自动交换光网络及其标准化框架

• 自动交换光网络(ASON)的出现是传送网概念的重大历史性突破
  
• ASON现有两种基本网络结构??重叠模型和混合模型
  
• 目前有关ASON的标准考虑主要是规范通用要求

　　近几年来，随着IP业务的爆炸性增长，对网络带宽的需求不仅变得越来越大，而且由于IP业 务量本身的不确定性和不可预见性，对网络带宽的动态分配要求也越来越迫切。一种能够自动完成网络连接(包括SDH和OTN)的新型网络概念--自动交换传送网(ASTN)应运而生。其中专门以OTN为基础的ASTN又称为自动交换光网络(ASON)，是开发ASTN的主要方向。

　　在传统的传送网中引入动态交换的概念不仅是几十年来传送网概念的重大历史性突破， 也是传送网技术的一次重要突破。引入ASTN/ASON的好处主要有：

• 流量工程，允许将网络资源动态地分配给路由；
  
• 恢复和复原能力，使网络在出问题时仍能维持一定水准的业务，特别是分布式恢复能力， 可以实现快速业务恢复；
  
• 将光网络资源与数据业务分布自动联系在一起，可以形成一个响应快和成本低的光传送网 ；
  
• 可以提供新的业务类型，诸如按需带宽业务和光层虚拟专用网(VPN)等。
  

　　1 ASTN/ASON总体结构

　　所谓ASTN/ASON是指在ASTN/ASON信令网控制之下完成光传送网内光网络连接自动交换功 能的新型网络，可以看作是具有自动交换功能的新一代的光传送网。ASTN/ASON应该无需依 靠其他层面就能独立支持所需的全部ASTN/ASON功能，当然也不能破坏其他层面的完整性。其网络总体结构涉及3个部分，即传送平面(TP)、控制平面(CP)和管理平面(MP)。传送平面 包含携带被交换实体的传送网网元，组网灵活性靠封装在网元内的连接功能提供，端到端的 连接是在ASTN/ASON控制平面的控制下在传送平面内建立的。

　　(1)构件

　　网络构件指用来描述网络功能结构的一些通用基本元件，与具体实施技术无关。在ASTN /ASON控制面内的构件主要有4类：第1类是请求代理(RA)，其主要逻辑功能是通过与光连接 控制器(OCC)协商请求接入传送平面内的资源；第2类是光连接控制器(OCC)，该逻辑功能负 责完成连接请求的接受、发现、选路和连接功能，为此OCC可能需要与其他OCC实体和RA实体 通信才能完成上述功能；第3类是管理域，该逻辑功能所包含的实体示例不仅处于管理域， 也分布在控制面和传送平面；第4类构件是接口，ASTN/ASON网的接口主要有6类，即内部网 络节点接口(I－NNI)、外部网络节点接口(E－NNI)、连接控制接口(CCI)、用户网络接口(UN I)、网管接口(NMI)和物理接口(PI)。

　　(2)网络接口

• UNI：具体指信令网元(例OCC)与路由器或ATM交换机等用户之间的接口，为用户域与服务 提供者域提供连接。该接口需要规范的主要内容有每个用户端点的连接建立请求速率、连接 请求参数、Och端点的寻址方案、Och客户的命名方案、保护需求的规范、安全参数和响应时间等。
  
• I－NNI：具体指ASTN/ASON内OCC间的接口，提供域内连接。该接口需要重点规范的是信令 与选路，任何一个自动交换网络都需要信令协议来携带子网之间或网元之间的连接建立要求 。
  
• CCI：指信令网元和传送网元间的接口。通常，连接控制信息通过该接口为光传送交换机 的端口间建立连接。控制平面应该使整个控制网成为一个分布式方式的集中控制功能系统， 集中控制功能可能需要接入分布式数据库。
  
• E－NNI：指不同管理域的控制面间的接口。有了该标准接口就可以将ASTN/ASON进一步划 分为多个子网，而每个子网可以独立管理而仍然能跨过多个管理域建立端到端连接。通常， 在E－NNI处仅需要静态选路功能即可。
  
• NMI－T和NMI－A：网管系统能分别通过NMI－T和NMI－A与控制平面和传送平面接口。
  

　　2 控制平面

　　(1)功能结构概貌

　　一个设计良好的控制平面结构应该是可靠的、可扩展的和高效的，原则上能适用于各种 传送网技术，因此控制面结构应能将技术有关方面与技术无关方面隔离开。此外，控制面结 构应足够灵活以适应不同的网络应用场合，为此可以将控制面划分为不同的元件，允许厂家 和业务提供者决定这些元件的具体位置，也允许业务提供者决定这些元件的安全和策略控制 。

　　(2)功能构件

　　控制平面可以划分为资源发现、状态信息传播、通道选择和通道管理等元件。

　　资源发现定义为有关确立端口对的相邻关系的事务，基本功能是地址发现、业务发现、信息通道连接发现、确认和管理。资源发现模块的角色是确立一个完整的物理连接图，包括 属性、远端识别符和实时状态。除了物理资源发现外，该元件也可以为某些高层业务发现和 相邻节点的协商提供支持。

　　状态信息传播定义为本地物理资源信息通过网络传播的方式。首先，将本地物理资源图 按照链路属性总结进逻辑链路信息。然后，再将这些信息通过在控制面传送网(CPTN)内部网 关协议上分段控制的网络分配。

　　传送网选路程序通常采用显式选路，此时通道选择可以通过操作员式网管系统中的软件 规划工具进行。在自动交换光网络中，端到端光通路连接的请求是受一定限制的，因而对于 连接请求的通道选择应该应用受限的选路算法。

　　(3)控制面传送网(CPTN)

　　控制面传送网简称控制网，代表用于控制业务流的传送基础设施，可以带内传输，也可 以带外传输。对控制网的基本要求是确保能够可靠和有效地传送控制面信息，即使在控制面 失效的情况下，已有连接也不能丢失，失效事件仍然能传播给网管系统，这意味着控制面和 ASTN/ASON需要分离的通知和状态码。通常，除了有第3方控制情况外，控制面和传送功能可 能共存于同一个网元内。

• 控制网要求
  　　控制网是整个控制面的一个有机部分，主要要求有：能确保控制面的消息传送；能保证 控制消息的传送可靠性；某些时间敏感的操作，例如保护倒换需要一定程度的QOS保证；控 制网需要有向上和向下的扩展性。
  
• 控制网的弹性
  　　控制网实际是一个OCC互连后形成的网络，而服务层网络(SLN)是一个业务提供者域内网 元互连后形成的网络。通常希望控制网拓扑与SLN拓扑独立，并可以建立在任何SLN技术(OTN ，SDH或以太网等)之上，从而可以适用于任何自动交换网。
  

　　3 信令要求
　　
　　3.1 信令协议要求

　　(1)OTN的潜在规模

　　随着用户对容量需要的持续增加和带宽成本的持续下降，可以预见，OTN终将提供如同 今天的网络所提供的连接规模一样，至少具有数百万终端点和数千台交换机，因此ASTN/ASO N必须能最终支持这种规模的大型电信网络。

　　网络的规模实际上意味着对交换协议的某些要求，显然这种规模的大型电信网是难以组 织成单一的扁平化网络的，需要分割成子网和子网间的链路直至单个交换设备为止。因此， 处理拓扑发现和选路的协议必须能处理子网和设备级的多个链路。

　　(2)OTN拓扑的客户概貌

　　ASTN/ASON应该能提供全球连接，因此光网络连接可能会跨越多个ASTN/ASON, 这就为穿越多个ASTN/ASON信令接口的信令信息施加了某些限制。通常，网络运营者的网络拓扑信息是保密的，因此只能与同一个网络域内的其他信令网元通过NNI交换这些信息。

　　客户是不能接入网络拓扑信息的，因此，网络拓扑信息不能穿越UNI或IrDI NNI接口。目前IETF正在从事有关协议标准制定工作，试图让路由器来接入光网络拓扑信息，从而直接 控制光网络完成自动连接建立工作，即所谓对等模型。ITU－T的观点是让客户层特定要求通 过接口送给服务层，由服务层来完成客户的要求，完全没有必要让客户层知道服务层的拓扑 细节，此即所谓客户－服务者模型。两者的特点和比较详见后文。

　　(3)拓扑发现要求

　　ASTN/ASON应该是一个独立的网络，连接建立必须能支持一次申请同时建立一个或多个 彼此间有特定受限关系的连接要求。连接建立要求也应允许申请者规定申请激活的时间。

　　目前，自动电路交换网络实施流量管理是靠将提供的呼叫负荷扩展到可用网络资源上来完成的。在传统电话网上主要是利用管理和选择节点间的可用替换容量使每条链路上的流量负荷保持均衡。在ASTN/ASON上，拓扑传播必须包括足够的信息以便使业务流量在网络的可 用链路上保持平衡。为了流量平衡，应该有参数显示链路上的相对负荷的比例。

　　3.2 信令网要求

　　(1)标准模型

　　按G.805的功能结构术语来说，一个标准的ASTN/ASON模型是由多条链路互连的一套连接功能组成的。由于连接功能和链路是两个不同的拓扑元件，连接功能的控制在逻辑上是与链 路的控制分离的。因此，在设计ASTN/ASON时无须了解链路的内部结构。连接功能由诸如OCC 这样的连接实施者控制。

　　(2)OTN和ASTN/ASON的维护

　　OTN的维护除了在需要消除传输损伤的地方外，通常不需要再生功能，因此详细的Och监视应该限制于管理域边界和其他维护策略所需要的点。因此OTN可以认为是Och监视点之间的一系列连接组成的，监视点间的距离将随着再生点需要的减少而增加。

　　对于ASTN/ASON而言，这意味着连接功能不能确保任意方便的地方都能接入Och开销，因此ASTN/ASON应该设计成无须接入Och开销，即ASTN/ASON控制系统所需的信息应该直接从链 路连接的监视导出。

　　(3)Och链路连接发现

　　实现网络层连接自动化的关键是层连接的自动发现，或者至少能自动确认指配数据。这 方面已经有不少方案。

　　(4)信令网的依赖性

　　如同ASTN/ASON不应捆绑到特定客户层信号一样，ASTN/ASON也不能依赖于单一的传送技 术来提供信令网。

　　在ASTN/ASON中，可以将嵌入的通信通路限制于那些仅与管理嵌入的通信通路有关的拓 扑实体所需的信息。这对需要携带ASTN/ASON交换机间控制信息的信令通路格外重要。在网 络的最边缘，网络客户也需要信令。已有多种提供所需信令能力的低成本解决方案，此时信 令所需的容量比核心网交换机间的信令容量小得多。可见，没有单一的信令通路可以满足网 络各部分的需要，ASTN/ASON的信令网应该可以利用任何合适的技术来携带其信令。

　　(5)信令网传送

　　在核心网，链路将由多个光复用段、光纤或光缆组成，网络的信令由Och携带是合理的 。从现有网络情况看，信令主要是由客户层网络携带的，而不是服务层网络。此外，在现有网络中，随路信令(例如拨号信令)是尽早转换成快速共路信令的。上述设计原则看来也适用 于ASTN/ASON，即ASTN/ASON也应该使用共路信令。ASTN/ASON不应该对信令网的物理拓扑有 特别的规定，可由网络运营者关于可用性和延时的策略要求来决定。

　　4 网管能力和要求

　　ASTN/ASON应该支持下述3种连接类型：永久连接(PC)、软永久连接(SPC)和交换连接(SC)。

　　(1)管理能力

　　ASTN/ASON需要有下述一些特殊的管理能力：

• 能跨越任何域和任何网络运营者边界在任意客户接入点间建立光通路，光通路可以是点到 点、点到多点连接的分支或部分非对称连接等；
  
• 维持光通路的性能达到合同规定的水平；
  
• 可以连续监视和记录所分配光通路的性能；
  
• 如果性能限制突破，网络恢复行动应立即激活；
  
• 一旦网络出问题，网管系统应能安全地告知其他网络运营者或特殊的域管理系统；
  
• 有能力提供网络结构的简单远端维护，包括网络内或网络边界处故障设备的识别和定位；
  
• 可以产生域内和域间网络资源利用信息作为计费处理的输入，这些信息也将帮助实施路由 规划和库存控制；

　　(2)路径管理功能

　　在ASTN/ASON管理层网络内，主要的管理功能是建立、确认和监视路径并在需要时保护和恢复之。这些管理功能可以利用不同的子网或在不同运营者控制的网络内实施。为了在多运营商环境下实施上述管理功能，必须统一规范路径建立、光通路建立控制结构、域内光通 路建立、域间光通路建立以及段的建立等。其中段建立有可能需要人工在光配线架上进行操 作。由于目前多数光配线架没有管理接口，因此数据库不含光配线架状况，对控制段建立的 任何系统的位置也就没有任何限制。

　　(3)命名和寻址

　　命名和寻址要求涉及在用户域名和业务提供者域名(例如业务提供者识别符)之间，以及层网络名(例如ODUk)之间生成名结合。通常，名是一串难懂的字符，除了要求有充分的唯一 性以外，不具有任何含义。而地址是一种用来选路的字符结构，因此包括附加的含义。

　　名和地址的值可以既是地址又是名，例如一个字符串是服务层的地址，又可以被客户层 用作名，但会涉及某些私有性和安全性问题。

　　在ASTN/ASON环境下的命名和寻址要求主要有：名的独立性、名的唯一性和名的翻译，这些特性既适用于客户－服务层关系，又适用于用户-业务提供者关系。

　　5 网络性能要求和特点

　　ASTN/ASON的网络性能要求和特点大体上有下述几个方面：

　　(1)可用性和误码性能

　　可用性和误码性能的概念既适用于单个连接和长观察时间的永久连接，又适用于多个连 接和短观察时间的永久连接。然而，由于交换连接可能仅仅存在几分钟或几个小时，不是一 个长期的稳态过程，不适用可用性和误码性能的概念。同样，传统的误块秒、严重误块秒和 背景误块比等指标是针对一个月的观察时间规范的，因而原则上也不适用于交换连接。

　　ASTN/ASON提供交换的ODU，因此有可能在客户/用户与交换机之间和相邻交换机之间具 有永久TCM(或OTU)链路，而可用性和误码性能的概念应该适用于这些永久链路。

　　(2)呼叫性能

　　客户/用户应该具备在中断或性能劣化的情况下恢复业务的能力。因此，衡量成功呼叫 对发起呼叫比例的呼叫性能指标对自动交换网是一个重要参数，必须科学规范。

　　(3)传输延时

　　通常，恒定比特率信号通过设备的传输延时很小，网络的传输延时主要是由光信号通过 光缆传输所经历的延时所主宰。在正常工作情况下，自动交换网总是选择最短路径，因此电 路交换网对整个网络的传输延时的影响很小。

　　6 ITU－T关于ASTN/ASON的标准化框架

　　目前涉及ASTN/ASON标准工作的国际标准组织和准标准组织有国际电信联盟标准部(ITU－T)、光互联论坛(OIF)、互联网工程任务组(IETF)和光域业务互连(ODSI)等，每一个组织 都有自己的一套结构原理和要求，并由此开发控制面机制。

　　ITU－T关于ASTN/ASON的工作分为两个阶段：第1阶段的标准工作重点除了总体结构外，放在G.dcm、G.ndisc和G.sdisc上。其中G.dcm表示分布式连接管理(DCM)。该建议主要涉及 信令方面，诸如属性规范、消息栈、接口要求、DCM状态图及互通功能。G.ndisc和G.sdisc 分别表示通用自动相邻节点发现(AND)和通用自动业务发现(ASD)，这两个建议主要涉及为协 助DCM而需要的自动相邻节点发现和自动业务发现的规范，目标是提供协议中性的属性表示、消息栈和业务发现机制等。发现机制可适用于UNI、NNI和PI。有关选路、连接许可控制和链路管理的标准则将作为第2阶段的任务在2002年完成。

　　需要注意的是，目前的标准考虑主要是规范通用要求，并没有特别规定采用某一种协议。例如就ASTN/ASON最重要的选路和信令而言，各种现有的选路和信令协议都有可能作为基 础，诸如专用网络节点接口(PNNI)、开放最短路径优先(OSPF)、中间系统－中间系统(IS－I S)、 受限的路由标记分配协议(CR－LDP)、资源保留协议(RSVP)、光网关协议(OGP)等。然 而，具体的路由选择算法可能不会标准化。

　　目前，业界倾向于采用已经比较成熟规范的IP选路协议(例如OSPF和IS－IS)进行修改和 扩充来实现拓扑发现，而由MPLS信令协议(CR－LDP和RSVP) 进行修改和扩充来完成自动连接 指配功能。有些早期的非标准ASON产品已经问世并开始了网络运行。

　　7 对两种基本网络结构模型的看法

　　目前ASON的实施有两种基本网络结构，即重叠模型和混合模型。尽管两者都是以IP为中心的控制结构，但在管理应用上有很大的不同，基本反映了计算机界和电信界的不同思路。

　　(1)重叠模型

　　重叠模型又称客户-服务者模型。这种模型的基本思路是将光层特定的控制智能完全放 在光层独立实施，无须客户层干预，光层将成为一个开放的通用传送平台，可以为包括IP层 在内的所有客户层提供动态互连。边缘设备只能看到动态或静态配置的跨越核心网的光通道，看不到核心光网络的内部拓扑，最大限度地实现了光层和客户层的控制分离。每个边缘设 备利用标准UNI接口直接与光网络通信，而光网络由子网组成，子网之间的互连利用标准的 网络节点接口(NNI)。

　　核心光网络为网络边缘的客户 (诸如路由器、ATM交换机和ADM) 提供波长业务。光节点可以按照客户层的要求实施交叉连接，为路由器提供所需的波长通路，即动态波长指配可以 自动适配业务流量的变化。

　　这种模型的最大好处首先是可以实现统一透明的光层平台，支持多客户层信号，不限定于IP路由器；其次，让客户层特定要求通过接口送给光服务层，由光层来完成客户的连接要 求可以屏蔽光层的网络拓扑细节，维护了光网络拥有者的秘密和知识产权；第三，这种模型 允许光层和客户层独立演进，这样光层可以继续以所谓的光定律速度快速演进，不会受制于 由摩尔定律所限定的IP层发展速度，即整个网络基础设施的发展不为客户层技术所限；第四 ，采用子网分割后，运营者既可以充分利用原有基础设施，又可以在网络其他部分引入新技 术，不为原有基础设施所累；最后，这种模型可以利用成熟的标准化的UNI和NNI，比较容易 在近期实现多厂家光网络中的互操作性，这对网络运营者十分重要。为此，这种模型受到了 多数网络运营者的有力支持。

　　这种模型的缺点是为了实现数据转发，需要在边缘设备间建立点到点的网状连接，即存 在N2问题。更麻烦的是路由协议也要用到这些点到点连接，从而产生过量的控制消息业务量 ，进而限制了容许联网的边缘设备数量。例如单个链路状态公告(LSA)泛洪事件可以在点到 点的网状网中生成N3消息，对网络而言是一个沉重负担，导致扩展性受限。

　　(2)混合模型

　　混合模型又称对等模型。这种模型的基本思路是将光层的控制智能转移到IP层，由IP层来实施端到端的控制。此时光网络和IP网可以看作一个集成的网络，运行同样的MPLS控制面 进程，实现一体化的管理和流量工程，即由单个控制面跨越核心光网络和周围的边缘设备，允许边缘设备看到核心光网络的内部拓扑结构，参与路由决定，消除了不同网络区域间的壁 垒。尽管对于边缘设备间的全连接仍然存在N2问题，但是仅对于用户数据转发才会有这个问题。对于路由协议而言，每一个边缘设备仅仅与相邻的光交换机交换选路信息，这就允许路 由协议扩展到大规模网络。然而采用这种模型时光网络层只能支持单一的客户??IP路由器 ，失去了透明性。其次，为了实现路由器对光层的全面控制，必须对客户层开放光层的网络 拓扑等细节，从而无法保持光网络拥有者的秘密和知识产权。最后，这种模型必须在IP和光 层之间交换大量的状态和控制信息，从标准化的角度出发，还需要较长的时间才有可能实现 光层的互操作性。

　　参考文献

1 ITU－T TD31/SG15 Draft V.0.3 Architecture for automatic switched transport net work , 2001, 2
2 ITU－T TD.48/SG15 REPORT OF WORKING PARTY 3/15, OTN STRUCTURE, 2001,2