基于SDN架构的下一代PTN演进方案

一、 SPTN需求及特点

近年来，集团客户业务发展迅速，尤其是专线产品成为其最主要收入来源，集客专线对带宽需求增长迅猛、IP化趋势明显，以太网（FE、GE、10GE）接口正逐步取代TDM接口成为通用客户接口。传送网作为整个电信网的基础，为集客专线业务提供传送通道和管理调度平台，而分组传送网（PTN）技术顺应IP化潮流，成为主流方案。当前，PTN网络由集中化的网管系统对网络进行控制和管理，业务开通、SLA实施等操作必须由网络维护人员静态配置，另外，也缺乏精确的流量分析和精细化的带宽调度。

当前集客专线业务经常需要跨多个不同厂家、不同区域的网络，甚至需要跨省互通，业务开通需要多个网管协作，开通周期长、速度慢，另外也难以实现精细化的SLA，很难适应现有业务快速发展的需求。如何进一步优化集客专线产品的运营是PTN实际应用的一大挑战。

SPTN（Software-defined PTN）是业务需求驱动下一代PTN的演进，主要包括如下三个主要设计需求包括：

l Super pipe（超级管道）：可为集团客户提供灵活可控的大管道，满足集团客户个性化需求，定制开发，提高用户体验。

l Super intelligence（超级智能）：集成智能的路径计算以及实时流量监控功能分析，实现快速开通部署以及BOD（bandwidth on demand）功能。

l Super survivability（超级生存能力）: 从整网层面提供快速网络保护和业务保护。

SPTN的技术基础是SDN和业务感知服务。软件定义网络SDN（Software Defined Network）是一种新型的网络架构，具有“控制和转发分离”、“设备资源虚拟化”和“通用硬件及软件可编程”三大特性，这些特性为传输带来了一系列的好处。

l 设备硬件归一化,硬件只关注转发和存储能力，与业务特性解耦，可以采用相对廉价的商用的架构来实现。

l 网络的智能性全部由软件实现,网络设备的种类及功能由软件配置而定,对网络的操作控制和运行由服务器作为网络操作系统（NOS）来完成。

l 对业务响应相对更快,可以定制各种网络参数，如路由、安全、策略、QoS、流量工程等，并实时配置到网络中，开通具体业务的时间将缩短。

在SDN的网络架构下，增强设备的精细化QoS功能，提供业务感知的服务。一方面可以大大加快Super PTN网络集客业务开通周期，迅速的进行业务调整，适应集客业务发展的需求；另一方面，感知业务实现PTN网络带宽的灵活调整，大大提高网络资源利用率。

二、 PTN天然具有向SDN架构演进的能力

2.1 PTN网络架构

PTN继承了传统传送网络理念，并符合IP化的发展要求。PTN实现了“控制和转发分离”——通过规划对网络的路径做到可知、可管、可控。PTN网络的架构逻辑上可以分为三个层次：转发面、控制面、管理面，其转发面基于MPLS-TP技术，管理面就是目前的网管系统。PTN的控制面被拆解为两个部分：第一部分，也是最重要的控制功能，包括路径建立、网络拓扑发现等协议，被上移到管理面，和网管系统集成在一起；第二部分是与网络的可靠性相关的，比如：路径的连通性检测、路径的保护倒换等，被下移到转发面，变成随路的信息，其优势是快速响应处理，做到50ms以内的保护倒换。

所以，当前PTN网络的网管可以看成是两个部分集成，一部分是网络路径建立的协议集中式控制；另一部分是网络的监控管理。从本质上来说，是集中化的控制平面和集中化的管理平面合一的系统。由此我们可以看出当前的PTN网络本身就是一个SDN架构的网络。

2.2 PTN演进方式及SPTN架构

对于传送网应用SDN的策略，应着眼未来，逐步推进。基于MPLS-TP技术的PTN网络具有很好的向SDN演进的基础。在演进过程中，PTN网管的控制功能分离出来由独立的控制器完成，而PTN转发设备由于增加了与控制器之间的接口，也演变为SPTN设备，如图1所示。

图1 PTN向Super-PTN演进

PTN的控制平面还在研究讨论，现网应用主要依靠网络管理系统集中化配置和管理业务，PTN设备标签分配和处理也是集中化控制。因此，PTN向SPTN演进有两种集中化架构：

一种是基于网管集中控制的架构，如图2所示，在现有EMS网管增加控制组件，实现智能的业务特性，网管主要用于管理，如告警管理、故障管理等，与设备之间的南向接口采用Qx、Schema或其它现有接口，北向接口可采用RESTconf等。

图2 基于网管架构的Super-PTN集中化管理架构

另一种是基于控制器的架构，如图3所示，由独立的控制器实现资源控制功能，控制器与转发设备的南向接口采用Openflow或其它开放式接口，北向接口可采用RESTconf等。控制器的协议计算业务路径，并通过南向接口向设备下发，设备根据路径进行转发。

图3 基于控制器架构的Super-PTN集中化管理架构

对于现网设备，可先升级至基于网管集中控制架构，对于新建设备，两种架构可同时支持。两种架构都增加了负责北向接口提供、网络业务间协同以及域间协同等功能的Super Controller，提供如网管和控制器间协同，PTN和WDM控制器之间协同等。Super Controller可以单独存在，也可能集中在其他业务系统上。网管和控制器之间的协调通过北向接口在OSS或者Super Controller内进行统一管理。

未来PTN向SDN演进，主要是要考虑PTN网络和多层网络的协同，以及和其他分组网络的协同问题。而这部分的需求主要是对承载业务的路径规划问题，即网络的路径建立协议的互通问题，只有路径建立协议的互通，才能保证多层次网络的协同更加顺畅，才能保证整个立体网络的路径最优化设计。

从这个出发点，PTN向SPTN演进，需要将网络拓扑和路径建立的控制器从网管中拆离出来，部署单独控制器，优化控制器的设计，还需要增加相关的互通模块实现多层次网络的协同，或者开放协议接口，以实现和其他网络控制器的互动。

由于传送网相比企业网和数据中心组网，规模更大。涉及的节点数量以千计，分布跨距几十公里甚至上千公里。在这种情况下，要实现集中化控制，可以考虑新的控制器架构，由中心控制器（Super Controller）来管理多个域控制器（domain Controller），域控制器和网络设备通过Openflow互通。控制器的硬件采用通用/定制服务器，软件需考虑协议计算、控制下发，业务适配等。

三、 Super PTN的关键技术及实现

SPTN的控制平面与数据转发平面独立，采用集中化的控制实现网络资源的优化配置和管理，带来组网的灵活性，关键技术如下：

3.1 PTN 网络操作系统（NOS: Network Operation System）

PTN网络操作系统独立运行的网络操作系统，是整个网络的大脑，也就是controller，进行集中管理与控制，并提供网络能力开放接口，如图4所示。NOS将会是SPTN架构的关键，也是产业各方未来竞争的要点，目前可能的发展方向有两种：一种是运营商根据自身需求开发封闭的系统，另一种是采用成熟的开源控制器系统，比如Open daylight， ONOS等。

图4 网络操作系统示意图

3.2数据流路径监控及按需调整

现有PTN网络正在部署流量监控，但只是具备对流量的感知能力，只有具备带宽的调整能力才能适应未来业务的需求，因此SPTN网络的关键技术之一是路径监控及带宽按需调整。如图5所示，控制器了解全网路径信息，通过协同器与流量监控平台、APP进行交互。流量监控平台的分析结果可以下发给控制器来进行算路，再由控制器下发给网络设备。实现实时流量分析，然后根据相应的策略，对带宽进行按需调整。

图5 流量监控系统演进图

在建设流量监控分析平台时，应该实现流量分析系统南向接口标准化，实现与第三方Controller和EMS对接。

传送网需处理的数据流数量非常庞大，如果每条数据流都要精确到每用户、每业务、每应用进行处理，对如此巨大的一个网络几乎是不可能完成的任务。因此可以考虑以端口和pw颗粒度进行流量监控和统计。流量监控周期可以设定为15分钟或24小时。但对小颗粒度流量按需监视，有数量限制。例如限制在300个以下。

四、 小结

SPTN有利于集团客户专线等传送网新业务的快速发展，并提高部署效率，实现自动化的PTN配置和管理，虚拟化降低PTN网络成本，带来更好的用户体验，可以预见SPTN将使传送网更好的适应业务发展的需要。