光网络是现代通信网络的基础，为我们提供各种业务服务，与我们的生活息息相关。5G、IoT、VR、高清视频的带宽需求，将引发通信行业新一轮自下而上的革命。其中的光网络是这次转型的基石，与业务网络的深度融合是光网络下一步的发展目标。上层业务对光通信的需求主要集中在带宽的有效提供上。什么是有效的？一是保证带宽足够大，二是带宽提供的及时性，三是在网络出现各种故障时保证带宽的持续供应。从带宽量级上看，光传输系统的单路传输速率经历了从2.5Gbit/s到10Gbit/s到40Gbit/s再到100Gbit/s的提升，正在实现向400Gbit的跨越/s和1TGbit/s。及时提供带宽、应对各种故障是组网的责任，而更宽、更快、灵活、高效、感知的业务需求是光网络发展的方向，也是这场变革的驱动力。光网络发展面临挑战近年来，光网络发展迅速，但也面临诸多挑战。除了满足业务不断增长的带宽需求，如何高效组织和利用海量传输资源也是光网络发展的重点：一是如何有效消除业务安全隐患；二是提高网络资源利用效率，实现网络灵活配置，动态响应移动互联网实时业务；最后，如何满足数据中心、视频等业务的低时延传输需求，构建高质量的传输网络，如图1所示。图1光网络面临的挑战为了应对这些挑战，一方面需要业务网络和光网络融合，另一方面需要引入新的技术创新。业务网络与光网络的融合分为三个步骤：首先，加载动态GMPLS控制平面，同时升级硬件，引入具有可编程能力的基础网络；第二，利用GMPLSUNI将光网络控制延伸到业务网络层；第三，提供基于开放标准的可编程SDN接口。弹性和可扩展的光网络是未来SDN部署的物理基础。在新技术创新方面，高性能光器件和可编程光路使光网络更加灵活。SDN架构下，基于支持多种速率、多种调制方式的CDC-F（波长无关、方向无关、内容无关、灵活网格）物理设备和电路板，可以将任意波长无冲突地调度到任意方向，覆盖长途、中途、短途应用场景，应对网络变化。全新的光电混合物理架构，使光网络具有更强的调度能力，降低全网功耗。构建满足实时业务需求的光网络安全体系网络安全需要业务网络和光网络在保护和恢复机制上的融合。目标是以最经济的方式在适当的级别转发、保护和恢复相对适当的服务。业务网络的资源是端口，光网络的资源不仅是端口，还有链路。业务网络有完善的MPLS恢复机制，光网络有基于GMPLS的高效保护和恢复机制。多层保护和恢复协调是充分利用整个IP/MPLS和GMPLS保护和动态恢复机制：对于高可用性和需要快速恢复的小流量，使用MPLSFRR来保护和恢复，比如高价值EF流量（VoIP中继）等，光网络层面的保护和恢复可能不会触发IP层的收敛，比如数据中心的上行链路。在基于OTN设备实现路由器业务的底层网络中，路由器具有路由收敛协议，OTN设备具有ASON恢复机制。两者之间有不同的协调方式。方式一：路由器和光网络分开运行——业务层面的汇聚与光网络层的交换存在冲突，导致业务流量不可控；方法二：设置路由器侧不运行，光网络进行保护和恢复——最终效果是IP网络尽量稳定，不以发起路由切换或收敛为第一目标，业务可以光纤被切断时允许几秒的中断时间；方法三：在路由器一定时延下快速收敛——作用是实现业务中断时间短，实现快速收敛，OTN网络仍然启动恢复，为路由器提供冗余资源。以上三种方式只能为业务提供业务网络和光网络的静态协同保护和恢复配置，而不能实现业务所需要的生存能力的动态配置。现网传输资源数量：前期资源丰富，大量资源可作为冗余。后期承载的业务越多，冗余越少；现有网络的传输资源分为忙时和闲时：忙时冗余资源少，空闲时冗余资源多。融合网络应根据网络资源的现状，决定是使用光网络的链路资源还是业务网络的端口资源作为冗余。此外，当个别新业务的生存能力要求与现有业务在现网存在差异时，融合网络会自动识别并做出相应调整。能够根据业务需求实时调整业务网络和光网络的保护配置，也是对SDN的要求。业务网络和光网络亟待融合。业务网络与光网络运维系统相互独立。为了提高资源优化和运维效率，需要消除业务与光网络之间的运营管理壁垒，主要实现两个目标。业务网与光网配合，实现带宽资源的分时动态调整。目前，业务网络和光网络完全分离运维。传送网的业务调度由业务部门的工单触发，耗时数天。同时，人工配置错误率高。概率大，调试费时费力。未来面向数据中心组网的一个重要特点是对业务的动态要求高，业务时长可能只有几个小时。如图2所示，目前的手动配置速度无法应对如此高的动态要求。图2基于SDN技术对光网络带宽资源进行时分动态调整，对业务和光传送网进行统一调度，实现网络感知业务的自动部署和业务的自动优化网络感知服务，最终实现服务带宽从秒级到分钟级的调整。降低网络运维成本。在网络出现带宽瓶颈的情况下，以往需要在IP路由器上配置BGP协议，将部分流量分流到空闲链路上。基于SDN架构和光网络调度功能，能够自动感知网络即将遇到瓶颈，根据预定义策略实现流量自动优化，并对波长资源碎片进行管理，在不增加硬件的情况下提高系统的有效容量资源。提前将光网络性能下降的情况告知业务网络，防患于未然，减少损失。光网络的渐进性损坏对于业务网络是不可见的，对服务的损害是瞬间的，而且是巨大的。如何在业务网络中进行预操作，避免即将发生的光层故障，可以使用GMPLSUNI将光网络的控制扩展到业务网络。当下游或本地OTN检测到劣化故障并产生劣化告警信号时，告警信号通过GMPLSUNI信令通知业务网络。业务网络通过光网络提前通知某条链路发生故障，业务网络可以提前将业务从即将恶化的链路切换到其他端口或链路。光网络具有完备的性能实时监控手段，可以通过向业务网络传递损坏告警来降低故障的影响。为了更好地适应互联网业务的实时性要求，实现业务快速开通，及时调度带宽以备不时之需，同时组织最短的路由，经过最少的节点，中继传输节点技术至关重要，为了实现节点间业务的快速传递，干线传输节点需要具备相应的交叉调度能力。数据中心（DC）互联的发展将成为整个骨干业务发展的重点。DC间互连服务主要有两种类型。一种是有计划的业务，比如跨数据中心的备份业务，可以提前规划和建立。一类是计划外业务，比如大数据分析，需要临时成立。这类业务发展迅速，未来占比还会增加。该业务需要动态、快速地建立传输网络。数据中心出口带宽的提升，使得数据中心可以直连传输骨干网。业务节点的变化要求骨干网从规划到部署快速适配。入境专线业务也是近年来发展较快的领域。进站业务具有突发性和随机性，接入带宽、进站地点、开通时间等均存在不确定性。有时需要快速提供一些临时应急服务，网络需要能够快速适应专线的开通，并能够提供差异化??的SLA服务。干线传输网节点需要增强交叉调度功能来满足上述功能需求。光传送网（OTN）设备具有交叉连接功能，为OTN网络提供灵活的电路调度和保护能力。在交叉类型上，OTN交叉包括基于ODUk颗粒的电交叉和基于波长通道的光交叉，实现不同层次业务的适配和调度。基于ODUk电交叉的大容量OTN设备已经成熟并通过测试，在实际网络中得到广泛应用。目前最大可实现32T的无阻塞交叉连接能力。在10G业务速率的应用场景下，OTN可以灵活高效的实现组网功能，对功耗比没有任何压力。但在100G时代，基于ODUk电交叉的OTN设备在扩展性方面受限于背板总线的传输性能，导致设备无法连接更多的业务板。其次，大交叉容量的OTN设备整体功耗增加，最高超过20kw，突破了电信机房供电和散热所能承受的极限。现有的OTN设备并没有分支侧单板和线路侧单板1:1的配置比例。预留100Gbit/s线卡可以保证有足够的线路资源用于网络调度。在保证所有业务接入系统的基础上，减少线路侧预留单板数量和具备调度能力是降低OTN系统总功耗的突破口。在保留电交叉功能的基础上，引入光交叉功能，扩大交叉容量，减少线路侧单板数量，降低系统功耗是一种解决方案。如图3右侧所示，业务通过电交叉接入，100Gbit/s线路通过光交叉分方向调度。图3光电混合交叉系统减少线卡配置数量的原理在SDN架构下，光电混合交叉的核心思想是增加光交叉，并且在传输性能允许且不存在波长冲突的前提下进行波长级调度。需要时可灵活进行电中继，彻底消除了业务传输距离和波长转换的限制。光电混合交叉技术本质上保留了各交叉点的特性，在合适的位置通过一定的运算进行适当的交叉调度。通过SDN实现的光电协同，可以及时对某些通道进行再生中继和波长转换，满足业务端到端传输的需要。随着对传输容量的进一步需求，具有多种调制方式的电路板可以在不改变硬件的情况下通过在线软件配置来提高线速，以适应不同速率下波长频谱的灵活调整。
