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電信IP化已經(jīng)成為全球發(fā)展趨勢，以“客戶（Customer）、應用（Application）、數(shù)據(jù)（Data）”為中心的CAD三要素將構成未來業(yè)務驅動的核心內(nèi)容。作為未來的光網(wǎng)絡，不僅要具備“用戶驅動”能力，同時“業(yè)務驅動”的能力也不能掉以輕心。要做到兩手抓，兩手都要硬，首先要解決當前光網(wǎng)絡所面臨的問題。
三座大山困擾當前
目前光網(wǎng)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(wǎng)絡的靈活性和可擴展性。未來業(yè)務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)務提供適應的帶寬需求。與此同時，網(wǎng)絡的分層、分域雖然在很大程度上解決了大規(guī)模光網(wǎng)絡的可擴展性，但是多層多域光網(wǎng)絡本身仍舊面臨著一定的體系擴展性問題。這里的網(wǎng)絡擴展性，既指網(wǎng)絡規(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)絡負載的可擴展，即節(jié)點對之間的業(yè)務量增加。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(yè)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(wǎng)絡架構還不能很好地解決上述網(wǎng)絡擴展所帶來的問題，需要在新的體系架構上做出優(yōu)化設計。
如何將光層的通道服務模式發(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)絡拓撲和保護能力；光層也無法了解IP層的動態(tài)業(yè)務需求。隨著業(yè)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(tǒng)一調(diào)度來降低IP層路由器的處理壓力，進而降低網(wǎng)絡成本和功耗是當前網(wǎng)絡亟待解決的一個問題。
同時，要如何架構未來的業(yè)務驅動和用戶驅動型光網(wǎng)絡，真正實現(xiàn)業(yè)務網(wǎng)與傳送網(wǎng)的融合，也是一個關鍵問題。寬帶網(wǎng)絡視頻、實時流媒體通信、大容量文件傳輸、存儲區(qū)域網(wǎng)絡等帶寬和時變業(yè)務的出現(xiàn)，以及用戶對高質(zhì)量服務保障的需求，無不驅動著傳送網(wǎng)向具有綜合業(yè)務支撐能力的方向發(fā)展。多業(yè)務和用戶驅動的本質(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)絡的現(xiàn)有資源來滿足業(yè)務動態(tài)化需求的同時，又可以保證傳送網(wǎng)本身的可控、可管，以達到業(yè)務網(wǎng)與傳送網(wǎng)的融合，是未來光網(wǎng)絡發(fā)展的難點。
展望未來光網(wǎng)絡
關鍵問題的提出，不僅會激發(fā)技術人員的智慧，也驅動著光網(wǎng)絡向更好的方向去發(fā)展。隨著近年來互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的爆炸式發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務已經(jīng)成為了傳送網(wǎng)的主要服務對象，其帶寬需求已經(jīng)大大超出了傳統(tǒng)的話音業(yè)務和專線業(yè)務，數(shù)據(jù)業(yè)務量以每年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)絡智能手段的發(fā)展，傳送網(wǎng)必將與業(yè)務網(wǎng)進一步交融，在光層直接提供動態(tài)、靈活、可控的新型業(yè)務成為目前光網(wǎng)絡發(fā)展的必然趨勢。光網(wǎng)絡不僅承載傳統(tǒng)的話音業(yè)務和專線業(yè)務，還要承載各種寬帶業(yè)務、虛擬光專用網(wǎng)業(yè)務、移動業(yè)務和多媒體業(yè)務，支撐如網(wǎng)格計算、文件下載、視頻點播、存儲區(qū)域網(wǎng)等新的應用。數(shù)據(jù)類業(yè)務增加了帶寬顆粒的靈活性，并且提出對業(yè)務分級的需要，以面對新型業(yè)務所表現(xiàn)出的動態(tài)、突發(fā)、差異、多變的特點。因此，面向復雜業(yè)務應用的深度分析與控制是未來光網(wǎng)絡與業(yè)務融合的發(fā)展趨勢。
目前各種各樣的交換技術、功能各異的網(wǎng)絡層面，以及不同的系統(tǒng)平臺，為光網(wǎng)絡提供了異構的網(wǎng)絡環(huán)境，包括SONET/SDH網(wǎng)絡、OTN網(wǎng)絡、PTN網(wǎng)絡、光以太網(wǎng)等。ASON構建在各種傳送技術之上，采用平面化手段對傳送網(wǎng)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(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)務模型，形成各自獨立的業(yè)務接入體系，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)絡發(fā)展的必然趨勢。
此外，網(wǎng)絡的結構和功能可能隨著網(wǎng)絡的需求而隨時發(fā)生變化。一個可重構的網(wǎng)絡可以靈活地根據(jù)自己的要求對網(wǎng)絡進行配置，這樣能夠極大地提高網(wǎng)絡維護成本，提高生產(chǎn)效率。比如網(wǎng)絡的拓撲發(fā)生了變化，網(wǎng)絡中的域進行了重新劃分，或業(yè)務應用發(fā)生了改變，這時不但要求網(wǎng)絡中這些變化能夠快速完成，而且需要整個網(wǎng)絡能迅速地感知變化，并做出同步調(diào)整。當前的網(wǎng)絡因為智能化不夠，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)絡的發(fā)展將朝著網(wǎng)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(wǎng)的各個層次，使基于不同傳送技術的網(wǎng)絡實現(xiàn)統(tǒng)一控制，并建設具有更高業(yè)務要求和應用能力的業(yè)務驅動型傳送網(wǎng)，這樣才可以推動光網(wǎng)絡的全新發(fā)展。
基于GMPLS+PCE的控制架構
現(xiàn)在的智能光網(wǎng)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(yè)務平面。如圖1所示傳送平面負責用戶數(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)務平面的管理功能，并從整體上協(xié)調(diào)平面間的關系；控制平面主要通過信令網(wǎng)的支持，接收用戶網(wǎng)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(yè)務平面的引入使業(yè)務擴展和業(yè)務定制成為可能。通過業(yè)務平面，可以實現(xiàn)業(yè)務交換與業(yè)務控制相分離，使業(yè)務生成獨立于業(yè)務運行環(huán)境。業(yè)務交換與業(yè)務控制相分離改變了由交換系統(tǒng)提供不同新增業(yè)務的傳統(tǒng)方式。交換系統(tǒng)將只負責交換和接入功能，不會為新業(yè)務的引入做任何改動，從而實現(xiàn)了業(yè)務由業(yè)務平面集中提供的要求。業(yè)務生成獨立于智能光網(wǎng)絡的業(yè)務運行環(huán)境，使得業(yè)務的提供不依賴于業(yè)務平面相關設備的供應商，獨立的業(yè)務運行環(huán)境為業(yè)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(guī)范了一系列與PCE相關的RFC標準，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(yōu)化方面具有較強的優(yōu)勢。
然而，當前的智能組網(wǎng)結構在異構網(wǎng)絡的控制效能以及業(yè)務的靈活接入能力方面仍顯不足。隨著對下一代互聯(lián)網(wǎng)絡研究的深入，近年來網(wǎng)絡虛擬化成為國外研究的熱點。通過網(wǎng)絡虛擬化技術，可以使人們更好的發(fā)揮網(wǎng)絡基礎設施資源的優(yōu)勢，通過統(tǒng)一的資源管理平臺，使網(wǎng)絡資源的利用率達到最優(yōu)化�；谔摂M化的網(wǎng)絡體系結構能使業(yè)務快速有效的接入并且按照業(yè)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(wǎng)絡上，賦予業(yè)務提供者節(jié)點調(diào)配的靈活性，既可以減小網(wǎng)絡運營者的管理成本，又可以讓網(wǎng)絡更具活力。因此，面向多業(yè)務應用的光網(wǎng)絡集成控制將成為未來光網(wǎng)絡發(fā)展前進的方向。
面向多業(yè)務應用的集成控制架構
光網(wǎng)絡控制集成化可以將底層異構的物理網(wǎng)絡抽象成統(tǒng)一的接口，以供上層應用進行統(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)務控制緊耦合，包括各種豐富的業(yè)務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，構成集中式的網(wǎng)絡控制器，向下通過開放的接口協(xié)議與設備節(jié)點相連，向上相當于一個“網(wǎng)絡操作系統(tǒng)”，了解全網(wǎng)資源信息，支持全網(wǎng)業(yè)務策略。在此基礎上可靈活實現(xiàn)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(yè)務應用和網(wǎng)絡運營功能。
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荷較重，特別是在大規(guī)模網(wǎng)絡和復雜業(yè)務應用情況下會存在效率問題。此外單控制中心方案對網(wǎng)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(wǎng)絡癱瘓。
針對全集成化光網(wǎng)絡控制架構存在的問題，基于控制中心集群的光網(wǎng)絡控制架構即云控制中心，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。
（本文得到了國家973計劃項目No.2010CB328204，國家863計劃項目No.2008AA01A328，No.2009AA01Z255和中央高�；究蒲袠I(yè)務費專項資金資助。）
