随着云计算、移动互联、物联网等宽带应用发展，以视频为代表的宽带业务以及以大型数据中心为代表的数据海量聚合模式大力驱动光网络发展。目前业界掀起了融合信息技术（IT）和网络新型架构理念的研究势头，软件定义网络（SDN）技术迅速从数据网络领域向光网络领域延伸，以构建更灵活、高效、低成本、开放的未来光网络。
一、软件定义光网络（SDON）的发展背景
当前，在全球信息化和ICT行业发展变革的浪潮之下，光网络发展面临新的挑战。首先是网络流量快速增长，网络扩容压力大。随着视频、LTE、云计算的发展，以及宽带中国战略的实施，宽带接入数量增多和带宽提速，光网络带宽压力显着。预计未来5年我国干线流量年增长率将高达43%，相当于5年增长6倍。其次，网络智能化水平不高，运维管理复杂。运营商光通信网络规模庞大，网元数量达到数百万，厂家数量众多，海量网络设备的维护和管理复杂，造成跨厂家业务调度困难，业务开通时间长，难以适应新兴业务应用对网络动态调度需求。第三，跨层域管控难度大，无法适应网络融合发展趋势。随着IP化的数据业务占据网络流量的主导地位，基础承载网络的融合化发展成为大势所趋。当前光网络与IP等业务网，各自独立规划、设计、运维，网络间缺少协同，无法实现跨层域业务调度和流量疏导，造成资源重复投资，网络利用率低下，端到端业务服务质量无法保障。第四，网络相对封闭，新业务开发慢，难以满足应用创新需求。传统光网络设备和业务是强耦合方式，导致业务部署复杂，新业务开发周期长，无法适应业务及使用模式的快速变化和创新需求。
软件定义网络（SDN）集中化、智能化和开放化的理念为未来光网络的发展提供了全新思路。目前，光网络各层面都出现了明显的SDN化趋势。在骨干网层面，SDN技术主要定位于提供光传送网（OTN）智能灵活调度、多厂家互联互通和实现IP+光的协同。在城域网层面，将SDN技术引入分组传送网（PTN），简化城域回传网络维护管理、实现大客户业务快速发放，依靠集中化的控制和对全网资源的监测分析，保障端到端业务服务质量，提高网络资源利用率。
二、软件定义光网络的概念和技术特征
软件定义光网络（SDON）是将SDN概念和技术应用于光网络，构建面向业务的新一代光网络体系架构。SDON通过将控制与传送解耦，屏蔽光网络物理技术细节，简化现有光网络复杂和私有的控制管理协议；采用集中控制策略，提高光网络的智能调度和协同控制能力；通过开放网络接口，提供光网络的可编程能力，满足未来网络虚拟化、业务灵活快捷提供、网络和业务创新等发展需求。与数据网络不同，光网络自身具有集中化管理和面向连接的交换机制等特点，因此光网络天然具有部分SDN的特征，更易于向SDN方向发展演进。
软件定义光网络架构包含控制、转发和应用三个层面。控制层是SDON的核心，主要实施网络资源管理、业务连接控制、路由计算、网络资源抽象和虚拟化，以及各种基于策略的网络管控等功能，并向上层应用提供各种网络服务。考虑到控制器可扩展性和多域多厂商组网需求，SDON在控制层中引入了分层控制结构，由协调层控制器负责跨技术/管理域、跨厂家的协同。
转发层主要承担光网络业务的传送和交换功能。软件定义光网络对光设备可编程能力提出了新的要求，一些灵活可编程的物理层和转发技术会逐步引入和应用。如在光传送网（OTN）设备中增加速率、距离自适应的光收发和灵活栅格光交换，在分组传送网（PTN）设备中引入支持Openflow流表的芯片等。近期，由于受到可编程物理层技术和芯片不成熟的限制，SDON设备仍将维持现有的转发面不变，通过在设备或网管中增加协议代理等机制支持SDON。
典型的SDON业务应用包括按需带宽业务（BOD）、光虚拟专用网络业务（OVPN）、数据中心光互连、IP+光协同等。这些应用通过调用控制层提供的北向接口API来对网络实施操作，提供各种光网络业务。
三、软件定义光网络（SDON）发展现状
2014年以来，软件定义光网络技术持续升温，从标准组织到设备厂家和运营商都开始积极参与和推进，呈现出快速发展态势。
SDON标准化工作快速推进，多种技术标准竞争发展。开放网络基金会（ONF）于2013年4月年成立了光传送工作组，已完成架构和用例，2015年初将在Openflow 1.5版本中发布光网络协议扩展。ITU-T SG15 2014年正式立项开发光传送网SDN架构标准G.asdtn，将采用就架构组件方法来定义SDTN架构和接口。IETF通过扩展有状态PCE方案实现集中化SDN控制器，并计划在2015年成立光传送网抽象控制工作组，旨在推进传送网抽象虚拟化网络架构和开放网络接口。光互连论坛（OIF）与ONF于2014年下半年联合举办了光传送网SDN互操作性演示，成功实现了基于openflow和RESTful北向接口的多厂商互操作。我国也积极开展SDON标准化工作，CCSA立项开展了《软件定义光传送网总体技术要求》和《软件定义分组传送网总体技术要求》等标准制定。
产业关注度提高，运营商成为积极推动者。SDON打破了传统光网络垂直一体和封闭的产业格局，网络智能向新引入的控制器层面集中，形成了新的光网络产业生态。2013年以来，国内外主流设备厂家纷纷推出传送网SDN的样机，并开展演示和试验，预计2015年将推出商用产品。运营商普遍看好光网络SDN前景，2014年西班牙电信与华为联合完成了业界首个基于SDN架构的IP+光多层协同测试。中国电信2014年组织了国内首个光传送网SDN互操作性测试，重点关注利用SDN技术解决OTN多域多厂家互联互通问题。中国移动提出了Super PTN概念，在PTN中引入SDN技术满足集客业务端到端业务调度和业务开放需求，已联合多家设备、软件和芯片厂商推动产品研发。
四、软件定义光网络发展面临的挑战
当前，软件定义光网络处于发展初期，技术标准尚不成熟，光网络引入SDN仍面临诸多挑战。
（1）多种接口协议并存，标准化难度大。目前，光网络控制器南向接口存在Openflow、GMPLS/PCEP、网管协议等多种协议选择。随着层次化控制结构的引入，控制器层间接口将成为标准化重点。目前，各标准化组织还没有完善的控制器层间接口协议规范，不同运营商从自身需求出发，制定了不同的协议和信息模型，可能导致未来存在多种接口标准，影响产业发展。如何在兼顾差异化需求和保证产业链的良性发展的原则下，确定SDON接口协议选择，将面临很大的挑战。
（2）技术成熟度不高，产业链尚待完善。SDON集中控制带来了新的扩展性和安全性问题。目前厂商研发的SDON控制器，仅在实验室和小规模网络中试验，大规模组网下的集中控制性能仍有待验证。在安全方面，集中控制使得控制器本身的可靠性和安全风险大大提高，需要建立起一整套隔离、防护和备份机制来确保其安全稳定运行，目前相关的研究工作还处于起步阶段。此外，由于转发层可编程的芯片和光器件技术产业尚不成熟，也制约了SDON产业的快速发展。
（3）维护管理体制面临巨大变革挑战。软件定义光网络是对传统光网络架构和组网方式的重大变革，将给运营商的维护体制带来巨大挑战。传统光网络中，业务连接都是预先规划和下发的，网络基本处于预设的静态，网络运维主要关注告警和性能维护。而SDON要求根据业务应用需求实时动态调度业务连接，随时调整和优化网络资源，这将使现有维护规程、业务发放流程等产生重大变化。传统光网络由设备制造商提供全部网络元素，网络出现任何问题，由厂商网管定位，厂商技术人员负责解决。而控制功能从设备中分离之后，网络的硬件和软件来自不同厂商，出现故障如何定位和解决，将是网络维护管理面临的棘手问题，也对维护人员素质提出了很高的要求。运营商光网络维护体制的变革将是SDON成败的关键。
五、技术、标准与产业协同，抓住SDON发展机遇
我国拥有全球最大的光通信市场，同时也是光通信产业大国，应特别重视SDN技术发展可能给我国光通信产业带来的变革和机遇。当前，我国SDON的技术标准和产业与国际处于同步水平，我们必须抓住SDON发展初期的重要机遇，使其成为我国光通信领域保持优势地位和占领新的技术制高点的重要切入点。
（1）重视和加强软件定义光网络的标准化研究和推进。当前各大国际标准组织在光网络SDN领域的研究和标准化工作尚处于初期阶段。鉴于标准在支撑自主创新和引领产业发展方面的重要作用，我国应加大光网络SDN领域标准的研究和推动力度，在国际标准中发挥引领作用。
（2）支持和推动光网络SDN技术研发及产业化。光网络SDN将给光通信产业链带来的重大变革，我国应积极应对SDN带来的机遇和挑战，加强国家科技专项资金在光网络SDN领域的投入，通过设立国家科技项目等形式，支持开展软件定义光网络架构和关键技术研发和产业化，促进我国软件定义光网络技术发展走向世界前列。
（3）积极构建一个各方协作的SDON产业生态。
光网络SDN发展，形成了新的产业生态，需要产业链各方的共同推进。建议通过产业联盟等方式，鼓励和促进产业链各环节企业开展交流和合作创新，鼓励产学研用相结合的开发联合体，推动我国SDON技术和应用水平提高。
在整个信息通信发展浪潮的推动下，光网络的开放化、软件化趋势必然势不可挡。根据光网络本身的技术特点和网络现状，软件定义光网络的发展将是一个长期的过程。近期，SDON实现光网络现有管控系统的扩展和北向接口开放，中长期将逐步实现转发层的开放和标准化。
作者简介：
张国颖，中国信息通信研究院通信标准研究所传送与接入研究部副主任，高级工程师。主要从事光网络、宽带领域的技术研究、标准制定、测试评估和政策研究工作。主持和参与了多项科技部、发改委和国内主要电信运营商的研究课题。
张海懿，中国信息通信研究院通信标准研究所传送与接入研究部主任，高级工程师。主要从事光网络方面的技术研究、标准制定、测试评估工作。
徐云斌，中国信息通信研究院通信标准研究所高级工程师。主要从事光网络、智能控制平面、分组传送网方面的技术研究、标准制定、测试评估工作。
