以太網交換節點，實例化節點數量少，拓撲管理實現簡單。

·ODU服務層路徑的建立可以由以太網層連接需求驅動自動建立，也可以由網絡操作人員根據業務預測和網絡規劃人工建立，可管可控性好。

· 可以同時支持以太網專線和以太網虛擬專線業務。

· 采用本文提出的混合線卡建模方法，混合線卡與非混合線卡可以采用相同的拓撲發現和業務建立流程，并可按需靈活分配分組業務和ODU業務占用的鏈路資源。

4 系統開發和測試驗證

基于本文提出的集中交換型POTN設備建模方法，開發了多域控制器系統，并組織國內主流的通信設備廠商開發了單域控制器和相關POTN設備。在此基礎上，聯合中國信息通信研究院、中興通訊、華為和烽火網絡參加了2016年OIF/ONF聯合組織的全球傳送SDN互聯互通測試和演示。本次演示有 5個運營商、11個系統廠商參與，整體互聯拓撲如圖9所示。

實驗室的組網拓撲如圖10所示。

圖8 多域網絡以太網鏈路建立流程

圖9 OIF/ONF全球傳送SDN互操作演示互聯拓撲

圖10 實驗室組網拓撲

在本次測試中，所開發的多域控制器成功實現了與3個廠商單域控制器的互聯互通。在多廠商組網場景下實現了端到端以太網業務的建立、修改、查詢和刪除以及網絡拓撲、節點、鏈路和端口的查詢等功能。跨域業務建立成功后的拓撲視圖如圖11所示。在圖11中，左邊和中間兩個域采用的是集中交換型POTN設備，每個物理設備對應一個抽象的以太網節點和一個ODU節點；右邊的域采用的是板卡型POTN設備，每個以太網處理板卡對應一個抽象的以太網節點，因此每個物理設備會對應多個抽象的以太網節點。

本次測試成功驗證了本文提出的基于傳送 API的POTN設備建模方法的可行性。傳送SDN的控制層間接口規范直接影響SDN在光網絡領域的應用和推廣，通過積極參與全球傳送SDN互聯互通測試，有利于推動傳送API標準的日趨成熟和完善，滿足運營商傳送網多廠商、多域組網的需求。

圖11 跨域拓撲和業務的拓撲視圖

5 結束語

本文提出了一種基于傳送API的集中交換型POTN設備建模方法，對ONF T-API規范在這方面的不足進行了補充和完善。POTN是今后一段時期內傳送網建設的主要設備形態，可用于提供以太網專線業務、5G承載等，是這幾年傳送SDN應用研究一直重點關注的傳送技術領域。本文提出的建模方法對于推動傳送SDN在POTN建設中的部署應用具有重要的借鑒意義。目前ONF T-API標準還在不斷的發展和完善之中，筆者將結合國內運營商的組網和業務發展需求，積極推動傳送API相關標準的成熟完善。在后續工作中，將進一步擴展試驗的內容，以支持更復雜的網絡功能和更多的應用，如保護恢復、OAM監視和BoD業務等。

[1]ITU-T.Types and characteristics of optical transport network equipment:G798.1[S].2013.

[2]ONF.Functional requirements for transportAPI:TR-527[S].2016.

[3]ONF.Additionalmulti-layer and multi-domain use cases[S].2016.

Research and practice of POTN equipment m odeling method based on transporrt API

JING Ruiquan,HU Qian,ZHAO Guoyong
Beijing Research Institute of China Telecom Co.,Ltd.,Beijing 102209,China

How to controlpacketenhanced OTN (POTN)equipmentby using hierarchicalSDN controllers is the research focus of the transport SDN,which involves reasonable modeling of POTN equipments.Firstly,the status of POTN equipment modeling method based on transport API was analyzed.Then a modeling method for centralized switching POTN equipment was proposed.During OIF/ONF 2016 global transport SDN prototype demonstration,the proposed modeling method was verified by testing.

transport SDN,transport API,information model,POTN

TN914

：A

10.11959/j.issn.1000-0801.2017075

荊瑞泉（1972-），男，中國電信股份有限公司北京研究院教授級高級工程師，傳送網專業專家，主要研究方向為傳送SDN、OTN、網絡運營系統等。

胡騫（1988-），男，博士，中國電信股份有限公司北京研究院工程師，主要研究方向為傳送SDN和網絡運營系統。

趙國永（1978-），男，中國電信股份有限公司北京研究院系統架構師，主要研究方向為傳送SDN、軟件系統架構等。

2017-02-07；

2017-03-09

超高速寬帶通信北京市重點實驗室資助項目（No.BZ0268）

Foundation Item:Beijing Key Laboratory on Ultra High-Speed Broadband Communication（No.BZ0268）