在SDON中面向成本优化的虚拟光网络映射方法

陈伯文　王晓玲　沈纲祥

摘要：结合软件定义光网络和光网络资源虚拟化的技术背景，对虚拟光网络成本优化问题进行了深入研究。在软件定义光网络中采用软件定义光网络基础服务架构和网络资源抽象的虚拟光网络服务架构，通过引入虚拟光网络的映射模型，提出了虚拟光网络映射策略和虚拟光网络协同映射规划方法，解决了面向成本优化的虚拟光网络映射方法，可为未来光网络虚拟化技术的应用提供技术支撑。

关键词： 软件定义光网络；虚拟光网络；网络成本优化；映射方法

Abstract： In order to address cost optimization problems of virtual optical network （VON） mapping， software-defined optical network （SDON） architecture and VON mapping architecture are proposed. With the VON mapping model， the VON mapping strategies and the coordinated virtual nodes and virtual links mapping approaches are proposed to reduce the network cost. Network cost optimization problems are solved by the proposed VON mapping approaches. Therefore， some important technical supports will be provided by employing the proposed VON mapping models and approaches in the future.

Key words： SDON； VON； network cost optimization； mapping approach

随着超高清视频业务、移动业务、大数据、云服务的快速增长，互联网业务与应用呈现出巨大带宽增长态势，正推动光网络资源向着开放性方向发展。在大规模光组网和多种网络技术融合的背景下，不同网络资源之间相互耦合与叠加，形成了多种网络的运营环境，加剧了网络业务调度、网络资源管理、网络运营成本控制的难度，特别是在大规模组网结构下网络资源效率问题。针对这一难题，可以根据用户实际需求出发，通过软件定义光网络组件可编程技术，充分运用网络功能与网络资源虚拟化技术，通过业务统一控制、管理、分发，采用网络资源虚拟化抽象功能，提高网络灵活控制与管理能力。为了适应光网络虚拟化技术的快速发展，通过把软件定义光网络资源抽象方式，用户能够灵活自由配置所需的网络资源，网络运营商能够最大程度地利用网络资源，并能够保证光网络服务质量。因此，研究光网络虚拟化优化技术将成为关键问题。

在虚拟光网络（VON）的服务需求驱动下，光网络虚拟化可以消除光网络的资源分配与调度僵化，促进光网络架构和服务的创新[1-5]。虚拟光网络能够使用户在同一个物理光网络配置需要的带宽资源，以满足用户动态可配置光层的网络资源要求。同时，在虚拟光网络映射到物理光网络中，需要考虑虚拟光网络映射的生存性[6-9]，以保证网络高可靠近的服务质量。用户通过网络运营商提供标准接口运行不同的网络资源，以降低网络成本、节省能量消耗、提高频谱效率。为了使虚拟光网络映射到软件定义光网络，需要根据不同优化目标，提出相应的虚拟光网络映射算法，从而解决虚拟光网络[10-13]的映射问题。在软件定义光网络中，为了提高网络的管理和运营能力，通过恰当选择承载业务的线速率和相应调制格式，提出多目标成本和频谱优化方法[14]，保证网络的成本和频谱效率最优化。从多层网络资源优化设计入手，通过多流光转发器的切片化，采用了网络成本效率评估模型，可以有效减少网络的成本[15]。然而，这些文献都缺乏对虚拟光网络成本优化问题的研究。

一般地，为了满足用户对网络资源的灵活配置需求，软件定义光网络通过资源虚拟化的服务方式，使不同用户能够通过规范的接口，在同一个软件定义光网络中灵活配置与调度网络资源，以满足用户或网络运营商的服务需求。然而，如何把虚拟光网络映射到软件定义光网络中，是提高光网络的频谱效率、降低网络成本、节省网络能耗的关键问题。本文主要介绍软件定义光网络基础服务架构，讨论基于网络资源抽象化的虚拟光网络服务架构，通过引入虚拟光网络的映射模型，提出虚拟光网络的映射策略和虚拟光网络协同映射规划方法。

1 基于软件定义光网络的

虚拟光网络服务架构

1.1 软件定义光网络服务架构

软件定义光网络 （SDON）是指光网络的物理基础结构和网络功能可以根据用户或运营商需求，利用软件编程的方式进行动态接入、管理、控制、调度。图1展示了软件定义光网络服务架构，主要包含软件定义光网络物理基础结构、物理光层控管平面、网络资源控管平面、应用服务控管平面。首先，软件定义光网络的关键部件是基于开放流（OpenFlow）协议控制器。它拥有全局的网络拓扑信息、进行全网拓扑信息获取与维护；可以获取全网资源信息状态，并进行网络资源虚拟化抽象，集中网络资源信息，以及统一分配与调度资源；根据网络业务流量服务需求，对业务进行路由计算、控制网络流量、记录业务转发状态。其次，网络控制器一方面通过OpenFlow控制协议对物理光层信号质量监控和网络资源虚拟与抽象，对网络节点进行智能软件编程控管；另一方面，通过扩展网络虚拟资源协议，采用网络层控制器与应用层控制器协同联动控管技术，应用层控制器通过对应用服务请求的接入功能进行调控，优化网络资源配置与节省网络运营成本等。最后，基于OpenFlow协议控制器的核心功能在于光网络组件的可编程性，包括网络业务处理方式可编程、控制与管理方法可编程、传输设备功能可编程等，并且具备业务动态灵活配置与开放式控制接口的最佳适配能力。根据设计不同的目标函数，通过引入不同的虚拟光网络映射模型，按照预先设定的虚拟光网络映射策略与算法，运行不同的虚拟光网络映射方法，提高软件定义光网络的资源利用效率和降低网络运营成本。