OTN网络引入SDN技术的探讨

邬张帆

（湖北邮电规划设计有限公司，湖北 武汉 430023）

0 引 言

OTN技术在传统的WDM波分复用技术基础上，借鉴SDH分层结构特点，扩展分组处理功能，在新一代光传送网中实现了实时监控、保护及管理等功能。OTN技术具有低成本、灵活调度及大容量的应用优势。我国的通信运营商将其应用于省际、省内及城域骨干网的建设。

1 OTN技术特点

OTN技术的优点在于大带宽和低延时，能满足5G网络高速传输的要求。通过干线和核心层，引入超100G的光电混合交叉技术，有效提升了单纤传输容量和节点交换容量。在汇聚层采用OTN技术有效解决了宽带瓶颈，实现了透明传送、OAM保护等功能，同时有效应对了5G网络涌现的新业务，保障了网络运行的质量。随着新业务的发展，接入业务带宽需求增加，从而要求OTN下沉部署，构建涵盖核心层、汇聚层及接入层的OTN网络，实现承载业务的光速直达。可见，OTN技术已成为未来网络发展的重要趋势，将为促进我国科学技术发展贡献力量。

2 OTN网络控制平面技术发展状况

根据传播范围的不同，通信骨干网的拓扑结构有所差异。例如，省际、省内骨干网采用网状结构，而城域骨干网采用环形和网状并存的拓扑结构。OTN设备采取平面静态组网，基于NMS系统实现端对端的管理和连接。当前组网没有广泛采用OTN设备控制平面。为改善网络管理和连接问题，在未来省际、省内的骨干网建设中采用网状拓扑结构，以适应OTN网络控制平面运行条件，并在此基础上采用ASON、SDN技术优化网络。

城域传送网架构分为核心层、汇聚层及接入层。市到县的系统结构，乡镇、县城的汇聚层、接入层，采用环状拓扑结构；市区汇聚层、接入层的接入环，同样采用环状拓扑结构；对于较小的通信范围，不需要网状拓扑改造。

从业界趋势看，控制平面从分布式向集中式控制方案演进。未来建设中制定网络设备的数据接口标准，以实现网络控制、转发分离，进而通过控制平面开放API，构建更加灵活的网络[1]。

3 OTN网络三大发展阶段

为使OTN网络平滑演进，设备、软件改进将分三大阶段进行。

3.1 第一阶段

第一阶段，控制平面采用分布式ASON，可提高网络的智能化、自动化水平，同时可自动创建端对端链路，自动恢复业务。平面控制方案采用GMPLS解决方案，涉及路由、信令以及链路管理协议。

3.2 第二阶段

第二阶段呈现分布式ASPM、集中式平面控制的特征。基于全局优化的理念，保留分布式ASPM的管控优势，利用集中式控制器改善分布式ASON的缺陷，实现全局最优资源配置和业务路径计算，提高网络的整体运行效率，发挥路由的最佳效果。PCE和Openfbw是SDN两种南向协议技术，但两者并非替代关系，呈现两者并存的特征，强化了网络的适用场景。网络向SDN演进，PCE比GMPLS/ASON更适合，而Openfbw的演进方向则更适合非ASON网络向SDN演进。因此，PCE的解决方案更适合骨干网和城域核心，改造方向为MESH类恢复可靠性高的场景。Openfbw采用环状、链状拓扑结构，更适合接入网络节点多的非ASON场景。PCE服务器采用批量优化算法，加之全网拓扑和业务数据，可进一步提高网络资源利用率。PCE可定位路径同步，从而与计算协议交互。相较于分布式平面控制，集中式更有利于规划快速路径，预览光纤割接模拟，满足在线实时分析，并预警异常的资源利用，同时便于工作人员预置路径，及时告警出现的问题[2]。

3.3 第三阶段

第三阶段开放协同SDN，促使网络面向服务，实现互联互通。SDN控制器面向服务、端对端业务及终端用户。利用开放的北向API，它可为工作人员提供网络编程的条件和相关应用功能，可在网络上运行各种应用，正体现了SDN的核心价值。当协同器、控制器的接口满足同一标准时，可采用开放协同的SDN方案。通过北向API接口的开放应用，减少兼容性问题。此外，对运维人员开放网管功能，增强网络的整体管理，为业务稳定运营提供条件。

第三阶段，SDN集中控制器平滑演进和技术升级的关键是PCE服务器。在原开放协同基础上，增加多域协同和外部服务功能。北向API接口基于RESTFul技术的网页服务开放接口，可向外提供Bandwidth on Demand（按需分配宽带）、OVPN（光纤虚拟专用网）等增值服务。按需分配宽带，可自动协调网络的宽带资源，将宽带从多余线路向紧缺线路调集。光纤虚拟专用网则可为用户提供安全、可靠的信息传输通道。南向接口为PCEP和Openfbw，前者定位路径计算，后者定位业务创建、删除以及连接等。

集中式控制器可按照业务需要，调整网络资源分配策略，实时调度网络资源，并要求支持路由、保护、QoS、宽带、性能监控和安全策略等。例如，路由策略要求最短路径、最小条数及最短时延等计算机制、保护策略是根据业务登记提供环网保护、永久1+1及动态重路由恢复机制。QoS及宽带策略是根据网络优先级灵活资源调整。为保证网络的调度效果，需加入性能监控策略，并基于不同粒度业务进行监控；采用安全策略隔离各策略机制，从而避免相互影响。

根据SDN控制器的管理域大小和运算负载，分析实际运行效果。通过使用8核8 GB内存的刀片式服务器，可同时管理约600个节点。若控制的规模增大，需在控制器上添加集群技术。为解决跨层数据交换时因分布式平面控制方案导致的ASON不支持光电混合交叉、IP+光协同的多层网络问题，以SDN协同调度跨层网络拓扑和业务信息，并以FlexGrid算法分配波长频谱资源[3]。

4 OTN控制平面演进策略和SDN OTN应用场景

基于多层、多域及光电混合的OTN业务调度场景，测试OTN平台的PCE，发现OTN设备添加了PCE功能。此OTN设备可实现单域、多域及多层环境下的路经计算、自动发现和信令控制等功能。基于PCE的控制平面与分布式控制平面相比，在连接建立、保护恢复时间等方面的性能保持相对一致。

采用PCE的控制方案，可有效解决首尾不同的业务在竞争同一路径资源时导致的恢复失效问题。采用集中式计算方案，可解决业务运行时的节点资源竞争问题，有效提高业务恢复率和恢复时间。在网络资源分配方面，只要配置的服务器处理能力符合要求，PCE可同时计算多条业务路径，再辅以相应算法，实现网络资源的最优配置。在多层、多域组网环境下，PCE可协调端对端跨域路由计算问题，并有效提高多层网络运行条件下的资源利用高效率。

由于OTN网络的规模和历史原因，未来建设的OTN网络采用集中式和分布式并存的设置。SDN OTN利用ASON/PCE控制结构进行复杂的路由计算和信令控制操作。SDN控制器则负责路由计算、业务连接等操作。

5 结 论

随着5G时代的到来，各通信运营商加快了网络技术升级建设，将SDN、ASON和PCE等控制平面技术引入OTN网络，有效解决了多层、多域造成的路径计算资源竞争、协调保护等问题，进一步提高了网络的运行性能。