1 引言
光纤通信技术由于其传输带宽大、抗干扰性强和信号衰减小等诸多优点,
已成为骨干网中主要的通信传输媒介。基于光纤通信技术的光网络,必将成为
未 来 信 息 社 会 中 的 主 要 网 络 技 术 之 一 。 然 而 , 随 着 5G
[1,2]
、 物 联 网
(IoT,Internet of things )
[3 ,4]
、大数据(BD,big data )
[5 ]
、云计算(CC,cloud
computing)
[6]
等技术的发展,新兴的网络业务层出不穷,人们在网络上进行购
物、社交、娱乐以及金融等相关的活动,这对光网络各方面的能力提出了新的
需求,促使光网络技术同时向深度与广度 2 个方向发展。
在光网络 发展历程中, 基于通用多 协议标签交 换( GMPLS,generalized
multi-protocol label switching )
[7]
的 自 动 交 换 光 网 络 ( ASON,automatic
switching optical network)技术能够以分布式控制的方式动态实现光路的建立
与拆除。然而,基于 GMPLS 的传统分布式控制机制面临收敛时间长、协议复
杂 、 控 制 效 率 低 等 问 题 。 为 此 , 路 径 计 算 单 元 ( PCE,path computation
element)
[7 ]
从分布式控制平面中被剥离出来,促成了光路计算从分布式到集中
式的演化。但是,PCE 仍然需要节点上加载的控制平面的配合来维护全局的网
络视图,这种分布式与集中式相结合的方式难以高效率地满足日益增长的业务
需求。同时,对于光正交频分复用和空分复用等新型的光复用技术,传统光网
络 管 控 平 面 很 难 快 速 改 变 固 有 的 控 制 逻 辑 。 因 此 , 软 件 定 义 光 网 络
(SDON,software-defined optical network)被提出
[8 ]
,其将传统传送平面的转
发和控制分离,北向接口对接业务应用,南向接口对接网络连接,利用软件可
编程的方式对光网络基础设施进行灵活管理,从而高效利用网络资源以满足多
样化的业务需求,实现智能的自动控制与升级维护。
空分复用(SDM,space division multiplexing)技术(例如多核光纤、多模
/少模光纤、多核少模光纤等)的出现将光网络资源的维度从时间和频率 2 个维
度扩展到了时间、频率和空间多个维度。其中,在基于多核光纤的软件定义多
维光网络方面,文献[9]展示了利用 12 核光纤实现 0.52 Pbit/s 级别的跨洋传输
系统,其传输距离能够达到 8 830 km。在基于多模/少模光纤的软件定义多维光
网络方面,文献[10]使用支持 6 个模式的折射率渐变少模光纤实现了 138 Tbit/s
的传输系统,其传输距离能够达到 590 km;同时,文献[11]利用 10 个模式的弱
耦合少模光纤实现了 257 Tbit/s 的传输速率。在基于多核少模光纤的软件定义
多维光网络方面,文献[12]利用特殊设计的 19 核 6 模光纤实现了 10.16 Pbit/s
的 单 纤 传 输 速 率 , 总 频 谱 效 率 高 达 1 099.9 bit/(s·Hz)
-1
。 此 外 , 架 构 按 需
(AoD,architecture on demand)技术的出现从节点层面进一步开放了节点的
功能灵活度,使网络节点的功能模块化,并动态合成所需功能的光节点。
因此,基于 AoD+SDM 组合的软件定义多维光网络具有以下特性。
1) 节点功能的可定制化。AoD 节点可以根据不同的需求动态地组合成所需
的功能架构,进而提供不同维度的网络功能。同时,网络开发者也可以利用节
点可编程的特性重新配置节点功能,进而大大地提高了网络节点功能的灵活性。
2) 网络资源维度的多样化。SDM 光纤的引入,一方面大幅增加了网络容量
的承载能力,另一方面也扩展了网络资源的维度,在原有时间和频率资源维度
的基础上又增加了空间维度,提高了网络资源的多维性,丰富了多维网络资源
池的构建。