阻擋光網絡的三座大山及解決方案

　　電信IP化已經成為全球發展趨勢，如架構未來的業務驅動和用戶驅動型光網絡作為未來的光網絡，不僅要具備“用戶驅動”能力，同時“業務驅動”的能力也不能掉以輕心。要在充分利用光網絡的現有資源來滿足業務動態化需求的同時，又可以保證傳送網本身的可控、可管，以達到業務網與傳送網的融合，是未來光網絡發展的難點。

　　三座大山困擾當前

　　目前光網絡所面臨的三個問題，首當其沖的就是如何進一步提高光網絡的靈活性和可擴展性。未來業務具有多樣性和時變性，這要求傳送網具備更加靈活的帶寬接入能力，也就意味著未來傳送網需要提供多種粒度的業務接口，并能夠通過智能的控制，靈活地為高動態化的業務提供適應的帶寬需求。與此同時，網絡的分層、分域雖然在很大程度上解決了大規模光網絡的可擴展性，但是多層多域光網絡本身仍舊面臨著一定的體系擴展性問題。這里的網絡擴展性，既指網絡規模的可擴展，即域的數量增加或者是域內節點數量增加，又指網絡負載的可擴展，即節點對之間的業務量增加。前者體現為空間上，后者則體現在時間上。多層多域光網絡的體系結構面臨的擴展性問題，即在時間或者空間上擴展后，如何保證端到端的業務性能。具體包括路由的可得性、路徑計算的收斂時間、建路時間、生存性和資源利用率等方面的性能。當前的多層多域網絡架構還不能很好地解決上述網絡擴展所帶來的問題，需要在新的體系架構上做出優化設計。

　　如何將光層的通道服務模式發展為光層與電層的統一調度模式，也是光網絡發展的一大困擾。長期以來，骨干網被分為兩層：骨干路由器IP承載網（IP層）和骨干光傳送網（光層）。兩層一直分別獨立地發展，主要關聯點集中在光層為IP層提供靜態配置的物理鏈路資源，而其他的聯系卻很少。IP層看不到光層的網絡拓撲和保護能力；光層也無法了解IP層的動態業務需求。隨著業務的迅速增長，IP層的路由器面臨著巨大的擴容與處理壓力。如何通過光層與電層的統一調度來降低IP層路由器的處理壓力，進而降低網絡成本和功耗是當前網絡亟待解決的一個問題。

　　同時，要如何架構未來的業務驅動和用戶驅動型光網絡，真正實現業務網與傳送網的融合，也是一個關鍵問題。寬帶網絡視頻、實時流媒體通信、大容量文件傳輸、存儲區域網絡等帶寬和時變業務的出現，以及用戶對高質量服務保障的需求，無不驅動著傳送網向具有綜合業務支撐能力的方向發展。多業務和用戶驅動的本質可以概括為傳送網由封閉到開放、由他控到自律的發展模式問題。要在充分利用光網絡的現有資源來滿足業務動態化需求的同時，又可以保證傳送網本身的可控、可管，以達到業務網與傳送網的融合，是未來光網絡發展的難點。

　　展望未來光網絡

　　關鍵問題的提出，不僅會激發技術人員的智慧，也驅動著光網絡向更好的方向去發展。隨著近年來互聯網業務的爆炸式發展，數據業務已經成為了傳送網的主要服務對象，其帶寬需求已經大大超出了傳統的話音業務和專線業務，數據業務量以每年50%～100%的速度增長，骨干網的帶寬需求每9個月就會翻一倍。長期以來，光網絡一直扮演底層傳輸的角色，隨著用戶需求內容的擴大和網絡智能手段的發展，傳送網必將與業務網進一步交融，在光層直接提供動態、靈活、可控的新型業務成為目前光網絡發展的必然趨勢。光網絡不僅承載傳統的話音業務和專線業務，還要承載各種寬帶業務、虛擬光專用網業務、移動業務和多媒體業務，支撐如網格計算、文件下載、視頻點播、存儲區域網等新的應用。數據類業務增加了帶寬顆粒的靈活性，并且提出對業務分級的需要，以面對新型業務所表現出的動態、突發、差異、多變的特點。因此，面向復雜業務應用的深度分析與控制是未來光網絡與業務融合的發展趨勢。

　　目前各種各樣的交換技術、功能各異的網絡層面，以及不同的系統平臺，為光網絡提供了異構的網絡環境，包括SONET/SDH網絡、OTN網絡、PTN網絡、光以太網等。ASON構建在各種傳送技術之上，采用平面化手段對傳送網的功能主體進行分類，形成控制、管理和傳送平面彼此交互的結構體系，解決了以會話控制為基礎的電路型連接的動態建立、維護與拆除問題。利用獨立的控制平面，ASON能夠在兩個客戶網元（如IP路由器、ATM交換機等）之間建立具有固定帶寬的傳輸通道。但是，ASON僅僅實現了面向連接的網元節點自動化交換和管理功能，并沒有給出面向業務提供的一致性方案。運營商只能根據其商業策略和環境定義自己的業務模型，形成各自獨立的業務接入體系，這無疑增加了調研和開發成本，并且增大了體系之間的互通難度。如何將這些網絡耦合在一起，使之能夠高效地實現智能互聯與集成控制成為了目前亟需解決的問題，同時也是下一代光網絡發展的必然趨勢。

　　此外，網絡的結構和功能可能隨著網絡的需求而隨時發生變化。一個可重構的網絡可以靈活地根據自己的要求對網絡進行配置，這樣能夠極大地提高網絡維護成本，提高生產效率。比如網絡的拓撲發生了變化，網絡中的域進行了重新劃分，或業務應用發生了改變，這時不但要求網絡中這些變化能夠快速完成，而且需要整個網絡能迅速地感知變化，并做出同步調整。當前的網絡因為智能化不夠，并且缺乏統一的控制機制，還很難做到這一點。因此下一代光網絡的發展將朝著網絡的高可重構性與控制流歸一化方向進行。

　　所以只有通過全面覆蓋承載網的各個層次，使基于不同傳送技術的網絡實現統一控制，并建設具有更高業務要求和應用能力的業務驅動型傳送網，這樣才可以推動光網絡的全新發展。

　　基于GMPLS+PCE的控制架構

　　現在的智能光網絡架構可以分為四個平面：傳送平面、控制平面、管理平面和業務平面。如圖1所示傳送平面負責用戶數據和一些控制、管理信息的傳送；管理平面執行傳送平面、控制平面、業務平面的管理功能，并從整體上協調平面間的關系；控制平面主要通過信令網的支持，接收用戶網絡或者管理平面的要求，控制傳送平面進行自動的交叉連接。而業務平面的引入使業務擴展和業務定制成為可能。通過業務平面，可以實現業務交換與業務控制相分離，使業務生成獨立于業務運行環境。業務交換與業務控制相分離改變了由交換系統提供不同新增業務的傳統方式。交換系統將只負責交換和接入功能，不會為新業務的引入做任何改動，從而實現了業務由業務平面集中提供的要求。業務生成獨立于智能光網絡的業務運行環境，使得業務的提供不依賴于業務平面相關設備的供應商，獨立的業務運行環境為業務的快速提供奠定了基礎。

　　針對基于GMPLS的分布式控制平面的路徑計算方面的不足，IETF工作組自2006年提出了路徑計算單元（PCE）的概念。同時還規范了一系列與PCE相關的RFC標準，例如PCE發現需求、PCE通信協議（PCEP）、基于PCE的后向回溯路徑計算過程等。利用集中式與分布式相協同的優勢，PCE適合網絡的跨層跨域設計，支持端到端的多約束路徑計算能力，在資源分配和選路優化方面具有較強的優勢。

　　然而，當前的智能組網結構在異構網絡的控制效能以及業務的靈活接入能力方面仍顯不足。隨著對下一代互聯網絡研究的深入，近年來網絡虛擬化成為國外研究的熱點。通過網絡虛擬化技術，可以使人們更好的發揮網絡基礎設施資源的優勢，通過統一的資源管理平臺，使網絡資源的利用率達到最優化?；谔摂M化的網絡體系結構能使業務快速有效的接入并且按照業務需求獨立的進行操作，這些過程都是基于同一個物理平臺上。在每一個虛擬網絡上，賦予業務提供者節點調配的靈活性，既可以減小網絡運營者的管理成本，又可以讓網絡更具活力。因此，面向多業務應用的光網絡集成控制將成為未來光網絡發展前進的方向。

　　面向多業務應用的集成控制架構

　　光網絡控制集成化可以將底層異構的物理網絡抽象成統一的接口，以供上層應用進行統一的調度和管理。具體來講，可以將傳統的控制平面劃分為兩部分：一部分功能是與業務控制緊耦合，包括各種豐富的業務策略和各種資源配置協議；另一部分功能是與交換控制緊耦合，主要指實現節點交換必須具備的控制功能。其中，公共功能部分可從控制平面中分離出來，構成集中式的網絡控制器，向下通過開放的接口協議與設備節點相連，向上相當于一個“網絡操作系統”，了解全網資源信息，支持全網業務策略。在此基礎上可靈活實現控制平面功能的可重構性，以及分組與光層的集成控制，能夠很方便地擴展各種業務應用和網絡運營功能。

　　集成化控制中心的實現方案可以分為控制中心全集中實現方案和多控制中心協作方案兩種。前者是單控制中心對全網做集中式控制，后者是在多控制中心之間實現相互協作，通過控制協議在多控制中心之間進行資源調配。

　　單控制中心實現方案如圖2所示。在這種實現模式下，全網的硬件控制、資源調度與業務解析完全由單控制中心完成，規則簡單，能有效控制接口統一。但由于所有的控制功能均集成到了一個控制中心，會造成控制中心的負荷較重，特別是在大規模網絡和復雜業務應用情況下會存在效率問題。此外單控制中心方案對網絡的安全性存在極大的風險，一旦控制中心受到攻擊，將造成整個網絡癱瘓。

　　針對全集成化光網絡控制架構存在的問題，基于控制中心集群的光網絡控制架構即云控制中心，如圖3所示，得到了發展。它將多個控制中心互連，通過擴展Openflow協議實現控制中心集群的統一控制，從而實現云控制的功能。在用戶和交換設備看來，對于具體的控制中心位置并不知曉，其具體控制操作由控制中心完成。這樣既可以通過多個控制中心的協作提高全網的控制效率，又可以實現全網控制的高可靠性保障。