光联网技术标准化体系及其现状

2019-11-03 18:15:07

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供稿：网友

1、光传送网的发展进程

　　90年代初大家谈得较多的是全光网(AON)，但后来人们逐渐发现实现全光的处理非常困难。首先是放大、整形、时钟提取、波长变换等在电域很容易实现的功能在光域实现却十分困难，有些虽然经过复杂的技术可以实现，但效果并不理想，且成本高昂。如波长变换，在电域利用光/电/光变换(O/E/O)很容易实现，但是在光域则必须采用半导体放大器，且消光比还不十分理想，可变换的波长范围也受限，不可能像电域那样在一个极宽的范围内进行变换。另外全光网的管理和维护信息处理也是一个重要问题，无法在光域上增加开销对信号进行监视，管理和维护还必须依靠电信号进行。因此全光网出现了一些挫折，不能组成全球性/全国性的大网以实现全网内的波长调度和传输，而仅能组成一个有限区域的子网，在子网内透明传输和处理。子网之间的互连通过3R 电再生处理。子网的大小可以改变，随着光通信的发展子网可以扩大。

　　1998年，ITU-T 提出光传送网(OTN)的概念取代过去全光网的概念。从OTN功能上看，OTN的一个重要出发点是子网内全光透明，而在子网边界处采用O/E/O技术(这与目前WDM 系统有着很大的区别，WDM 系统只采用线路系统传输技术，不涉及组网技术)。OTN在光域内可以实现业务信号的传送、复用、路由选择、监控，并保证其性能指标和生存性。于是ITU-T开始提出一系列的建议，以覆盖光传送网的各个方面。由于OTN 是作为网络技术来开发的，许多SDH传送网的功能和体系原理都可以仿效，包括帧结构、功能模型、网络管理、信息模型、性能要求、物理层接口等系列建议。应该说2000年之前，OTN 标准化基本采用了与SDH 相同的思路，以G.872光网络分层结构为基础，分别从物理口、节点接口等几方面定义了OTN。

　　2000年以后，由于自动交换传送网络(ASTN)的出现，OTN的标准化发生了重大变化。标准中增加了许多智能控制的内容，例如自动路由发现、分布式呼叫连接管理等被引入了控制平面，以利用独立的控制平面来实施动态配置连接管理网络。另外，对G.872也作了比较大的修正，针对自动交换光网络(ASON)引入的新情况，对一些建议进行了修改。涉及物理层的部分基本没有变化，例如物理层接口、光网络性能和安全要求、功能模型等。涉及G.709光网络节点接口帧结构的部分也没有变化。变化大的部分主要是分层结构、网络管理。另外引入了一大批新建议，特别是控制层面(Control Plane)的建议。

　　下面将讨论OTN 标准化的情况。考虑到ASTN的引入对于OTN 标准化的重大影响，本文将OTN 标准化内容分为两个部分：一部分是2000年前开始标准化的建议，后来由于ASTN 的出现，ITU对这部分建议的内容进行了一些修改；另一部分则是与ASTN 有关的建议，这部分建议ITU正在进行标准化，其他标准化组织，例如因特网工程任务组(IETF)、光互联网论坛(OIF)，也在进行类似建议的标准化，只是侧重点不同。

2、2000年以前ITU-T开发的光传送网建议

　　2000年以前ITU-T开发的光传送网建议如下：

　　(1)G.871建议

　　G.871建议定义了光传送网框架结构。其目的是为了协调ITU内对OTN建议的开发活动，以使开发的建议包含OTN的各个方面和保证一致性。该建议提供了用于高层特性定义的参考、OTN各个方面相关建议的说明及相互关系、开发OTN建议的工作计划等。该建议为滚动型的，主要介绍光传送网标准化进程，没有一个稳定文本，建议实时地根据标准化状态而更新。

　　(2)G.872建议

　　G.872建议定义了光传送网结构。其基于G.805的分层方法描述了OTN的功能结构，规范了光传送网的分层结构、特征信息、客户/服务层之间的关联、网络拓扑和分层网络功能，包括光信号传输、复用、选路、监控、性能评估和网络生存性等。G.872建议只限定于支持数字信号。

　　(3)G.8251和Gotnperf

　　光传送网网络性能要求被分割为两个建议：G.8251和Gotnperf进行规范。G.8251定义了OTN NNI的抖动和漂移要求，其根据G.709定义的比特率和帧结构来确定，定义了抖动转移函数、抖动容限和网络抖动参数，而G.825面向的只是SDH 速率；Gotnperf定义误码和可靠性指标，目前正在开发中。

　　(4)G.874建议

　　G.874建议定义了OTN的一层或多层网络传送功能中的OTN网元的管理。光层网络的管理应与客户层网络分离，使其可以使用与客户层网络不同的某些管理方法。G.874建议描述了网元管理层(EML)操作系统和光网元中的光设备管理功能之间的管理网络组织模型，内容包括计费、故障、配置、性能和安全管理，还描述了网元层(NEL)操作系统之间和NEL操作系统与NEL之间通信的管理网络组织模型。

　　(5)G.8741建议

　　G.8741建议定义了光传送网网元信息模型。建议描述了光传送网管理网元的信息模型。该模型包括被管理的对象等级和它们的特征，这些特征可以用来描述按照M3010 TMN进行交换的信息。与协议无关的管理信息模型可以作为专用协议管理信息模型的基础，例如CMISE (Common Management Information Service Element)、CORBA(Common Object Request Broker Architecture)和简单网管协议(SNMP)信息模型，具体方法是根据专用协议信息模型设计。

　　(6)G.709建议

　　G.709 建议定义了光网络的网络节点接口。建议规范了光传送网的光网络节点接口，保证了光传送网的互连互通，支持不同类型的客户信号。建议主要定义光传送模块n(OTM-n)及其结构，采用了“数字封包”技术定义各种开销功能、映射方法和客户信号复用方法。通过定义帧结构开销，可以实施光通路层功能，例如保护、选路性能监测等；通过确定各种业务信号到光网络层的映射方法，实现光网络层面的互联互通，因为未来的光网络工作在多运营商环境下，并不仅仅是各业务客户信号接口的互通。

　　(7)G.798建议

　　G.798 建议采用G.806规定的传输设备的分析方法，对基于G.872规定的光传送网结构和基于G.709规定的光传送网网络节点接口的传输网络设备进行分析。其功能描述是总体性的、不涉及物理功能的具体分配。与功能块相关的信息流输入/输出主要是为了定义功能块，是一种概念、而不是物理实体。定义的功能适用于光传送网用户网络接口(UNI)和网络节点接口(NNI)，也可应用在光子网接口或与光技术相关的接口。

　　(8)G.959.1建议

　　G.959.1建议定义了光网络物理层接口和要求。其采用WDM技术的PRe-OTN物理网络接口，在该情况下不要求OTN网管功能。建议适用于基于G.709接口的光传送网-域间接口(OTN-IrDI)，主要目的是实现两个管理域之间接口的横向兼容性，规范包括不使用线路放大器的局内系统、短距系统和长距系统。

　　(9)G.664建议

　　G.664建议定义了光传送网安全要求。它规定了光网络中光接口在安全工作状态下的技术要求，包括传统SDH系统、WDM系统和光传送网。建议还规范了光接口自动激光关断(ALS)和自动功率降低(APR)等光安全进程，确保在光通道上出现故障时激光器功率降到合适的安全功率以下。目前由于喇曼放大器的出现，正对该建议进行进一步修改。

　　(10)G.671建议

　　G.671建议定义了光器件和光子系统性能要求。其规范在长途网和接入网中与传送技术相关的所有类型的光器件特性，涵盖各种类型的光纤器件。建议定义在所有工作状态下光器件的传输性能，确认各种光器件(主要有宽带WDM器件、窄带WDM器件、衰耗器、分路器件、滤光器、隔离器、终端设备、光开关、无源色散补偿器、连接器、光接头、可调滤波器和OADM子系统等)的参数，定义各种系统应用下的相关参数值。

　　(11)G.7710/Y.1701建议

　　G.7710/Y.1701建议定义了通用设备管理功能要求。该建议定义的单元管理功能(EMF)对网络中各种复用传送技术是通用的，与具体实现技术无关，这些功能包括日期和时间、故障管理、配置管理和性能管理(暂未包括计费管理和安全管理)。网络中的网元不一定全部支持和具备这些功能，其支持程度应根据该网元在网络中的位置与连接功能来确定。

　　(12)G.7042建议

　　G.7042建议定义了虚级联信号的自动容量调整。该建议定义的链路容量调整(LCAS)方案，采用虚级联技术用来增加或减少SDH/OTN网络中的容量。如果网络中一个单元出现失效(级联中的某一个VC)，可以自动减少容量。当网络修复完成后，可以自动增加容量。

　　(13)G.gps建议

　　G.gps建议定义了通用保护倒换。建议适用于SDH/ATM/OTN的线性保护倒换，而环保护和双节点子网保护在其他建议中定义。目前准备将G.gps分为G.gps.1和G.gps.2两个建议，其中G.gps.1为线性路径和子网连接保护，G.gps.2为环形网保护。

3、ITU-T与ASTN相关的光传送网建议

　　2000年，对于OTN发展是一个重要转折，由于自动交换光网络的发展使OTN标准化进程改变了方向，从单纯模仿SDH 标准化向智能ASTN标准化方向发展，其中的重点又是控制平面及其相关方面的标准化。

　　作为国际标准化组织，ITU-T主要从网络的框架结构方面提出要求，定义了自动交换光网络体系结构。同时参照其他标准化组织的成果，开始对分布式呼叫和管理(DCM)、选路协议、信令等进行规范。ITU-T开发的与ASTN有关的光传送网建议如下：

　　(1)G.807(G.astn)

　　G.807(G.astn)定义了自动交换传送网要求，描述了ASTN控制平面的网络级要求。为了跨越传送网建立和释放连接，ASTN提供了一套控制功能，在光通路层可以实现自动交换光网络，使得光网络具备灵活的业务工程设计能力。ASTN控制平面的主要功能是信令功能，具有建立、删除、维护端到端连接以及选择最合适路径的能力。

　　(2)G.8080(G.ason)

　　G.8080(G.ason)建议定义了自动交换光网络结构。建议提出并描述了自动交换光网络(ASON)的结构特征和要求，不仅适合于G.803定义的SDH，也适用于G.872定义的光传送网。建议描述了控制平面的组成单元，这些单元可以通过对传输资源的处理来建立、维护、释放连接。同时将呼叫控制与连接控制分开，选路和信令分开，其组成单元是抽象的实体，而不是实施软件。

　　(3)G.7712/Y.1703(G.dcn)

　　G.7712/Y.1703(G.dcn)定义了数据通信网的体系结构与规范。该建议涉及TMN的分布式管理通信，ASTN网的分布式信令通信，以及包括公务、语音通信和软件下载在内的其他分布式通信方式。数据通信网(DCN)的结构可以单独采用ip、OSI或者两者的结合，其间的互连互通应符合相关规定。DCN支持各种应用，包括TMN要求数据传输网来传输TMN单元之间的管理信息，ASTN要求组成信令传输网来传送ASTN单元之间的信令信息。G.7712 定义的数据通信功能可以支持多个应用。目前定义的数据通信功能只能支持无连接业务，将来可能支持面向连接业务，以满足在透明方式下网络失效时提供快速恢复的需求。

　　(4)G.7713/Y.1704(G.dcm)

　　G.7713/Y.1704(G.dcm)定义了分布式呼叫和连接管理。G.807/G.8080定义采用控制平面建立光业务动态光网络的结构和要求，而G.7713确立了ASON控制层面中协议方式的信令进程的具体要求。该建议定义了ASTN的信令方面，适用于用户网络接口(UNI)和网络节点接口(NNI)之间的连接管理。包括呼叫控制信令(如呼叫建立与释放)、连接控制和链路资源管理信令的要求及格式。但是，这种呼叫仅限于单向连接，包括属性参数指标、消息参数指标、信号流程、DCM状态图，以及DCM的管理。建议没有定义多方向连接的路由迂回机制、相关参数路由发现和路由寻址等。DCM的信息传送要通过DCN，一种可能的建议是G.7712/Y.1703(G.dcn)，这反映其折衷处理的思路。关于DCM机制的问题，可以通过人工和自动两种方式实现，要求对网络资源有较充分的了解。关于自动发现网络拓扑和资源的问题，在G.7714/Y.1705(G.disc)中进行规范了。

　　(5)G.7713.1

　　G.7713.1基于私有网络间接口(PNNI)分布式呼叫和管理。该建议提供了基于PNNI/Q.2931分布式呼叫和控制DCM 协议规范，只支持软永久连接(SPC)，将来的版本可能支持交换连接(SC)。该建议并不包括选路或自动发现，其中的PNNI 除采用ATM外，也可采用IP方式进行传输。

　　(6)G.7713.2

　　G.7713.2采用GMPLS RSVP-TE的DCM信令。该建议包含了与ASTN相关信令方面的内容，特别是GMPLS RSVP-TE，集中在UNI和E-NNI接口规范，这些协议规范还适用于I-NNI，支持SPC业务，也支持运营者内部的SC业务，但是并不包括名字翻译/地址业务和呼叫能力设置等，也不包括选路和自动发现。

　　(7)G.7713.3

　　G.7713.3采用GMPLS CR-LDP的DCM信令，用受限的路由标签分发协议CR-LDP来实现分布式呼叫和连接管理DCM的信令机制。CR-LDP是MPLS框架下的协议，在Y.1310中作为IP在ATM传输的手段。扩展MPLS包括TDM交换和传送、光复用等级，称之为GMPLS。G.7713.3建议描述了在ASON框架内采用GMPLS CR-LDP协议实现DCM的示例，包括采用CR-LDP作为基本呼叫/连接进程、信息、各种参考点信令，而选路、DCN用法、自动发现则不在建议定义中。该建议开始支持SPC业务，对支持SC业务的协议也进行了定义。

　　(8)G.7714/Y.1705(G.disc)

　　G.7714/Y.1705(G.disc)建议定义了ASTN/ASON中的自动发现技术，其目的在于帮助进行网络资源管理和选路。但建议中并未定义自动交换传送网中连接的建立和拆除操作，以及连接的路由等。建议中引入了两个新的重要概念，即“层邻接(Layer Adjacency)发现”和“物理介质邻接(Physical Media Adjacency)发现”，它们都用来描述控制平面中不同控制实体之间的逻辑相邻连接关系。OIF UNI 1.0可以作为讨论G.7714.1特定协议适配工作的起点，在采用部分现行IETF LMP时做适当修改。

　　(9)G.7715/Y.1706

　　G.7715/Y.1706建议定义了在ASON网络中建立SC和SPC连接选路功能的结构和要求。主要内容包括ASON选路结构、通路选择、路由属性、抽象信息和状态图转移等功能组成单元，该建议提供中性协议来描述ASON选路，通过DCN传输选路信息作为其中的一个选项。为了提供选路业务，需要知道网络资源的优先级别，这些网络资源可以为人工指配或自动发现。

　　(10)G.7716(G.lm-Link Management)

　　G.7716(G.lm-Link Management)定义ASON链路管理。目前正在开发之中。

4、与ASTN相关的其他标准化活动

　　目前智能(自动)光网络受到越来越多的重视，除ITU-T外，其他标准化组织也纷纷提出类似的标准草案或提议，其中最引人注目的是OIF和IETF。

　　光互联网论坛主要从用户节点接口方面提出业务和相关信令的要求。OIF在光网络信令方面最重要的贡献是O-UNI。O-UNI支持在光网络的客户之间快速建立连接，并提供不同等级的保护和恢复能力，其信令包括用于建立连接的信令，自动邻接发现信令，自动服务发现信令，故障监测、定位和通告信令等。2001年基于OIF UNI1.0版本的几家通信公司已经进行了成功的互连。目前光互联网论坛正在开发新的版本。IETF主要从信令和选路方面对自动交换光网络进行要求，一个重要的内容是GMPLS协议。 GMPLS是基于MPLS可以用于不同交换技术的控制平面这一假设而提出的，包括分组交换(如IP、以太网、ATM)、时分交换(如TDM)、波长交换(如WDM)和空间交换(如OXC)等。需要说明的是，GMPLS是一套协议而不是一个协议，它是IETF关于MPLS用于IP网络流量工程相关工作的扩展。由于GMPLS对MPLS的信令协议进行了扩展，从而可以同时控制光交换和分组交换。GMPLS协议族包括：链路管理协议、扩展的开放最短路径优先(OSPF)协议和中间系统-中间系统(ISIS)路由协议、资源预留协议流量工程扩展(RSVP-TE)和路由受限-标记分配协议(CR-LDP)。

　　从几大标准化组织的共同动作，可以看出ASTN的重要性。由于 MPLS的标准化工作还没有完成，有些功能特别是网间互连信令功能还在进一步研究中，要完全完成标准化还需要一段时间。目前声称能够实现 ASTN功能的公司很多，但无法实现互连互通，特别是I-NNI、E-NNI接口还没有标准化，基本上都是基于私有的选路协议和信令，不能基于标准的NNI 实现互通。值得注意的是有些厂商实现了OIF UNI的互连互通，可以利用已有的网络管理系统来实现ASTN功能，但是电路的建立仍然是利用网管系统来建立和下发的。

5、总结

　　OTN是光网络的重要进展。1998年开始的对OTN类似于SDH网络标准化的进程已经基本完成，特别是物理层相关的内容(如G709、G.798、G.8251等建议)。但是即使已经标准化的内容，具体应用还需要实践检验，例如G.709中的许多字节内容是开放的，由运营者进行定义。而多重TCM串联连接监视，哪些节点需要终结相应TCM开销等则需要运营商之间相互协调。

　　ASTN系列建议还没有最后完成，目前只是完成了结构、功能性的抽象描述和对系统分层、分块及相互关系的描述，但每个模块内具体实现的实施方法还没有定义，特别是对于选路，GMPLS依然有许多工作要做。ASTN标准化借鉴了许多IP网络行之有效的方法，增加了适应于光网络的特殊约束条件。乐观的估计要完成ASTN的标准化至少要在2003年以后。ASTN智能光网络标准化还涉及到对G.872等结构性建议进行新的修改，因此OTN最后的标准化还需要一段时间。

摘自《通讯世界》