ASON管理系统的设计和实现

作为通信网络的基础，近年来光网络在用户需求、业务增长以及技术进步等诸多因素的推动下得到了飞速的发展。密集波分复用(DWDM)技术的应用满足了以IP数据业务为代表的通信业务爆炸性增长所带来的带宽需求，使得网络传输速率得到了极大的提高。与此同时，人们已不满足于传统光网络依靠手工指配实现连接的缓慢方式，而希望能有一种可快速灵活地建立连接并具有网络控制智能的新型网络出现。于是，自动交换光网络(ASON)应运而生。在原有的传送平面和管理平面的基础上，自动交换光网络突破性地引入了智能的控制平面，可实现连接的快速建立、资源的自动发现、网络的流量工程以及多种新型业务的提供。作为一种先进的网络技术，ASON技术一经提出就得到了人们广泛的关注。各大国际电信企业，例如CEINA、Sycamore和Nortel公司，都纷纷展开研究。而国际电信联盟(ITU-T)和因特网工程任务组(IETF)等国际标准化组织都为其制定了相应的标准[1-2]。同时，许多围绕通用多协议标签交换(GMPLS)实现ASON控制平面功能的相关工作也开展了起来[3-5]。

　　与ASON核心控制平面相比，在ASON管理平面方面所做的工作相对较少。实际上虽然控制平面的引入减弱了光网络传统的管理功能，例如连接指配、网络的保护/恢复等，但另一方面，却对ASON的网络管理提出了新的需求和挑战，例如，如何实现对ASON中3种类型的连接的管理，如何实现对新增控制平面的管理等。因此，自动交换光网络的管理是一个新的值得深入研究的课题。

1 ASON网络管理系统设计

1.1 ASON网络管理体系结构

　　当前，网络管理者所面临的主要困难之一就是要实现对多技术、多区域网络的管理，而在自动交换光网络中同样也存在这样的问题。设计ASON网络管理系统的目的之一就是希望能够支持对不同技术(例如SDH和WDM)和不同厂商设备的管理。图1所示为本文提出的一种ASON网络管理体系结构。

　　在自动交换光网络中，可以按照地域、厂商设备以及技术把网络划分成不同的管理区域。而每一个区域都需要建立相应网络管理系统(NMS)进行网络管理，是整个ASON网络域间管理系统(INMS)的一部分。在自动交换光网络中，网络节点主要由智能的光交叉连接(OXC)构成，它集成了网元管理系统、分布式的控制模块和由交叉连接矩阵构成的传送模块。而ASON网络管理体系结构主要由以下4个管理层次构成：

　　(1)网元管理系统(EMS)是集成在节点设备中最低的管理层次，它是实现对不同网元设备中的控制模块和传送模块进行管理的网管代理。

　　(2)网元层之上是网络管理系统(NMS)，它们通过分布的EMS实现对特定网络管理域的管理。NMS可在本管理域内实现连接的自动建立以及完成对控制平面和传送平面的管理。NMS和EMS之间的接口可通过简单网络管理协议(SNMP)、公共管理信息协议(CMIP)或者私有的协议实现。

　　(3)域间网络管理系统(INMS)基于NMS层之上。它可通过用公共对象请求代理架构(CORBA)技术实现的域间网络管理接口完成跨域连接的建立。INMS的出现使得不同网络管理系统之间的互连变得简单。网络管理者可以通过INMS的图形用户接口(GUI)建立跨域连接，并进行多域网络的协调管理。

　　(4)服务管理系统(SMS)是ASON网络管理系统的最高层，它可方便地实现对各种新兴网络服务的管理，例如光虚拟专用网(OVPN)和按需带宽分配(BOD)业务。

　　每一个管理层次都有其自身的管理功能，它们和其上、下的管理层次之间通过相应的管理接口进行联系，共同完成各种网管功能。

1.2 网络管理信息模型

　　实现网络管理系统功能需要建立相应的管理信息模型。为此，本文为INMS设计了域间网络管理信息模型，为NMS设计了控制平面管理信息模型和传送平面管理信息模型。控制平面管理模型在光网络的管理中是一个全新的领域。控制平面的管理信息模型主要包括信令传送网络和控制网元这两层管理对象。

　　网络级管理对象代表了控制信令传送网络中的通道，通过这些对象可反映信令网络的状态，帮助网络管理系统(NMS)实现对控制平面信令网络的管理。例如，在网络和网元级管理对象中，uniLink通道表示了用户设备用户侧的用户网络接口(UNI-C)和自动交换光网络网元设备的网络侧的用户网络接口(UNI-N)之间的控制通道，而userConnection通道表示建立了连接的用户设备之间的信令连接通道。控制平面管理信息模型的另一个重要部分是控制节点模型，它由许多功能管理模块组成，包括路由管理模块、信令管理模块和资源管理模块等。

1.3 连接管理功能

　　在自动交换光网络中可提供3种类型的连接，包括永久连接(PC)、软永久连接(SPC)和交换连接(SC)。这些连接类型满足了不同的网络业务需求和用户要求，是自动交换光网络的一大特色，因此，在传统的网管5大功能的基础上，连接管理作为网络重要的管理功能之一被增加进来，用于实现对不同类型连接的管理和维护。

　　ASON中定义了3种类型连接的信息模型。通过管理对象，可以对网络中3种类型的连接进行配置和维护，监测它们的性能和状态，这对于ASON网络的管理来说相当重要。

2 ASON网管系统的关键实现技术

　　在ASON网管系统的研究和实现阶段，我们使用统一建模语言(UML)实现了对系统需求的分析，建立了管理对象和软件设计的模型，使得研究工作更加标准化和可视化。通过对几种不同编程语言的比较，我们选择了Java这种独立于操作系统平台的流行的编程语言进行ASON网管系统的软件开发。同时，为了开发域间网络管理接口，使用了开放性和可扩展性较好的CORBA技术，这对于在INMS架构下实现多个NMS的互连是很重要的。

2.1 用UML进行系统设计

　　UML是一种通用的可视化建模语言，它提供了一套描述系统模型的概念和结构的图形表示方法，它有助于人们对于所设计系统的理解、设计、浏览、配置、维护和信息的控制。可以说，它是一种总结了以往建模技术的经验，并吸收了当今优秀成果的标准建模方法。

　　ASON网络管理系统实际上也是一个软件系统。通过UML的各种可视化工具，可使得网络管理需求分析、管理信息建模和软件流程设计等过程变得便捷和可视化。例如，实例图可用来分析管理系统的功能需求，对象类图可用来建立ASON网管系统的管理对象模型，而在设计INMS和NMS之间的信息交换流程时，顺序图作为描述对象类之间信息交换时序的一种方法则是最好的选择。

2.2 用Java语言进行软件开发

　　Java是一种具有简单、面向对象、分布式、健壮和多线程等许多特点的编程语言。与C++语言相比，由于Java语言具有与操作平台无关的特性，更适合于网络管理系统的开发。网络管理系统的Java语言编程开发涉及到GUI界面的设计、数据库系统构建和CORBA接口的实现等许多问题。

2.3 基于CORBA技术的域间网管接口

　　CORBA是一种由对象管理组织(OMG)标准化的开放分布式对象计算架构，它允许分布式的应用程序之间进行互操作，而不管这些应用程序采用什么语言编写或者驻留在什么地方。目前，CORBA技术和电信管理网络(TMN)的结合是网络管理领域流行的一种趋势。

　　CORBA由软件总线对象请求代理(ORB)、在ORB上的CORBA客户方和CORBA服务方组成。客户方和服务方共享一个接口，此接口由接口定义语言(IDL)描述。为实现分布式的ASON网络管理系统，用CORBA技术定义一致化的域间网管接口(INMS和NMS之间的接口，见图1)是实现不同管理系统之间协调的最合适方案。INMS使用CORBA接口可与多个NMS更有效地进行通信。

3 ASON网管系统界面及网络测试

　　根据图1所示的ASON网络管理系统的结构，我们实现了3个简化的网络管理系统的图形用户接口(GUI)界面，一个是INMS的GUI（如图2所示），另两个是NMS的GUI。通过INMS的GUI，可看到分别由NMS1和NMS2管理的两个网络所组成的ASON网络整体视图。NMS1用来管理一个真正的ASON网络(图2左边的4节点网络)，而NMS2设计用来管理一个传统的光网络(图2右边的3节点网络)，它们之间有链路直接相连。

　　由于网络管理系统的结构复杂，因此，我们对ASON网络管理系统进行了简化，只实现了其主要的管理功能。基于建立的3个网络管理系统，我们主要进行了两种网络管理功能的试验。一种功能是通过CORBA接口实现跨域的永久连接的建立，另一种功能是控制平面和NMS之间的信息交互。

　　在网络试验中，INMS和NMS1放在一处，而NMS2单独放在另一处。两个网络管理系统(NMS)之间的距离为5 km。它们通过因特网相连，也就是说，利用公用的IP网络来提供管理系统之间的管理信息通道。通过INMS的GUI，我们可以发起命令建立从NMS1到NMS2的一条跨域的永久连接(参照图1)。INMS则会通过CORBA接口给NMS1和NMS2发送命令，每个网络管理系统(NMS)会迅速通过对OXC的配置建立各自域内的连接来支持这条跨域的连接。同时，我们也对控制平面和NMS之间交换的部分信息进行测试，如控制平面发送给NMS的交换连接建立信息。

4 小结

　　自动交换光网络的管理是一个新的重要的研究课题。在本文中，主要阐述了我们在这个方面所做的一些工作和取得的一些有价值的成果。

　　(1)提出了4层结构的ASON网络管理系统，用INMS和CORBA技术解决了多域管理系统的互操作问题。

　　(2)建立了ASON的管理信息模型，特别是针对控制平面的管理信息模型。

　　(3)3种类型的连接是ASON网络的最显著特色之一，我们为ASON的连接管理功能建立了相应的管理信息模型。

　　(4)完成了基于Java的3个网管系统GUI的开发，并进行了部分的网络仿真试验。

5 参考文献

　　[1] IETF draft-ietf-ipo-ason-02. Automatically Switched Optical Network (ASON) Architecture and Its Related Protocols [S].

　　[2] ITU-T G.8080/Y.1034. Architecture for the Automatically Switched Optical Network (ASON) [S].

　　[3] Guangzhi L. Control Plane Design for Reliable Optical Networks [EB/OL]. http://www.research.att.com/areas/opticalnetworking/IPoverWDMpublications.html.

　　[4] Ayan Banerjee. Generalized Multi-Protocol Label Switching: an Overview of Routing and Management Enhancements [J]. IEEE Communications Magazine, 2001(1):144-150.

　　[5] Ayan Banerjee. Generalized Multi-Protocol Label Switching: an Overview of Signaling Enhancements and Recovery Techniques [J]. IEEE Communications Magazine, 2001(7):144-151.

[摘要] 文章提出了一种分层的域间自动交换光网络管理系统方案，设计了相关的网络管理信息模型，并对ASON管理系统的关键实现技术进行了介绍，最后给出了所实现的ASON管理系统的部分试验结果。

[关键词] 自动交换光网络；域间网络管理系统；控制平面

[Abstract] A scheme of layered inter-domain ASON management system is proposed along with its related network management information models. Key technologies for the implementation of the ASON management system are discussed and finally the simulation test results of the system are also provided.

[Keywords] automatically switched optical network; inter-domain network management system; control plane