SDN软件定义光网络技术与发展

软件定义光网络技术与发展软件定义光网络技术与发展

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张杰,纪越峰北京邮电大学中国/北京中国/北京,2014年5月21日年月日

主要内容

1. 光联网与SDON 理念

软件定义光网络SDON

2. SDON若干关键技术3863-AONI 项目进展3.

4. SDON发展几点思考

光联网的趋势与挑战

信息时代的标签：ABC

应用（pplication ）大数据（ig Data）云（loud ）

光联网发展趋势之一高速/宽带/长距容量提升挑战

◆◆◆

光联网发展趋势之二动态/弹性/灵活智能增强挑战

◆◆◆

G bps 能力(多业务接入) T bps 能力(多复用传输) P bps 能力(多粒度交换)

高突发—D 能力(动态适应) 变带宽—E 能力(弹性调节) 大规模—F 能力(灵活扩展)

永恒主题非“光”莫属永恒主题,非“

价值追求“光”有可为价值追求,“

大容量光网络：交换点重心下移, 光联网作用凸显

2000年

至今

RrR 结构

基于Router 分组级转发

RmR 结构

基于MSTP 电路级交叉

RoR 结构

基于OTN 子波级调度

RwR 结构

基于WDM 波长级交换

数字洪流的出现迫切需要大带宽交换联网能力向光层迁移数字洪流的出现迫切需要大带宽交换，联网能力向光层迁移

智能光网络：控制平面ASON →PCE →SDON 演进

2001年

2006年

2011年

自动交换功能需求

连接控制难题

大规模多层域需求

路径计算难题

多样化复杂化需求

功能扩展难题

自动交换光网络(ASON)

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路径计算单元(PCE)

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软件定义光网络(SDON)

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目的：快速连接建立/拆除机制：分布信令/分布路由协议：GMPLS 目的：约束条件路径计算机制：分布信令/集中路由协议：PCEP 目的：业务提供资源虚拟机制：统一控制/集中策略协议：OpenFlow

光层智能管控的功能和范畴不断扩大，SDON 代表发展趋势

全球光通信大会(OFC)将SDN 列为第一热点

由SDN 到SDON Optical Oriented SDN

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软件定义网络(SDN)：一种新型网络创新架构，通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台光网络的特殊问题：物理传输损伤、网络性能约束、按需带宽提供等

SDON 体现光与SDN 碰撞：光层和电层功能不同、网络遇到的挑战不同、解决问题的手段不同，SDON 必须对SDN 进行扩展，以满足光网络的特殊要求

软件定义光网络(SDON)：光网络的结构和功能可根据用户或运营商需求，利用软件编程方式进行动态定制，以实现快速响应请求、高效利用资源、灵活提供服务的目的，其核心在于光网络元素可编程特性，包括业务处理可编程、控管策略可编程、传输器件可编程等

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由ASON/GMPLS到SDON

3项改变3类提升

完成了从标签到控制器（架构）、从分布到集中（方法）、从整体化到虚拟化（策略）的三项改变，从而实现了扩展性、）的三项改变从而实现了扩展性灵活性、开放性三个方面的显著提升

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扩展性方面

⏹ASON 面向连接，SDON 与连接无关⏹ASON 通过协议扩展功能，通过协议扩展功能SDON 通过策略扩展功能灵活性方面

⏹ASON 支持损伤感知，SDON 支持传输性能调节控制⏹ASON 支持光路建拆，SDON 支持弹性资源切片虚拟⏹SDON 比ASON 更加适合多层域多约束的光网络控制开放性方面

⏹SDON 北向接口开放，可允许各类业务编程应用⏹SDON 控制软件下载，提高运维效率和降低成本控制软件下载提高运维效率和降低成本

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传输视角

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支持光传输损伤感知与质量评估支持光传输可调单元的参数选择支持光传输的DSP 算法性能控制

支持北向编程接口，结构开放便于业务提供支持资源分片组合策略开放便于业务区分支持资源分片组合，策略开放便于业务区分支持光网络的异构互联互通支持光网络的统一控制调度支持光网络的分层多域优化支持光网络弹性多约束RSA 支持光网络灵活运维和升级支持光网络层一资源虚拟化

体现光层特色提高应用水平增强光网性能

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应用视角

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网络视角

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软件驱动的光路传输调节

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光收发机波长、输入输出功率、调制格式、信号速率以及光放大器光收发机波长输入输出功率调制格式信号速率以及光放大器的增益范围等参数可以在线调节的能力使得光路成为物理性能可感知、可调节的动态系统

⏹

软件编程的光路灵活交换

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波长间隔无关的可编程ROADM 技术在全光交换过程中的应用打破了传统波长通道固定栅格划分，可支持全光汇聚与疏导，为实现高谱效率速率灵活的光路配和带宽管理提供了全新路效率、速率灵活的光路配置和带宽管理提供了全新思路

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软件扩展的光路自动联网

⏹

根据用户和网络状态需求，利用可编程控制的器件、算法、策略与根据用户和网络状态需求利用可编程控制的器件算法策略与协议，定制内核可高度重构化的网络系统，提供开放式管理与业务适配接口，实现异构网络资源的归一化调度与业务应用高质量保证适配接口，实现异构网络资源的归化调度与业务应用高质量保证

SDON 的主要贡献

融合业务流持续增长高带宽应用发展迅猛

C ⋅A ⋅P

信息速率日益提升网络结构日益复杂

ost

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gility

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ower

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光网设备研制光网系统升级光网运维管理光网业务开发带宽灵活调度流量动态疏导资源弹性组合性能感知可控

控制转发分离通用模块设计软件下载升级绿色节能管理

主要内容

1. 光联网与SDON 理念

软件定义光网络SDON

2. SDON若干关键技术3. 863863-AONI AONI 项目进展4. SDON发展几点思考

SDON 关键技术分析

APP API

APP API

多域控制器CVNI

单域控制器

CVNI

单域控制器APP API

光网虚拟化技术

SDON 控制器

可编程光层技术

A 子网

B 子网

关键技术之一：可编程光层技术

⏹✓光网络交换层面的控制实现简单建拆路

✓质量都是有保障的传输交换可编程

软件定义光学器件使传输设备具有编程能力

关键技术之二：SDON 控制器

应用控制器

Optimization between Optimization between

APP & NET

NET info APP info

Northbound Interface网络控制器

Abstraction network control

Topology Abstraction

Service Ctrl & Mgmt

Application Controller

Service

e Driven Abstraction

Update p Transport Controller

O OpenFlow l

Physical network control Physical network control

Discovery PCE

Spectrum

control

光网络

方案之一：应用控制器和网络控制器共同构成SDON 控制平面，网络控制器负责控制简化的硬件设备，应用控制器负责为上层灵活提供带宽资源，两者协同实现跨层资源优化利用

主要内容

1. 光联网与SDON 理念

软件定义光网络SDON

2. SDON若干关键技术3863-AONI 项目进展3.

4. SDON发展几点思考

3. SDON研究项目-国家863计划

/AONI

AONI 研究进展2：关键技术-(1)弹性切片

提出了基于链路切片和节点切片的动态虚拟网络嵌入方法，结虚嵌方果证明了该方法可有效降低网络阻塞率。

Jiawei Zhang, Biswanath Mukherjee, Jie Zhang, Yongli Zhao, "Dynamic Virtual Network Embedding Scheme Based on Network ElementSlicing for Elastic Optical Networks," ECOC 2013, Mo.4.E.5.

AONI研究进展2：关键技术-(2)光即服务

高可靠

低时延

信息终端

强生存 C

SDON控制器

可控管

软件定义光网络 数据中心A



灵活：光即服务，实现光 网络与数据中心资源的灵 活互动 实时：提供数据中心之间 大容量虚拟资源的动态迁 移解决方案 安全：有效提高资源迁移 过程中数据传输的可靠性



数据中心B 光联网



Yongli Zhao, Hui Yang, Jie Zhang, et al., "Experimental Demonstration of Optical as a Service (OaaS) based on OpenFlow," OECC2012, Post dead line paper.

BUPT—Jie Zhang

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2014中国光网络研讨会

AONI研究进展2：关键技术-(3)多域控制

通过多控制器协作实现数据中心光互联，验证了多域光路自 动快速提供的可行性。

Yiming i i Yu, Jie i Zhang, h Yongli li Zhao, h Yuefeng f Ji, i et al., l "Field " i ld Demonstration i of f Datacenter Resource Migration i i via i Multi-Domain li i Software Defined Transport Networks with Multi-Controller Collaboration," OFC 2014, W1E.2

BUPT—Jie Zhang

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2014中国光网络研讨会

AONI研究进展2:关键技术-(4)光层资源虚拟化

提出了开放式虚拟化架构，使多维资源虚拟化成为可能

Yiming Yu, Jie Zhang, Yongli Zhao, Yuefeng Ji, et al., "Open Virtual Infrastructure: ...," ECOC 2013, P.5.8

BUPT—Jie Zhang

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2014中国光网络研讨会

AONI研究进展3:实验验证-(1)eSDN全光网实验

OFC2013大会PDP报告

Jie Zhang, Zhang Yongli Zhao, Zhao Hui Yang, Yang Yuefeng Ji, Ji Hui Li, Li Yi Lin, Lin et al. al First Demonstration of enhanced Software Defined Networking (eSDN) over elastic Grid (eGrid) Optical Networks for Data Center Service Migration. OFC2013, Anaheim, USA, March 2013 , PDP5B.1

BUPT—Jie Zhang

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2014中国光网络研讨会

AONI研究进展3：实验验证-(2)洲际演示

2012年7月，应邀在西班牙马德里召开的国际会议（ISPDPA）上展示了软件定 义光即服务（OaaS）洲际互联远程实验，在解决面向复杂数据中心应用的光 义光即服务 联远程实验，在解决 复杂数据中 应 的光 网络业务提供与动态联网中网络资源的业务适配问题取得进展

BUPT—Jie Zhang

25 2014中国光网络研讨会

AONI研究进展3：实验验证-(3)其他工作

OFC2013 InfoCom2013 ECOC2013GlobeCom2013 OFC2014

eSDN/eGrid网络 系列仿真/实验成果

数据中心多维 资源调度研究 灵活光网络光层 虚拟化映射研究

时间感知的数据 多域光网络多控制器 中心光组网研究 系列仿真/实验成果

BUPT—Jie Zhang

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2014中国光网络研讨会

国家863计划/AONI

光交换网络的演进阶段 SDON

K节点联网 集成光联网 应用开放化

技术 术攻关

P比特交换

灵活光交换

控制集中化

T比特传输

弹性光收发

硬件通用化

容量攀升阶段

BUPT—Jie Zhang

智能增强阶段

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成本降低阶段

2014中国光网络研讨会

主要内容 1. 光联网与SDON理念

软件定义 光网络 SDON

2. SDON若干关键技术 3 863-AONI 项目进展 3. 4. SDON发展几点思考

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2014中国光网络研讨会

未来发展的几点思考---小结

1. 智能光网络在三层平面结构基础上，从GMPLS，到PCE，再到 目前的SDON，技术在不断演进与发展，光网正做大做强 2. SDON给未来光网络带来变革，体现在降低成本、增加灵活、 提高效率等，可有效承载以突发分组业务为代表的数字洪流 3. SDON是面向光网的 SDN。共性：追求目标一致 — 开放；采用 结构相同 — 分离，实现手段类似 — 元素可编程控制。个性： 光层与电层属性不同，粒度多样，分层多域，异构互联，因 此不存在对应关系，也无法全部照搬，要有专门方案 4. 在光层上实现“可编程控制与资源虚拟化”更具有挑战性， 还有很多问题需要解决，不会一蹴而就，但必须坚持，因为 光层智能是大势 趋 光层智能是大势所趋 5. SDON的发展步伐，最终由市场应用决定，尤其取决于在光层 业务应用上的突破，以及与数据SDN的协同

BUPT—Jie Zhang

29 2014中国光网络研讨会

软件定义光网络 — SDON

谢

谢！ 谢

敬请指正！

张杰，纪越峰 北京邮电大学 ２０１４年５月２１日

BUPT—Jie Zhang

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2014中国光网络研讨会