光传送网技术的新发展

恋々风

随着信息时代的发展，各种通信业务特别是以IP为代表的数据业务急剧增长，各国政府对电信管制政策的放松，导致电信市场的竞争日趋激烈。现有通信网特别是传送网技术的发展和运营，已越来越不能适应社会发展的需求，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；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； 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；传送网带宽仅仅是各种业务信号的传送平台，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。在这里，“智能”的含义是光传送网能够了解客户层信号，以便帮助它以最经济高效的方式运行，此外，光传送网要开放，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。此外，传送网带宽作为可运营的业务，也日益成为各个电信运营商新的业务增长点。

一、 带宽运营
    （一） 带宽运营的种类和特点
    带宽运营的用户主要有以下几种：•政府性专业办公网络、金融机构专业办公网、企业办公网、住宅与公众服务网。目前，带宽运营的种类主要有：长途骨干运营商和本地运营商之间的带宽运营、本地运营商和用户之间的带宽运营以及专门进行带宽交易的B2B企业的带宽运营。它们的主要方式有：波长出租、裸光纤出租及专线出租，专线主要为用户提供固定地点之间的带宽连接，包括服务质量承诺和保护。
    与其他电信业务相比，带宽运营有以下几个特点：（1）覆盖面大；（2）提供的带宽种类非常多，基本上覆盖了从2.5Gbit/s到1.5Mbit/s的所有带宽范围；（3）带宽选择灵活，对于每种接入速率，用户都可以选择几种接入带宽。
    （二） 带宽运营现状
    目前，带宽运营主要存在着以下几个问题：（1）提供的带宽（专线出租）类型比较少，主要是DDN，还有部分2Mbit/s业务；（2）提供带宽服务的响应速度太慢，提供一个端到端业务需要逐点硬件重配和网管进行配置，开通时间较长，典型的国外设备开通一个155Mbit/s－2.5Gbit/s的专线一般大约需要10多周时间；（3）资费不尽满意，造成客户流失，也增加业务开展的难度；（4）网络建设未考虑带宽经营问题，传统的传输网是根据窄带TDM业务进行规划的，缺乏对宽带业务、数据业务的支撑，多种类带宽的提供存在瓶颈。现有网上部分设备，特别是传送网设备及网管系统对带宽经营不能提供有效支撑和管理，主要问题在于传输设备上不能方便提供155Mbit/s及10Mbit/s、100Mbit/s、GE接口等数据业务，传输网管设备还不能支撑针对网络经营的用户对带宽的自管理，服务质量保证、计费等功能，而且无法动态调配带宽；（5）带宽经营尚未系统性地组织和管理，没有成熟的经营模式；（6）目前光网络带宽利用率很低（北美只有2.3％），只有有效的经营带宽才能提高效益。
    （三） 带宽运营对光传送网的要求
    （1）需做到广覆盖。（2）能够灵活提供各种带宽（多种速率范围，从64Kbit/s～波长、速率可变）。（3）能够快速提供带宽（快速开通）。（4）网络具有基于SLA的带宽提供能力，所谓SLA，即业务等级协议，主要是指用户享受到运营商应该提供的服务，包括：可用性，电路故障时间、故障恢复时间等；时延；抖动；吞吐量，约定信息速率CIR和超越信息速率EIR；误码率/丢包率；业务级别，保护方式的选择；企业用户对网络要有有效的监控手段；网络接入简单，最好不需要用户自己维护；带宽扩展容易，带宽增减不需要重新拉线；可以按需提供带宽。
    可运营的光网络特性主要表现在以下几个方面。①多业务接入能力，主要包括专线业务、共享业务和波长业务；②业务生成能力，具有高效的业务调度，快速的业务提供，落地业务的可视性；③业务安全保证能力，要保证业务传送质量，传送通道可靠性及生存性；④计费控制能力，要满足运营商的资费策略，具有灵活实施计费和马上计费能力，资费策略主要考虑业务带宽、传输的质量、保护方式、QoS/SLA等方面，计费可按时长、流量、带宽、应用类型、月租等方式结算；⑤网络管理能力，要能够做到对网络可以进行可控的分级、分权、分域管理和统一的网络业务调度、业务的性能管理及监控，完善的测试、故障定位手段等。
   
二、自动交换光网络（ASON）
    （一）ASON的功能
    与现有的光传送网技术相比，ASON有以下特点：（1）在光层实现动态业务分配，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；（3）具有分布式处理功能；（4）与所传送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送平台的独立；（6）实现了数据网元和光层网元的协调控制，将光网络资料和数据业务的分布自动地联系在一起；（7）与所采用的技术相独立；（8）网元具有智能性；（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。
    ASON可为用户提供以下业务：波长批发、波长出租、带宽运营、按使用量付费、光VPN和光拨号等；它还有良好的生存性，可以通过传送网实现（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；它具有链路管理、连接进入控制和业务优先级管理，这包括优先级控制、流量控制和管理及链路管理；它有路由选择功能，包括自动的路由计算和确定及路由发现；它还具有信令机制，用于建立连接，发现机制和检索业务及命名转换机制。
    （二）ASON的组成
    ASON主要由三个独立的平面组成，即传送平面、控制平面和管理平面。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，主要包括以下几个部分：（1）允许节点交换控制信息的信令信道；（2）允许节点快速建立和拆除端到端连接和信令协议；（3）能以分布方式更改和维护的拓扑数据库；（4）快速灵活的恢复机制。
    管理平面完成传送平台、控制平面和整个系统的维护功能，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，它将继续在集中控制的点击式光通道配置中发挥重要作用。它具有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。
    传送平台为用户提供从一个端点到另一个端点双向或单向信息传送，同时，还要传送一些控制和网络管理信息，它按ITU-T G.805建议进行分层，为了能够实现ASON的各项功能，传送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，连接建立的请求是管理平台发起，由控制平面建立完成。
    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，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，E-NNI是属于不同域内控制平面实体间的双向信令接口。除此之外，ASON还需要有信令网，采用公用信号方式，其优点是运营商可以独立发展信令网。既可以采用MPLS协议，也可以采用TCP/IP协议。采用MPLS协议，可支撑多种网络层协议和多种数据链路层协议、流量工程及带宽的动态管理；采用TCP/IP协议，不能支撑流量工程和带宽的动态管理，但实现相对简单，成本低廉。
    （三）ASON的控制平面技术
    ASON控制平面的作用在于：（1）快速有效地在传送网内配置连接以支撑交换和软永久连接；（2）再配置或修改支撑预先设置好呼叫的连接；（3）完成恢复功能。
    一个良好的控制平面体系可以使业务提供者控制它们的网络，即快速和可靠的呼叫建立。控制平面本身应该是可靠的、可扩展的及有效的，它应该能够成功地支撑不同的技术、不同的商业要求和不同厂家的功能分布，应该由不同的组件构成，这些组件可以提供路由确定和信令功能。控制平面可以根据用户的请求(交换连接)和管理请求(软永久连接)支撑连接的建立和释放。此外，控制平面还支撑故障连接的再建立，由传送平面检测连接状态信息(如故障和信令质量)，并提供给控制平面。控制平面传送(分配)链路状态(如相邻性、可用容量和故障)信息以支撑连接的建立、拆除及恢复，详细的故障管理信息或性能监测信息在传送平面(通过段开销/OAM)传送及通过管理平面(包括DCN)。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。控制平面体系应具有以下特性：支撑各种传送设施，如SDH传送网及光传送网；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送资源子网划分的限制；不受连接控制方式的限制，可以是全分散，也可以是集中控制或者是两者的结合。
    （四）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。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，以适应于ASON。它主要包括链路管理协议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CR-LDP或RSVP-TE；基于GMPLS控制平面路由算法库。
    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。ASON与GMPLS间关系见表1。
    表1   ASON与GMPLS关系表
    ASON GMPLS
    客户/服务者关系 多个客户/服务者关系 原来以IP中心，现在扩展多客户/服务者关系
    控制体系 重叠模型 对等模型(原来的概念)重叠模型(现在正在讨论)
    连接管理 部分集中管理 全分散管理
    连接类型 软永久连接
    交换连接 交换连接
    与传统的MPLS协议相比，GMPLS有以下几个新的特点：（1）使用带外控制信道；（2）支撑广义标签，即时隙标签、波长标签和光纤端口标签。此外，还包括一组特殊的波段交换标签；（3）支撑广义标签交换路径(G.LSP)，可实现标签交换路径嵌套；（4）允许建立双向LSP，必须起始和终结于类似的设备或相同的层次上，在每一个方向上具有相同的流量工程要求；（5）由于光平面中没有转发的概念，而是事先确定通过网络的路径。因此，采用受限的最短路径优先的选路，将MPLS流量工程所定义的两个信令协议扩展为RSVP-TE和CR-LDP，并同时扩展了两个域内流量工程的路由协议，即OSPF-TE和IS-IS-TE；（6）引入了链路绑定的概念，以减少维护路由和信令协议中庞大的链路状态信息；（7）将LSP携带的净荷类型扩展至SDH、1Gbit/s或10Gbit/s以太网帧信号；（8）采用相邻转发方式；（9）允许上游节点提议请求建立LSP；（10）由下游节点来限制标签范围；（11）LSP在目的侧选择端口；（12）将控制平面与转发平面分开；（13）在低层中创建的LSP，可以构成应用于高层中的LSP。
    （五）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送网的功能，而分布式恢复则是ASON所特有的功能，一般情况下，保护动作完成的时间一般为几十微秒左右，而恢复完成的时间，通常需要几百微秒甚至到几秒。
    与传统的光传送网不同，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)，选择的指标通常有可用性、中断时间间隔、误码秒等。保护和恢复正是ASON支撑用户所要求的CoS的机理。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。不同的生存方式可用于级联的连接，如果某个呼叫经过不同运营商的网络，每个运营商应该负责保证其传送连接的生存性。此外，在UNI或E-NNI网络接口的连接请求，只需要说明所要求的CoS，而不需要说明保护或恢复类型。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。
    ASON的保护或恢复方式应具有以下特性：（1）与所支撑客户层信号(IP、ATM、SDH、以太网信号)相独立；（2）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；（3）采用可靠及有效的信令机理，即使在传送网或信令网发生故障时，还可保证其功能的有效性；（4）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的恢复技术可依据以下几个方面进行分类：控制体系，集中或是分散；路由选择策略，动态或静态(即动态计算还是预先设置)；恢复机理，链路、端到端(通道)或跨距(Span)；每个网络连接类型，单和双节点互连；工作方式，可逆还是不可逆等。
    预置路由的方式通常比动态恢复要快，但预置路由表需要定期升级。在链路恢复方式中，受影响的业务在相邻节点间选择新的链路。在端到端恢复方式中，受影响的业务是在终端节点(Och终端点)间选择新的通路。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。
    （六）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。
    （1）要有满足用户需要的端口数，由现在的512×512扩展至几千个；（2）要具有严格无阻塞的全连接能力；（3）能够支撑多址广播；（4）可提供波长变换能力；（5）采用模块化设计，可根据用户的需求加以调整；（6）设备自身要具有较高的可靠性，关键部分要有1+1冗余设计；（7）具有丰富的App功能和控制功能，支撑ASON控制平面的信令协议、路由选择协议和带宽分配管理协议；（8）可实现保护和恢复。
    总之，ASON技术是光传送网技术的一项重大突破，它的出现，深刻地改变了光传送网的体系和功能，可以相信，随着这次技术的逐步成熟，光传送网将会发挥更大的作用。