基于SDN的IP與光網絡統一控制技術研究

劉效禹　霍英哲　丁一　李立

摘要：通過對SDN的IP與光網絡統一控制技術進行研究，在智能電網中引入SDON技術，構建能夠實現不同廠家光傳輸設備進行互聯互通SDN光網絡架構。實現IP與光網絡統一控制，支持控制器的集群化，避免了單一的控制器造成的單點失效問題，可以提高電力傳輸網的高可靠性要求，同時能夠應對大規模電力傳輸網的應用。

關鍵詞：SDN 控制技術 光網絡 統一控制

中圖分類號：TN929.1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）09-0068-02

隨著信息和通信在技術應用與發展的相互促進以及信息應用的快速增長，對電力通信網的支撐能力提出了更高的要求。信息技術需要為電力通信網的管理與運維提供更加有效的支撐手段。國網數據通信骨干網，作為中間層，將底層的光纖通信網絡和上層的信息業務系統進行了緊密結合，是信息通信在電力系統發展中具有標志性意義的事件。本文通過對SDN的IP與光網絡統一控制技術進行研究，在智能電網中引入SDON技術，可以提高網絡的靈活性、擴展性及利用率。同時可以降低網絡功能成本，為未來電網的智能光傳輸網絡建設提供技術支撐。

1 系統功能及定位

1.1 SDN技術簡介

軟件定義網絡是一種新型的創新網絡架構，主要是利用OpenFlow技術完成對網絡控制平面和轉發平面的分離，有效的掌控和管理整體網絡的全局，提高網絡資源利用率，并使其達到最大化，可以靈活調度控制業務流量，可以實現不同廠家的傳輸設備進行互聯互通以及集中管控，由于目前傳輸光網絡向著大帶寬的方向發展，因此將SDN技術應用到光傳輸網，可以提高傳輸網絡的靈活性和擴展性。

1.2 SDON技術優勢

將SDN技術和概念應用到光傳輸網絡，構建新型光傳輸網絡架構體系，形成SDON技術。該技術將傳送平面和控制平面進行分離，對光傳輸網絡中的物理技術的細節方面進行屏蔽，對光傳輸網絡現有復雜的私有網絡接口進行簡化，實現可以對光傳輸網絡的可編程。由于光傳輸網絡固有的集中化管理以及面向連接的交換機制等特點，因此在光傳輸網絡引入SDN技術更加符合SDN技術的發展和演進，可以滿足未來虛擬化網絡、提供靈活快捷的業務，滿足傳輸網絡發展和業務創新的需求。

SDON技術主要具備以下幾方面優勢：

（1）SDON技術可以滿足用戶對光傳輸網絡配置的需求。實現設備的使用、操作靈活、快捷，能夠使用戶用最快的速度獲取用戶想要的服務功能。（2）SDON技術可以實現對光傳輸網管資源進行虛擬化的管理，可以實現對不同常見所有的光傳輸網絡產品的全覆蓋，可以充分發揮光傳輸網絡的基礎設施資源優勢，通過構建開放、統一的傳輸設備資源管理平臺，對傳輸網絡資源的利用進行優化。（3）利用OpenFlow等相關協議，同時通過對協議進行擴展，實現不同廠家傳輸設備的互聯互通，對交互控制接口進行開發，實現面向對象的交互接口，實現光傳輸網絡承載業務員的抽象化以及跨層網絡控制的集成化，構建具備統一控制能力的新型光傳輸網絡架構體系。

1.3 支持電力廣域互聯的SDN的IP與光網路關鍵技術

1.3.1 關鍵技術內容

支持電力廣域互聯的電力軟件定義光網絡關鍵技術只要包括以下幾個方面：

（1）基于協同控制的SDON架構；（2）支持標準化流表轉發的路由算法以及路徑配置方法；（3）支持集群控制機制的北向接口和南向接口的光擴展以及基于REST的北向接口及其核心功能。

采用電力廣域互聯的電力軟件定義光網絡關鍵技術可以不同廠家傳輸設備的互聯互通與集中管控，降低了系統的構建復雜度和使用復雜度，完成資源最優化配置，提高資源利用率，為未來電網的智能光傳輸網絡建設提供了技術支持。

1.3.2 啟用關鍵技術的效益

（1）由于傳統的電力光傳輸網的結構不夠靈活，無法適應不斷涌現的新增承載業務的需求，無法保證服務質量，無法進行可持續發展，無法保障產業鏈難的可持續發展?；趨f同控制的電力軟件定義光網絡為電力光傳輸網的使用、控制以及如何創收提供了更多的靈活性，通過簡單的可控軟件的模塊進行組合可以替代傳統專用的傳輸設備與控制系統，減少網絡建設中的資本性支出（CAPEX）。 （2）電力軟件定義光網絡采用協同控制方式，可以實現對電力光傳輸網進行故障自我診斷以及自動化部署，減少電力光傳輸網絡由于人工干預而產生的錯誤，降低電力光傳輸網的運營管理費用（OPEX）。（3）電力軟件定義光網絡采用協同控制方式，可以集中管理和協調控制整體傳輸網絡，改變由于不同設備上提供的專有設備必須提供相應的方案，可以加快網絡建設速度，可以實現為電力光傳輸網絡帶來良好的社會效益和經濟效益。

2 基于協同控制的電力軟件定義光網絡架構

區別于傳統的SDN架構主要是基于協同控制的多廠家傳輸設備互聯互通的電力軟件定義光網絡技術框架，對控制層進行擴展，將控制層分解成為協同控制層和單域控制層等兩個層次，實現一個垂直的控制層結構，其體系架構如圖1所示。

根據電力光傳輸網的特點，傳統的SDN單域控制器的功能無法滿足應用的需要，本文提出光網絡架構將控制層又分為兩層：單域控制器和協同控制器。其中單域控制器的作用和傳統SDN控制基本一致，負責生成域內網絡視圖、管理域內網絡資源。協同控制器用來協調單域控制器之間的工作，并負責網絡的全局視圖和全局網絡資源管理。

對于不同的電力傳輸子網來說，每個子網各自擁有不同的控制器。這些子網可能采用不同的傳輸技術，控制器也可能來自不同的廠商，擁有不同的內部結構。為了支持協同控制器的功能實現，這些控制器必須提供相同的北向接口和協同控制器對接，以便協同控制器可以更好的實現協調功能。為了實現協同控制器的功能，單域控制器必須支持統一的、開放的北向接口，以實現和協同控制器之間的通信。

SDN技術典型的南向接口協議采用OpenFlow協議，實數據平面與控制平面的相對完全的分離，完成數據流層面控制轉發，采用SDON的光傳輸網絡架構應該支持OpenFlow協議的光擴展。SDN北向接口是用戶業務以及各種網絡業務開發者有效控制和利用網絡的門戶，開發者可以采用軟件編程的形式來對各種網絡資源進行有效的調用；單域控制器和協同控制器等兩種控制器都可可以通過北向接口支持業務層應用，通過相互配合形成控制器集群。

3 基于SDN的IP與光網絡統一控制的組網技術

3.1 傳輸鏈路故障的感知技術

為了提高電力光傳送網絡的可靠性，采用主動式的光路損傷感知機制構建SDON的網絡架構，利用鏈路層發現協議，動態發現光網絡中的鏈路故障。利用了Open Flow協議中的Packet In和Packet Out消息實現多域控制器和光傳輸網絡節點之間的交互。多域控制器通過Packet Out消息來周期性的發送LLDP探測包，依據收到的Packet In消息來對光路的損傷進行感知。電力運維部門可以通過該功能對整個網絡的拓撲結構實現清楚的了解，方便設備管理和故障排查，節省大量人力和物力。

3.2 基于多域協同的電力業務保障技術

通過對協同控制器以及單域控制器進行集群，實現在多域網絡的環境下給上層的應用提供整體全局的網絡視圖。利用全局網絡視圖來對動態的路由算法進行研究，提高保證多域協同的電力業務服務質量。采用基于事件機制的最短路徑算法來進行動態路由計算。當網絡發生故障時，控制器依據動態路由算法動態建立恢復路徑，保障受影響的電力業務盡快恢復。

3.3 光通道按需帶寬分配技術

光通道按需帶寬分配技術采用OFDM技術，可以按照業務請求所需的不同帶寬的大小來對頻譜資源進行分配，將頻譜資源切割成粒度小、相互正交的諸多頻隙，這些頻隙可以根據實際請求所需的實際帶寬進行聚合和分拆，較好解決了承載業務的粒度互相不匹配等問題，既可以節約有限的頻譜資源，又可以頻譜資源的使用效率。目前光傳輸網絡中廣泛使用的為OTN技術，因此在多域傳輸網絡環境中可能存在兩種技術同時并存的情況，面向多域交換光傳輸網絡的光通道按需帶寬分配技術，利用RWA、RWTA、RSA和RMLSA混合算法來動態地適應電力業務多域交互的光通道按需帶寬分配的需求，可以極大提高電力光傳輸網絡的靈活性、可重構性，極大提高網絡資源的利用率。

4 結語

本文提出基于SDN的IP與光網絡統一控制技術，構建不同廠家傳輸設備進行互聯互通的SDN光網絡架構。作為一種基于統一控制技術的電力軟件定義光傳輸網絡架構，實現控制器的集群化，可以有效避免由于單一的控制器失效而造成的單點失效問題，提高電力光傳輸網的高可靠性，同時能夠應對大規模電力傳輸網的應用。

參考文獻

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