自动交换光网络（ASON）传输技术的新发展

韩国舞族

   

    随着信息时代的来临，人类正在迅速走向信息社会，这使得各种通信业务（特
别是以IP业务为代表的数据业务）急剧增长，另外，各国政府电信管制政策的放松，导致电信市场的竞争日趋激烈。这样，现有通信网技术发展和运营，特别是传输网技术发展和运营已越来越不能适应社会的发展进步，主要体现在以下几个方面：网络缺少实时的业务供给能力，业务配置时间过长，主要原因是配置操作和业务供给是由人工完成的，所需时间按月计算；交叉的数字等级过低，一般是2Mbit/s，最大不超过155Mbit/s；带宽没有得到充分利用，带宽利用率过低，一方面原因是现有的传输网结构是针对话音业务优化的，不能适应数据业务突发的特点，另外一方面，传输网缺少智能；各层网络的功能重叠，都有自己独立的控制平面；网络中备用容量过大，缺少先进的保护、恢复和路由选择功能；传输网带宽仅仅是各种业务信号的传输平台，而不是一种可以运营的业务。
    为了有效地解决上述问题，一种新型的网络体系应运而生，这就是自动交换光网络（ASON），也就是通常所说的智能光网络。它在传输网中引入了信令交换的能力，并通过增加控制平面，增强了网络连接管理和故障恢复能力。此外，它是开放的，能够实时建立符合要求的服务水平协议（SLA）连接，并在不需要时拆除连接。
    一、ASON的特点
    与现有的光传输网技术相比，ASON有以下特点：
    （1）在光层实现动态业务分配，缩短了业务提供时间，提高了网络资源的利用率，可根据业务需要提供带宽，是面向业务的网络；
    （2）具有端对端网络监控保护、恢复能力，使网络变得更可靠、更安全；
    （3）具有分布式处理功能；
    （4）与所传输客户层信号的比特率和协议相独立，可支撑多种客户层信号；
    （5）实现了控制平台与传输平台的独立；
    （6）实现了实时的流量工程控制，网络可根据客户层的业务需求，实时动态地调整网络的逻辑拓扑，以避免拥塞，实现了网络资源的最佳配置；
    （7）与所采用的技术相独立；
    （8）网元具有智能；
    （9）可根据客户层信号的业务等级（CoS）来决定所需要的保护等级；
    （10）支撑各种带宽的交换和管理。
    二、ASON的功能
    ASON具有以下功能：
（1）为用户提供波长批发、波长出租、带宽运营、按使用量付费、光VPN、
光拨号、基于SLA业务等；
    （2）良好的生存性，它可以通过传输网实现（如格形、环形或点到点保护），也可以通过ASON的控制平台实现（如动态路由选择）；
    （3）链路管理、连接进入控制和业务优先级管理；
    （4）路由选择包括自动的路由计算和确定及路由发现；
    （5）信令机制；
    （6）发现机制；包括邻居发现、拓扑发现和业务发现；
    （7）检索业务及命名转换机制。
    三、ASON的组成
    ASON主要由以下三个独立的平面组成，即传输平面、控制平面和管理平面，如图1所示。

        
      
                                                         











图1  ASON组成示意图

    控制平面由一组通信实体组成，负责完成呼叫控制和连接控制功能，主要是连接的建立释放、监测和维护，并在发生故障时恢复连接，由信令网支撑。它主要包括以下几个部分：允许节点交换控制信息的信令信道；允许节点快速建立和拆除端到端连接和信令协议：能以分布方式更改和维护的拓扑数据库；快速灵活的恢复机制。
    ASON控制平面的作用在于：快速有效地在传输网内配置连接以支撑交换和软永久连
接；再配置或修改支撑预先设置好呼叫的连接；完成恢复功能。控制平面可分为不同域以满足网络管理域的划分。一个管理域内控制平面还可以更进一步划分，以提高网络的可扩展性，避免域间控制信息风暴。既可以基于不同地域或基于不同厂商设备，也可以基于不同的协议、信令体系或安全、可靠性要求进行划分。
    控制平面体系应具有以下特性：支撑各种传输设施，如SDH传输网（由ITU-T G.803定义）及光传输网（由ITU-T G.872定义）；支撑各种保护和恢复方案；可使用各种控制协议；支撑流量控制工程；不受控制平面域的划分和路由区域及传输资源子网划分的限制；不受连接控制方式的限制；控制平面主要面向客户层业务，侧重于业务交换的实时性。
    管理平面完成传输平台、控制平面和整个系统的维护功能，主要面向网络运营者，侧重于对网络运营情况的掌握和网络资源的优化配置，它负责所有平面间的协调和配合，能够进行配置和管理端到端连接，是控制平面的一个补充，包括网元管理系统和网络管理系统，具有M.3010所规范的管理功能，即性能管理、故障管理、配置管理、计费管理和安全管理功能，此外，它还包含内置式网络规划工具。
    传输平面为用户提供从一个端点到另一个端点双向或单向信息传输，监测连接状态信息（如故障和信号质量），并提供给控制平面。它传输详细的故障管理信息或性能检测信息，它按ITU-T G.805建议进行分层，支撑现有的及未来可能出现的传输技术，完成光信号传输、复用、配置保护倒换和交叉连接等功能，并确保所传光信号的可靠性。为了能够实现ASON的各项功能，传输平台必须具有较强的信号质量检测功能及多粒度交叉连接技术。
    通过以上这三个平面，ASON支撑三种连接，即永久连接、交换连接和软永久连接。永久连接也被称为供给式连接，由网管系统或者由人工完成；而交换连接也被称为信令式连接，是由终端用户根据需要，在连接端点间建立的任何连接，使用信令/控制平面，涉及到控制平台内信令单元间信令信息的动态交换，需要网络命名和寻址计划及控制平面协议。软永久连接也被称为混合式连接，是用户—用户的连接，其中端到端连接的用户至网络部分，同永久连接一样，由网管系统建立；而端到端连接的网络部分，同交换连接一样，使用控制平面建立。此外，连接的网络部分，连接建立的请求是由管理平台发起，由控制平面建立完成。
四、ASON的接口
    ASON在逻辑上可以有用户—网络接口（UNI），内部网络—网络接口（I-NNI）和外部网络—网络接口（E-NNI）。
    UNI是业务请求者和业务提供者控制平面实体间的双向信令接口，通过它，客户层网络可以自动要求建立新的连接、删除或询问已有连接的状态，它支撑以下功能：呼叫控制、资源发现、连接控制、连接选择。注意，它没有与UNI相关的路由选择功能。此外，它运行在光客户端和光网络之间，支撑呼叫安全和授权功能或增强的检索功能及呼叫安全和认证及增强的号码业务。它的主要功能为：连接建立、连接拆除、连接修改、状态查询。它的功能实现需要有能够充分满足功能要求的信令协议，这有两种侯选方案：CR-LDP和RSVP-TE。
    I-NNI是属于一个或多个有依赖关系域内控制平面实体间的双向信令接口，通过它的信息支撑以下功能：资源发现、连接控制、连接选择、连接路由选择。它定义了控制网络内单元之间的接口，为双向信令接口，对它来讲，需要重点规范信令与选路功能。因此，提供了网络内部的拓扑信息。由于它为域内接口，使用专用协议，因此可以不考虑标准化。
    E-NNI是属于不同域内控制平面实体间的双向信令接口，通过它的信息支撑以下功能：呼叫控制、资源发现、连接控制、连接选择、连接路由选择。它定义了不同域的通用控制面间接口，同样为双向信令接口。其主要功能为在不同域间交换可达性信息，屏蔽了网络内部的拓扑信息。
    I-NNI和E-NNI接口使用OSPF-TE、LMP、RSVP-TE或BGP协议。
    除此之外，ASON还需要有信令网，提供信令和管理信息通道，采用公用信号方式，既可以采用MPLS协议，也可以采用TCP/IP协议。目前，几乎所有的厂家均使用TCP/IP协议。
    五、ASON的控制协议
    ASON的控制协议是控制平面的重要组成部分，也是实现控制平面各项功能的重要手段。实现其最快的方法，是采用现有的数据网络协议，现在ITU-T及各个国际标准化组织准备采用GMPLS协议作为ASON的控制协议，它是由MPLS协议扩展而成，有许多种选择，其中ASON使用了一部分，并进行扩展，以适应于ASON。它主要包括：链路管理和发现协议LMP；扩展的开放最短路径优先协议OSPF或RSVP、IS-IS、RIP静态路由协议；扩展的基于约束的标签分发（信令）协议RSVP-TE或CR-LDP；基于GMPLS控制平面路由算法库。
    与原来意义上的GMPLS协议相比，ASON中使用的GMPLS协议增加了以下功能：域内与域间的协议不同；支撑IPv4、IPv6和NSAP；通过UNI和E-NNI接口，支撑用户业务规范和多样性；支撑域和分级概念，对重叠和对等模型都是一样；支撑呼叫分离；支撑软永久连接；支撑各种速率、各种形式的业务信号。使用GMPLS可以简化操作和管理，减少操作成本，其网络模型主要由重叠（客户—服务者）和完全对等两种。
    在重叠（客户—服务者）模型中，传输网和客户层网络使用不同的控制平面，独立工作，两者间相互工作（包括控制协调）通过静态的配置完成。客户层网络不能看到传输网的拓扑，反之亦然，从而实现了两者控制的最大隔离；在对等模型中，客户层网络和传输网使用同一个控制平面，客户层网络理解传输网的拓扑，反之亦然，重叠模型与现在各种网络非常相似，传输网内部采用的技术可以独立演进，而不会对客户层网络造成比较大的影响，是目前比较现实可靠的选择。因为完全对等模型过于理想化，因此，ITU-T的各项有关建议是基于重叠（客户—服务者）模型。
    ITU-T G.7713建议了三种信令协议，即PNNI、RSVP-TE和CR-LDP。其中PNNI协议起源于传统的电信信令协议（Q.2931、Q.931、SS7），可靠性较高，但灵活性不够，且无法与GMPLS协议互通，ITU-T G.7713.1规范的PNNI协议仅适用于软永久连接；RSVP协议起源于IPCoS技术，具有较好的资源同步、差错处理功能，能更好地处理掉电等异常情况，更容易实现多播，可以实现控制平面与数据平面的完全分离，具有较好的灵活性，但为了能够应用于ASON，需要进行较大的扩充与改进，且可靠性不如PNNI，ITU-T G.7713.2规范的RSVP-TE协议，重点规范了UNI和E-NNI，通常也适用于I-NNI，但还需要进一步规范，同样支撑软永久连接，也支撑域内的交换连接；CR-LDP协议起源于IP MPLS技术，实现多播困难，同样需要进行较大的扩充与改进，ITU-T G.7713.3规范的CR-LDP协议，适用于UNI、 E-NNI和I-NNI，可以进行与ASON有关的自动呼叫和连接操作。相比之下，RSVP比CR-LDP更成熟，因此，绝大多数的厂家均采用RSVP协议。
    目前，ITU-T尚未定义具体的路由协议，域内路由协议有OSPF和IS-IS两种；域间路由协议有BGP、OSPF、PNNI和DDRP，现在，绝大多数厂家采用OSPF-TE协议。
    六、ASON的生存技术
    目前，ASON采用的生存技术可分为保护、集中恢复和分布恢复，其中保护和集中恢复是传统的光传输网的功能，而分布式恢复则是ASON所特有的功能。
    与传统的光传输网不同，ASON的控制平台，使运营商可以为用户提供选择业务等级的能力（CoS）及向用户提供SLA协议所承诺的指标。保护和恢复正是ASON完成这一功能的主要方式。生存性方式的选择（保护、恢复或两者都不具备）需要考虑运营商的策略、网络拓扑和所用设备的能力。由于各个运营商的网络往往采用不同的恢复或保护技术，为了确保端到端的可用性，需要协调各个网络内的恢复机理，以满足SLA协议的要求。连接的保护或恢复可以由管理平台命令发起或临时禁止。此外，管理平台的命令可用于日常的维护，也可以在紧急故障条件下，压制自动完成的动作。在ASON中，恢复与控制平面的动作有关，保护则由传输平面完成。
    ASON的保护或恢复方式应具有以下特性：与所支撑客户层信号（IP、ATM、SDH、以太网信号）相独立；具有可扩展性，以适应保护业务层灾难性故障（如光缆故障）的需要；采用可靠及有效的信令机理，即使在传输网或信令网发生故障时，还保证其功能的有效性；保护或恢复方案应与故障位置无关。
    现在，ASON的保护技术主要有：1+1单向路径保护、1+N路径保护、1+1单向SNC/N和SNC/S保护。同时，还有光通道（Och）共享保护环和光复用段（OMS）共享保护环，这两种方式均需要使用APS协议。
    ASON的恢复方法可分为三种：预计算、动态和这两种方法同时采用。区别在于所采用的恢复动作顺序不同。
    对于交换连接，生存性方式和路由选择由控制平面完成，而软永久连接和永久连接的生存方式和路由选择由管理平面完成。
    七、对ASON节点的要求
    为了能够很好地实现ASON的各项功能，除了要有一个好的控制平面和管理平面外，同时，还要求其网络节点要具有以下功能：要有满足用户需要的端口数；要具有严格无阻塞的全连接能力；能够支撑多址广播；可提供波长变换能力；采用模块化设计，可根据用户的需求加以调整；设备自身要具有较高的可靠性；具有丰富的App功能和控制功能，支撑ASON控制平面的各种协议；可实现保护和恢复操作。
    八、ASON的演进步骤
    目前，业界普遍认为，ASON的演进步骤为：
    （1）在光传输网完全采用WDM传输技术的基础上，首先在长途节点使用OEO交换技术的OXC设备，并采用ASON的信令、路由协议和NNI接口，在域内实现ASON的功能；
    （2）在城域网范围内，采用具有UNI接口的多业务传输平台（MSTP）或OXC设备，以便使MSTP或OXC设备可以通过UNI接口，实现端对端智能管理；
   （3）在全网内，全面采用ASON的信令、路由协议、NNI接口和功能；
   （4）不同运营商的ASON，使用NNI或UNI接口互通。

    总之，ASON技术是光传输网技术的一项重大突破，它的出现，深刻地改变了光传输网的体系和功能，可以相信，随着技术的逐步成熟，光传输网将会发挥更大的作用。(