基于SDN的IP与光网络统一控制技术研究

刘效禹　霍英哲　丁一　李立

摘要：通过对SDN的IP与光网络统一控制技术进行研究，在智能电网中引入SDON技术，构建能够实现不同厂家光传输设备进行互联互通SDN光网络架构。实现IP与光网络统一控制，支持控制器的集群化，避免了单一的控制器造成的单点失效问题，可以提高电力传输网的高可靠性要求，同时能够应对大规模电力传输网的应用。

关键词：SDN 控制技术 光网络 统一控制

中图分类号：TN929.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）09-0068-02

随着信息和通信在技术应用与发展的相互促进以及信息应用的快速增长，对电力通信网的支撑能力提出了更高的要求。信息技术需要为电力通信网的管理与运维提供更加有效的支撑手段。国网数据通信骨干网，作为中间层，将底层的光纤通信网络和上层的信息业务系统进行了紧密结合，是信息通信在电力系统发展中具有标志性意义的事件。本文通过对SDN的IP与光网络统一控制技术进行研究，在智能电网中引入SDON技术，可以提高网络的灵活性、扩展性及利用率。同时可以降低网络功能成本，为未来电网的智能光传输网络建设提供技术支撑。

1 系统功能及定位

1.1 SDN技术简介

软件定义网络是一种新型的创新网络架构，主要是利用OpenFlow技术完成对网络控制平面和转发平面的分离，有效的掌控和管理整体网络的全局，提高网络资源利用率，并使其达到最大化，可以灵活调度控制业务流量，可以实现不同厂家的传输设备进行互联互通以及集中管控，由于目前传输光网络向着大带宽的方向发展，因此将SDN技术应用到光传输网，可以提高传输网络的灵活性和扩展性。

1.2 SDON技术优势

将SDN技术和概念应用到光传输网络，构建新型光传输网络架构体系，形成SDON技术。该技术将传送平面和控制平面进行分离，对光传输网络中的物理技术的细节方面进行屏蔽，对光传输网络现有复杂的私有网络接口进行简化，实现可以对光传输网络的可编程。由于光传输网络固有的集中化管理以及面向连接的交换机制等特点，因此在光传输网络引入SDN技术更加符合SDN技术的发展和演进，可以满足未来虚拟化网络、提供灵活快捷的业务，满足传输网络发展和业务创新的需求。

SDON技术主要具备以下几方面优势：

（1）SDON技术可以满足用户对光传输网络配置的需求。实现设备的使用、操作灵活、快捷，能够使用户用最快的速度获取用户想要的服务功能。（2）SDON技术可以实现对光传输网管资源进行虚拟化的管理，可以实现对不同常见所有的光传输网络产品的全覆盖，可以充分发挥光传输网络的基础设施资源优势，通过构建开放、统一的传输设备资源管理平台，对传输网络资源的利用进行优化。（3）利用OpenFlow等相关协议，同时通过对协议进行扩展，实现不同厂家传输设备的互联互通，对交互控制接口进行开发，实现面向对象的交互接口，实现光传输网络承载业务员的抽象化以及跨层网络控制的集成化，构建具备统一控制能力的新型光传输网络架构体系。

1.3 支持电力广域互联的SDN的IP与光网路关键技术

1.3.1 关键技术内容

支持电力广域互联的电力软件定义光网络关键技术只要包括以下几个方面：

（1）基于协同控制的SDON架构；（2）支持标准化流表转发的路由算法以及路径配置方法；（3）支持集群控制机制的北向接口和南向接口的光扩展以及基于REST的北向接口及其核心功能。

采用电力广域互联的电力软件定义光网络关键技术可以不同厂家传输设备的互联互通与集中管控，降低了系统的构建复杂度和使用复杂度，完成资源最优化配置，提高资源利用率，为未来电网的智能光传输网络建设提供了技术支持。

1.3.2 启用关键技术的效益

（1）由于传统的电力光传输网的结构不够灵活，无法适应不断涌现的新增承载业务的需求，无法保证服务质量，无法进行可持续发展，无法保障产业链难的可持续发展。基于协同控制的电力软件定义光网络为电力光传输网的使用、控制以及如何创收提供了更多的灵活性，通过简单的可控软件的模块进行组合可以替代传统专用的传输设备与控制系统，减少网络建设中的资本性支出（CAPEX）。 （2）电力软件定义光网络采用协同控制方式，可以实现对电力光传输网进行故障自我诊断以及自动化部署，减少电力光传输网络由于人工干预而产生的错误，降低电力光传输网的运营管理费用（OPEX）。（3）电力软件定义光网络采用协同控制方式，可以集中管理和协调控制整体传输网络，改变由于不同设备上提供的专有设备必须提供相应的方案，可以加快网络建设速度，可以实现为电力光传输网络带来良好的社会效益和经济效益。

2 基于协同控制的电力软件定义光网络架构

区别于传统的SDN架构主要是基于协同控制的多厂家传输设备互联互通的电力软件定义光网络技术框架，对控制层进行扩展，将控制层分解成为协同控制层和单域控制层等两个层次，实现一个垂直的控制层结构，其体系架构如图1所示。

根据电力光传输网的特点，传统的SDN单域控制器的功能无法满足应用的需要，本文提出光网络架构将控制层又分为两层：单域控制器和协同控制器。其中单域控制器的作用和传统SDN控制基本一致，负责生成域内网络视图、管理域内网络资源。协同控制器用来协调单域控制器之间的工作，并负责网络的全局视图和全局网络资源管理。

对于不同的电力传输子网来说，每个子网各自拥有不同的控制器。这些子网可能采用不同的传输技术，控制器也可能来自不同的厂商，拥有不同的内部结构。为了支持协同控制器的功能实现，这些控制器必须提供相同的北向接口和协同控制器对接，以便协同控制器可以更好的实现协调功能。为了实现协同控制器的功能，单域控制器必须支持统一的、开放的北向接口，以实现和协同控制器之间的通信。

SDN技术典型的南向接口协议采用OpenFlow协议，实数据平面与控制平面的相对完全的分离，完成数据流层面控制转发，采用SDON的光传输网络架构应该支持OpenFlow协议的光扩展。SDN北向接口是用户业务以及各种网络业务开发者有效控制和利用网络的门户，开发者可以采用软件编程的形式来对各种网络资源进行有效的调用；单域控制器和协同控制器等两种控制器都可可以通过北向接口支持业务层应用，通过相互配合形成控制器集群。

3 基于SDN的IP与光网络统一控制的组网技术

3.1 传输链路故障的感知技术

为了提高电力光传送网络的可靠性，采用主动式的光路损伤感知机制构建SDON的网络架构，利用链路层发现协议，动态发现光网络中的链路故障。利用了Open Flow协议中的Packet In和Packet Out消息实现多域控制器和光传输网络节点之间的交互。多域控制器通过Packet Out消息来周期性的发送LLDP探测包，依据收到的Packet In消息来对光路的损伤进行感知。电力运维部门可以通过该功能对整个网络的拓扑结构实现清楚的了解，方便设备管理和故障排查，节省大量人力和物力。

3.2 基于多域协同的电力业务保障技术

通过对协同控制器以及单域控制器进行集群，实现在多域网络的环境下给上层的应用提供整体全局的网络视图。利用全局网络视图来对动态的路由算法进行研究，提高保证多域协同的电力业务服务质量。采用基于事件机制的最短路径算法来进行动态路由计算。当网络发生故障时，控制器依据动态路由算法动态建立恢复路径，保障受影响的电力业务尽快恢复。

3.3 光通道按需带宽分配技术

光通道按需带宽分配技术采用OFDM技术，可以按照业务请求所需的不同带宽的大小来对频谱资源进行分配，将频谱资源切割成粒度小、相互正交的诸多频隙，这些频隙可以根据实际请求所需的实际带宽进行聚合和分拆，较好解决了承载业务的粒度互相不匹配等问题，既可以节约有限的频谱资源，又可以频谱资源的使用效率。目前光传输网络中广泛使用的为OTN技术，因此在多域传输网络环境中可能存在两种技术同时并存的情况，面向多域交换光传输网络的光通道按需带宽分配技术，利用RWA、RWTA、RSA和RMLSA混合算法来动态地适应电力业务多域交互的光通道按需带宽分配的需求，可以极大提高电力光传输网络的灵活性、可重构性，极大提高网络资源的利用率。

4 结语

本文提出基于SDN的IP与光网络统一控制技术，构建不同厂家传输设备进行互联互通的SDN光网络架构。作为一种基于统一控制技术的电力软件定义光传输网络架构，实现控制器的集群化，可以有效避免由于单一的控制器失效而造成的单点失效问题，提高电力光传输网的高可靠性，同时能够应对大规模电力传输网的应用。

参考文献

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[2]郑毅，华一强，何晓峰.SDN的特征、发展现状及趋势[J].电信科学，2013（09）.

[3]陈秀忠，赵俊峰，张国颖，徐云斌，王郁.光传送网基于SDN的控制技术探讨[J].电信网技术，2013（06）.