自动交换光网络

在过去10年中，光网络获得迅速发展和广泛应用。从SDH(同步数字系列)发展到DWDM(密集波分复用)，从DWDM又向全光网络的过渡，不仅为通信网络提供了巨大的传输带宽，而且极大地增加了网络节点的吞吐容量，使传送网发生了巨大的变化。然而，随着信息领域相关技术的发展，特别是Internet对数据业务增长的强大推动，人们对现有光网络的功能提出了新的、更高的要求，例如：要求光网络能够实时、动态地调整网络的逻辑拓扑结构，实现资源的最佳利用，以适应IP业务的自相似性、突发性和流向的不确定性等特点；要求光网络能够快速、高质量地为用户提供各种带宽服务与应用，以满足正在悄然兴起的“波长批发”、“带宽出租”及“光虚拟专用网(OVPN)”等业务的需求；要求光网络具有更加完善的保护和恢复功能、更强的互操作性和扩展性，以减少不断增加的网络运维费用等等。这些要求的实质是要赋予现有光网络更多的智能，使其发展成一个能够完成自动交换功能的智能光网络，因此自动交换光网络(ASON)的概念一经提出，立刻吸引了国际学术界和工业界的广泛注意。

　　ASON代表智能光网络的主流方向，最早是在2000年3月由ITU-T的Q19/13研究组正式提出，在短短的两年半多的时间内，无论是技术研究，还是标准化进程都进展迅速，成为各种国际性组织(如ITU、IETF、ODSI、OIF等等)及各大公司研究讨论的焦点课题。ITU-T先后制订出G.807(自动交换传送网络功能需求)、G.8080(自动交换光网络体系结构)以及后续的ASON相关标准，IETF(因特网工程任务组)、OIF(光互联网论坛)等组织也正在积极扩展MPLS(多协议标签交换)协议，使其能成为ASON的路由和信令协议。Sycamore、朗讯、Ciena、北电、Tellium等一批业界公司也把注意力集中到了智能光网上，并推出相关智能产品的报道。尽管这些产品还不能算是严格意义上的ASON产品，但已将控制层面和传送层面、管理平面分离，具有较强大的交叉连接能力，具备网络动态配置功能。

　　ASON是传送网络的重大变革，其概念有可能被推广，使之适用于各种不同的传送网技术，实现对多层网络的智能化控制和管理。

　　1 ASON的体系结构

　　ASON网络结构的核心特点就是支持电子交换设备动态地向光网络申请带宽资源，可以根据网络中业务分布模式动态变化的需求，通过信令系统或者管理平面自主地去建立或者拆除光通道，而不需要人工干预。采用自动交换光网络技术之后，原来复杂的多层网络结构可以变得简单和扁平化，光网络层可以直接承载业务，避免了传统网络中业务升级时受到的多重限制。ASON的优势集中表现在其组网应用的动态、灵活、高效和智能方面。支持多粒度、多层次的智能，提供多样化、个性化的服务是ASON的核心特征。

　　ASON网络由控制平面、管理平面和传送平面组成，如图1所示。

图1 ASON的体系结构

　　控制平面是ASON最具特色的核心部分，它由路由选择、信令转发以及资源管理等功能模块和传送控制信令信息的信令网络组成，完成呼叫控制和连接控制等功能。控制层面通过使用接口、协议以及信令系统，可以动态地交换光网络的拓扑信息、路由信息以及其它控制信令，实现光通道的动态建立和拆除，以及网络资源的动态分配，还能在连接出现故障时对其进行恢复。

　　管理平面的重要特征就是管理功能的分布化和智能化。传统的光传送网管理体系被基于传送平面、控制平面和信令网络的新型多层面管理结构所替代，构成了一个集中管理与分布智能相结合、面向运营者(管理平面)的维护管理需求与面向用户(控制平面)的动态服务需求相结合的综合化的光网络管理方案。ASON的管理平面与控制平面技术互为补充，可以实现对网络资源的动态配置、性能监测、故障管理以及路由规划等功能。

　　传送平面由一系列的传送实体组成，它是业务传送的通道，可提供端到端用户信息的单向或者双向传输。ASON传送网络基于网状网结构，也支持环网保护。光节点使用具有智能的光交叉连接(OXC)和光分插复用(OADM)等光交换设备。另外，传送平面具备分层结构，支持多粒度光交换技术。多粒度交换技术是ASON实现流量工程的重要物理支撑技术，同时也适应带宽的灵活分配和多种业务接入的需要。

　　在ASON网络中，为了和网络管理域的划分相匹配，控制平面以及传送平面也分为不同的自治域。其划分的依据可以是按照资源的不同地域或者是所包含的不同类型设备。即使在已经被进一步划分的域中，为了可扩展的需求，控制平面也可以被划分为不同的路由区域，ASON传送平面的资源也将据此分为不同的部分。

　　三大平面之间通过3个接口实现信息的交互。控制平面和传送平面之间通过连接控制接口(CCI)相连，交互的信息主要为从控制节点到传送平面网元的交换控制命令和从网元到控制节点的资源状态信息。管理平面通过网络管理接口(包括NMI-A和NMI-T)分别与控制面及传送平面相连，实现管理平面对控制平面和传送平面的管理，接口中的信息主要是网络管理信息。控制平面上还有用户网络接口(UNI)、内部网络网络接口(I-NNI)和外部网络网络接口(E-NNI)。UNI是客户网络和光层设备之间的信令接口。客户设备通过这个接口动态地请求获取、撤销、修改具有一定特性的光带宽连接资源，其多样性要求光层的接口必须满足多样性，能够支持多种网元类型；还要满足自动交换网元的要求，即要支持业务发现、邻居发现等自动发现功能，以及呼叫控制、连接控制和连接选择功能。I-NNI是在一个自治域内部或者在有信任关系的多个自治域中的控制实体间的双向信令接口。E-NNI是在不同自治域中控制实体之间的双向信令接口。为了连接的自动建立，NNI需要支持资源发现、连接控制、连接选择和连接路由寻径等功能。

　　2 ASON的控制平面

　　控制平面的引入赋予了ASON网络以智能性和生命力，给ASON网络带来了如下一些新特点：

• 能实现流量工程，网络资源动态分配路由；
  
• 能根据传送网络资源的实时使用情况，动态地进行故障恢复；
  
• 支持各种新的业务类型(如相关用户组和虚拟专用网)；
  
• 具有快速的服务指配功能等。
  

　　控制平面由独立的或者分布于网元设备中、通过信令通道连接起来的多个控制节点组成。而控制节点又由路由、信令和资源管理等一系列逻辑功能模块组成。在ITU-T的建议中，把控制平面节点的核心结构组件分成六大类：连接控制器(CC)、路由控制器(RC)、链路资源管理器(LRM)、流量策略(TP)、呼叫控制器(CallC)和协议控制器(PC)。这些组件分工合作，共同完成控制平面的功能。它们之间的相互关系如图2所示。

图2 ASON控制平面节点结构组件

　　连接控制器(CC)是整个节点功能结构的核心，它负责协调链路资源管理器、路由控制器以及对等或者下层连接控制器，以便达到管理和监测连接的建立、释放和修改已建立连接参数的目的。

　　呼叫和连接是ASON实现自动交换功能最为关键的两个过程。当客户向网络发起连接请求时，交换连接开始的呼叫过程是由呼叫控制器(CallC)来完成的；当接收到一个链路连接分配请求时，LRMA调用连接接纳管理功能，决定是否还有足够的空余资源建立一条新的连接；路由控制器组件为连接控制器提供所负责域内的连接路由信息；策略组件检查进入的用户连接是不是在根据前面达成的参数来传输业务；协议控制器的作用是把上面所说的控制组件的抽象接口参数映射到消息中，然后通过协议承载的消息完成接口的互操作。各个组件协调工作，达到连接的自动建立、修改、维持及释放。

　　3 ASON的3种连接

　　ASON支持3种连接：交换连接(SC)、永久连接(PC)和软永久连接(SPC)。3种连接的基本情况如下：

　　(1)交换连接

　　交换连接是由控制平面发起的一种全新的动态连接方式，是由源端用户发起呼叫请求，通过控制平面内信令实体间信令交互建立起来的连接类型，如图3所示。交换连接实现了连接的自动化，满足快速、动态并符合流量工程的要求。这种类型的连接集中体现了自动交换光网络的本质要求，是ASON连接的最终实现目标。

图3 交换连接示意图

　　(2)永久连接

　　永久连接是由网管系统指配的连接类型，沿袭了传统光网络的连接建立形式，连接路径由管理平面根据连接要求以及网络资源利用情况预先计算，然后沿着连接路径通过网络管理接口(NMI-T)向网元发送交叉连接命令，进行统一指配，最终完成通路的建立过程。

　　(3)软永久连接

　　软永久连接由管理平面和控制平面共同完成，是一种分段的混合连接方式。软永久连接中用户到网络的部分由管理平面直接配置，而网络部分的连接由控制平面完成。可以说，软永久连接是从永久连接到交换连接的一种过渡类型的连接方式。

　　3种连接类型的支持使ASON能与现存光网络“无缝”连接，也有利于现存网络向ASON的过渡和演变。可以说，自动交换光网络代表了光通信网络技术新的发展阶段和未来的演进方向。

　　参考文献

　　1 ITU-T. G.807/Y.1302 Requirements for Automatic Switched Transport Networks (ASTN), 2001
　　2 ITU-T. G.8080/Y.1304 Architecture for the Automatically Switched Optical Network (ASON), 2001
　　3 OIF-UNI 1.0 User Network Interface (UNI) 1.0 Signaling Specification, 2001
　　4 IETF Internet Draft. Optical Network-to-Network Interface Framework and Signaling Requirements, November 2000

[摘要] 文章概述了自动交换光网络的发展情况、基本概念，并详细介绍了ASON的体系结构及其控制平面的模块和组件。

[关键词] 自动交换光网络；控制平面；自动发现机制；交换连接

[Abstract] The basic concept and evolution of the Automatically Switched Optical Network (ASON) are outlined first, then with the presentation of ASON architecture, the function modules and components of the control plane are discussed in detail.

[Keywords] ASON; Control plane; Automatic discovery mechanism; Switching connection