软件定义光网络（SDON）解决方案及其关键技术
软件定义光网络（software defined optical network，sdon）的架构实现了由控制功能与传送功能的紧耦合到控制功能与运营功能的紧耦合、以连接过程为核心的闭合控制到以组网过程为核心的开放控制的模式转变，代表了未来光网络技术与应用新的发展方向。sdon技术的主要优势体现在：
● sdon方案能够解决异构网络之间的互联互通问题。随着融合网络技术的发展，不同类型的业务和网络资源交织叠加在一起，形成了异构化的网络互联环境，加剧了全网业务控制与资源管理的难度。该方案通过对openflow等相关协议进行扩展，开发面向对象的交互控制接口，可以实现异构网络信息抽象化和跨层网络控制集成化，从而在接入网与核心网、数据网与光网络、有线网和无线网之间建立起具备统一控制能力的新型异构网络架构体系。
● sdon可以满足用户对光网络编排的需求，从而在网络设备的使用方式、操作方式和销售方式上实现灵活性，并使得用户以更快的速度获得想要的服务功能，无需等待设备商把这些功能纳入到专有设备中。
● sdon能够带来对光网络资源的虚拟化管理，虚拟化管理的网络设备范围可覆盖全部otn产品；网络资源的虚拟化技术可以更好地发挥网络基础设施资源的优势，通过开放的统一资源管理平台，对网络资源的利用达到最优化。基于虚拟化的网络体系结构，能够根据不同业务各自的应用需求，在保证服务质量的前提下快速有效地接入与控制网络资源。
近年来，虽然sdon技术研究还处于起步阶段，但作为sdn与光网络结合的热门技术，已经得到了国内外各大运营商和设备商的高度重视。2014年8—9月，光互联论坛（oif）与开放网络基金（onf）联合组织全球多个运营商、设备厂商以及科研机构，开展了基于sdn的光传送网otn原型和互操作性测试与演示。在此次演示中，中国电信主导并联合中兴通讯、华为、烽火在中国电信北京研究院完成了中国首次sdon跨厂商、多域组网测试。此次测试验证了基于层次化控制器架构的多域sdon技术方案的可行性，标志着sdon商用化进程取得了突破性进展。层次化控制器架构的多域sdon解决方案如图1所示，该技术方案的特点如下。
● 整个架构自上向下分为4层：app应用层、orchestrator总控制器层、单域控制器层和optical network设备层。
● app应用层与orchestrator总控制器之间的北向接口（north bound interface，nbi）重点采用restful接口机制。restful机制借鉴了web服务的架构风格，具备无状态、面向资源、实现简单高效、松耦合、可伸缩等技术优势，从而为北向接口实现sdon的开放控制、可编程、可定义等技术特点，提供天然的技术支撑。
● 单域控制器层与optical network设备层之间的南向接口（south bound interface，sbi）尽量兼容wason（自动交换光网络）及较早部署的otn网络，确保sdon网络与这些网络设备的互联互通，更好地适应运营商对业务部署的平滑升级、渐进式演进思路。
随着sdon技术研究的不断深入，业界厂商和组织逐步发现光网络的虚拟化是实现基于sdon开放控制的基础和前提，也是sdon控制器内部不可缺失的主要组成部分。广义的网络虚拟化，通常是指面向数据网络的虚拟化——将传统数据网络服务提供商分为两种：基本设施提供商，负责管理物理层的基础设施；服务提供商，基于对基本设施提供商的资源整合，创造虚拟化网络；最终在资源整合的基础上向终端用户提供端到端的服务。广义的网络虚拟化就是让一个物理网络能够同时支持多个逻辑网络，虚拟化保留了网络设计中原有层次结构、数据通道和所能提供的服务，使得最终用户的体验和独享物理网络一样，同时网络虚拟化技术还可以高效利用网络资源：如空间、能源、设备容量等。如公司或其数据中心在拥有一套物理基础设施时可以虚拟出很多网络，为公司的运维部门、新兼并公司、需隔离的重要部门等同时提供服务，各虚拟网络和物理网络拥有相同的安全性。
而对于sdon，网络虚拟化是支持网络结构多样化的重要部分，可以定义如下：它是支持多运营商同时存在的网络架构，共享同一个物理层，这个物理层也由多个设备商管理；它支持使用一系列的开放可编程的网络接口，并针对物理层的网络设备创建一个虚拟的抽象层；允许用户对抽象层进行控制并改变相应的网络状态，并对用户屏蔽物理层网络的操作和使用复杂性，使得用户在抽象层上部署新的应用更加容易，从而大大提高了网络应用的灵活性。
sdon中的网络虚拟化与广义网络虚拟化之间的主要区别就在于实现虚拟化的主体。通常，人们认为sdn将数据网络功能从单机、分散的硬件平台分离出来，并以虚拟机的形式管理这些部件。而sdon中的网络虚拟化将会使网络功能和网络活动简化并实现通用化，例如：屏蔽物理平面细节并实现自动化规划、配置、管理、优化和保护恢复。人工操作和规划过程也正在向虚拟化演变。自动化程度与灵活性的提高使运营商降低高层级工作的负载，将其置于较低层级，包括光电子层面，例如：如今，在非自动化网络中，人们总是采用多重冗余系统以防护节点失效，但是这样做成本很高；而自动化网络则通过对网络故障重路由来恢复流量，减少了对昂贵、庞大的冗余系统的依赖。
在 sdon架构体系中，对光网络进行虚拟化的主要目的在于：将光网络的物理层基础设施进行虚拟化，进而完成对光网络服务的抽象和封装，将提供的服务与物理层网络设施分离开，为上层用户提供可编程、可定义的光网络虚拟层。这将对未来光网络发展产生深刻的影响：运营商能够通过向应用层用户开放的接口、光网络虚拟层等，把对光网络基础设施的控制权交给应用层用户；根据用户的等级权限，开放部分或全部光网络虚拟层的网络资源，允许用户在可获得的虚拟光网络资源基础上，根据自身需要进行访问和控制——让用户自己整合、定义网络资源，从而实现“将光网络资源作为一种服务”，即oaas（optical as a service）的技术理念。
2014年以来，有关光网络虚拟化技术及应用的研究已经得到了业界普遍重视，业界知名厂商包括中兴通讯、adva、华为、jdsu等都将下一代光网络中部署“支持光网络虚拟化的sdon系统”作为光网络服务技术发展的重点。光网络作为数据中心互联的基础资源，其虚拟化后的应用场景被普遍认为将大大简化网络运营商的工作。
图2显示了光网络虚拟化的典型应用场景：各数据中心业务都有各自特定的qos和sla需求，因此网络运营商需要专用的otn网络，可通过虚拟光网络在共享统一物理otn网络设备的基础上，满足不同数据中心的各种业务需求。
到目前为止，虽然光网络虚拟化作为sdon的关键技术，被业界厂商和科研机构普遍重视，但由于面临着诸多技术难点，仍处于理论分析及实验研究阶段。技术难点主要包括：
● 如何提供可扩展的、灵活的、可配置的网络应用服务，包括：跨多个管理域实现对端到端业务连接及ovpn的控制；如何根据用户请求提供动态连接服务，即 bod业务;如何提供端到端的连接——保证低抖动、低延迟等qos；具有按需分配带宽的能力，达到波长级或子波长级，时间可控（几分钟、几小时或者数天）；如何将网络资源同其他重要的网络资源进行协调，如cpu、存储和可视化的显示设备等；广播/多播能力等。
● 对光网络资源实现抽象封装，即如何将光网络物理层资源模型进行数学模型抽象化的提取，特别需要考虑光网络资源与传输模式有自身的物理特性限制，比如区别于其他网络的光网络物理层损耗：由于光信号传输本身的特性，色散、偏振模色散以及增益抖动等各种物理层光信道损伤的累积等，如何将这些光网络物理层损耗抽象提取到光网络虚拟层中。
● 虚拟化的光网络资源映射问题，为虚拟光网络服务vons中的虚拟节点和虚拟链路分配运行时所需的物理资源，设计出针对不同映射分配策略的优化求解目标函数（如基础设施资源负载均衡、网络货币收益最大化、最大化资源的使用效率、可服务质量最优化、终端用户数量最大化等）、优化数学模型及优化算法等，满足用户对光网络使用的个性化、性能、效益等需求。
以上都是光网络虚拟化技术亟待解决的问题。光网络虚拟化技术研究任重道远，但它所能带来的效益和价值是不可估量的，代表了sdon技术发展的前进方向。
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● sdon可以满足用户对光网络编排的需求，从而在网络设备的使用方式、操作方式和销售方式上实现灵活性，并使得用户以更快的速度获得想要的服务功能，无需等待设备商把这些功能纳入到专有设备中。
● sdon能够带来对光网络资源的虚拟化管理，虚拟化管理的网络设备范围可覆盖全部otn产品；网络资源的虚拟化技术可以更好地发挥网络基础设施资源的优势，通过开放的统一资源管理平台，对网络资源的利用达到最优化。基于虚拟化的网络体系结构，能够根据不同业务各自的应用需求，在保证服务质量的前提下快速有效地接入与控制网络资源。
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● 整个架构自上向下分为4层：app应用层、orchestrator总控制器层、单域控制器层和optical network设备层。
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● 单域控制器层与optical network设备层之间的南向接口（south bound interface，sbi）尽量兼容wason（自动交换光网络）及较早部署的otn网络，确保sdon网络与这些网络设备的互联互通，更好地适应运营商对业务部署的平滑升级、渐进式演进思路。
随着sdon技术研究的不断深入，业界厂商和组织逐步发现光网络的虚拟化是实现基于sdon开放控制的基础和前提，也是sdon控制器内部不可缺失的主要组成部分。广义的网络虚拟化，通常是指面向数据网络的虚拟化——将传统数据网络服务提供商分为两种：基本设施提供商，负责管理物理层的基础设施；服务提供商，基于对基本设施提供商的资源整合，创造虚拟化网络；最终在资源整合的基础上向终端用户提供端到端的服务。广义的网络虚拟化就是让一个物理网络能够同时支持多个逻辑网络，虚拟化保留了网络设计中原有层次结构、数据通道和所能提供的服务，使得最终用户的体验和独享物理网络一样，同时网络虚拟化技术还可以高效利用网络资源：如空间、能源、设备容量等。如公司或其数据中心在拥有一套物理基础设施时可以虚拟出很多网络，为公司的运维部门、新兼并公司、需隔离的重要部门等同时提供服务，各虚拟网络和物理网络拥有相同的安全性。
而对于sdon，网络虚拟化是支持网络结构多样化的重要部分，可以定义如下：它是支持多运营商同时存在的网络架构，共享同一个物理层，这个物理层也由多个设备商管理；它支持使用一系列的开放可编程的网络接口，并针对物理层的网络设备创建一个虚拟的抽象层；允许用户对抽象层进行控制并改变相应的网络状态，并对用户屏蔽物理层网络的操作和使用复杂性，使得用户在抽象层上部署新的应用更加容易，从而大大提高了网络应用的灵活性。
sdon中的网络虚拟化与广义网络虚拟化之间的主要区别就在于实现虚拟化的主体。通常，人们认为sdn将数据网络功能从单机、分散的硬件平台分离出来，并以虚拟机的形式管理这些部件。而sdon中的网络虚拟化将会使网络功能和网络活动简化并实现通用化，例如：屏蔽物理平面细节并实现自动化规划、配置、管理、优化和保护恢复。人工操作和规划过程也正在向虚拟化演变。自动化程度与灵活性的提高使运营商降低高层级工作的负载，将其置于较低层级，包括光电子层面，例如：如今，在非自动化网络中，人们总是采用多重冗余系统以防护节点失效，但是这样做成本很高；而自动化网络则通过对网络故障重路由来恢复流量，减少了对昂贵、庞大的冗余系统的依赖。
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● 对光网络资源实现抽象封装，即如何将光网络物理层资源模型进行数学模型抽象化的提取，特别需要考虑光网络资源与传输模式有自身的物理特性限制，比如区别于其他网络的光网络物理层损耗：由于光信号传输本身的特性，色散、偏振模色散以及增益抖动等各种物理层光信道损伤的累积等，如何将这些光网络物理层损耗抽象提取到光网络虚拟层中。
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