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软件定义光网络技术与应用 软件定义光网络技术与应用 光纤通信在过去的几十年间飞速的发展，各种节点、系统和组网技术层出不穷，单信道速率达到太比特每秒，通信规模与容量获得了空前提升。作为中国最为重要的电信基础设施之一，光网络在支撑社会信息化、宽带化建设方面起着举足轻重的作用。近年来，由于人一机一物信息交互量与日俱增，光网络的动态性和灵活性进一步增强，传统自动交换光网络/通用多协议标签交换(ASON/GMPIJS) 架构已不能满足这一要求，迫切需要探索新的智能光网络发展途径。 随着光通信技术的革命性进展以及光网络承载业务功能的不断变化，光网络的发展不再局限于简单的“刚性带宽管道”思维，而是出现了波长柔性化、业务增值化的趋势与特征。本文借鉴网络中流量工程的概念，提出了频谱工程和业务工程两类需求挑战。 频谱工程 流量工程是网络研究的一项重要内容，可以解决将分组数据流高效率地映射到物理拓扑上的任务，并且能够改善业务质量，增强网络运行的效果和性能。流量工程主要描述的是针对时间域分组处理的策略和方法，不涉及与频谱相关的内容。传统波分复用技术受到固定频谱间隔、固定调制格式等限制，存在频谱利用不灵活和效率低下的缺点，难以满足未来大带宽、高突发的分组数据传送要求。灵活栅格技术的出现，使得光网络中频谱资源走出了固定分配模式，向按需带宽的弹性切片化方向发展。如何实现对频谱资源的利用能够像在时间域上的处理那样灵活，成为亟待解决的技术挑战。本文将这类需求统称为频谱工程问题。 业务工程 以 AOSN，GMPLS 为代表的智能光网络解决方案，其核心是交换自动化， 侧重于针对连接建拆处理过程的控制，包括路由、信令、发现和链路资源管理等功能。然而，连接并不等同于业务，业务的完成还包含丰富的业务提供逻辑。云计算和数据中心应用的出现，提出了虚拟化、可编程等新的挑战，推动光网络由控制平面智能向业务处理智能方向发展。传统光网络存在“重控制、轻业务”的问题，难以满足这一趋势要求，如何围绕以业务智能化为核心构建网络控制功能， 迫切需要在机理上实现创新与突破。本文将这类需求统称为业务工程问题。 为了应对上述两项需求，扩展现有 ASON/GMPLs 是一种可能的做法。由于需要引入业务感知、损伤分析、层域协同、资源虚拟等新的策略与 规则，ASON/GMPLS 控制“胖平面”化的趋势更加明显，由此导致网络控制功能越来越复杂。如果能够把将部分智能性进一步从控制平面中剥离出来，这样将有利于提高光网络的整体资源利用效率，并增强更为灵活的业务提供能力。 软件定义网络(SDN)的出现为解决以上难题提供了一种行之有效的实现 方案。美国斯坦福大学于2007 年率先提出并开发了SDN/0penFlow 交换结构模型， 可通过开放的流表支持用户对网络功能行为进行控制，为支持互联网创新研究建立了实验途径。在 InfoWorld 于 2011 年 11 月公布的将影响未来 10 年的 10 项新技术中，SDN 排名第二。SDN 技术具有可编程能力的优点，能够很好地适应光网络统一、灵活、集成的控制需求。软件定义光网络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新的发展方向。 软件定义光网络关键技术 如上所述，SDN 技术是对光网络智能化的延伸与增强，代表光网络的控制平面由单纯的交换智能向同时考虑传输智能、业务智能的综合方向发展。为了适应这一角色的变革，未来软件定义光网络需要攻克软件驱动的光路传输调节、软件编程的光路灵活交换、软件扩展的光路自动联网等 3 项关键技术。 软件驱动的光路传输调节技术 在传统 ASON/GMPLs 方案中，主要关注的是光路连接属性，即如何控制节点开关单元的状态，实现由源节点到宿节点之间端到端光路的智能建拆过程。其假设前提为“光通道的信号质量都是有保障的，所有链路和信道都具有标准的传输特性”。该方案只是满足了光路连接性的动态需求，对物理属性的动态调整与控制没有给出具体的解决方式。换句话说，ASON/GMPLS 控制平面只是控制了光层开关的动作，而不包括其他可性能调节的光传送系统设备。然而实际光网络中物理损伤决定了信号传输质量，在选路和资源分配过程中都不能忽略，损伤感知(IA)技术成为重要研究内容之一。 IA 技术提出以后，人们开始更多关注光路自身的物理属性。在基于 IA 的选路和资源分配算法中，即使可以找到一条符合连接需要的光路系统，如果其物理损伤的积累已不能满足信号传输性能要求，同样该路由不能被网络所接受使用。可见，IA 技术不仅需要解决当前光路选择的可能性问题(指在拓扑上能够找到合适的路径并分配可用资源)，还要满足可行性的要求(指光路的物理损伤不影响到信号传输质量)。