浅谈SDN对广电光网络的影响

2015-09-27顾行洲张宇戴劲松

视听界(广播电视技术) 2015年6期

关键词：广电运营商控制器

顾行洲　张宇　戴劲松

江苏省广电有线信息网络股份有限公司南京分公司

浅谈SDN对广电光网络的影响

顾行洲张宇戴劲松

江苏省广电有线信息网络股份有限公司南京分公司

随着广电大力推进FTTH网络，光网络在广电网络中的地位越来越重要，有效地支撑着广电宽带、有线电视等业务的发展。同时视频业务、移动互联网、云计算等新型业务兴起，使得光网络承载业务的需求不断变化，光网络面临新一轮的发展机遇和挑战。随着业界掀起的ICT浪潮，SDN也逐渐从数据网络走进了光网络，成为了未来光网络的发展趋势。

SDN广电光网络

一、引言

SDN（Software Defined Network）即软件定义网络，是一种新型网络架构，网络虚拟化的一种实现方式。它是由美国斯坦福大学提出，核心是利用OpenFlow将网络的控制层和数据层分离来实现网络流量的灵活控制。

图1为ONF定义的SDN系统架构图。

该模型架构分为3层：基础设施层主要由SDN交换机构成；控制层是SDN软件，主要作用是向下直接与SDN交换机对话，向上为应用层软件提供开放接口，用于应用程序检测网络状态、下发控制策略；应用层是众多的应用软件，这些软件能根据控制器提供的网络信息执行特定控制算法，并将结果通过控制器转化为流量控制命令，下发到基础设施层的实际设备中。由此可见，SDN网络与传统网络最大的区别就在于SDN控制软件。

SDN网络的主要特征是：

（1）集中控制

集中控制使整个网络逻辑上看作是一台设备，不必对设备现场进行配置，大大提高了网络控制的便捷性。

（2）开放接口

SDN系统开放了南向和北向接口，实现系统与其他网络或应用的无缝集成，进而使应用能告知网络如何运行才能更好满足应用的要求。此外开放接口还能加快新业务上线的周期，因为用户可以基于开放接口自行开发业务和调用资源。

（3）网络虚拟化

随着南向接口的统一和开放，屏蔽了底层物理转发设备的差异，实现了底层网络对上层应用的透明化。逻辑网络和物理网络分离后，逻辑网络可以根据业务需要进行配置、迁移，不再受具体设备物理位置的限制。同时，逻辑网络还支持多租户共享，支持租户网络的定制需求。

二、SDN与光网络

现阶段广电光网络的发展面临着诸多新挑战：

（1）网络流量增长迅速，网络面临的扩容压力大；

（2）网络管理主要依靠人力，运维管理复杂；

（3）传统光网络采用设备和业务强耦合的方式，使得业务部署复杂，不能满足业务的快速变化。

光网络引入SDN技术可以很好的解决以上的问题，主要是通过控制层面与传送层面分离，同时采用集中控制策略，简化现有光网络复杂和私有的控制管理协议，开放网络接口和应用层接口，提供网络的可编程能力，满足未来数据中心光互联、网络虚拟化、业务灵活快捷提供、网络和业务创新等发展需求。目前光网络SDN化趋势已经越来越明显。

基于光网络SDN化的特点，光网络SDN采取的发展演进思路与数据网SDN化有所区别。同时，由于光网络骨干、城域和接入层的发展需求和所采用的技术不同，SDN引入主要有开放北向接口或者南向接口两条不同的技术路线。

（1）针对骨干波分、OTN网络，开放北向接口

骨干网OTN、DWDM等光网络设备控制平面支持能力好，可以基于现有ASON/GMPLS控制平面和集中路径计算单元PCE技术，通过扩展和增强PCE管控能力和开放北向接口，实现SDN集中控制，并对上层网络和应用提供开放可编程应用服务。该方案可以较好地保护现有技术投入，并有利于网络的平滑演进。由于光网络物理层私有信息多，南向接口协议的标准化难度比较大，南向接口将允许多种接口技术共存。

（2）针对接入PON网络，甚至PTN网络，开放南向接口。

接入网PON设备和PTN设备没有智能控制平面，但是可以直接在设备上引入openflow协议，实现南向接口的开放和标准化。该方案实现了南向接口标准化，有利于设备与业务解耦，简化网络节点功能，降低设备成本，便于运营商对多厂家海量城域和接入站点的集中管理控制。对于已经部署的现网设备，可以通过网管升级的方式实现集中控制器能力。

三、广电光网络引入SDN分析

传统的广电城域网和骨干波分网络都是针对相对静态和可预测的网络业务设计的，为家庭用户、酒店宾馆、企业、政府单位提供直播信号、宽带业务、互动电视回传通道等。业务的开通往往是通过复杂的IT/OSS系统使用不同厂商的API实施，同时用命令行或脚本进行人工配置。广电运营商通常需要花费几天甚至几周时间来开通这些业务，因为他们相信这些网络业务会长期存在。然而越来越多的分布式云架构业务的出现将对这种网络运营模式产生巨大的影响。

举例来说，有些企业用户要求广电运营商能够保证快速按需提供满足延迟、抖动和带宽要求的传输业务，传输链路要像数据中心一样在几秒钟动态建立和删除；有些企业用户要求广电运营商能为白天的网络业务处理和夜晚的数据备份提供不同的带宽服务，此时广电运营商需要考虑按需提供带宽或者预约带宽。

面对不同企业客户不一样的需求，广电运营商需要一种经济、快速的方式为这些企业客户提供高级的网络服务。因此，广电运营商需要摒弃传统的耗时的手工业务部署模式，同时需要通过快速提供新网络业务提升企业竞争力。为了实现这一目标，广电运营商需要在自身的光网络中引入SDN。

1.城域网

通过控制和转发的分离，城域网设备本身更多关注数据转发能力，业务功能可以通过集中部署的控制器实现对整个城域网的控制，并实现城域网设备物理形态的归一化。具体的典型应用有：

（1）利用虚拟化技术支持网络设备备份，并由SDN控制器统一管理，边缘设备只实现用户接入的物理资源配置。当其中一台边缘路由器出现故障时，其他冗余的边缘路由器能及时替代原有设备投入运行，无需重建用户会话和重新下发用户属性，真正做到对最终用户的无感知切换。

（2）利用SDN北向接口开放API供第三方应用及自营应用平台调用。管道能力封装平台实现智能管道能力资源编排及业务统一控制，生成流量控制、带宽提速等策略，再送到业务控制器，业务控制器根据策略生成相应的转发流表，再通过标准接口下发给转发设备。

2.OTN骨干网

传统的光网络基于固定速率的OTN接口、光层固定的频谱间隔以及逐层分离式管控，新增带宽基本采用滚动规划方式进行预测，业务调度主要采用OTN设备的ODUk交叉调度来实现，效率低下。通过引入传送SDN，主要的价值在于：

（1）实现传送网从“人工静态网管配置”向“实时动态智能控制”的演进，提高业务开通速度，简化网络配置和运维。

（2）实现对多厂商设备和多层多域网络的统一控制和管理

（3）通过提供新的网络能力和开放的北向接口，快速实现业务创新能力，如智能专线、虚拟传送网等业务。

3.IP+光协同工作

当前广电网络中IP与传送各专业分工清晰，各自独立规划、设计、运维，缺少融合；资源重复投资，缺少协同，最终造成网络流量疏导不足，网络利用率低下。新的云时代对于广电网络的需求是实现真实流量分析的模型、自动的网络调整、分钟级的响应时间和灵活的带宽颗粒。

从硬件上来看，如果把网络比作一台设备，那么路由器就是线路卡，光网络就是背板和交换网。IP/MPLS层起到业务发放和用户管理的作用，而光层完成流量的传送和保障可靠性的任务。从SDN 角度来看，初期IP层和光层各自的SDN控制器通过标准的接口互相协同，起到流量工程和多层优化的作用，后期IP层和光层将通过统一的控制器，统一控制IP层和光层不同的设备，完成所有的流量和策略任务。