OTN網絡引入SDN技術的探討

鄔張帆

（湖北郵電規劃設計有限公司，湖北 武漢 430023）

0 引 言

OTN技術在傳統的WDM波分復用技術基礎上，借鑒SDH分層結構特點，擴展分組處理功能，在新一代光傳送網中實現了實時監控、保護及管理等功能。OTN技術具有低成本、靈活調度及大容量的應用優勢。我國的通信運營商將其應用于省際、省內及城域骨干網的建設。

1 OTN技術特點

OTN技術的優點在于大帶寬和低延時，能滿足5G網絡高速傳輸的要求。通過干線和核心層，引入超100G的光電混合交叉技術，有效提升了單纖傳輸容量和節點交換容量。在匯聚層采用OTN技術有效解決了寬帶瓶頸，實現了透明傳送、OAM保護等功能，同時有效應對了5G網絡涌現的新業務，保障了網絡運行的質量。隨著新業務的發展，接入業務帶寬需求增加，從而要求OTN下沉部署，構建涵蓋核心層、匯聚層及接入層的OTN網絡，實現承載業務的光速直達。可見，OTN技術已成為未來網絡發展的重要趨勢，將為促進我國科學技術發展貢獻力量。

2 OTN網絡控制平面技術發展狀況

根據傳播范圍的不同，通信骨干網的拓撲結構有所差異。例如，省際、省內骨干網采用網狀結構，而城域骨干網采用環形和網狀并存的拓撲結構。OTN設備采取平面靜態組網，基于NMS系統實現端對端的管理和連接。當前組網沒有廣泛采用OTN設備控制平面。為改善網絡管理和連接問題，在未來省際、省內的骨干網建設中采用網狀拓撲結構，以適應OTN網絡控制平面運行條件，并在此基礎上采用ASON、SDN技術優化網絡。

城域傳送網架構分為核心層、匯聚層及接入層。市到縣的系統結構，鄉鎮、縣城的匯聚層、接入層，采用環狀拓撲結構；市區匯聚層、接入層的接入環，同樣采用環狀拓撲結構；對于較小的通信范圍，不需要網狀拓撲改造。

從業界趨勢看，控制平面從分布式向集中式控制方案演進。未來建設中制定網絡設備的數據接口標準，以實現網絡控制、轉發分離，進而通過控制平面開放API，構建更加靈活的網絡[1]。

3 OTN網絡三大發展階段

為使OTN網絡平滑演進，設備、軟件改進將分三大階段進行。

3.1 第一階段

第一階段，控制平面采用分布式ASON，可提高網絡的智能化、自動化水平，同時可自動創建端對端鏈路，自動恢復業務。平面控制方案采用GMPLS解決方案，涉及路由、信令以及鏈路管理協議。

3.2 第二階段

第二階段呈現分布式ASPM、集中式平面控制的特征。基于全局優化的理念，保留分布式ASPM的管控優勢，利用集中式控制器改善分布式ASON的缺陷，實現全局最優資源配置和業務路徑計算，提高網絡的整體運行效率，發揮路由的最佳效果。PCE和Openfbw是SDN兩種南向協議技術，但兩者并非替代關系，呈現兩者并存的特征，強化了網絡的適用場景。網絡向SDN演進，PCE比GMPLS/ASON更適合，而Openfbw的演進方向則更適合非ASON網絡向SDN演進。因此，PCE的解決方案更適合骨干網和城域核心，改造方向為MESH類恢復可靠性高的場景。Openfbw采用環狀、鏈狀拓撲結構，更適合接入網絡節點多的非ASON場景。PCE服務器采用批量優化算法，加之全網拓撲和業務數據，可進一步提高網絡資源利用率。PCE可定位路徑同步，從而與計算協議交互。相較于分布式平面控制，集中式更有利于規劃快速路徑，預覽光纖割接模擬，滿足在線實時分析，并預警異常的資源利用，同時便于工作人員預置路徑，及時告警出現的問題[2]。

3.3 第三階段

第三階段開放協同SDN，促使網絡面向服務，實現互聯互通。SDN控制器面向服務、端對端業務及終端用戶。利用開放的北向API，它可為工作人員提供網絡編程的條件和相關應用功能，可在網絡上運行各種應用，正體現了SDN的核心價值。當協同器、控制器的接口滿足同一標準時，可采用開放協同的SDN方案。通過北向API接口的開放應用，減少兼容性問題。此外，對運維人員開放網管功能，增強網絡的整體管理，為業務穩定運營提供條件。

第三階段，SDN集中控制器平滑演進和技術升級的關鍵是PCE服務器。在原開放協同基礎上，增加多域協同和外部服務功能。北向API接口基于RESTFul技術的網頁服務開放接口，可向外提供Bandwidth on Demand（按需分配寬帶）、OVPN（光纖虛擬專用網）等增值服務。按需分配寬帶，可自動協調網絡的寬帶資源，將寬帶從多余線路向緊缺線路調集。光纖虛擬專用網則可為用戶提供安全、可靠的信息傳輸通道。南向接口為PCEP和Openfbw，前者定位路徑計算，后者定位業務創建、刪除以及連接等。

集中式控制器可按照業務需要，調整網絡資源分配策略，實時調度網絡資源，并要求支持路由、保護、QoS、寬帶、性能監控和安全策略等。例如，路由策略要求最短路徑、最小條數及最短時延等計算機制、保護策略是根據業務登記提供環網保護、永久1+1及動態重路由恢復機制。QoS及寬帶策略是根據網絡優先級靈活資源調整。為保證網絡的調度效果，需加入性能監控策略，并基于不同粒度業務進行監控；采用安全策略隔離各策略機制，從而避免相互影響。

根據SDN控制器的管理域大小和運算負載，分析實際運行效果。通過使用8核8 GB內存的刀片式服務器，可同時管理約600個節點。若控制的規模增大，需在控制器上添加集群技術。為解決跨層數據交換時因分布式平面控制方案導致的ASON不支持光電混合交叉、IP+光協同的多層網絡問題，以SDN協同調度跨層網絡拓撲和業務信息，并以FlexGrid算法分配波長頻譜資源[3]。

4 OTN控制平面演進策略和SDN OTN應用場景

基于多層、多域及光電混合的OTN業務調度場景，測試OTN平臺的PCE，發現OTN設備添加了PCE功能。此OTN設備可實現單域、多域及多層環境下的路經計算、自動發現和信令控制等功能。基于PCE的控制平面與分布式控制平面相比，在連接建立、保護恢復時間等方面的性能保持相對一致。

采用PCE的控制方案，可有效解決首尾不同的業務在競爭同一路徑資源時導致的恢復失效問題。采用集中式計算方案，可解決業務運行時的節點資源競爭問題，有效提高業務恢復率和恢復時間。在網絡資源分配方面，只要配置的服務器處理能力符合要求，PCE可同時計算多條業務路徑，再輔以相應算法，實現網絡資源的最優配置。在多層、多域組網環境下，PCE可協調端對端跨域路由計算問題，并有效提高多層網絡運行條件下的資源利用高效率。

由于OTN網絡的規模和歷史原因，未來建設的OTN網絡采用集中式和分布式并存的設置。SDN OTN利用ASON/PCE控制結構進行復雜的路由計算和信令控制操作。SDN控制器則負責路由計算、業務連接等操作。

5 結 論

隨著5G時代的到來，各通信運營商加快了網絡技術升級建設，將SDN、ASON和PCE等控制平面技術引入OTN網絡，有效解決了多層、多域造成的路徑計算資源競爭、協調保護等問題，進一步提高了網絡的運行性能。