現(xiàn)今，有線和無線技術(shù)正在競爭下一代接入網(wǎng)絡(luò)的支配權(quán)。由于帶寬的巨大需求，光網(wǎng)絡(luò)仍會(huì)在接下來的發(fā)展中扮演著主要角色。其中，PON是公認(rèn)的寬帶架構(gòu)。這種技術(shù)能夠促使網(wǎng)絡(luò)融合，比如，開發(fā)電話網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)前傳和回傳業(yè)務(wù)。盡管如此，混合解決方案將很有可能在很多場景中應(yīng)用。在本文中，業(yè)務(wù)融合和統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)控制和管理機(jī)制被認(rèn)為是通過合適的系統(tǒng)接口使能數(shù)據(jù)平面集成之外的技術(shù)的關(guān)鍵。

為應(yīng)對(duì)上文所述的需求，SDN成為了控制平面和數(shù)據(jù)平面分離的關(guān)鍵，開發(fā)開源軟件以適用不同操作系統(tǒng)的編排平臺(tái)。其中一個(gè)開源協(xié)議就是OpenFlow 協(xié)議，最初設(shè)想被應(yīng)用于二層交換機(jī)和三層路由器。特別的，在OpenFlow 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，控制和轉(zhuǎn)發(fā)平面的分離是通過定義好的API接口來實(shí)現(xiàn)的，API接口可以用來通過OpenFlow協(xié)議構(gòu)造流表，用于完成過濾，查找在data path和交換機(jī)節(jié)點(diǎn)之間轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包。

虛擬化領(lǐng)域，是SDN的補(bǔ)充項(xiàng)目。它定義了一個(gè)使用通用的硬件軟件資源，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能和服務(wù)，也稱為網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化。NFV在接入網(wǎng)領(lǐng)域的一個(gè)值得關(guān)注的例子就是CORD 計(jì)劃(端局重構(gòu)為數(shù)據(jù)中心)。CORD旨在于將現(xiàn)有的專屬的硬件設(shè)備虛擬化，并且開發(fā)在商業(yè)硬件上運(yùn)行的相應(yīng)的軟件。CORD的基礎(chǔ)設(shè)施將基于白盒設(shè)備，ONOS, Openstack和 XOS這些開源架構(gòu)。因此CORD的目標(biāo)是利用簡化的GPON 光網(wǎng)絡(luò)單元系統(tǒng)作為用戶前提，接入點(diǎn)配置G.fast終端柜和光線路終端芯片提供最低級(jí)別的L1/L2 GPON功能。

HYDRA提出的CORD也有相似的基于SDN/NFV的融合服務(wù)的目標(biāo)，不過范圍更大。HYDRA正在開發(fā)一個(gè)融合的多樣網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu) ，用來提升該高分布式的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)，比CORD推進(jìn)NFV更接近末端用戶，是一個(gè)被霧計(jì)算啟發(fā)的模型。活動(dòng)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)(ARN)聚合來自多個(gè)異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)，并通過純傳輸繞過MAN分片，以這種方式集成接入和核心段，導(dǎo)致性能增強(qiáng)和清晰開銷的優(yōu)勢。在HYDRA中，來自異構(gòu)接入系統(tǒng)和微數(shù)據(jù)中心(μ-DC)基礎(chǔ)設(shè)施的業(yè)務(wù)的流量在ARN中聚合，提供給網(wǎng)絡(luò)功能和應(yīng)用/服務(wù)，以訪問網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算和存儲(chǔ)的資源池方案與將數(shù)據(jù)來回傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的備選方案作比較。圖1給出了ARN的示意圖。

圖1：將SDN控制平面抽象表示為基于GPON的訪問域作為分級(jí)交換機(jī)級(jí)聯(lián)

當(dāng)前使用基于SDN的接入系統(tǒng)的方法

基于SDN的控制平面的GPON接入系統(tǒng)的工作仍處于早期階段，尚未商定接口標(biāo)準(zhǔn)化。指示性地給出了基于SDN的控制平面在接入中的高級(jí)演示 ，修訂了OpenFlow協(xié)議，用于將使用OpenFlow協(xié)議的城域網(wǎng)和使用L2RS路由器頂級(jí)接口基于OpenFlow控制器的GPON接入網(wǎng)相融合。控制平面架構(gòu)類似于圖2的上部所示的架構(gòu)，其中OF在接入集線器處終止，并且GPON接入段通過OF代理經(jīng)由南向接口管理到GPON管理系統(tǒng)。然而，基于OF的集成的提出超出了到回傳網(wǎng)絡(luò)的接入集中器接口，防止GPON接入段無縫地集成到公共SDN控制平面。

圖2：SDN控制平面集成，將基于GPON的訪問域表示為分級(jí)交換機(jī)級(jí)聯(lián)

基于商用GPON接入系統(tǒng)的原型實(shí)現(xiàn)

如上所述，HYDRA旨在聯(lián)合編排多個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入，因此OF不需要定制拓展。為此，需要抽象以隱藏PON特定細(xì)節(jié)，同時(shí)允許對(duì)其操作的有效處理。 例如，GPON的傳輸匯聚(TC)層(其中QoS被管理)使用多個(gè)內(nèi)部標(biāo)識(shí)符(如端口ID和Alloc-ID)來分別尋址邏輯連接和上游T-CONT(業(yè)務(wù)容器)隊(duì)列。因此，我們建議將接入段仿真為分層交換機(jī)的級(jí)聯(lián)，其中OLT和與同一PON段相關(guān)聯(lián)的ONU被表示為單個(gè)OF交換機(jī)(圖2)。

使用此交換機(jī)級(jí)聯(lián)模型的GPON的表示如下：業(yè)務(wù)流被識(shí)別為上行(VS)，下行(DS)和多播(MC)。如圖2所示，每個(gè)ONU具有多個(gè)離散客戶端需要被映射到對(duì)應(yīng)于具有不同優(yōu)先級(jí)的虛擬輸出端口的內(nèi)部T-CONT隊(duì)列口。最后，來自O(shè)LT的輸出連接到朝著核心或到μ-DC的用于數(shù)據(jù)處理或發(fā)起數(shù)據(jù)服務(wù)的“L2交換機(jī)”轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)。在DS中，流量匹配用于將流量定向到適當(dāng)?shù)腛NU端口，同時(shí)自動(dòng)分配Port-ID，同時(shí)在客戶端端口應(yīng)用US流量匹配規(guī)則。由ONU支持的每個(gè)T-CONT被表示為在其中US流被定向的網(wǎng)絡(luò)端口中的隊(duì)列，其中相關(guān)的Alloc-ID被自動(dòng)分配。 同樣，當(dāng)使用此方案時(shí)，Port-ID可以自動(dòng)分配。 對(duì)于MC流，對(duì)于每個(gè)目的地ONU，應(yīng)當(dāng)使用類型為“全部”的“動(dòng)作集”。

為了演示上述功能，我們開發(fā)了一個(gè)基于阿爾卡特朗訊智能服務(wù)訪問管理器(ISAM 7330)GPON系統(tǒng)的測試平臺(tái)，如圖3所示。服務(wù)和QoS控制是通過基于REST的應(yīng)用程序啟動(dòng)的，用于通信的傳統(tǒng)控制器(例如，F(xiàn)loodlight，OpenDaylight)。 接入節(jié)點(diǎn)代理(ANA)與控制器通信并自動(dòng)將消息轉(zhuǎn)換為廠商特定的CLI命令。為了演示該方法，在上游方向考慮應(yīng)用視頻流服務(wù)。 使用兩個(gè)TCONT2類型隊(duì)列分布，保證速率為3Mb / s和20Mb / s。 圖3中的虛線矩形示出了PON抽象。 在這種情況下，使用從PC1(ONU1)到PC7(Core)傳送視頻數(shù)據(jù)的VLC服務(wù)器生成流視頻服務(wù)(上行方向)。

圖3：ARN節(jié)點(diǎn)原型SDN實(shí)現(xiàn)

為了說明通過OF在我們的測試臺(tái)中控制GPON的QoS，執(zhí)行以下操作：從ONU1(p2)的第一端口進(jìn)入GPON網(wǎng)絡(luò)的流量首先被轉(zhuǎn)發(fā)到Q1。此時(shí)，流視頻服務(wù)促進(jìn)可用的高帶寬，并且以高QoS傳送。 然后，我們假設(shè)運(yùn)營商正在將SLA改變?yōu)榈扔谳^低帶寬的操作條件，因此通過使用OF應(yīng)用，其改變相應(yīng)的參數(shù)，并且OF流修改消息(OFPT_FLOW_MOD)從控制器傳遞到ANA 。在ANA中，該消息被適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換為CLI命令，其改變PON網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)和QoS方案以便適應(yīng)新的要求。 在CLI命令的自動(dòng)執(zhí)行之后，進(jìn)入端口p2的流量被轉(zhuǎn)發(fā)到Q0。 從接收視頻(PC7)的用戶觀察到所提供的服務(wù)的速率從20Mb / s到3Mb / s的降級(jí)。 在PC7中，一個(gè)工具在整個(gè)場景執(zhí)行時(shí)間監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)流量，其結(jié)果如圖4所示。

結(jié)論

我們已經(jīng)表明，GPON抽象可以通過標(biāo)準(zhǔn)化OF協(xié)議的方式來實(shí)現(xiàn)。 這是使用公共SDN控制平面和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)集成多種LANs，來聯(lián)合協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)資源分割和共享,以及網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的的重要一步。