面向软件定义的光传送网

中国联通研究院 | 师严 简伟 张沛

中国联通集团网建部 | 赵怀罡

随着云计算、数据中心的广泛应用，出现各种不同类型的新业务新应用，近年来网络P2P、在线应用及视频业务都呈现出爆炸式增长。预计到2020年，全球网络每年的总流量将达到127EB，这一数字是2010年的33倍。新应用以及新业务的加速涌现，使得带宽需求增长迅猛，因此对传统光网络也提出了巨大挑战。单以中国为例，未来4～5年干线网流量的年增长率会达到60%～70%，骨干网总带宽将从64Tbit/s增加到150Tbit/s，甚至200Tbit/s以上。

目前骨干层面主要采用光传送网技术进行组网，而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。但在海量带宽的冲击下，这种带宽预测和业务调度的方式效率低下，因此，需要建立一个灵活、开放的新架构，能够实现业务的自动部署、带宽可以瞬时调整，为此传送网可以引入软件定义的OTN架构。

软件定义的光传送网

软件定义的光传送网，顾名思义，是通过硬件的灵活可编程配置，实现传送资源可软件动态调整的光传送架构，如图1所示，其通过灵活可变的光、电功能模块，构建高速、低功耗可编程的光系统，并能够支持OpenFlow等标准控制接口协议以及开放式应用接口（API），可以利用可编程传送控制器（Programmable Transport Controller）实现光网可编程化以及资源云化，从而为不同的应用提供高效、灵活、开放的管道网络服务。软件定义的光传送网具备“弹性管道”、“动态带宽”、“编程光网”三大特性。

就软件定义的光传送网络而言，主要包含Flex OTN、Flex Transceiver、Flex ROADM三大关键特征。

Flex OTN

随着业务速率的提升，采用固定速率OTUk接口进行业务映射、封装、成帧处理，已经不能满足运营商对超高宽带、带宽灵活可配置的需求。因此，在原有OTN的基础上，Flex OTN将灵活的OTN处理与可编程的光层结合在一起。通过网络设备层的标准化接口Openflow等，可以为Flex OTN提供跨多设备形态的统一控制，实现可编程化的光网络在光层实现更精细的子波长带宽的调度，实现灵活的业务适配。因此，Flex OTN不仅扩展了OTN的灵活性，同时又能很好地兼容现网，满足了网络对未来多业务灵活、高效率承载的需求。

图 软件定义的光传送网络架构

Flex Transceiver

Flex Transceiver采用通用硬件结构，能够实现单套硬件满足多种应用场景，克服了传统Transceiver硬件结构单一、码型板卡无法对应用场景自适应等缺点，结合Flex OTN以及Programmable Transport Controller技术，可根据实际业务情况，对光层带宽资源进行合理优化分配，实现流量的精细化运营，同时降低网络整体功耗。

Flex ROADM

随着400G/1T+等超高速传输技术的出现，如何更高效地利用频谱资源成为大家关注的重点。因此迫切需要打破原有固定通道间隔被打破，Flex ROADM能够实现极小的带宽间隔，并能够实现任意带宽、任意光通道之间的无损交换在光层可实现更精细的子波长调度。

软件定义光传送网的优势

简化运维，优化性能

由于传统网络中单板类型种类繁多，增大了备料成本以及运维成本，同时也增加了运营商的Capex和Opex。Flex OTN、Flex TRX、Flex ROADM均采用通用硬件架构，可实现单板硬件归一化；同时，由于光模块可软件编程，并且能够自定义速率、码型等，可以减少网络备件数量，加快开局速度，有利于业务的快速开通和部署；在维护优化阶段，光纤和光器件老化导致传输性能下降时，也可以通过改变调制码型，优化系统性能。

弹性管道，带宽精细管理

弹性管道，作为软件定义的OTN的优势之一，通过将带宽资源管理和使用精细化，实现带宽资源的高度利用。网络控制器通过标准控制接口，根据上层业务流量的大小，通过可编程的光层硬件，对设备进行重构，从而达到调整管道的目的。，因此，既可以节约网络带宽资源，提升了带宽利用率，同时降低了设备整体功耗，实现绿色节能。

网络灵活可编程

软件定义的OTN所具备的“编程光网”，使得光网针对不同的应用可以提供不同的网络资源，作为业务的一部分为运营商提供增值服务。通过提供开放式API，将网络能力抽象给应用层，同时应用层业务驱动网络根据个性化需求来建立连接，使得客户基于标准化接口简易实现自助化网络定制，并提供代维代管的服务，从而与客户、内容提供商产生更紧密、互利的深入合作关系，从而共创新的盈利增长点。

流量、距离自适应

软件定义的OTN，可以根据光路的长度和经过的跨段数灵活选取适当的调制格式以及频谱资源，小跨段数短路径可以选择满足OSNR要求的高阶调制格式，跨段数较多、传输距离长的光路，可以采用占用带宽大，但是在低OSNR下能够正常工作的低阶调制格式，从而更有效利用线路频谱资源，提高频谱效率。

对于业务呈现多样化的云网络时代，传统的光传送网已无法满足光网络高效、灵活、开放的新需求。软件定义的OTN，在弹性管道的基础上提供即时带宽管理、集中式控制虚拟化网络资源以及开放的标准化应用接口，更关注于高效、灵活、开放的控制平面，实现一个灵活开放的新架构，是未来网络演进的重要方向。