自動交換光網絡（ASON）傳輸技術的新發展

2019-11-03 10:21:09

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中國移動集團設計院劉濤　　隨著信息時代的來臨，人類正在迅速走向信息社會，這使得各種通信業務（特別是以ip業務為代表的數據業務）急劇增長，另外，各國政府電信管制政策的放松，導致電信市場的競爭日趨激烈。這樣，現有通信網技術發展和運營，特別是傳輸網技術發展和運營已越來越不能適應社會的發展進步，主要體現在以下幾個方面：網絡缺少實時的業務供給能力，業務配置時間過長，主要原因是配置操作和業務供給是由人工完成的，所需時間按月計算；交叉的數字等級過低，一般是2Mbit/s，最大不超過155Mbit/s；帶寬沒有得到充分利用，帶寬利用率過低，一方面原因是現有的傳輸網結構是針對話音業務優化的，不能適應數據業務突發的特點，另外一方面，傳輸網缺少智能；各層網絡的功能重疊，都有自己獨立的控制平面；網絡中備用容量過大，缺少先進的保護、恢復和路由選擇功能；傳輸網帶寬僅僅是各種業務信號的傳輸平臺，而不是一種可以運營的業務。

　　為了有效地解決上述問題，一種新型的網絡體系應運而生，這就是自動交換光網絡（ASON），也就是通常所說的智能光網絡。它在傳輸網中引入了信令交換的能力，并通過增加控制平面，增強了網絡連接管理和故障恢復能力。此外，它是開放的，能夠實時建立符合要求的服務水平協議（SLA）連接，并在不需要時拆除連接。

　　一、ASON的特點

　　與現有的光傳輸網技術相比，ASON有以下特點：

　　（1）在光層實現動態業務分配，縮短了業務提供時間，提高了網絡資源的利用率，可根據業務需要提供帶寬，是面向業務的網絡；

　　（2）具有端對端網絡監控保護、恢復能力，使網絡變得更可靠、更安全；

　　（3）具有分布式處理功能；

　　（4）與所傳輸客戶層信號的比特率和協議相獨立，可支持多種客戶層信號；

　　（5）實現了控制平臺與傳輸平臺的獨立；

　　（6）實現了實時的流量工程控制，網絡可根據客戶層的業務需求，實時動態地調整網絡的邏輯拓撲，以避免擁塞，實現了網絡資源的最佳配置；

　　（7）與所采用的技術相獨立；

　　（8）網元具有智能；

　　（9）可根據客戶層信號的業務等級（CoS）來決定所需要的保護等級；

　　（10）支持各種帶寬的交換和管理。

　　二、ASON的功能

　　ASON具有以下功能：

（1）為用戶提供波長批發、波長出租、帶寬運營、按使用量付費、光VPN、光撥號、基于SLA業務等；

　　（2）良好的生存性，它可以通過傳輸網實現（如格形、環形或點到點保護），也可以通過ASON的控制平臺實現（如動態路由選擇）；

　　（3）鏈路管理、連接進入控制和業務優先級管理；

　　（4）路由選擇包括自動的路由計算和確定及路由發現；

　　（5）信令機制；

　　（6）發現機制；包括鄰居發現、拓撲發現和業務發現；

　　（7）檢索業務及命名轉換機制。

　　三、ASON的組成

　　ASON主要由以下三個獨立的平面組成，即傳輸平面、控制平面和管理平面

　　控制平面由一組通信實體組成，負責完成呼叫控制和連接控制功能，主要是連接的建立釋放、監測和維護，并在發生故障時恢復連接，由信令網支撐。它主要包括以下幾個部分：允許節點交換控制信息的信令信道；允許節點快速建立和拆除端到端連接和信令協議：能以分布方式更改和維護的拓撲數據庫；快速靈活的恢復機制。

　　ASON控制平面的作用在于：快速有效地在傳輸網內配置連接以支持交換和軟永久連接；再配置或修改支持預先設置好呼叫的連接；完成恢復功能。控制平面可分為不同域以滿足網絡管理域的劃分。一個管理域內控制平面還可以更進一步劃分，以提高網絡的可擴展性，避免域間控制信息風暴。既可以基于不同地域或基于不同廠商設備，也可以基于不同的協議、信令體系或安全、可靠性要求進行劃分。

　　控制平面體系應具有以下特性：支持各種傳輸設施，如SDH傳輸網（由ITU-T G.803定義）及光傳輸網（由ITU-T G.872定義）；支持各種保護和恢復方案；可使用各種控制協議；支持流量控制工程；不受控制平面域的劃分和路由區域及傳輸資源子網劃分的限制；不受連接控制方式的限制；控制平面主要面向客戶層業務，側重于業務交換的實時性。

　　管理平面完成傳輸平臺、控制平面和整個系統的維護功能，主要面向網絡運營者，側重于對網絡運營情況的掌握和網絡資源的優化配置，它負責所有平面間的協調和配合，能夠進行配置和管理端到端連接，是控制平面的一個補充，包括網元管理系統和網絡管理系統，具有M.3010所規范的管理功能，即性能管理、故障管理、配置管理、計費管理和安全管理功能，此外，它還包含內置式網絡規劃工具。

　　傳輸平面為用戶提供從一個端點到另一個端點雙向或單向信息傳輸，監測連接狀態信息（如故障和信號質量），并提供給控制平面。它傳輸詳細的故障管理信息或性能檢測信息，它按ITU-T G.805建議進行分層，支持現有的及未來可能出現的傳輸技術，完成光信號傳輸、復用、配置保護倒換和交叉連接等功能，并確保所傳光信號的可靠性。為了能夠實現ASON的各項功能，傳輸平臺必須具有較強的信號質量檢測功能及多粒度交叉連接技術。

　　通過以上這三個平面，ASON支持三種連接，即永久連接、交換連接和軟永久連接。永久連接也被稱為供給式連接，由網管系統或者由人工完成；而交換連接也被稱為信令式連接，是由終端用戶根據需要，在連接端點間建立的任何連接，使用信令/控制平面，涉及到控制平臺內信令單元間信令信息的動態交換，需要網絡命名和尋址計劃及控制平面協議。軟永久連接也被稱為混合式連接，是用戶—用戶的連接，其中端到端連接的用戶至網絡部分，同永久連接一樣，由網管系統建立；而端到端連接的網絡部分，同交換連接一樣，使用控制平面建立。此外，連接的網絡部分，連接建立的請求是由管理平臺發起，由控制平面建立完成。

四、ASON的接口

　　ASON在邏輯上可以有用戶—網絡接口（UNI），內部網絡—網絡接口（I-NNI）和外部網絡—網絡接口（E-NNI）。

　　UNI是業務請求者和業務提供者控制平面實體間的雙向信令接口，通過它，客戶層網絡可以自動要求建立新的連接、刪除或詢問已有連接的狀態，它支持以下功能：呼叫控制、資源發現、連接控制、連接選擇。注意，它沒有與UNI相關的路由選擇功能。此外，它運行在光客戶端和光網絡之間，支持呼叫安全和授權功能或增強的檢索功能及呼叫安全和認證及增強的號碼業務。它的主要功能為：連接建立、連接拆除、連接修改、狀態查詢。它的功能實現需要有能夠充分滿足功能要求的信令協議，這有兩種侯選方案：CR-LDP和RSVP-TE。

　　I-NNI是屬于一個或多個有依賴關系域內控制平面實體間的雙向信令接口，通過它的信息支持以下功能：資源發現、連接控制、連接選擇、連接路由選擇。它定義了控制網絡內單元之間的接口，為雙向信令接口，對它來講，需要重點規范信令與選路功能。因此，提供了網絡內部的拓撲信息。由于它為域內接口，使用專用協議，因此可以不考慮標準化。

　　E-NNI是屬于不同域內控制平面實體間的雙向信令接口，通過它的信息支持以下功能：呼叫控制、資源發現、連接控制、連接選擇、連接路由選擇。它定義了不同域的通用控制面間接口，同樣為雙向信令接口。其主要功能為在不同域間交換可達性信息，屏蔽了網絡內部的拓撲信息。

　　I-NNI和E-NNI接口使用OSPF-TE、LMP、RSVP-TE或BGP協議。

　　除此之外，ASON還需要有信令網，提供信令和管理信息通道，采用公用信號方式，既可以采用MPLS協議，也可以采用TCP/IP協議。目前，幾乎所有的廠家均使用TCP/IP協議。

　　五、ASON的控制協議

　　ASON的控制協議是控制平面的重要組成部分，也是實現控制平面各項功能的重要手段。實現其最快的方法，是采用現有的數據網絡協議，現在ITU-T及各個國際標準化組織準備采用GMPLS協議作為ASON的控制協議，它是由MPLS協議擴展而成，有許多種選擇，其中ASON使用了一部分，并進行擴展，以適應于ASON。它主要包括：鏈路管理和發現協議LMP；擴展的開放最短路徑優先協議OSPF或RSVP、IS-IS、RIP靜態路由協議；擴展的基于約束的標簽分發（信令）協議RSVP-TE或CR-LDP；基于GMPLS控制平面路由算法庫。

　　與原來意義上的GMPLS協議相比，ASON中使用的GMPLS協議增加了以下功能：域內與域間的協議不同；支持IPv4、IPv6和NSAP；通過UNI和E-NNI接口，支持用戶業務規范和多樣性；支持域和分級概念，對重疊和對等模型都是一樣；支持呼叫分離；支持軟永久連接；支持各種速率、各種形式的業務信號。使用GMPLS可以簡化操作和管理，減少操作成本，其網絡模型主要由重疊（客戶—服務者）和完全對等兩種。

　　在重疊（客戶—服務者）模型中，傳輸網和客戶層網絡使用不同的控制平面，獨立工作，兩者間相互工作（包括控制協調）通過靜態的配置完成。客戶層網絡不能看到傳輸網的拓撲，反之亦然，從而實現了兩者控制的最大隔離；在對等模型中，客戶層網絡和傳輸網使用同一個控制平面，客戶層網絡理解傳輸網的拓撲，反之亦然，重疊模型與現在各種網絡非常相似，傳輸網內部采用的技術可以獨立演進，而不會對客戶層網絡造成比較大的影響，是目前比較現實可靠的選擇。因為完全對等模型過于理想化，因此，ITU-T的各項有關建議是基于重疊（客戶—服務者）模型。

　　ITU-T G.7713建議了三種信令協議，即PNNI、RSVP-TE和CR-LDP。其中PNNI協議起源于傳統的電信信令協議（Q.2931、Q.931、SS7），可靠性較高，但靈活性不夠，且無法與GMPLS協議互通，ITU-T G.7713.1規范的PNNI協議僅適用于軟永久連接；RSVP協議起源于IPCoS技術，具有較好的資源同步、差錯處理功能，能更好地處理掉電等異常情況，更容易實現多播，可以實現控制平面與數據平面的完全分離，具有較好的靈活性，但為了能夠應用于ASON，需要進行較大的擴充與改進，且可靠性不如PNNI，ITU-T G.7713.2規范的RSVP-TE協議，重點規范了UNI和E-NNI，通常也適用于I-NNI，但還需要進一步規范，同樣支持軟永久連接，也支持域內的交換連接；CR-LDP協議起源于IP MPLS技術，實現多播困難，同樣需要進行較大的擴充與改進，ITU-T G.7713.3規范的CR-LDP協議，適用于UNI、 E-NNI和I-NNI，可以進行與ASON有關的自動呼叫和連接操作。相比之下，RSVP比CR-LDP更成熟，因此，絕大多數的廠家均采用RSVP協議。

　　目前，ITU-T尚未定義具體的路由協議，域內路由協議有OSPF和IS-IS兩種；域間路由協議有BGP、OSPF、PNNI和DDRP，現在，絕大多數廠家采用OSPF-TE協議。

　　六、ASON的生存技術

　　目前，ASON采用的生存技術可分為保護、集中恢復和分布恢復，其中保護和集中恢復是傳統的光傳輸網的功能，而分布式恢復則是ASON所特有的功能。

　　與傳統的光傳輸網不同，ASON的控制平臺，使運營商可以為用戶提供選擇業務等級的能力（CoS）及向用戶提供SLA協議所承諾的指標。保護和恢復正是ASON完成這一功能的主要方式。生存性方式的選擇（保護、恢復或兩者都不具備）需要考慮運營商的策略、網絡拓撲和所用設備的能力。由于各個運營商的網絡往往采用不同的恢復或保護技術，為了確保端到端的可用性，需要協調各個網絡內的恢復機理，以滿足SLA協議的要求。連接的保護或恢復可以由管理平臺命令發起或臨時禁止。此外，管理平臺的命令可用于日常的維護，也可以在緊急故障條件下，壓制自動完成的動作。在ASON中，恢復與控制平面的動作有關，保護則由傳輸平面完成。

　　ASON的保護或恢復方式應具有以下特性：與所支持客戶層信號（IP、ATM、SDH、以太網信號）相獨立；具有可擴展性，以適應保護業務層災難性故障（如光纜故障）的需要；采用可靠及有效的信令機理，即使在傳輸網或信令網發生故障時，還保證其功能的有效性；保護或恢復方案應與故障位置無關。

　　現在，ASON的保護技術主要有：1+1單向路徑保護、1+N路徑保護、1+1單向SNC/N和SNC/S保護。同時，還有光通道（Och）共享保護環和光復用段（OMS）共享保護環，這兩種方式均需要使用APS協議。

　　ASON的恢復方法可分為三種：預計算、動態和這兩種方法同時采用。區別在于所采用的恢復動作順序不同。

　　對于交換連接，生存性方式和路由選擇由控制平面完成，而軟永久連接和永久連接的生存方式和路由選擇由管理平面完成。

　　七、對ASON節點的要求

　　為了能夠很好地實現ASON的各項功能，除了要有一個好的控制平面和管理平面外，同時，還要求其網絡節點要具有以下功能：要有滿足用戶需要的端口數；要具有嚴格無阻塞的全連接能力；能夠支持多址廣播；可提供波長變換能力；采用模塊化設計，可根據用戶的需求加以調整；設備自身要具有較高的可靠性；具有豐富的軟件功能和控制功能，支持ASON控制平面的各種協議；可實現保護和恢復操作。

　　八、ASON的演進步驟

　　目前，業界普遍認為，ASON的演進步驟為：

　　（1）在光傳輸網完全采用WDM傳輸技術的基礎上，首先在長途節點使用OEO交換技術的OXC設備，并采用ASON的信令、路由協議和NNI接口，在域內實現ASON的功能；

　　（2）在城域網范圍內，采用具有UNI接口的多業務傳輸平臺（MSTP）或OXC設備，以便使MSTP或OXC設備可以通過UNI接口，實現端對端智能管理；

（3）在全網內，全面采用ASON的信令、路由協議、NNI接口和功能；

（4）不同運營商的ASON，使用NNI或UNI接口互通。

　　總之，ASON技術是光傳輸網技術的一項重大突破，它的出現，深刻地改變了光傳輸網的體系和功能，可以相信，隨著技術的逐步成熟，光傳輸網將會發揮更大的作用。

摘自　通信世界

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