智能光网络技术及发展

曾雅宁

（75841部队92分队，广东 湛江 524094）

0 引 言

物联网和云计算等宽带应用的迅速发展，给光网络的承载传输提出了更高的要求。就目前而言，智能光网络凭借其高速传输、多元化应用以及动态、智能化资源配置等优势逐渐占据信息网络技术的主要地位。然而，目前光网络的智能化程度还不够高，用户服务多样性还不能满足日益增长的现实需求。不断研究、总结智能光网络技术的发展现状，不仅有助于相关技术理论体系的完善，同时对探讨技术的创新与发展也具有积极的指导意义。

1 智能光网络的基本概述

智能光网络技术是一种以控制软件为核心，以信令协议为驱动，能够按照用户要求实现光网络资源自动分配和智能调度的新一代光网络组网技术[1]。与传统光传送网相比，智能光网络引入了信令控制、动态交换以及策略驱动等概念，并提出了业务层与传送层之间的自动协同工作机制，通过网元信令协议来实现网络拓扑自动识别和智能交换的目的，具有一定的新颖性。智能光网络技术实现的流程包括以下两点，一是以网元间信令协议、路由协议以及链路管理协议为基础达成控制层与传送层通信，实现网络和链路资源的自动识别统计。二是以传送层和交换层的数据为基础，通过智能控制层进行呼叫连接的建立，完成端到端业务配置、智能路由设置以及自动网络恢复等功能。智能光网络可以支持IP、Frame Relay以及ATM等模式信息的集中接入和统一传输，初步实现了网络资源的智能化分配和端到端动态路由配置，满足多种用户的不同需求[2]。同时，能根据用户需求实现网络业务一体化智能派发，许多需人工进行的操作由网络本身即可自动完成，是未来光网络技术的主要发展方向。

2 智能光网络技术的分类

2.1 基于多协议标志交换协议的光网络

基于GMPLS的自动交换光网络（Automatically Switched Optical Network，ASON）是指通过信令协议控制完成光网络自动交换传输功能，具备动态配置网络资源能力的新一代光传送网络[3]。ASON/GMPLS的核心变化就是在传统光传送网的基础上，将资源统计、信令转发以及路径管理等功能从管理平面中剥离出来形成单独的控制平面，由传统的两个平面演变成3个平面，基本网络架构见图1。传送平面负责透传业务，控制和管理平面负责通过GMPLS协议对传送平面资源进行统计操作，并进行路由的动态建立和删除、故障的快速定位与恢复，初步实现网络资源的按需分配。ASON可以在光层上直接提供服务，能够快速配置用户端到端路由并为用户带宽提供保护，实现网络安全级别的不同划分和网络资源的更有效利用。ASON首次将信令协议引入传统传送网，并引入动态交换的概念，使交换和传送两个领域出现交集。通过引入智能控制平面来建立路由的呼叫和连接，是传送网技术的一次重要突破，为光网络实现智能化迈出重要一步[4]。

图1 ASON网络架构平面图

2.2 基于路径计算单元的光网络

基于PCE的自动交换光网络是在控制平面独立于管理平面的基础上，再将路径管理和路由计算功能从控制平面中独立出来，实现端到端路由集中式计算的平面模式。PCE采用独立的路径计算单元，主要负责多层域网络中的网络结构优化管理和路径的计算，在网络资源利用率、路由优化计算等方面具备更高的效率[5,6]。独立于控制平面的计算功能架构可以有效地提高网络资源配置效率，集中的信息维护方式可为实现复杂的多约束路径计算提供根本保证。此外，PCE加强了异构网络互联互通特性和路由寻址的可扩展性，减轻了大量计算对于网络设备的冲击，保证了最佳的计算效率与较高的路径计算能力，提高了网络资源利用率。通过充分考虑不同层域网络的资源约束以获得高效的资源配置方式，有效增强光网络灵活性、扩展性以及易控管性的要求。但PCE功能比较单一，不能单独形成网络结构，需要协同其他技术应用，因此只能应用于特定的网络环境。

2.3 基于软件定义的智能光网络

软件定义光网络（Software Defined Optical Network，SDON）是指以光传送物理资源为基础，通过软件编程的方式对光网络结构和功能进行动态规划和管理，快捷实现按要求提供服务的光网络体系架构。SDON是SDN与光传送网结合的技术，是光网络组网技术由面向连接需求到面向业务需求的转变，其核心在于通过软件驱动，进一步强化光网络资源按需分配的特性[7]。网络平面架构如图2所示。

图2 SDON网络架构平面图

SDON技术通过OpenFlow、NETCONF等南向接口协议的扩展，实现对网络设备单元的基础管理功能，并初步达成业务配置、QoS、OAM、业务保护以及网络性能统计等功能，有利于实现多层域多约束的光网络控制，更好地满足用户对光网络进行编制的基础需求。通过网络虚拟化映射机制，利用软件编程方式动态定制网络结构，充分发挥网络基础设施的资源优势，最大限度地提高网络资源的有效利用率，提高网络的运维效率并降低维护成本。通过软件控制对业务逻辑、控管策略以及传输资源进行编程管理，为各层域不同的光层资源提供统一的调度能力，以满足复杂化和多样化的用户需求，使用户以更快的速度获得想要的功能服务[8]。

SDON架构突出了应用功能与控管功能的相结合，初步实现了由以连接过程为核心的闭合式控制到以组网过程为核心的开放式控制的模式转变，在业务网与传送网之间具备统一调度与控制能力，具有很好的应用前景，代表了新一代智能光网络技术组网和应用的发展方向。

3 智能光网络技术的未来发展

3.1 全光网络进一步推进

全光网络是智能光网络的基础支撑，主要提供底层传输层和交换层的物理资源。一是提高光传送层传输性能。研究超密集波分复用传输技术和数字相干技术，提高光纤传输容量并减小传输固有损耗，提高设备接收灵敏度和信道均衡能力，降低OSNR光信噪比，同时研究具备更高增益的编码纠错技术以提升系统的健壮性，提高光纤传输的可靠性[9]。二是设计和改进光背板光路连接交换矩阵，最大限度地将手动尾纤跳接演进到光背板连接，实现光纤通路的小型化和光纤设备的高密集集成化。改进灵活栅格技术以解决光波长的可重配问题，实现波长和子波长级交换控制以及波长和波长组的实时业务按需配置。三是研究多维度光交叉模块和智能光丝编织技术，利用管理软件控制任意方向和任意光口间的光路径互联互通，将不可变的光物理链路变成物理性能可感知、可调节的动态光信道，最终完全实现光路端口全互联和光路交换的可编程特性。近年来，得益于DWDM技术的广泛应用以及光逻辑和光存储技术的重大突破，智能光网络传送技术将迎来进一步发展。

3.2 深入研究光网络虚拟化技术

未来，智能网络需要保证在满足光传输性能前提下，能满足多用户特定访问和多网络资源混合使用模式需求，因此需要通过光网络虚拟化管理来提供针对应用的网络服务。一是深入研究跨层域光网络物理层资源一体化模型抽象提取算法，进而完成对光网络的映射和封装，提高光网络资源虚拟化分配效率。重点突破光传输模式与光网络资源之间的物理特性限制，解决将光层物理损耗抽象提取并映射到光网络虚拟层的问题。二是统一开放性网络接口标准技术。研究统一架构下的南向接口，增强拓扑管理和链路发现等工程控制，以强化对基础网络的控制和资源的利用。通过向应用层开放的北向接口，加强策略制定、表项下发等软件应用功能开发，使业务应用能够充分便利地调用底层光网络资源。三是加强网络管理平台研究，通过管理软件将应用服务与物理层网络设施分离，屏蔽物理平面细节并根据用户的等级权限开放相应范围的光网络虚拟资源，让用户根据业务需求定义整合网络资源，使用户在应用层上能够直接实现光资源的规划、配置以及管理，从而提高应用的灵活性[10]。

3.3 网络集中管控与智能运维增强

未来智能光网络还应具备智能的网络资源规划和统一网络管控功能，可进行以业务性能为目标的智能优化和以业务监测为基础的智能故障分析与排障。一是强化基于统一数据模型的运维管理。通过定义统一的数据模型增强不同厂商设备之间的兼容性与互通性，实现全光网络的组网可编排与资源可调度。进一步标准化基于分布式的控制器层间接口协议，实现网络区域划分和跨层网络资源的最优配置，降低因为不同网域间的数据冲突而导致的系统性能劣化。采用高精度波长监控技术对底层光网络资源进行监控并数字化，确保网络资源统一调度。二是提高基于机器学习的网络智能化运维。智能化运维管理将是未来智能光网络的重要特点，可以通过引入人工智能AI自动提取承载网络运行参数。通过对承载网络进行大数据分析形成对网络运行情况的全面掌控，提高网络的运行维护和管理效率，进而实现网络运维管理的智能化配置。三是强化基于网络安全的控管机制。针对集中控制可能给网络安全带来更大的风险，需要实现物理层与控制层以及应用层的有效隔离，建立备份机制来确保网络的抗毁性。针对传送信令对网络资源消耗较大的问题，可将协议扩散限定在一定的网络区域范围内，提高业务保护恢复性能，确保网络安全稳定运行。

4 结 论

智能光网络是未来光网络技术一个新的重要发展方向。未来智能化光网络技术的光层智能化程度将会越来越高，其网络复杂程度和技术标准含量也会越来越高，可以实现全业务、全光域的统一接入、交换以及传输。随着信息技术的不断发展，智能化光网络的多样化服务将会得到进一步提高，其应用将逐步渗透到社会各行业、人们的日常生活以及特殊领域当中，真正实现网络业务的方便快捷，满足用户日益增长的业务需求。