WSON和T-SDN——OTN网络演进研究分析

刘亚峰

中国电信江苏分公司省操作维护中心

0 引言

OTN作为融合了SDH和WDM技术优势的光传送网技术，问世十多年以来，随着芯片和光电技术的不断突破创新，一直在不断发展演进之中，并已经替代SDH成为了运营商最主要的多业务承载网络技术。

如何让OTN网络变得更加安全和更加智能，能灵活应对未来网络业务和技术的发展，是设备商和运营商追求的目标。尤其是这些年，云计算、物联网、5G等新技术和新业务的出现，更是迫切地要求OTN网络在提供高安全、大带宽、低时延业务的基础之上，还能支持网络切片（OVPN）技术来应用不同的业务承载需求。

ASON技术的PRC（保护/恢复组合）机制可以让传输网络变得安全和智能，不仅能根据业务的SLA要求提供不同的保护方案，还能提供BOD和OVPN业务，已经在SDH网络以及OTN电层中得到了广泛的应用。而将ASON技术应用到OTN光层（WDM），即WSON，则是OTN网络演进研究一个热点，该项工作由IETF的CCAMP工作组推动。

另一种提供虚拟网服务和定制化网络应用的手段，是将SDN技术应用到OTN网络中，即传输SDN（T-SDN），这是OTN网络演进研究的另一个热点，该项工作由ONF的OTCC项目组主导。

1 WSON

ASON技术（ITU-T G.8080）在运营商网内是一个得到广泛应用的光传输组网技术，它最初是基于SDH技术（VC3/VC4），采用分布式控制平面（GMPLS），通过智能信令协议（RSVP-TE）提供网元和链路的自动发现、业务连接的自动创建和动态调整功能。后来被应用到了OTN的电层（ODUk）。这些年得益于光传送技术和光元器件的不断创新和发展，例如，CDC ROADM实现了光层的MESH组网和光层业务的灵活调度；相干调制解调技术的应用大大降低了光路损伤检测的复杂度……这些都使得ASON技术应用到OTN光层（WDM）的条件已经具备。

OTN的光层（WDM）ASON技术又被称为WSON（波长交换光网络）技术。WSON技术和电层ASON技术最大的不同之处在于，电层ASON交换的是TDM时隙（SDH的VC3/VC4，OTN的ODUk），而WSON交换的是WDM波长（λ）。

此外，由于光层链路远比电层复杂，因此，WSON光层路径计算也比ASON电层路径计算约束条件更多更严苛，主要体现在以下几个方面：

（1）光路损伤校验

电层ASON技术是基于信号传输质量是有保证的这一假设的，在路径计算的时候，无需考虑线路和系统对信号造成的损伤。而OTN光层（WDM）是一个信号有损系统，WSON在算路时，必须执行光路损伤校验（IV），只有IV合格（OSNR满足条件）的路径才被选作候选路径。

（2）波长一致性约束

在电层ASON网络中，每个ADM网元节点都可以进行无阻塞全时隙交叉。但是在WSON网络中，要实现全波长全方向调度这一目标，目前还需要借助可调谐波长转换器通过OEO （光电光）转换实现。否则，WSON路径计算就必须满足“波长一致性约束”，即从源节点到宿节点，业务所使用的波长必须全程一致，且不能有波长冲突。

（3）路由和波长分配（RWA）算法

在WSON网络中，如果不是每个WSON网元都具备全波长全方向交换能力，那么在算路时就需要使用RWA算法，也就是WSON计算光路时还必须考虑逐跳分配波长的问题。

考虑到OTN光层链路的复杂性，现有的ASON相关协议（GMPLS/RSVP-TE/OSPF-TE）都需要作OTN光层功能扩展，此项工作是由IETF CCAMP工作组推进的。

2 传输SDN（T-SDN）

SDN是ONF主导并推动的一种新型网络创新架构，以OpenFlow技术为核心，将传统网络架构解耦为应用、控制和数据三层架构，从而加快网络业务部署和网络创新。

SDN技术最早是应用于分组网络中，将网元设备的控制部分剥离出来，集中放置到外部服务器（SDN控制器）上，使用统一的指令（南向接口）来集中管理这些设备，同时提供开放的API（北向接口）为上层应用提供编程接口，通过应用程序的形式来实时监控并动态调整网络流量。随着SDN研究的不断深入，这项技术已经延伸到了光传输领域，并成为了当前SDN技术应用研究的主要方向。

ONF的OTCC项目组在ONF SDN架构和ONF CIM核心信息模型基础上为OTN网络开发了一套北向API SDK软件——TAPI（传输API），其中包含了UML信息模型、YANG数据模型，和用于RESTCONF协议下CRUD（Create、Read、Update、Delete）操作定义的OpenAPI规范。

TAPI将SDN控制下的OTN网络功能抽象为一组服务API接口（拓扑服务、连接服务、OAM服务、路径计算服务、虚拟网服务、通知服务），提供给上层应用调用以及多层SDN架构之间的递归调用。

ONF TAPI功能架构如图1所示。

图1 ONF TAPI功能架构

TAPI目前已经成为了T-SDN最主要的业界标准，当前业内最普及也是最主要的两大开源SDN控制器平台——ONF的ONOS以及LFN的OpenDayLight中都内嵌了对TAPI接口及其数据模型的支持。

3 WSON和T-SDN技术的一致性

3.1 驱动力一致

传输SDN，即T-SDN技术是由以下这些光传输用例来驱动的：

（1）提供按需带宽（BOD）服务，用户可以按需建立和动态调整其业务带宽，并根据其实际使用的带宽来付费。

（2）IP网络和光传输网络的控制集成，提供业务统一调度和多层优化功能，降低运营商的CAPEX（投资成本）和OPEX（运营成本）。

（3）提供光虚拟网（OVPN）业务，用户可以自主定义虚拟网络切片，并实现定制网络资源的完全控制和管理。

这些用例也正是WSON网络相对于传统光传输网能提供的增值业务，是应用和发展WSON技术的初衷。

3.2 应用前提一致

OTN网络中无论是应用WSON还是T-SDN技术，都需要更灵活的电层和光层，以支持运营商的各种增值业务。

（1）OTN光层灵活性：

使用CDC ROADM，以实现光层的MESH组网和光业务的灵活调度。

使用灵活栅格（Flex-Grid）、超级信道（Super-Channel）和不同的相干波长调制技术，来为B100G系统不同的业务速率制定灵活的调制方案。

（2）OTN电层灵活性：

固定速率的ODUk和灵活速率的ODUflex组合使用，为多种不同类型、不同速率的客户信号提供了映射、复用和调整手段。

基于OFP协议的统一交叉矩阵和混合线卡技术的使用，实现了分组（Packet）、SDH（VC）和ODUk业务的灵活统一调度。

3.3 分层架构基本一致

无论是WSON技术还是T-SDN技术都采用分层架构模式，且都是采用三层架构。其中WSON是在传统OTN网络的管理平面和传送平面之间引入了控制平面（GMPLS），T-SDN则是把传统OTN网络解耦为应用、控制和数据三个平面。如图2、图3所示。

图2 WSON三平面架构

图3 T-SDN的三平面架构

4 WSON和T-SDN技术的差异性

4.1 控制平面技术的差异性

4.1.1 控制平面部署方式不同

WSON和T-SDN技术最大的差异就在于控制平面部署的方式完全不一样。

WSON采用的是将控制平面分布式部署在每一个网元上。WSON控制平面是由一组基于GMPLS技术的信令协议组成（RSVP-TE/OSPF-TE/LMP），这些信令协议运行在每一个网元上，使用专门控制信道（DCN）进行通信。

SDN则是将控制功能从网元上分离出来，集中部署在外部的SDN控制器（服务器）上，SDN控制器与其说是一个控制平面，更应该说是一套软件操作系统（ONOS/OpenDayLight），它采用分布式核心、模块化软件的方式提供更灵活的可扩展性和更便利的可维护性，通过南向接口（OpenFlow/NETCONF）屏蔽底层网络设备和网络技术的差异性，通过北向接口（TAPI）为上层应用提供网络控制、管理和配置服务。

4.1.2 控制平面复杂性不同

WSON和T-SDN另一个明显的技术差异是控制平面的复杂性不一样。

WSON控制平面是架构在GMPLS技术基础之上，由一组功能强大且设计复杂的信令协议组成，其中，使用RSVP-TE协议来分发标签以及建立、删除和修改LSP路径；使用LMP协议来管理TE链路；使用OSPF-TE（或ISIS-TE）协议在全网扩散网络拓扑和链路信息，为PCE自动算路提供TED（TE链路数据库）和LSDB（LSP数据库）。可见，WSON的控制平面相当复杂，以至于每次底层网络技术变更都必须对控制平面中的诸多协议作相关功能扩展，譬如，将OTN电层ASON延伸为OTN光层WSON时，就必须对GMPLS/OSPF-TE/PCE作光层链路物理约束方面的功能扩展。

T-SDN控制平面，无论是ONF的ONOS，还是LFN的OpenDayLight，都是采用OSGi框架，并使用MD-SAL（模型驱动服务抽象层）方式的开源网络操作系统，其核心是各种数据模型（包括网络模型、业务模型和设备模型），它使用统一的数据模型（基于NETCONF的YANG模型和基于OpenFlow的流表模型）替换了WSON中各种复杂的信令协议（OSPFTE/RSVP-TE/LMP），使用统一的API接口（南向OpenFlow/NETCONF，北向TAPI）取代了WSON中三个平面之间各种复杂的接口（UNI/CCI/NMI等），它为上层应用提供了一个网络抽象层用于屏蔽底层的网络技术和网络复杂性，可以灵活地扩展所管理的网络设备，同时也简化了软件、硬件以及服务的管理、配置和部署。

4.2 增值业务方面的差异性

4.2.1 增值业务提供方式不同

如前所述，能提供BOD、OVPN等增值业务，是运营商采纳并应用WSON和SDN技术的主要动力。不过WSON和SDN在提供这些增值业务的方式不同。

WSON中这些增值业务是通过控制平面接口技术（UNI/ENNI/INNI）和信令协议（GMPLS/RSVP-TE/OSPF-TE）实现的。其中，不同的网络层（譬如：IP/MPLS网络和OTN网络）之间使用UNI接口互联，不同的网络域（譬如：不同的OTN域）之间通过ENNI接口互联。BOD和OVPN等增值业务都是通过UNI接口发起，利用GMPLS信令（RSVP-TE）和路由（OSPF-TE/ISIS-TE）机制实现。如图4所示。

图4 WSON架构的相关接口

在T-SDN中，这些增值业务都是SDN控制器通过TAPI向上层应用提供的。其中，不同的网络层（譬如：IP/MPLS网络和OTN网络）使用不同的层SDN控制器，而不同网络域（OTN域）既可以使用集中式SDN控制器，也可以使用单独的域SDN控制器，这些不同的SDN控制器之间则通过TAPI实现互操作。像BOD、OVPN等增值业务都是TAPI提供的基础网络服务功能。如图5所示。

图5 T-SDN架构的相关接口

4.2.2 增值业务提供能力不同

WSON网络能提供的增值服务仅限于UNI接口的定义，以OVPN业务为例，OVPN连接的建立、删除和查询等操作都是用户CE设备通过UNI接口发起的，并利用信令（RSVPTE）实现；BOD业务也是如此，用户CE设备通过UNI接口发起带宽调整请求，SDH利用GFP的VCAT/LCAS功能，OTN利用ODUflex（GFP）的HAO（G.7044）功能实现带宽的动态无损调整。通过UNI接口，用户只能被动地接受WSON网络有限的服务提供，而且实现复杂，无法应对灵活多变的客户需求。当IP/MPLS和OTN融合组网时，由于缺乏全网视图和必要的网络抽象功能，只能通过UNI接口来实现两个网络的互操作性，以提供功能受限的业务统一调度和局部的多层网络优化功能。

T-SDN中的增值服务可以基于TAPI接口提供服务功能，由上层应用根据用户需求进行定制。TAPI将OTN网络中的拓扑服务、连接服务、OAM服务、路径计算服务、虚拟网服务和通知服务功能都抽象成了一组API接口，因此，TAPI接口的功能要远比UNI接口更为强大，通过定制，能提供的增值业务种类也更多。由于TAPI具备全网视图以及网络抽象功能，可以实现全网范围内的业务调度和网络资源优化，以满足上层应用的多种需求，同时，用户还可以更加积极主动地管理和优化自己的网络切片，而这些都是WSON技术无法提供的。

4.3 其他方面的差异性

4.3.1 网络和业务可靠性差异

WSON技术和T-SDN技术在OTN网络中应用时的侧重点是不一样的，WSON技术侧重于网络的自治能力和业务的保障能力，而T-SDN技术侧重于各种网络新应用和新业务的提供。

因为WSON技术注重网络自治能力，因此它采用分布式控制平面的方式，这样，网络中即便出现多处控制信道障碍，只要不造成通信孤岛，都不会影响正常的网络控制功能和网络流量的传送功能。

此外，WSON控制平面中启用了GMPLS技术，除了可以由底层OTN技术为业务提供的1+1、1： 1（M:N）、共享环这些传统保护模式之外，还可以为业务提供GMPLS FRR恢复能力，并通过保护和恢复组合的PRC功能，为不同SLA要求的光层和电层业务，制定不同的保护恢复类型，例如，最高等级的业务采用永久1+1保护模式，并且在业务恢复路径计算时具有优先抢占资源的特权；高等级业务采用1+1保护模式，在主备路径同时中断后，采用FRR方式重路由业务恢复路径……

对于T-SDN技术而言，由于采用集中式控制平面，因此不能出现控制器或控制信道障碍，否则网络和业务将处于失控状态。为了解决这个问题，网络中可以使用主备控制器模式或多控制器并行部署模式，但是依然存在主备同步/倒换问题和满足CAP定理的问题。

在T-SDN中，由于没有启用分布式控制信令协议，网络以及业务的保护都是由底层OTN网络提供的，因此，只能提供1+1、1： 1（M ： N）和共享环保护这几类传统的业务保护模式，而无法提供类似WSON网络的PRC机制来应对不同的SLA业务需求。

4.3.2 NMS/EMS网管云化部署差异

光传输网络传统上都有集中式的网络管理系统（NMS）或网元管理系统（EMS），无论是使用WSON技术还是T-SDN技术，NMS/EMS都是运营商管理OTN网络所必须的。以往光传输网络的NMS/EMS系统往往都集中部署在高性能小型机上，但是，随着网络规模的不断扩大，小型机性能已经无法满足光传输网管理要求了，云化部署NMS/EMS网管已是大势所趋。

对于T-SDN而言，由于SDN技术是和云计算技术、NFV技术密切相关的，因此，NMS/EMS网管应用部署在云端是十分自然的事情，它可以是设备管理、网元管理、网络管理、业务管理和事务管理等多个应用的组合，并通过统一的Portal应用提供给用户。这些应用横跨了传送、控制和应用三个平面，共同构成了T-SDN网络的管理平面，其中设备管理和网元管理应用使用OF-CONFIG协议管理和配置设备和控制器，网络管理和业务管理应用使用TAPI和控制器交互，而事务管理应用则使用RESTful API等接口来和其他网络应用之间进行通信。如图6所示。

图6 T-SDN中的NMS/EMS应用

对于非SDN技术的OTN网络，设备厂商纷纷推出了云化NMS/EMS网管方案，将集中式NMS功能分解部署在多台应用服务器（VM虚机）上，例如，不同网络域的网元层管理（EML）功能使用不同服务器承载，而整个网络的网络层管理（NML）功能则使用多台服务器并行承载，并使用统一的门户（Portal服务器）来提供网元和网络管理服务。如图7所示。

图7 WSON网络EMS/NMS云化

5 OTN网络的演进方向：WSON还是T-SDN

OTN网络的电层ASON技术已经成熟商用许久，而光层WSON和T-SDN的技术标准目前还在不断演进和功能扩展中。

综前所述，T-SDN技术带来的好处是显而易见的：

（1）网元设备的软硬件解耦，硬件设备“白盒化”，软件技术开源化，接口技术标准化，有效地降低了网络投资和运维成本；

（2）网络的集中式管理和控制，可以更快捷地提供服务，更快速地部署网络新技术和新应用；

（3）具有全网视图，让网络管理决策更及时高效，网络资源使用更加优化；

（4）利用网络可编程性，可以为用户提供灵活性更大、控制力更强的光虚拟网（OVPN）定制服务。

而WSON技术的优势则在于网络的生存能力、业务的快速恢复能力和SLA业务的提供能力。它是电信级服务可靠性的基础，也是电信运营商提供的服务和普通网络服务提供商提供的服务之间最大的区别。

在后5G时代的业务承载需要满足：更大的带宽、更低的时延、更高精度的时间同步、更灵活的组网和功能更强大的网络切片。其中低时延、高精度、大带宽业的安全性则需要通过WSON技术予以保证，但网络的灵活性以及网络切片则必须在OTN网络中引入SDN技术来提供解决方案。

对于运营商而言，WSON网络的安全性和T-SDN技术的灵活性都是OTN网络演进所追求的目标，在两种技术无法兼顾的情况下，就需要视OTN网络的具体定位来决定到底是安全性多一些还是灵活性多一些。例如，要打造一张承载高品质业务的精品网时，WSON技术应该是首选，而如果希望OTN能和IP/MPLS这样的分组网络融合为客户提供定制化专网服务以及在全网视图下实现不同网络技术的智能化运维，那么T-SDN技术则是必选项。

6 结束语

网络的自动化和可编程在业内已经是一种趋势，而网络和业务安全可控则是承载网的目标。因此，无论是T-SDN，还是WSON，都是OTN网络演进方向。

运营商网内一般都建有多张OTN网络，可以按设备厂家将其分为多个网络域，在单一的网络域内启用WSON功能，并通过EMS/NMS北向提供TAPI接口和T-SDN控制器对接的形式来联合部署这两种技术；也可以考虑根据不同的网络定位和业务需求，在不同的OTN网内启用不同的技术。