智能光網絡技術及發展

曾雅寧

（75841部隊92分隊，廣東 湛江 524094）

0 引 言

物聯網和云計算等寬帶應用的迅速發展，給光網絡的承載傳輸提出了更高的要求。就目前而言，智能光網絡憑借其高速傳輸、多元化應用以及動態、智能化資源配置等優勢逐漸占據信息網絡技術的主要地位。然而，目前光網絡的智能化程度還不夠高，用戶服務多樣性還不能滿足日益增長的現實需求。不斷研究、總結智能光網絡技術的發展現狀，不僅有助于相關技術理論體系的完善，同時對探討技術的創新與發展也具有積極的指導意義。

1 智能光網絡的基本概述

智能光網絡技術是一種以控制軟件為核心，以信令協議為驅動，能夠按照用戶要求實現光網絡資源自動分配和智能調度的新一代光網絡組網技術[1]。與傳統光傳送網相比，智能光網絡引入了信令控制、動態交換以及策略驅動等概念，并提出了業務層與傳送層之間的自動協同工作機制，通過網元信令協議來實現網絡拓撲自動識別和智能交換的目的，具有一定的新穎性。智能光網絡技術實現的流程包括以下兩點，一是以網元間信令協議、路由協議以及鏈路管理協議為基礎達成控制層與傳送層通信，實現網絡和鏈路資源的自動識別統計。二是以傳送層和交換層的數據為基礎，通過智能控制層進行呼叫連接的建立，完成端到端業務配置、智能路由設置以及自動網絡恢復等功能。智能光網絡可以支持IP、Frame Relay以及ATM等模式信息的集中接入和統一傳輸，初步實現了網絡資源的智能化分配和端到端動態路由配置，滿足多種用戶的不同需求[2]。同時，能根據用戶需求實現網絡業務一體化智能派發，許多需人工進行的操作由網絡本身即可自動完成，是未來光網絡技術的主要發展方向。

2 智能光網絡技術的分類

2.1 基于多協議標志交換協議的光網絡

基于GMPLS的自動交換光網絡（Automatically Switched Optical Network，ASON）是指通過信令協議控制完成光網絡自動交換傳輸功能，具備動態配置網絡資源能力的新一代光傳送網絡[3]。ASON/GMPLS的核心變化就是在傳統光傳送網的基礎上，將資源統計、信令轉發以及路徑管理等功能從管理平面中剝離出來形成單獨的控制平面，由傳統的兩個平面演變成3個平面，基本網絡架構見圖1。傳送平面負責透傳業務，控制和管理平面負責通過GMPLS協議對傳送平面資源進行統計操作，并進行路由的動態建立和刪除、故障的快速定位與恢復，初步實現網絡資源的按需分配。ASON可以在光層上直接提供服務，能夠快速配置用戶端到端路由并為用戶帶寬提供保護，實現網絡安全級別的不同劃分和網絡資源的更有效利用。ASON首次將信令協議引入傳統傳送網，并引入動態交換的概念，使交換和傳送兩個領域出現交集。通過引入智能控制平面來建立路由的呼叫和連接，是傳送網技術的一次重要突破，為光網絡實現智能化邁出重要一步[4]。

圖1 ASON網絡架構平面圖

2.2 基于路徑計算單元的光網絡

基于PCE的自動交換光網絡是在控制平面獨立于管理平面的基礎上，再將路徑管理和路由計算功能從控制平面中獨立出來，實現端到端路由集中式計算的平面模式。PCE采用獨立的路徑計算單元，主要負責多層域網絡中的網絡結構優化管理和路徑的計算，在網絡資源利用率、路由優化計算等方面具備更高的效率[5,6]。獨立于控制平面的計算功能架構可以有效地提高網絡資源配置效率，集中的信息維護方式可為實現復雜的多約束路徑計算提供根本保證。此外，PCE加強了異構網絡互聯互通特性和路由尋址的可擴展性，減輕了大量計算對于網絡設備的沖擊，保證了最佳的計算效率與較高的路徑計算能力，提高了網絡資源利用率。通過充分考慮不同層域網絡的資源約束以獲得高效的資源配置方式，有效增強光網絡靈活性、擴展性以及易控管性的要求。但PCE功能比較單一，不能單獨形成網絡結構，需要協同其他技術應用，因此只能應用于特定的網絡環境。

2.3 基于軟件定義的智能光網絡

軟件定義光網絡（Software Defined Optical Network，SDON）是指以光傳送物理資源為基礎，通過軟件編程的方式對光網絡結構和功能進行動態規劃和管理，快捷實現按要求提供服務的光網絡體系架構。SDON是SDN與光傳送網結合的技術，是光網絡組網技術由面向連接需求到面向業務需求的轉變，其核心在于通過軟件驅動，進一步強化光網絡資源按需分配的特性[7]。網絡平面架構如圖2所示。

圖2 SDON網絡架構平面圖

SDON技術通過OpenFlow、NETCONF等南向接口協議的擴展，實現對網絡設備單元的基礎管理功能，并初步達成業務配置、QoS、OAM、業務保護以及網絡性能統計等功能，有利于實現多層域多約束的光網絡控制，更好地滿足用戶對光網絡進行編制的基礎需求。通過網絡虛擬化映射機制，利用軟件編程方式動態定制網絡結構，充分發揮網絡基礎設施的資源優勢，最大限度地提高網絡資源的有效利用率，提高網絡的運維效率并降低維護成本。通過軟件控制對業務邏輯、控管策略以及傳輸資源進行編程管理，為各層域不同的光層資源提供統一的調度能力，以滿足復雜化和多樣化的用戶需求，使用戶以更快的速度獲得想要的功能服務[8]。

SDON架構突出了應用功能與控管功能的相結合，初步實現了由以連接過程為核心的閉合式控制到以組網過程為核心的開放式控制的模式轉變，在業務網與傳送網之間具備統一調度與控制能力，具有很好的應用前景，代表了新一代智能光網絡技術組網和應用的發展方向。

3 智能光網絡技術的未來發展

3.1 全光網絡進一步推進

全光網絡是智能光網絡的基礎支撐，主要提供底層傳輸層和交換層的物理資源。一是提高光傳送層傳輸性能。研究超密集波分復用傳輸技術和數字相干技術，提高光纖傳輸容量并減小傳輸固有損耗，提高設備接收靈敏度和信道均衡能力，降低OSNR光信噪比，同時研究具備更高增益的編碼糾錯技術以提升系統的健壯性，提高光纖傳輸的可靠性[9]。二是設計和改進光背板光路連接交換矩陣，最大限度地將手動尾纖跳接演進到光背板連接，實現光纖通路的小型化和光纖設備的高密集集成化。改進靈活柵格技術以解決光波長的可重配問題，實現波長和子波長級交換控制以及波長和波長組的實時業務按需配置。三是研究多維度光交叉模塊和智能光絲編織技術，利用管理軟件控制任意方向和任意光口間的光路徑互聯互通，將不可變的光物理鏈路變成物理性能可感知、可調節的動態光信道，最終完全實現光路端口全互聯和光路交換的可編程特性。近年來，得益于DWDM技術的廣泛應用以及光邏輯和光存儲技術的重大突破，智能光網絡傳送技術將迎來進一步發展。

3.2 深入研究光網絡虛擬化技術

未來，智能網絡需要保證在滿足光傳輸性能前提下，能滿足多用戶特定訪問和多網絡資源混合使用模式需求，因此需要通過光網絡虛擬化管理來提供針對應用的網絡服務。一是深入研究跨層域光網絡物理層資源一體化模型抽象提取算法，進而完成對光網絡的映射和封裝，提高光網絡資源虛擬化分配效率。重點突破光傳輸模式與光網絡資源之間的物理特性限制，解決將光層物理損耗抽象提取并映射到光網絡虛擬層的問題。二是統一開放性網絡接口標準技術。研究統一架構下的南向接口，增強拓撲管理和鏈路發現等工程控制，以強化對基礎網絡的控制和資源的利用。通過向應用層開放的北向接口，加強策略制定、表項下發等軟件應用功能開發，使業務應用能夠充分便利地調用底層光網絡資源。三是加強網絡管理平臺研究，通過管理軟件將應用服務與物理層網絡設施分離，屏蔽物理平面細節并根據用戶的等級權限開放相應范圍的光網絡虛擬資源，讓用戶根據業務需求定義整合網絡資源，使用戶在應用層上能夠直接實現光資源的規劃、配置以及管理，從而提高應用的靈活性[10]。

3.3 網絡集中管控與智能運維增強

未來智能光網絡還應具備智能的網絡資源規劃和統一網絡管控功能，可進行以業務性能為目標的智能優化和以業務監測為基礎的智能故障分析與排障。一是強化基于統一數據模型的運維管理。通過定義統一的數據模型增強不同廠商設備之間的兼容性與互通性，實現全光網絡的組網可編排與資源可調度。進一步標準化基于分布式的控制器層間接口協議，實現網絡區域劃分和跨層網絡資源的最優配置，降低因為不同網域間的數據沖突而導致的系統性能劣化。采用高精度波長監控技術對底層光網絡資源進行監控并數字化，確保網絡資源統一調度。二是提高基于機器學習的網絡智能化運維。智能化運維管理將是未來智能光網絡的重要特點，可以通過引入人工智能AI自動提取承載網絡運行參數。通過對承載網絡進行大數據分析形成對網絡運行情況的全面掌控，提高網絡的運行維護和管理效率，進而實現網絡運維管理的智能化配置。三是強化基于網絡安全的控管機制。針對集中控制可能給網絡安全帶來更大的風險，需要實現物理層與控制層以及應用層的有效隔離，建立備份機制來確保網絡的抗毀性。針對傳送信令對網絡資源消耗較大的問題，可將協議擴散限定在一定的網絡區域范圍內，提高業務保護恢復性能，確保網絡安全穩定運行。

4 結 論

智能光網絡是未來光網絡技術一個新的重要發展方向。未來智能化光網絡技術的光層智能化程度將會越來越高，其網絡復雜程度和技術標準含量也會越來越高，可以實現全業務、全光域的統一接入、交換以及傳輸。隨著信息技術的不斷發展，智能化光網絡的多樣化服務將會得到進一步提高，其應用將逐步滲透到社會各行業、人們的日常生活以及特殊領域當中，真正實現網絡業務的方便快捷，滿足用戶日益增長的業務需求。