解开下一代光传送网的面纱：软件定义的OTN

karfunkelwang8

【前言】云时代，社交网络、视频点播等新型应用和业务加速涌现，带宽需求增长迅猛，并变得更加动态不确定，对传统的光网络提出了巨大挑战。100G来临，大容量OTN已经成为产业的共识。作为100G和OTN领域的领导者，华为认为软件定义的OTN（Software defined Optical Transport Network）将是下一代光传送网发展的方向，其拥有“弹性管道”、“即时带宽”、“编程光网”三大特性，可以满足未来业务快速部署、带宽按需分配、网络易维易管等要求，为运营商构筑云时代高效、灵活、开放的光传送网，有效降低TCO，提升网络盈利水平。　　传统光传送网所面临的挑战
　　流量快速增长，单载波容量逼近极限
　　近年来随着互联网的发展，互联网用户数、应用种类、带宽需求等都呈现出爆炸式的增长，以中国为例，未来4~5年干线网流量的年增长率会高达60~70%，骨干传输网总带宽将从64Tb/s增加到150Tb/s左右，甚至200Tb/s以上。面对巨大的数字洪流，超高速光接口需求大量涌现，线路传输速率逐渐从40G/100G、400G/1T+发展，超100G之后多载波技术是趋势，怎样提升多载波技术的频谱利用效率，以及怎样通过资源的灵活调整提升网络整体频谱利用效率成为下一步发展的首要问题。
　　新应用层出不穷，动态业务如何泄洪
　　随着云计算、数据中心的广泛应用，出现各种不同类型的新业务新应用，传送网除了面临巨大的数字洪流，还将面临洪流的动态性和不可预知性。传统的光传送网络基于固定速率的OTN接口、光层固定的频谱间隔以及逐层分离式管控，其“过设计”(over provisioning)和“静态连接”(static connectivity)等特性在这种状况下显得效率低下，需要建立一个灵活、开放的新架构，实现“自动部署”、“瞬时带宽调整”。
　　软件定义的OTN架构
　　软件定义的光传送网，是通过硬件的灵活可编程配置，实现传送资源可软件动态调整的光传送架构。其核心技术包括：具有灵活可变的光、电功能模块，构建高速、低功耗可编程的光系统，支持Openflow标准控制接口以及开放式应用接口(API)，利用可编程传送控制器(Programmable Transport Controller)实现光网可编程化以及资源云化，从而为不同的应用提供高效、灵活、开放的管道网络服务。系统架构如图1所示。

软件定义的OTN系统架构

　　软件定义的OTN具备“弹性管道”、“即时带宽”、“编程光网”三大特性，可以满足未来不同业务快速部署、带宽按需分配、网络易维易管等要求，能够有效降低运营商TCO，提升盈利水平。
　　软件定义的OTN，四大关键技术
　　软件定义的OTN包含Flex OTN、Flex Transceiver、Flex ROADM以及Programmable Transport Controller四大关键技术。
　　Flex OTN技术
　　传统的OTN通过GMP技术实现对TDM/IP等多业务的封装和承载，但随着业务速率的提升，基于固定速率OTUk接口的映射、封装、成帧处理愈发不能满足运营商对超宽带和灵活可配置带宽的需求，且不同的OTUk需要不同的硬件与之对应，同时，也无法与具备可软件编程的光物理层(Flex Transceiver)单元相适配。Flex OTN在原有OTN的基础上，引入灵活OTN处理，与可编程光层完美结合，既扩展了OTN的灵活性，同时又与现网兼容，很好地满足了对未来多业务灵活、高效率的承载。
　　Flex Transceiver技术
　　Transceiver即实现电信号与光信号的相互转换的单元，传统的Transceiver由于硬件结构单一，不同的应用场景，需不同调制码型、线路速率的板卡或者光模块，而Flex Transceiver采用通用硬件结构，基于业界领先的flex-ODSP技术，仅仅只需通过简单的软件配置，轻点鼠标，一套硬件系统即可满足多种应用场景，与Flex OTN以及Programmable Transport Controller技术相配合后，用户可根据实际业务情况，对光层带宽资源进行合理优化分配，实现流量的精细化运营，同时降低网络整体功耗。类似可调激光器对光网络的推动，Flex Transceiver势必也会带来更大的变革。
　　Flex ROADM技术
　　ROADM即可配置的OADM单元，是光网络中不可或缺的重要光层物理单元，能够在光层实现波长通道的交换和上下路。随着400G/1T+的出现，为了进一步提升频谱资源利用率，原有固定通道间隔被打破，Flex ROADM应运而生。Flex ROADM可以实现极小的带宽间隔，实现任意带宽任意光通道之间的无损交换(hitless)；结合Flex OTN和Flex TRX技术，更进一步，在光层可实现更精细的子波长调度，通过光层直接旁路，减小昂贵的上层交换设备的使用，降低运营商TCO以及网络整体功耗。
　　Programmable Transport Controller技术
　　Programmable Transport Controller是一种新型的网络控制单元。通过与网络设备层的标准化Openflow控制接口，提供跨多设备形态的统一控制，实现从动态云业务到基于Flex OTN、Flex TRX、Flex ROADM的弹性管道端到端统一控制，方便增值业务的快速即时提供；通过与应用层的开放式API，使应用可以驱动网络，快速即时重构网络硬件系统，实现可编程化的光网络, 满足用户动态实时性以及个性化服务需求；通过集中式的控制理念，使业务多层流量疏导更加智能、可控，全网资源利用率得以最大化提升，业务端到端质量得到有效保证，让用户得到最完美的体验。这种基于集中式管理、标准化控制、以及开放式API的软件定义管理方式，使传送网从哑管道转变成智能管道，管道作为业务的一部分为运营商提供“OaaS”增值服务(Optical as a Service)。
　　软件定义的OTN价值
　　运维“易”，运营“细”
　　传统网络中单板类型种类繁多，增大了备料成本以及运维成本，增加了运营商的Capex和Opex。软件定义的OTN中Flex OTN、Flex TRX、Flex ROADM均采用通用硬件架构，可实现单板硬件归一化；同时，由于光模块可软件编程，自定义速率、码型等，给网络运维以及运营也带来诸多好处，例如，在工程开局阶段，可以减少备件数量，降低开局工程师技术要求，加快开局速度，有利于业务的快速开通和部署，在维护优化阶段，光纤和光器件老化导致传输性能下降时，可以通过改变调制码型，优化系统性能。单板的灵活可配置还可以为运营商带来更加灵活的带宽销售模式，进一步提升营收。
　　带宽资源“零浪费”，带宽价值“零残留”
　　软件定义的OTN所具备的“弹性管道”，让精细化带宽资源管理和使用成为可能，实现带宽资源“零浪费”。网络控制器通过标准控制接口，根据上层业务流量，对光层硬件设备进行重构，调整管道大小，一方面可以节约网络带宽资源，提升带宽利用率，比如，以100G/400G/1T混传系统为例，软件定义的OTN可以提高40.3%~67.14%的带宽利用率；另一方面也可以降低设备整体功耗，带来绿色光网络。
　　软件定义的OTN所具备的“即时带宽”，除了带来不一样的用户体验，更实现了带宽价值的“零残留”。传统光传送网，从用户发出一个带宽请求，到最后业务开通，需要经历多个部门，多人处理，开通时间最长可达数月，而通过统一端到端控制，结合灵活光物理层技术，减少了人的参与，业务开通时间可减少至数小时，甚至数分数秒，带宽资源滚动使用，不光提升了每比特营收，也可带来ICP、ISP之间良好的生态圈。
　　软件定义的OTN所具备的“编程光网”，使得光网针对不同的应用可以提供不同的网络资源，作为业务的一部分为运营商提供增值服务。通过提供开放式API，将网络能力抽象给应用层，同时应用层业务驱动网络根据个性化需求来建立连接，使得客户基于标准化接口简易实现自助化网络定制，并提供代维代管的服务，从而与客户、内容提供商产生更紧密、互利的深入合作关系，从而共创新的盈利增长点。
　　流量、距离自适应
　　软件定义的OTN，可以根据光路的长度和经过的跨段数灵活选取适当的调制格式以及频谱资源，小跨段数短路径可以选择满足OSNR要求的高阶调制格式，跨段数较多、传输距离长的光路，可以采用占用带宽大，但是在低OSNR下能够正常工作的低阶调制格式，从而更有效利用线路频谱资源，提高频谱效率。
　　 软件定义的OTN是演进的必然
　　云网络时代，业务呈现出多样化，传统的光传送网已无法满足新的需求，高效、灵活、开放已然成为光网络演进的关键，在变革的转折点，华为提出软件定义的OTN，在弹性管道的基础上提供即时带宽管理、集中式控制虚拟化网络资源、开放的标准化应用接口，为新业务提供高效、灵活、开放的管控，让光网络更好地服务于业务，服务于用户体验，帮助客户不断降低运营成本、并开拓新的盈利模式，构筑更健康、和谐的产业链。