基于大数据的SDON技术在光纤通信领域的应用

2022-08-17韩少宇

通信电源技术 2022年8期

韩少宇

（31121部队，河南新乡 221000）

0 引言

随着我国通信领域的不断发展和“三网融合”“宽带中国”等一系列战略的实施，大数据等技术进一步推进了光纤通信领域的建设和发展，虚拟现实、新兴移动互联以及智能制造等需求逐渐增多。通信业务在数据传输速率和网络稳定性、时延等方面均有着较高的要求，基于大数据技术的支持，能够实现数据超高速、大容量传输，提高光纤传输的智能化水平[1]。为了实现超高速、大容量传输，光纤通信需要借助大数据技术进行智能化转型，结合软件定义网络（Software Defined Network，SDN）技术重构扩展层，使光纤网络更加智能、灵活、高效。通过分析光纤通信在大数据背景下的发展趋势，引出软件定义光网络（Software Defined Optical Networks，SDON）在光纤通信领域的应用。

1 大数据技术与SDN技术概述

1.1 大数据技术

大数据是需要新处理模式才具备强大洞察能力、决策能力以及流程优化能力的海量、高增长率信息资产，而大数据技术则是对大数据进行处理的一种新一代信息技术[2]。大数据技术的特点主要包含4个方面：一是计算速度快，可以快速分析数据；二是能够存储巨量数据，同时对海量数据进行处理；三是具有较高的商业价值和应用价值，能够为人们的日常决策提供有效支持；四是可以抓取、收集类型繁杂的数据，充分满足人们的使用需求。随着光纤通信网络产生的数据量不断增加，人们对数据处理能力、传输能力以及存储能力的要求均有所提升。目前，大数据技术已经应用到各行各业，通过大数据技术可以对海量数据进行处理和存储。

1.2 SDN技术

大数据时代，人们对光纤通信的传输速率、可靠性、带宽以及时延等方面均提出了更高的要求。同时随着电子产品的不断增加，对光纤通信的稳定性和高效性也提出了更高的要求。当前光纤传输的网络虚拟化水平不高，无法满足云业务及相关业务链重组需求，且在扩展性和灵活性上也有待提升。对于光纤通信目前存在的这些不足，可以通过SDN技术来弥补。

1.2.1 SDN技术的概念

SDN技术属于网络开放式、软件集中化控制的一种新型网络架构技术，能够通过OpenFlow协议实现数据转发和数据管控相互分离，并通过标准化接口和软件编程集中管控网络，促使网络资源得到充分利用，提高网络运行效率[3]。SDN技术概念图例如图1所示。

图1 SDN技术概念图例

根据图1，大数据技术能够整合全球网络数据资源并通过转发功能f(Map)向控制程序转发，基于SDN技术的控制程序将全球网络资源信息传送至网络操作系统，由该系统对收到的数据资源进行集中管控，从而形成满足用户需求的各类数据包，并将各类数据包转发给用户。为了充分发挥SDN技术的网络集中管控作用，必须结合大数据技术对网络资源进行整理。

1.2.2 基于大数据的SDN架构和功能

SDN属于新型网络架构，通过这种架构能够进一步细化大数据技术对网络数据的处理，使数据转发和存储的性能得到提升。基于其智能化的集中管控功能，可以提升光纤通信传输效率，使用户获得更好的网络体验。对于SDN技术架构而言，排除其与大数据之间的结合部分，可以分为基础设施层、控制层以及应用层3个部分。其中，基础设施层位于最底层，是与大数据处理后的网络数据连接最紧密的一层。通过标准化设备接收大数据转发的整合数据，利用OpenFlow协议由SDN控制软件或操作系统对设备中接收的数据进行控制，实现数据控制和数据转发的相互分离[4]。操作系统获得数据后会根据用户传递的需求信息对网络数据进一步整合，以形成用户所需的数据包。通过应用程序接口（Application Program Interface，API）将数据包传递给用户，从而帮助用户从网络中获取自身实际需要的数据内容。SDN技术架构如图2所示。

图2 SDN技术架构

SDN具有数据控制和转发相互分离的功能，并且能够实现硬件设备通用化、标准化升级和软件可编程集中管控。基础设施层中的网络设备负责对数据存储和转发，也能够对业务的特性解耦，这些在大数据技术的支持下均比较容易实现。采用SDN控制软件能够实现可编程管控，其网络运行及控制均通过服务器来完成。通过对流量、路由等网络参数进行实时配置，能够快速开通定制业务，并且有效缩短各类应用和业务耗时。除此之外，SDN技术能够兼容大数据技术的部分功能，如数据存储、数据转发、数据整理等。

2 大数据背景下光纤通信的发展现状及趋势

2.1 大数据背景下光纤通信的发展现状

大数据背景下，通信行业存在海量的数据需要处理，大数据技术主要用于存储通信数据、优化通信网络以及构建通信大数据平台。光纤通信所面临的网络环境比较复杂，网络与业务之间存在不匹配的情况，在开展网络建设时，前期建设和后期的运营成本较高，导致大数据技术在光纤通信方面的应用比较乏力。硬件设备属于专用设备，网络结构整体比较复杂，建成后很难对其变动，普遍存在扩展性、灵活性不足的问题。当前使用的光纤通信网络在出现新业务的情况下，需要通过增加设备、扩容等方式来实现业务开通，导致网络资源的整体利用率降低，对用户需求的响应较慢。此外，光纤通信在运营维护时，因建设方包含多个厂商，导致运营成本增加。

近年来，随着高清视频、宽带以及云业务的不断发展，各类新兴业务对光纤通信各方面指标的要求也有所提升，光纤通信网络架构应提升适应性和灵活性，针对各类业务特点给予网络支撑。对于云计算业务而言，主要通过分层架构来完成边缘计算，可以降低业务传输时延，并减少信令开销。在大数据背景下，光纤通信不仅需要面临大量且复杂的数据处理工作，而且还需要不断解决新兴业务带来的问题。

2.2 大数据背景下光纤通信的发展趋势

随着大数据、物联网等新一代信息技术的发展，光纤通信也根据应用需求的变化而不断发展，具有低损耗、低成本以及抗干扰等诸多特点，同时其传输容量在持续增加[5]。由于数据存储、传输以及转发量越来越大，光纤通信必须具备足够大的带宽，以满足业务方面的需求。

当前光纤通信的安全保障由多个方面组成，包括可靠的设备功能模块、网络恢复机制以及1+1系统备份。由于网络业务对光纤通信的稳定性和安全性要求非常高，如果出现网络连接中断，将会对所有涉网业务产生严重影响，因此要保证光纤通信具备防护机制，网络恢复时间达到毫秒级[6]。电子商务、超高清视频、移动互联网以及5G通信业务均要求较低的网络时延，对此需要进一步降低光纤通信网络时延，从而满足当前商业需求和服务需求。

在大数据时代背景下，网络业务逐渐增多，网络应用也越来越复杂，光纤通信需具备较强的协同性和开放性。不同光纤网络之间需要相互联通、多点协同，从而实现业务快速匹配，有效提升网络资源利用率。

3 基于大数据的SDON技术在光纤通信领域中的应用

在大数据技术和SDON技术的影响下，光纤通信正朝着智能化方向不断发展，基于大数据的SDON技术为光纤通信领域注入了新活力，可以为新业务的开展提供支持。

SDON技术的核心在于数据控制平面和转发平面之间相互分离，使底层网络实现虚拟化，通过可编程控制实现网络管控。将SDON技术引入到光纤通信领域，用户能够自主设置带宽、路由等内容，可以对网络资源灵活调配，有效提升光纤通信传输的灵活性、扩展性[7]。

与传统的传输网络相比，SDON具备更加突出的优势。首先，其业务定制灵活多样，能够借助大数据技术强大的可编程控制软件和计算功能实现复杂环境下的连接控制和路由控制，从而满足新业务对光纤通信的需求。其次，借助大数据下的可编程控制软件，能够对光纤通信网络资源进行实时动态化调整，从而提升网络资源利用率。再次，实现了数据转发与控制的分离，借助大数据算法智能化管理网络，有效规避了传输节点设备重复建设，减少建设成本[8]。最后，通过大数据可编程控制能够促进网络底层设备标准化，从而使各设备厂商、类型之间实现相互联通，提高了光纤通信运营的安全性，并提升了光纤通信网络运营的效果[9]。

SDON技术继承了SDN技术的优势，同时借助大数据的可编程控制、虚拟技术以及先进算法实现了光纤通信网络功能重建和智能化编排，提升了通用服务器、存储设备以及交换机的容量，使光纤通信整体建设的成本得以降低，并提升了光纤通信的智能化运营能力[10]。