作者單位：北京郵電大學(xué)信息光子學(xué)與光通信研究院。
電信IP化已經(jīng)成為全球發(fā)展趨勢，以“客戶（Customer）、應(yīng)用（Application）、數(shù)據(jù)（Data）”為中心的CAD三要素將構(gòu)成未來業(yè)務(wù)驅(qū)動的核心內(nèi)容。作為未來的光網(wǎng)絡(luò)，不僅要具備“用戶驅(qū)動”能力，同時“業(yè)務(wù)驅(qū)動”的能力也不能掉以輕心。要做到兩手抓，兩手都要硬，首先要解決當(dāng)前光網(wǎng)絡(luò)所面臨的問題。
三座大山困擾當(dāng)前
目前光網(wǎng)絡(luò)所面臨的三個問題，首當(dāng)其沖的就是如何進(jìn)一步提高光網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴展性。未來業(yè)務(wù)具有多樣性和時變性，這要求傳送網(wǎng)具備更加靈活的帶寬接入能力，也就意味著未來傳送網(wǎng)需要提供多種粒度的業(yè)務(wù)接口，并能夠通過智能的控制，靈活地為高動態(tài)化的業(yè)務(wù)提供適應(yīng)的帶寬需求。與此同時，網(wǎng)絡(luò)的分層、分域雖然在很大程度上解決了大規(guī)模光網(wǎng)絡(luò)的可擴展性，但是多層多域光網(wǎng)絡(luò)本身仍舊面臨著一定的體系擴展性問題。這里的網(wǎng)絡(luò)擴展性，既指網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的可擴展，即域的數(shù)量增加或者是域內(nèi)節(jié)點數(shù)量增加，又指網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的可擴展，即節(jié)點對之間的業(yè)務(wù)量增加。前者體現(xiàn)為空間上，后者則體現(xiàn)在時間上。多層多域光網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)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(yè)務(wù)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(dāng)前的多層多域網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)還不能很好地解決上述網(wǎng)絡(luò)擴展所帶來的問題，需要在新的體系架構(gòu)上做出優(yōu)化設(shè)計。
如何將光層的通道服務(wù)模式發(fā)展為光層與電層的統(tǒng)一調(diào)度模式，也是光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一大困擾。長期以來，骨干網(wǎng)被分為兩層：骨干路由器IP承載網(wǎng)（IP層）和骨干光傳送網(wǎng)（光層）。兩層一直分別獨立地發(fā)展，主要關(guān)聯(lián)點集中在光層為IP層提供靜態(tài)配置的物理鏈路資源，而其他的聯(lián)系卻很少。IP層看不到光層的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜捅Ｗo能力；光層也無法了解IP層的動態(tài)業(yè)務(wù)需求。隨著業(yè)務(wù)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(tǒng)一調(diào)度來降低IP層路由器的處理壓力，進(jìn)而降低網(wǎng)絡(luò)成本和功耗是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)亟待解決的一個問題。
同時，要如何架構(gòu)未來的業(yè)務(wù)驅(qū)動和用戶驅(qū)動型光網(wǎng)絡(luò)，真正實現(xiàn)業(yè)務(wù)網(wǎng)與傳送網(wǎng)的融合，也是一個關(guān)鍵問題。寬帶網(wǎng)絡(luò)視頻、實時流媒體通信、大容量文件傳輸、存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)等帶寬和時變業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，以及用戶對高質(zhì)量服務(wù)保障的需求，無不驅(qū)動著傳送網(wǎng)向具有綜合業(yè)務(wù)支撐能力的方向發(fā)展。多業(yè)務(wù)和用戶驅(qū)動的本質(zhì)可以概括為傳送網(wǎng)由封閉到開放、由他控到自律的發(fā)展模式問題。要在充分利用光網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有資源來滿足業(yè)務(wù)動態(tài)化需求的同時，又可以保證傳送網(wǎng)本身的可控、可管，以達(dá)到業(yè)務(wù)網(wǎng)與傳送網(wǎng)的融合，是未來光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的難點。
展望未來光網(wǎng)絡(luò)
關(guān)鍵問題的提出，不僅會激發(fā)技術(shù)人員的智慧，也驅(qū)動著光網(wǎng)絡(luò)向更好的方向去發(fā)展。隨著近年來互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的爆炸式發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)已經(jīng)成為了傳送網(wǎng)的主要服務(wù)對象，其帶寬需求已經(jīng)大大超出了傳統(tǒng)的話音業(yè)務(wù)和專線業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量以每年50%～100%的速度增長，骨干網(wǎng)的帶寬需求每9個月就會翻一倍。長期以來，光網(wǎng)絡(luò)一直扮演底層傳輸?shù)慕巧�，隨著用戶需求內(nèi)容的擴大和網(wǎng)絡(luò)智能手段的發(fā)展，傳送網(wǎng)必將與業(yè)務(wù)網(wǎng)進(jìn)一步交融，在光層直接提供動態(tài)、靈活、可控的新型業(yè)務(wù)成為目前光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢。光網(wǎng)絡(luò)不僅承載傳統(tǒng)的話音業(yè)務(wù)和專線業(yè)務(wù)，還要承載各種寬帶業(yè)務(wù)、虛擬光專用網(wǎng)業(yè)務(wù)、移動業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)，支撐如網(wǎng)格計算、文件下載、視頻點播、存儲區(qū)域網(wǎng)等新的應(yīng)用。數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)增加了帶寬顆粒的靈活性，并且提出對業(yè)務(wù)分級的需要，以面對新型業(yè)務(wù)所表現(xiàn)出的動態(tài)、突發(fā)、差異、多變的特點。因此，面向復(fù)雜業(yè)務(wù)應(yīng)用的深度分析與控制是未來光網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)融合的發(fā)展趨勢。
目前各種各樣的交換技術(shù)、功能各異的網(wǎng)絡(luò)層面，以及不同的系統(tǒng)平臺，為光網(wǎng)絡(luò)提供了異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，包括SONET/SDH網(wǎng)絡(luò)、OTN網(wǎng)絡(luò)、PTN網(wǎng)絡(luò)、光以太網(wǎng)等。ASON構(gòu)建在各種傳送技術(shù)之上，采用平面化手段對傳送網(wǎng)的功能主體進(jìn)行分類，形成控制、管理和傳送平面彼此交互的結(jié)構(gòu)體系，解決了以會話控制為基礎(chǔ)的電路型連接的動態(tài)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(wǎng)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(xiàn)了面向連接的網(wǎng)元節(jié)點自動化交換和管理功能，并沒有給出面向業(yè)務(wù)提供的一致性方案。運營商只能根據(jù)其商業(yè)策略和環(huán)境定義自己的業(yè)務(wù)模型，形成各自獨立的業(yè)務(wù)接入體系，這無疑增加了調(diào)研和開發(fā)成本，并且增大了體系之間的互通難度。如何將這些網(wǎng)絡(luò)耦合在一起，使之能夠高效地實現(xiàn)智能互聯(lián)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(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢。
此外，網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能可能隨著網(wǎng)絡(luò)的需求而隨時發(fā)生變化。一個可重構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)可以靈活地根據(jù)自己的要求對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置，這樣能夠極大地提高網(wǎng)絡(luò)維護成本，提高生產(chǎn)效率。比如網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浒l(fā)生了變化，網(wǎng)絡(luò)中的域進(jìn)行了重新劃分，或業(yè)務(wù)應(yīng)用發(fā)生了改變，這時不但要求網(wǎng)絡(luò)中這些變化能夠快速完成，而且需要整個網(wǎng)絡(luò)能迅速地感知變化，并做出同步調(diào)整。當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)因為智能化不夠，并且缺乏統(tǒng)一的控制機制，還很難做到這一點。因此下一代光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展將朝著網(wǎng)絡(luò)的高可重構(gòu)性與控制流歸一化方向進(jìn)行。
所以只有通過全面覆蓋承載網(wǎng)的各個層次，使基于不同傳送技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)統(tǒng)一控制，并建設(shè)具有更高業(yè)務(wù)要求和應(yīng)用能力的業(yè)務(wù)驅(qū)動型傳送網(wǎng)，這樣才可以推動光網(wǎng)絡(luò)的全新發(fā)展。
基于GMPLS+PCE的控制架構(gòu)
現(xiàn)在的智能光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以分為四個平面：傳送平面、控制平面、管理平面和業(yè)務(wù)平面。如圖1所示傳送平面負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)和一些控制、管理信息的傳送；管理平面執(zhí)行傳送平面、控制平面、業(yè)務(wù)平面的管理功能，并從整體上協(xié)調(diào)平面間的關(guān)系；控制平面主要通過信令網(wǎng)的支持，接收用戶網(wǎng)絡(luò)或者管理平面的要求，控制傳送平面進(jìn)行自動的交叉連接。而業(yè)務(wù)平面的引入使業(yè)務(wù)擴展和業(yè)務(wù)定制成為可能。通過業(yè)務(wù)平面，可以實現(xiàn)業(yè)務(wù)交換與業(yè)務(wù)控制相分離，使業(yè)務(wù)生成獨立于業(yè)務(wù)運行環(huán)境。業(yè)務(wù)交換與業(yè)務(wù)控制相分離改變了由交換系統(tǒng)提供不同新增業(yè)務(wù)的傳統(tǒng)方式。交換系統(tǒng)將只負(fù)責(zé)交換和接入功能，不會為新業(yè)務(wù)的引入做任何改動，從而實現(xiàn)了業(yè)務(wù)由業(yè)務(wù)平面集中提供的要求。業(yè)務(wù)生成獨立于智能光網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)運行環(huán)境，使得業(yè)務(wù)的提供不依賴于業(yè)務(wù)平面相關(guān)設(shè)備的供應(yīng)商，獨立的業(yè)務(wù)運行環(huán)境為業(yè)務(wù)的快速提供奠定了基礎(chǔ)。
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(guī)范了一系列與PCE相關(guān)的RFC標(biāo)準(zhǔn)，例如PCE發(fā)現(xiàn)需求、PCE通信協(xié)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(xié)同的優(yōu)勢，PCE適合網(wǎng)絡(luò)的跨層跨域設(shè)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(yōu)化方面具有較強的優(yōu)勢。
然而，當(dāng)前的智能組網(wǎng)結(jié)構(gòu)在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的控制效能以及業(yè)務(wù)的靈活接入能力方面仍顯不足。隨著對下一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)研究的深入，近年來網(wǎng)絡(luò)虛擬化成為國外研究的熱點。通過網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，可以使人們更好的發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施資源的優(yōu)勢，通過統(tǒng)一的資源管理平臺，使網(wǎng)絡(luò)資源的利用率達(dá)到最優(yōu)化�；谔摂M化的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)能使業(yè)務(wù)快速有效的接入并且按照業(yè)務(wù)需求獨立的進(jìn)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(wǎng)絡(luò)上，賦予業(yè)務(wù)提供者節(jié)點調(diào)配的靈活性，既可以減小網(wǎng)絡(luò)運營者的管理成本，又可以讓網(wǎng)絡(luò)更具活力。因此，面向多業(yè)務(wù)應(yīng)用的光網(wǎng)絡(luò)集成控制將成為未來光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展前進(jìn)的方向。
面向多業(yè)務(wù)應(yīng)用的集成控制架構(gòu)
光網(wǎng)絡(luò)控制集成化可以將底層異構(gòu)的物理網(wǎng)絡(luò)抽象成統(tǒng)一的接口，以供上層應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度和管理。具體來講，可以將傳統(tǒng)的控制平面劃分為兩部分：一部分功能是與業(yè)務(wù)控制緊耦合，包括各種豐富的業(yè)務(wù)策略和各種資源配置協(xié)議；另一部分功能是與交換控制緊耦合，主要指實現(xiàn)節(jié)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(gòu)成集中式的網(wǎng)絡(luò)控制器，向下通過開放的接口協(xié)議與設(shè)備節(jié)點相連，向上相當(dāng)于一個“網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)”，了解全網(wǎng)資源信息，支持全網(wǎng)業(yè)務(wù)策略。在此基礎(chǔ)上可靈活實現(xiàn)控制平面功能的可重構(gòu)性，以及分組與光層的集成控制，能夠很方便地擴展各種業(yè)務(wù)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)運營功能。
集成化控制中心的實現(xiàn)方案可以分為控制中心全集中實現(xiàn)方案和多控制中心協(xié)作方案兩種。前者是單控制中心對全網(wǎng)做集中式控制，后者是在多控制中心之間實現(xiàn)相互協(xié)作，通過控制協(xié)議在多控制中心之間進(jìn)行資源調(diào)配。
單控制中心實現(xiàn)方案如圖2所示。在這種實現(xiàn)模式下，全網(wǎng)的硬件控制、資源調(diào)度與業(yè)務(wù)解析完全由單控制中心完成，規(guī)則簡單，能有效控制接口統(tǒng)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(fù)荷較重，特別是在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)和復(fù)雜業(yè)務(wù)應(yīng)用情況下會存在效率問題。此外單控制中心方案對網(wǎng)絡(luò)的安全性存在極大的風(fēng)險，一旦控制中心受到攻擊，將造成整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓。
針對全集成化光網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)存在的問題，基于控制中心集群的光網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)即云控制中心，如圖3所示，得到了發(fā)展。它將多個控制中心互連，通過擴展Openflow協(xié)議實現(xiàn)控制中心集群的統(tǒng)一控制，從而實現(xiàn)云控制的功能。在用戶和交換設(shè)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(xié)作提高全網(wǎng)的控制效率，又可以實現(xiàn)全網(wǎng)控制的高可靠性保障。
