IP与智能光网络技术的结合

2019-11-03 18:16:13

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供稿：网友

电信科学技术研究院邬贺铨　　摘要：本文首先回顾自动交换光网络ASON的提出背景，然后介绍其逻辑功能体系，从连接管理功能、信令网和信令消息以及可能用到的协议等方面着重说明ASON控制面的功能。

　　关键词：ip over WDM，ASTN， ASON， MPLS， MPλS， GMPLS

1．从IP over WDM到ASON

　　进入新世纪以来，尽管网络经济步入调整期，电话业务无论是业务量还是收入仍处在主导地位，但数据业务量继续以高于话音业务量数倍甚至十倍的速度在增长。传统的由IP、ATM、SDH和WDM构成的多层网络虽然有QOS和生存性措施，但其管理的复杂性和对数据业务成本偏高促使人们不断探讨如何简化层次，IP over WDM成为人们期望的选择。

　　IP层利用路由器实现在第三层转发数据报，有业经证明的可交互工作的丰富的标准协议，能在任意点到任意点建立连接支持多种业务（包括传统电路交换网难以支持的组播业务和Web推送业务等），实现用户业务与传送速度的匹配，获得统计复用的增益。因此IP层不仅可叠加在现有的各种物理层和链路层之上，而且可以作为各种业务甚至是现有的各种链路层信号的承载层。光纤通信技术特别是DWDM技术的发展使光传送层成为最主要的物理层技术，光传送层提供TDM和标准的成帧格式，实现大带宽长距离低成本传送，具有故障隔离和保护、恢复等生存性保证。

　　IP over WDM实现了分组技术与光子技术的结合，同时具备了IP层和光传送层的功能，但一般意义上的IP over WDM将IP和光传送层分别置于不同的控制面控制之下（准确地说目前的IP层是在控制面控制而光传送层仅仅受管理面控制），IP选路与光域选路是独立进行的，路由器并不了解光域的拓扑，这种方式称为重叠模型（Overlay Model）。两层独立控制不仅管理上复杂而且光传送层的配置与业务基本脱节，通过光传送层网管实现的大容量VC或波长的调配需时较长（以小时或天计），无法适应突发业务也难以在光层快速组织VPN，在故障时单纯靠IP层恢复太慢，靠光传送层恢复虽然较快但需预留较多资源。能否将IP层和光传送层置于同一个控制面呢？在这种情况下，从传送面来看，IP层与光传送层仍然是上、下层关系，但从控制面看，IP层设备与光传送层设备是对等关系，这种方式称为对等模型（Peer Model）。统一的控制面不仅减少复杂性有效地利用网络资源，为使用信令实现对全网控制提供了可能，为网络运营者甚至为VPN的客户提供动态配置光传送层的能力，实现对难以预测业务的快速响应，在故障情况下自动调整网络资源达到快速的保护与恢复。

　　自动交换光网络（ASON）是在对等模型的基础上发展起来的，它是利用控制面方式实现配置连接管理的光传送网（OTN），将ASON的概念扩展到包括其他物理层传送技术就得到自动交换传送网（ASTN）。从OTN到ASON/ASTN，在传送网中引入了信令控制的交换能力，这是传送网技术的一次革命。

2．ASTN/ASON的体系

　　ASTN/ASON网络总体结构如图1所示，由传送面（TP），控制面（CP）和管理面（MP）组成。传送面包含实施交换功能的传送网网元，例如ADM/DXC、OADM和OXC，端到端的连接是在ASTN/ASON控制面的控制下在传送面内依靠这些网元的连接功能来实现，传送面提供净荷传送、性能监视、故障检测和保护倒换功能。管理面主要的管理功能是建立、确认和监视路径并在故障时启动保护和恢复措施，并协调控制面、传送面的功能实施，具体说应具有故障管理、配置管理（包括资源分配与撤消）、性能管理、安全管理及记帐能力。ASTN/ASON与OTN的主要不同是控制面。所谓控制面是由一组受信令网支持的实现连接的建立、释放、监视和维护功能的通信实体组成的。

　　控制面可按功能划分为构件，主要的构件有：连接控制器CC（为管理和监视连接的建立、释放以及对已建连接参数的修改而对LRM、RC、同级及下级的CC进行协调）、选路控制器RC（响应CC对通道信息的请求和网管对子网点SNP拓扑信息的请求）、链路资源管理器LRM（管理子网点群SNPP链路，包括SNP链路连接的分配并提供拓扑和状态信息）、业务量监督端口TP（核查进入连接的业务量是否符合协商的参数）、呼叫控制器（CallC,可分为主叫/被叫呼叫控制器和网络呼叫控制器）、协议控制器PC（映射控制面内构件接口的参数为协议运载的消息）。

图1 ASON逻辑功能体系

　　控制面内及控制面与管理面、传送面间的逻辑接口被称为参考点，有以下参考点：UNI（控制面的用户网络接口——业务请求者和业务提供者控制面实体间的双向信令接口）、I-NNI（内部网络到网络接口——属于一个或具有信任关系的多个域内控制面实体间的双向信令接口）、E-NNI（外部网络到网络接口——属于不同域的控制面实体间的双向信令接口）、CCI（控制面与传送面间的连接控制接口）、IrDI（域间接口）、NMI（管理面与控制面或传送面间的管理接口）。

3. ASTN/ASON的控制面功能

　　连接的管理是控制面的基本功能。可进一步分为呼叫控制管理和连接控制管理，前者仅发生在UNI和网络边界或网关，后者是对中间连接节点中继功能的管理。控制面提供动态通道计算、动态分布呼叫和连接建立/释放、动态保护/恢复的指配能力。

3.1 连接的类型

　　在ASTN/ASON中可有三种方式建立连接，即配置方式、信令方式和混合方式。配置方式（PRovisioned）利用网管系统或人工干予实现对端到端连接沿线每个网元的配置，当然在发出建立连接的配置指令之前需要通过接入到数据库的网管系统选出适当的路由，这种方式连接的建立是网络运营者的职责，所建立的连接是永久连接（Permanent Connection——简称PC），这是一般传送网采用的方式。信令方式（Signalled）由控制面内的通信端点发起，通过控制面内的信令单元间动态互换信令协议消息按需建立连接，这种连接的建立需要使用命名和寻址机制和控制面协议支持，这种方式连接的建立可以是运营者的职责也可以是端用户的职责，所建立的连接被称为交换连接（Switched Connection——SC）。混合方式（Hybrid）指的是在网络边缘（用户与网络之间）用网管来配置PC，而在网络内用信令来建立SC，这样组成的端到端连接被称为软永久连接（Soft Permanent Connection——SPC），从用户的观点它与PC没有区别。上述连接可以是单向点到点、单向点到多点和双向点到点，后者两个方向可以具有不同特性即不对称。另外ASTN/ASON控制面的连接管理应能够响应用户建立多归属（Multi-Homing）和路由分集连接的要求，多归属指的是为了连接生存性或负载平衡，端用户与网络之间可以建立多于一条链路（属于同一运营者或不同运营者），为了支持多归属，需要考虑寻址结构和地址分配所有权的问题。多路由则需要控制面的信令和选路能力来支持。作为控制面另一基本功能是对补充业务的支持，包括建立VPN等闭合用户群，在跨过不同运营者网络提供这一业务时，需要注意协议互通问题。

3.2 信令网

　　控制面的连接管理依靠信令来进行。ASTN/ASON采用公共信道信令方式工作，允许网络运营者开发单独的信令网，随着对信令网容量的扩展要求而增加信令链路规模，容易扩充信令消息组，能够实现高度可扩展性和生存性。信令网的设计应保证可靠的信令消息传送，并当一条信令链路故障时不影响与该信令信道关联的业务信道。信令网的拓扑与传送网的拓扑可能是不一样的，物理上公共信令链路可与用户信道是关联的（A、B两个网元间与业务有关的信令消息在直接连结该两网元的信令链路上传送）、非关联的（A、B两个网元间的信令消息在与A、B间业务信号路由不同的一些信令链路上传送，这些信令链路还可能随时间及网络状态而变化）和准关联的（与非关联情况不同的仅仅是信令消息在一些信令链路上的一个预定路由通道上传送）。

3.3 信令消息

　　在信令消息中跨过控制面的一些实体间传送的信息流包括：端点名称与地址、可达性网络地址、拓扑选路信息、授权和连接接纳控制信息、连接业务消息、网络资源控制信息。

　　名称和地址分别用于表示特定点的可识别符号，虽然可以将客户层的地址符号串用作服务器层的名称，但从保护隐私和安全性考虑，名称和地址是不同的。名称作为识别符，与源及目的地的位置都无关。除了有用户域名外，还有业务提供者域名和层网域名，用户的名称在一个或多个业务提供者域应是唯一的。利用查号服务可实现客户层名称到服务器层名称的翻译、用户域名到业务提供者域名的翻译、连接识别符到服务器层连接的映射。地址用于选路，它与源的位置无关但与目的地的位置有关，将随目的地的移动而变。每一个网元的每一个子网点都有各自的地址，为了选路，它们在一个运营者域内应是唯一的（但不必要求全球唯一），而层网的地址在全球应是唯一的，考虑到全球的传送网将增长到几百万个端点、几千个传送网交换机、几百个管理域，寻址方案需要考虑有足够的容量和可扩展性，并且地址可以等级方式集合以支持等级选路。

　　连接接纳控制（CAC）是控制面功能之一，根据网络可用的且符合业务等级约定（SLA）要求的空闲资源、优先权和其他策略，决定是否响应用户请求建立新的连接，即授权用户接入网络资源，或者告诉连接请求的发起者该请求被拒绝。

　　控制面为了选路需要知道传送面的拓扑和链路状态，这些状态与输入和输出标签有关，标签是识别一个链路内的各链路连接的名称，标签的例子包括时隙、波长和虚通道识别符等，它们在单个链路或传送网交换机内应是唯一的。与选路有关的是控制面应能自动发现传送网交换机之间的拓扑（链路与链路连接），将所发现的各链路连接集合为链路信息并按需分布以支持选路。需要指出ASTN/ASON和其他传送网一样可支持多客户层-服务器层关系，服务器层仅仅是通过提供其路径（Trail）来支持客户层链路（Link），客户层是看不到服务器层的拓扑信息的，但这并不妨碍上层甚至端用户对带宽提出要求直至控制配置。此外，ASTN/ASON和其他传送网一样其连接也可以由不同运营者管理的子网串接而成，没有理由认为运营者之间愿意彼此提供内部的拓扑和资源信息，从这一意义上说，跨过两个运营者边界只提供可达性信息（地址和下一跳方面的距离矢量）。

　　连接业务消息包括并不限于以下特征：连接请求/释放、业务等级（GOS）参数选择程序、补充业务、连接确认/释放指示、连接失败确认。

　　网络资源划分为管理面职权范围和控制面职权范围两部分，控制面不能修改管理面职权范围内的和未分配的资源。

3.4 ASTN/ASON的协议

　　ITU、IETF和OIF对ASTN/ASON所用的协议都在进行研究，总的思想是尽量基于现有IP/MPLS协议及其扩展。

　　选路协议使用OSPF、IS-IS（域内）、BGP（域间），还有提议使用CSPF（受限最短路径优先）协议。另外IETF最近开发的链路管理协议LMP支持控制信道动态配置、维护和证实及故障管理，可识别有相关特性的链路以便实现链路捆绑（节省标签资源），还可用于自动邻接发现和业务发现，一个节点广告一个LSP（标签交换通道）到IGP，下一个节点可使用这一从邻近转发（FA）来的LSP作为低阶LSP的新通道。

　　信令协议可使用RSVP-TE（带有业务量工程能力的资源保留协议）、CR-LDP（受限的标签分配协议）和MPLS。考虑到MPLS只能处理以分组或信元表示的标签，当应用到光传送网时需处理以波长表示的标签，这时MPLS发展为MPλS，GMPLS则是以在ASON中应用为目标的进一步扩展，GMPLS可看成是在多个交换/转发平面环境下的MPLS+MPλS。与MPLS相比，GMPLS增加如下很多新功能。首先，时隙、虚通道、波长等均可作为标签，GMPLS所管理的设备不仅仅是具有分组或信元接口的标签交换路由器LSR，还可以是FR、ATM、SDH和WDM等，设备接口可有PSC（分组交换能力）、TSC（TDM交换能力）、LSC（波长交换能力）和FSC（光纤交换能力）等多种类型。其次，由于时隙、波长和光纤都是离散单位，即可以离散单位分配带宽。第三，具有下行按需标签分配和使用上行标签的双向LSP建立能力，从上游节点向下游节点传送建议标签（Suggested Label），减少双向LSP建立时延。第四，设置标签组（Lable set），缩小下游标签选择范围（例如在没有波长变换的情况下，入口和出口只能选择同一波长）。第五，在选路邻接上附加转发邻接。

4. 结语

　　ASTN/ASON目前仅有关于体系要求的标准，其他方面的标准还不成熟，因此还存在多厂家的互通性问题，而且OADM/OXC尚未大量商用，ASTN/ASON的经济性还需要实践证明。

　　但是，控制面的引入带来以下好处：迅速实现业务的提供，允许网络资源动态分配到路由，支持按需带宽的应用：容易管理，业务提供者无需为新的传输技术系统的配置管理而开发维护操作支持系统软件；具有扩展的信令能力，增加了补充业务；在故障时可实现快速的保护与恢复，比通常的传送网节省空余容量与资源，不仅适于环型也适于网状网拓扑；控制面的协议相对管理面协议有更丰富的原语组，可用于各种传输技术。

　　作为下一代传送网技术，ASTN/ASON将会首先在单个运营者范围内从组织SDH的虚级联应用开始，并从租用专线发展到动态VPN和按需租用带宽等应用，传统的交换与传输的界限将变得越来越模糊。

摘自《网络电信》

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