軟件定義光網(wǎng)絡（Software Defined Optical Network，SDON）的架構(gòu)實現(xiàn)了由控制功能與傳送功能的緊耦合到控制功能與運營功能的緊耦合、以連接過程為核心的閉合控制到以組網(wǎng)過程為核心的開放控制的模式轉(zhuǎn)變，代表了未來光網(wǎng)絡技術(shù)與應用新的發(fā)展方向。SDON技術(shù)的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在：

　　● SDON方案能夠解決異構(gòu)網(wǎng)絡之間的互聯(lián)互通問題。隨著融合網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，不同類型的業(yè)務和網(wǎng)絡資源交織疊加在一起，形成了異構(gòu)化的網(wǎng)絡互聯(lián)環(huán)境，加劇了全網(wǎng)業(yè)務控制與資源管理的難度。該方案通過對Openflow等相關(guān)協(xié)議進行擴展，開發(fā)面向?qū)ο蟮慕换タ刂?a target="_blank">接口，可以實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡信息抽象化和跨層網(wǎng)絡控制集成化，從而在接入網(wǎng)與核心網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)與光網(wǎng)絡、有線網(wǎng)和無線網(wǎng)之間建立起具備統(tǒng)一控制能力的新型異構(gòu)網(wǎng)絡架構(gòu)體系。

　　● SDON可以滿足用戶對光網(wǎng)絡編排的需求，從而在網(wǎng)絡設備的使用方式、操作方式和銷售方式上實現(xiàn)靈活性，并使得用戶以更快的速度獲得想要的服務功能，無需等待設備商把這些功能納入到專有設備中。

　　● SDON能夠帶來對光網(wǎng)絡資源的虛擬化管理，虛擬化管理的網(wǎng)絡設備范圍可覆蓋全部OTN產(chǎn)品；網(wǎng)絡資源的虛擬化技術(shù)可以更好地發(fā)揮網(wǎng)絡基礎設施資源的優(yōu)勢，通過開放的統(tǒng)一資源管理平臺，對網(wǎng)絡資源的利用達到最優(yōu)化。基于虛擬化的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)不同業(yè)務各自的應用需求，在保證服務質(zhì)量的前提下快速有效地接入與控制網(wǎng)絡資源。

　　近年來，雖然SDON技術(shù)研究還處于起步階段，但作為SDN與光網(wǎng)絡結(jié)合的熱門技術(shù)，已經(jīng)得到了國內(nèi)外各大運營商和設備商的高度重視。2014年8—9月，光互聯(lián)論壇（OIF）與開放網(wǎng)絡基金（ONF）聯(lián)合組織全球多個運營商、設備廠商以及科研機構(gòu)，開展了基于SDN的光傳送網(wǎng)OTN原型和互操作性測試與演示。在此次演示中，中國電信主導并聯(lián)合中興通訊、華為、烽火在中國電信北京研究院完成了中國首次SDON跨廠商、多域組網(wǎng)測試。此次測試驗證了基于層次化控制器架構(gòu)的多域SDON技術(shù)方案的可行性，標志著SDON商用化進程取得了突破性進展。層次化控制器架構(gòu)的多域SDON解決方案如圖1所示，該技術(shù)方案的特點如下。

　　● 整個架構(gòu)自上向下分為4層：APP應用層、Orchestrator總控制器層、單域控制器層和Optical Network設備層。

　　● APP應用層與Orchestrator總控制器之間的北向接口（North Bound Interface，NBI）重點采用Restful接口機制。Restful機制借鑒了Web服務的架構(gòu)風格，具備無狀態(tài)、面向資源、實現(xiàn)簡單高效、松耦合、可伸縮等技術(shù)優(yōu)勢，從而為北向接口實現(xiàn)SDON的開放控制、可編程、可定義等技術(shù)特點，提供天然的技術(shù)支撐。

　　● 單域控制器層與Optical Network設備層之間的南向接口（South Bound Interface，SBI）盡量兼容WASON（自動交換光網(wǎng)絡）及較早部署的OTN網(wǎng)絡，確保SDON網(wǎng)絡與這些網(wǎng)絡設備的互聯(lián)互通，更好地適應運營商對業(yè)務部署的平滑升級、漸進式演進思路。

　　隨著SDON技術(shù)研究的不斷深入，業(yè)界廠商和組織逐步發(fā)現(xiàn)光網(wǎng)絡的虛擬化是實現(xiàn)基于SDON開放控制的基礎和前提，也是SDON控制器內(nèi)部不可缺失的主要組成部分。廣義的網(wǎng)絡虛擬化，通常是指面向數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的虛擬化——將傳統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡服務提供商分為兩種：基本設施提供商，負責管理物理層的基礎設施；服務提供商，基于對基本設施提供商的資源整合，創(chuàng)造虛擬化網(wǎng)絡；最終在資源整合的基礎上向終端用戶提供端到端的服務。廣義的網(wǎng)絡虛擬化就是讓一個物理網(wǎng)絡能夠同時支持多個邏輯網(wǎng)絡，虛擬化保留了網(wǎng)絡設計中原有層次結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)通道和所能提供的服務，使得最終用戶的體驗和獨享物理網(wǎng)絡一樣，同時網(wǎng)絡虛擬化技術(shù)還可以高效利用網(wǎng)絡資源：如空間、能源、設備容量等。如公司或其數(shù)據(jù)中心在擁有一套物理基礎設施時可以虛擬出很多網(wǎng)絡，為公司的運維部門、新兼并公司、需隔離的重要部門等同時提供服務，各虛擬網(wǎng)絡和物理網(wǎng)絡擁有相同的安全性。

　　而對于SDON，網(wǎng)絡虛擬化是支持網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)多樣化的重要部分，可以定義如下：它是支持多運營商同時存在的網(wǎng)絡架構(gòu)，共享同一個物理層，這個物理層也由多個設備商管理；它支持使用一系列的開放可編程的網(wǎng)絡接口，并針對物理層的網(wǎng)絡設備創(chuàng)建一個虛擬的抽象層；允許用戶對抽象層進行控制并改變相應的網(wǎng)絡狀態(tài)，并對用戶屏蔽物理層網(wǎng)絡的操作和使用復雜性，使得用戶在抽象層上部署新的應用更加容易，從而大大提高了網(wǎng)絡應用的靈活性。

　　SDON中的網(wǎng)絡虛擬化與廣義網(wǎng)絡虛擬化之間的主要區(qū)別就在于實現(xiàn)虛擬化的主體。通常，人們認為SDN將數(shù)據(jù)網(wǎng)絡功能從單機、分散的硬件平臺分離出來，并以虛擬機的形式管理這些部件。而SDON中的網(wǎng)絡虛擬化將會使網(wǎng)絡功能和網(wǎng)絡活動簡化并實現(xiàn)通用化，例如：屏蔽物理平面細節(jié)并實現(xiàn)自動化規(guī)劃、配置、管理、優(yōu)化和保護恢復。人工操作和規(guī)劃過程也正在向虛擬化演變。自動化程度與靈活性的提高使運營商降低高層級工作的負載，將其置于較低層級，包括光電子層面，例如：如今，在非自動化網(wǎng)絡中，人們總是采用多重冗余系統(tǒng)以防護節(jié)點失效，但是這樣做成本很高；而自動化網(wǎng)絡則通過對網(wǎng)絡故障重路由來恢復流量，減少了對昂貴、龐大的冗余系統(tǒng)的依賴。

　　在 SDON架構(gòu)體系中，對光網(wǎng)絡進行虛擬化的主要目的在于：將光網(wǎng)絡的物理層基礎設施進行虛擬化，進而完成對光網(wǎng)絡服務的抽象和封裝，將提供的服務與物理層網(wǎng)絡設施分離開，為上層用戶提供可編程、可定義的光網(wǎng)絡虛擬層。這將對未來光網(wǎng)絡發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響：運營商能夠通過向應用層用戶開放的接口、光網(wǎng)絡虛擬層等，把對光網(wǎng)絡基礎設施的控制權(quán)交給應用層用戶；根據(jù)用戶的等級權(quán)限，開放部分或全部光網(wǎng)絡虛擬層的網(wǎng)絡資源，允許用戶在可獲得的虛擬光網(wǎng)絡資源基礎上，根據(jù)自身需要進行訪問和控制——讓用戶自己整合、定義網(wǎng)絡資源，從而實現(xiàn)“將光網(wǎng)絡資源作為一種服務”，即OaaS（Optical as a Service）的技術(shù)理念。

　　2014年以來，有關(guān)光網(wǎng)絡虛擬化技術(shù)及應用的研究已經(jīng)得到了業(yè)界普遍重視，業(yè)界知名廠商包括中興通訊、ADVA、華為、JDSU等都將下一代光網(wǎng)絡中部署“支持光網(wǎng)絡虛擬化的SDON系統(tǒng)”作為光網(wǎng)絡服務技術(shù)發(fā)展的重點。光網(wǎng)絡作為數(shù)據(jù)中心互聯(lián)的基礎資源，其虛擬化后的應用場景被普遍認為將大大簡化網(wǎng)絡運營商的工作。

　　圖2顯示了光網(wǎng)絡虛擬化的典型應用場景：各數(shù)據(jù)中心業(yè)務都有各自特定的QoS和SLA需求，因此網(wǎng)絡運營商需要專用的OTN網(wǎng)絡，可通過虛擬光網(wǎng)絡在共享統(tǒng)一物理OTN網(wǎng)絡設備的基礎上，滿足不同數(shù)據(jù)中心的各種業(yè)務需求。

　　到目前為止，雖然光網(wǎng)絡虛擬化作為SDON的關(guān)鍵技術(shù)，被業(yè)界廠商和科研機構(gòu)普遍重視，但由于面臨著諸多技術(shù)難點，仍處于理論分析及實驗研究階段。技術(shù)難點主要包括：

　　● 如何提供可擴展的、靈活的、可配置的網(wǎng)絡應用服務，包括：跨多個管理域?qū)崿F(xiàn)對端到端業(yè)務連接及OVPN的控制；如何根據(jù)用戶請求提供動態(tài)連接服務，即 BoD業(yè)務;如何提供端到端的連接——保證低抖動、低延遲等QoS；具有按需分配帶寬的能力，達到波長級或子波長級，時間可控（幾分鐘、幾小時或者數(shù)天）；如何將網(wǎng)絡資源同其他重要的網(wǎng)絡資源進行協(xié)調(diào)，如CPU、存儲和可視化的顯示設備等；廣播/多播能力等。

　　● 對光網(wǎng)絡資源實現(xiàn)抽象封裝，即如何將光網(wǎng)絡物理層資源模型進行數(shù)學模型抽象化的提取，特別需要考慮光網(wǎng)絡資源與傳輸模式有自身的物理特性限制，比如區(qū)別于其他網(wǎng)絡的光網(wǎng)絡物理層損耗：由于光信號傳輸本身的特性，色散、偏振模色散以及增益抖動等各種物理層光信道損傷的累積等，如何將這些光網(wǎng)絡物理層損耗抽象提取到光網(wǎng)絡虛擬層中。

　　● 虛擬化的光網(wǎng)絡資源映射問題，為虛擬光網(wǎng)絡服務VONS中的虛擬節(jié)點和虛擬鏈路分配運行時所需的物理資源，設計出針對不同映射分配策略的優(yōu)化求解目標函數(shù)（如基礎設施資源負載均衡、網(wǎng)絡貨幣收益最大化、最大化資源的使用效率、可服務質(zhì)量最優(yōu)化、終端用戶數(shù)量最大化等）、優(yōu)化數(shù)學模型及優(yōu)化算法等，滿足用戶對光網(wǎng)絡使用的個性化、性能、效益等需求。

　　以上都是光網(wǎng)絡虛擬化技術(shù)亟待解決的問題。光網(wǎng)絡虛擬化技術(shù)研究任重道遠，但它所能帶來的效益和價值是不可估量的，代表了SDON技術(shù)發(fā)展的前進方向。