软件定义光网络南向接口技术发展分析

南向接口是软件定义光网络（SDON）中控制器与底层设备之间实现通信交互的技术手段，它采用了可编程接口，通过控制器向底层设备发送指令，完成资源管理和业务配置。近年来，随着SDON南向接口技术在PTN、OTN等网络技术领域的发展日趋成熟，以及在5G承载传送网各级网络中的热点应用讨论，SDON南向接口技术正在为光通信领域新技术的革新和应用发挥着重要作用。

一、 南向接口技术研究在PTN、OTN等领域发展较快

在网络设备层面运用南向接口技术，需要首先对设备进行建模。传送网络设备形态复杂，功能层次多种多样，由于各设备厂商实现差异较大，统一设备模型较为困难，因此在国内，南向接口技术研究在小型化PTN设备和接入型OTN设备等边缘接入设备中发展较快。

在SPTN南向接口方面，2017年，ONF发布了面向SPTN的MPLS-TP OpenFlow协议扩展TS-029，国内行业标准也制定了SPTN南向接口技术规范，采用OpenFlow协议扩展实现了业务配置、QoS、OAM、保护、性能统计等功能，此外还定义了YANG模型文件，采用NETCONF协议，实现了对网元、板卡、端口、光模块等设备通用管理功能。针对SPTN设备南向接口，中国移动已经启动了多次的实验室测试及选型测试，推动了南向接口技术的成熟。

在接入型OTN南向接口方面，国内运营商及设备厂商参考ONF TAPI信息模型的建模方法，基于NETCONF协议，定义了网元、单板、端口、连接、保护组、告警、性能事件等管理对象，并对OTN网络的SDH、ETH、OTN等业务配置接口进行规范。对于接入型OTN南向接口，国内运营商需求越来越明确，考虑到光网络设备的复杂性，目前南向接口技术还处于模型研究和推进阶段。

二、 南向接口技术成为5G承载传送网实现方案的热点

“5G商用，承载先行”，5G承载网络不仅是5G无线接入网和核心网的网络连接保障，而且肩负着提供高质量业务调度、组网保护和拓扑管控的重任。5G承载网络管控功能主要包含资源管控，资源切片，路径计算，业务下发，信息采集等。南向接口技术需要能够支持控制器对整个物理设备拓扑网络进行管控和调度，具体功能包括拓扑发现和管理，转发策略制定，配置下发，数据流信息采集等。拓扑发现和管理是控制器利用南向接口的上行通道对底层交换设备上报的资源信息进行统一的监控和统计；转发策略制定和配置下发是控制器利用下行通道对网络设备进行统一控制；数据流信息采集则是通过设备对转发数据报文进行监控并将记录的转发信息以标准格式推送至控制器进行分析。

5G承载网络底层传送网络实现方案多种多样，包含了多个技术层次的网络，从L0光层到L1电层、L2分组层和L3的IP转发层，每一个层次都对应了不同的南向接口应用技术。

对于L3层VPN网络控制南向接口，当前热门的南向接口实现包含BGP-LS，PCEP等。BGP-LS是基于链路状态的路由协议，设备通过与控制器建立BGP邻居，将信息上报给控制器，实现网络拓扑的采集。PCEP是路径计算单元通信协议，当控制器获取拓扑网络后，PCEP根据业务需求，计算并下发转发路径，目前定义了面向SR-TE/SR-TP的协议扩展，实现SR-TE/SR-TP路径计算及下发功能。

对于L2 MPLS-TP分组层和L1层OTN电层，可以采用SPTN南向接口以及接入型OTN南向接口技术。

对于L0层光层的管控而言，目前多个标准化组织都在做光层的南向接口开放，包括OpenConfig模型接口以及OpenROADM MSA接口，OpenConfig和OpenROADM分别定义了针对光网络设备的厂家无关的YANG模型，希望通过统一的模型的定义，减少控制器在适配不同厂商的设备过程中需要的开发工作、简化设备的控制。ITU-T也定义了媒质层（media）的管控架构和管控信息模型，可以用于光层网络的信息建模。

5G承载网南向接口除了采用BGP-LS，PCEP，NETCONF等，考虑到存量设备的能力，南向接口还需要支持SNMP，CLI等方式，同时需要支持FTP/TFTP来完成启动配置的更新和版本的升级管理。

三、 南向接口开放及标准化研究工作稳步推进

在南向接口开放方面，目前5G承载网管控系统的南向接口，针对L0层到L3层不同的层网络技术，都有各自的模型定义及协议实现方案，这导致5G承载网设备南向接口多种多样，因此后续南向接口的开放需要运营商及设备厂商合力推进，共同探讨合理完备的模型定义和协议实现方案。

在南向接口标准化方面，对于南向接口的各种协议方案，NETCONF标准化讨论集中在YANG模型设计方面，这是实现通过统一南向接口配置不同厂商设备的关键。BGP-LS和PCEP标准化着眼于协议的扩展，以适配不同的应用场景。其中，BGP-LS扩展满足SR、网络切片及增强型VPN、域内拓扑收集、域内流量工程、无缝双向转发检测等场景；PCEP扩展面向SRv4/SRv6、灵活栅格网络、GMPLS网络、WSON等场景。

四、 南向接口技术的研究和应用需要各方共同努力

现阶段南向接口技术在诸如5G承载传送网等热点领域的实现方案中已经成为讨论热点，由于南向协议的多样性，南向接口能够满足传送网底层分层网络的不同需求，从而支撑起新网络技术的革新和应用。但是，由于不同厂商的网络设备在南向接口模型定义和协议实现方案方面差异较大，导致南向接口在开放应用和标准化方面进展较慢。可以预见的是，在运营商和设备厂商等的协力推动下，通过多协议扩展，满足不同技术应用场景的适配，和多方探讨，形成完善成熟的信息模型定义，是解决南向接口技术在实际应用中问题的两条主要途径，也是南向接口技术在软件定义光网络中的发展趋势。

作者简介

孟海军：中国信息通信研究院技术与标准研究所工程师，主要从事光通信和软件定义光网络相关技术研究。

联系方式：[e-mail]

徐云斌：中国信息通信研究院技术与标准研究所高级工程师，主要从事光通信，软件定义光网络，5G承载网络等技术研究。

联系方式：[e-mail]

校  审 | 陈  力、 珊  珊

编  辑 | 凌  霄

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