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技术与标准丨光传送网管理技术演进的思考

信息通信技术与政策

2021-01-18

导读：王郁

作者简介

王郁

中国信息通信研究院技术与标准研究所高级工程师，主要从事光传送网及其管控技术等领域的研究工作。

论文引用格式

王郁. 光传送网管理技术演进的思考[J]. 信息通信技术与政策, 2020(12): 70-74.

∗基金项目：国家自然科学基金项目（No.62006248）资助

光传送网管理技术演进的思考*

王郁

（中国信息通信研究院技术与标准研究所，北京 100191）

摘要：随着光网络的不断演进，其网络管理技术也随之发展变化，由原来面向传送设备的网络管理，逐渐过渡到面向业务、应用层面的网络运营上。通过回顾光传送网网络管理体系和技术近二十年的发展演进历程，探讨了推动光传送网管理体系和技术演进的主要驱动力，提出管理技术演进的一些思考。

关键词：光传送网；智能化；ASON；SDN；管控融合

1 引言

光传送网是基于光纤链路连接，为承载干线或城域各类客户业务信号提供面向连接的网络。这种面向连接的网络特性使得其网管体系成为网络建设的组成部分，作为传送网的“眼睛”，监控网络的运行状态。与光传送网技术自身的演进速度相比，传送网网络管理技术的演进相对滞后，且演进的周期更长。什么是推动光传送网管理技术演进的主要因素？需要回顾光传送网管理体系和技术变化的发展历程，特别是光网络智能控制技术的引入过程，进一步思考和探讨光传送网管理体系和技术演进的主要驱动力。

2 推动光传送网管理技术演进的主要驱动力

从过去近二十年光传送网网络管理技术发展的历程看，推动光传送网管理技术演进的主要驱动力总结如下。

2.1 网络运营策略调整驱动

根据管理运营策略的调整，运营商在不同时期网络运营模式和管理体系架构也会随之发生改变，以适应新的运营管理策略。运营策略调整带来的对管理体系的影响最大，推进管理体系架构和管理技术的革新。

2.2 光传送新技术驱动

根据不同传送技术特点以及新技术的出现，对网管系统的管理能力提出了新的功能需求，影响着管理体系的各个层面。一般而言，不同传送技术对管理体系架构不会带来太大影响，只是管理能力上存在差异。但智能化光传送网的发展方向打破了传统的管理机制，并扩大到管控范畴，影响更为深远。

2.3 新业务应用驱动

不断创新的业务应用、新业务的发放、端到端管理都提出了新的业务管理模式和管理需求，这将会对管理体系中业务管理层产生影响，同时推动业务管理层接口的不断革新。

本文重点从网络运营策略调整驱动和光传送网智能控制技术驱动两个方面来分析对光传送网管理体系和技术发展的影响和推进作用。

3 网络运营策略调整驱动管理体系架构的演进

3.1 纵向扁平化、集中化

早期根据光传送网三层体系结构，传统管理体系和网管系统设置同样分为三级架构，包括省际一级干线网管中心、省内干线网管中心以及城域/本地网网管中心。随着网络的融合演进，传统运营商提出了简化运维管理的策略，管理体系将原来的三级扁平化，逐步转化为二级结构。逐渐弱化城域/本地网网管中心的职责，不再设置网管服务器，采用反拉终端的方式查询城域/本地网的运行状态。

而在传输网管扁平化、集中化的过程中，形成对全网的管理需要通过多厂商网管系统分段协同管理的问题。为此在21世纪初，运营商开始大力建设传输综合网管系统，以实现不同网络层面的全网集中管理能力，最终形成二级管理体系结构。

在省际网管中心集中设置一级干线综合网管系统，通过一级干线各厂商网管系统通过北向接口集中接入方式，实现一级干线跨厂家、跨系统间的传输资源可管可控，提供端到端管理能力，满足当时全网集中监控、统一管理的需求，有效提高了全网运维管理效率。

在省内二级干线网管中心设置二级干线和城域/本地网综合网管系统，实现省内跨厂家、跨城域、跨系统的集中管理。省内设置的传输厂商网管系统通过北向接口集中接入二级干线综合网管系统中。

3.2 横向不断融合

与此同时，在多业务和网络融合的趋势下，光传送网的网管系统建设也正趋于融合，逐步与其他专业领域的网络管理融合、统一，并纳入到运营商面向运营与服务的综合业务运营管理平台（OSS）之中。从而体现了光网络的管理维护由“面向设备、面向网络”到“面向服务、面向运营”的管理模式转型。

近年来，随着运营商网络管理运营转型的不断深入，提出了新时代网络管理运维的云化架构的部署策略，建立一个开放的、集中的云管理平台，支持超大容量管理能力。通过云端管理系统实现跨专业的全网资源的集中、协同调度，以实现网络资源配置的最优化，有效提升网络运维管理效率，满足不断创新的网络业务运营需求。同时，云化部署将会是一种更适应面向5G业务的新管理需求，以及面向智能化网络的运营服务的有效管理模式和手段。

4 光传送网智能控制技术驱动管控体系的演进

一般而言，不同传送技术对网络管理的体系架构影响并不大，仅存在管理需求上的差异。然而，21世纪初提出的光传送网智能控制技术正不断影响着原有的传送网管理体系架构和需求。

4.1 ASON阶段对管理体系的影响

在光网络管理技术的演进过程中，光网络智能化无疑是对其产生深远影响和推动其变革的重要因素。光网络的智能化征程最初是以自动交换光网络（ASON）技术的引入而开启。在光传送平面上引入控制平面，实现光网络的动态化、智能化。ASON是以分布式控制为主，控制平面基于网元部署，路由、信令、邻居发现等控制功能集成在网元控制单板中。相应的网管系统随之增加控制平面管理对象和一定的控制功能。此时，管理平面、控制平面、传送平面及DCN是构成 ASON系统的主要组成部分。管理平面和控制平面两者是管理者和管理对象的角色关系，而当时的ASON网管系统实际上已经兼具了一定的控制能力，例如控制平面初始化配置、业务路径的路由计算和调度、网络和业务的规划优化、保护恢复的路由计算、策略管理等功能；同时，还具有控制平面的告警和性能管理能力等。管理和控制两者之间分工相对明确，但边界已不清晰。

随着PCE技术的出现，ASON路由功能可支持集中式部署，支持部署在独立的PCE服务器上，以提高多层多域网络下端到端最优化路由计算能力和大规模网络路由计算效率。此时，网管系统与PCE之间可以说趋于一种对等关系。

4.2 SDN阶段早期对管理体系的影响

SDN技术源于数据领域，设备的控制面与数据面分离，从而实现网络流量的灵活控制。随着SDN技术引入到光传送网中，网管系统与“控制”之间的关系随即发生着变化。然而，数据领域与光传送领域的管控体系背景不同，传送网最初直接引入数据领域提出的独立SDN控制器的部署策略存在着一定的不适应性，具体参见表1。

表1 SDN技术在不同领域背景下引入的考虑

由此可见，数据设备提供的是无连接服务，最早是不设置网管系统，或者即使配置了网管系统，其管理功能也是很弱的。因此，在设备控制功能解耦的过程中，无需考虑与网管系统的协同问题。而与数据领域不同，在传送网中，网管系统是面向连接服务“与生俱来”的产物，是必须配置的独立实体。由于当时的光网络智能化已发展到ASON阶段（虽然受应用所限而减缓），其网管系统已经具备了一定的控制功能，这使得原有网管系统与SDN控制器之间面临着管理与控制在功能上存在着一定的重叠，并且两者的边界更加不清晰。如何在两者之间进行功能划分成为当时主要考虑的问题。

鉴于光网络智能化的演进背景和网管系统的存在，光传送领域需要提出一种不同于数据领域的SDN技术引入思路。在引入SDN技术时，还需要考虑当时光网络智能化现状和与网管系统的协同问题。这也是导致SDN技术在光传送网领域应用减缓的一个原因。

4.3 SDN管控一体化更符合可持续发展的演进方向

近期，在新修订的ITU-T G.7701和G.7718建议中，已经明确规范了管理与控制之间是一种融合关系，呈现为一种集中的、统一的管控一体化平台，按逻辑模块划分不同的管理、控制功能（见图1），以适应于光传送网的智能化演进思路。

图1 管控融合下的管理体系架构

光传送网管控融合系统将传统的基础管理功能和智能控制功能有机地结合起来，统一数据库，有效规避了原有网管系统与控制器两个实体之间的功能划分、信息协同、互操作以及可能存在的数据不一致等众多问题。将网管系统原本就有一定重叠的管理与控制进一步融合以至于一体化，这才是符合传送网管理与控制体系的演进趋势。

综上所述，在光网络智能化演进中，尽可能继承和拓展原有的智能化管控体系，在此基础上引入SDN控制技术，以实现光传送领域管控体系的可持续发展。

5 光传送网管控融合需求分析

在光网络智能化一体化管控的发展趋势下，对现有网管系统提出了新的需求。

5.1 SDN管控融合系统新需求

5.1.1 系统功能需求

对于SDN光传送网，提出了面向SDN技术特性的管控需求，主要包括以下方面。

（1）SDN控制组件自身管理：支持SDN控制组件的配置、故障、性能和安全管理，例如控制组件初始化配置、告警和状态监视、运行性能等。

（2）控制接口管理：例如接口类型、协议、地址、标识符以及接口访问控制策略等。

（3）面向业务路径的控制和管理：例如业务连接管理、策略管理、虚拟网络拓扑管理、性能和告警管理、事件/告警通知等。

（4）面向业务层的应用服务管理：包括新业务应用服务、客户应用服务、运营商应用服务等的控制和管理需求。

5.1.2 系统接口融合需求

传统光传送网网管系统主要规范厂商网管系统EMS与运营商综合网管系统NMS之间的网管系统北向接口（NBI），接口协议主要以CORBA、XML等为主。通过网管系统北向接口实现各厂家EMS纳入到上层运营商综合网管之中，实现集中统一管理。而EMS南向接口并不做统一要求，采用的接口有TL1、Qx或其他协议，也存在厂家私有接口的情况。

而在SDN融合管控趋势下，引入了控制接口，包括控制器南向接口（SBI）和北向接口（NBI）。随着传送网管理体系逐步向管控融合方向发展，管控融合系统的管理和控制接口也将会逐步融合和统一，原管理系统北向接口逐步被新的管控接口和协议所取代。但在系统演进的过程中，一段时期内会是多种接口协议并存的情况，共同实现全部接口功能（见图2）。

图2 管控系统接口融合过程

另外，通过网管系统和管控接口的升级还可实现传统传送网向支持SDN光传送网的迁移。G.7702提出了一种升级方案，通过对EMS/NMS升级方式引入SDN控制和CPI代理，通过具有CPI的SDN控制或应用服务来实现原有传统网络的SDN升级，这里的CPI接口也可以被新管控融合接口所替代。EMS/NMS升级后可以重新使用专有接口TL1、Qx或其他接口来与传统传输网元进行通信，而无需对现有传输网元进行任何升级改造。

5.2 5G新业务管控需求

TMN定义的网络管理分层结构由下而上，包括网元管理层、网络管理层和业务管理层。传统网管系统更侧重于下面两层，实现对传送网设备和网络的传统基础管理（配置管理、告警管理、性能管理和安全管理等）。随着光传送网新业务和智能化的发展，除了传统管理功能外，提出了更多面向新业务的管控需求。特别是近年来，5G新业务应用场景和业务分类日渐清晰，可考虑将5G业务作为SDN光传送网的一种新的应用服务，提出以下新的管控需求。

（1）端到端网络切片的全生命周期管理：切片建立、修改、查询和删除等。

（2）业务时延管理：业务时延性能测量；将时延作为选路参数参与路径计算策略；业务运行的时延性能变化监视等。

（3）业务带宽管理：带宽性能监视、动态带宽调整和优化等。

（4）海量业务连接管理等。

5.3 后续标准化建议

目前，ITU-T、ONF等标准化组织都在积极开展传送网SDN控制和管理的标准化研究工作。目前，ITU-T最新完成了G.7701、G.7703、G.7718等规范的修订工作，G.7702也正在修订中，主要规范了传送网通用控制架构和要求、SDN控制、管理架构和要求等方面内容。其中，G.7703是原G.8080的换版，G.7718的修订版本更侧重于面向SDN的管理要求，较原版本内容变动较大。与传送技术相关的管理建议OTNG.875、以太网G.8052等近期也做了相应的修订。

国内CCSA TC6WG1工作组的工作重点主要侧重于传送网设备规范的制定上，并涉及相关的设备管理和控制要求。在传送网SDN标准化方面，目前已对SPN/SPTN、SDOTN等设备规范中提出了相关的管控要求，并制定了大量的SDN控制器和接口技术要求。TC7WG2工作组重点侧重于NMS网管系统和北向接口的规范制定。目前，正在制定SPN管控融合系统的规范。然而，国内针对光传送网SDN的管控体系、架构、总体需求等方面还缺乏系统化的体系要求和设计。为更好地指导国内SDN光网络管控系统的功能设计和研发，从管控一体化视角出发，有必要系统地开展相关的标准化工作。

6 结束语

在网络运营策略调整、光传送新技术、新业务应用等因素的作用下，传送网网络管理体系和技术不断演进。特别是光网络智能化控制技术的引入，使得光传送网管理体系扩大到管理和控制一体化的更大范畴。光网络SDN管控融合的发展思路更符合可持续发展的演进方向，由此提出了新的管控需求。目前，国内相关标准更侧重于智能化控制方面，而在管控融合大趋势下，未来将重点关注并开展管控融合体系架构的设计和标准化工作，以适应光网络智能化发展的需要。

参考文献

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[6] 工业和信息化部. 切片分组网络(SPN)总体技术要求(报批稿)[R], 2020.

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[8] IMT-2020(5G)推进组. 5G承载网络架构和技术方案[R], 2018.

Thoughts on the evolution of optical transport network

WANG Yu

（Technology and Standards Research Institute, China Academy of Information and Communications Technology,Beijing 100191,China）

Abstract: With the continuous evolution of optical network, its network management technology also develops and changes. From the original network management for transmission equipment, it gradually transits to the service-oriented and application level network operation. By reviewing the development and evolution of optical transport network management system and technology in the past 20 years, this paper discusses the main driving forces that promote the evolution of optical transport network management system and technology, and puts forward some thoughts on the evolution of management technology.

Key words: optical transport network;intelligence; ASON;SDN; management and control fusion

本文刊于《信息通信技术与政策》2020年第12期

主办：中国信息通信研究院

《信息通信技术与政策》是工业和信息化部主管、中国信息通信研究院主办的专业学术期刊。本刊定位于“信息通信技术前沿的风向标，信息社会政策探究的思想库”，聚焦信息通信领域技术趋势、公共政策、国家/产业/企业战略，发布前沿研究成果、焦点问题分析、热点政策解读等，推动5G、工业互联网、数字经济、人工智能、区块链、大数据、云计算等技术产业的创新与发展，引导国家技术战略选择与产业政策制定，搭建产、学、研、用的高端学术交流平台。