[原创]智能光网络ION控制平面的探讨

2019-11-03 18:18:16

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供稿：网友

谢新梅
（南京邮电学院通信与信息系统专业 210003）

　　摘要：本文首先介绍了国际标准化组织在智能光网络控制平面方面的研究工作，接着阐述了智能光网络体系结构，最后分析了智能光网络控制平面中的基本功能模块。

　　关键词：控制平面智能光网络

　　1 引言

　　SDH 是一种非常成熟而严密的传送网体制，它一诞生就获得了广泛的应用支持。目前已成为世界各国核心网的主要传送技术，但在SDH 发展中也面临时分复用固定带宽分配带来的效率低下，成本高，技术相对复杂等问题。因此基于SDH 体制的光网络如何向以ip为基础的光网络演进是运营商设备制造商十分关注的问题。下一代网络NGN是一个以软交换为中心以智能OTN的为基础的传送光网络,更简单的网络使服务提供商可以提供更廉价的带宽和让用户更快地进行及时的容量扩充。因此从目前来说开发新一代智能网在核心网或城域网的网络演进和融合方面是十分重要的，而开发应用新一代智能光网络其关键是设计一个良好的控制平面。

　　2 国际标准化组织在智能光网络控制平面方面的研究

　　分布的控制平面是智能光网络的最大特色，很多国际标准化组织致力于这项工作的研究。

　　ASON由ITU-T提出、研究并进行标准化。它不是一个或一套协议，而是一个光网络控制平面组件以及这些组件之间接口的结构模型。ASON为控制平面定义了用户网络接口（UNI）和网络间接口（NNI）。秉承了ITU的风格，如图1所示ASON标准化采用自顶向下的方式，从一套完整清晰的需求开始ASTN（G.8070），到高层结构设计ASON（G.8080），最后是单元结构（一批规范）。任何满足单元结构需求的协议都可能成为实现ASON控制平面的选择。

图1 ITU-T ASON 自顶向下的控制平面标准

　　GMPLS由IETF提出、研究并进行标准化。它很自然地使用了基于IP的控制平面。GMPLS协议簇包括3个主要组成部分：链路管理协议LMP和LMP-WDM定义了链路管理功能；路由扩展协议OSPF-TE和ISIS-TE定义了域内路由功能；标记分发协议RSVP-TE和CR-LDP定义了信令功能。这些协议簇定义了完整的协议状态机和管理信息库。GMPLS要求所有的网络节点都必需运行GMPLS才能实现GMPLS功能。

　　国际光互联网论坛（OIF）继推出UNI 1.0版规范后，又推出了新的UNI 2.0版。并开始了NNI的标准化工作，主要是对域间信令和域间路由的研究工作，域间信令是由UNI客户端发起的连接，没有提供显示路由。边界域接收到UNI请求后计算到目的TNA的路由，显示路由由一系列域边界节点和域间链路组成。如果是网管系统发起的连接请求，入口域负责计算路由。域间路由指每个路由控制域至少指定一个路由控制器（RC），数据平面上RC的邻接关系通过配置决定。RC利用OSPF泛洪机制发现整个网络拓扑，它包括域间和域内的TE 链路。同时OIF规定了域间路由协议（DDRP）实现域间路由。

3 智能光网络的体系结构

　　如图2所示无论是ITU-T提出的ASON重叠模型，IOF提出的InterDomain域间模型，还是IETF提出的GMPLS集成对等模型，智能光网络ION从功能上可以分为三层：管理平面，控制平面，数据传送平面。

图2 智能光网络层次模型及控制平面的基本功能

　　管理平面主要完成对智能光网络设备的监控，提供给图形用户界面及命令行接口。管理平面主要由以下几个部分组成：SNMP，GUI以及CLI（命令行接口）。管理信息库（MIB）是存储管理信息的虚拟数据库，网络管理通过它收集管理设备的信息。智能光网络中的各种资源都被抽象成MIB中的各种管理对象，利用SNMP进行管理。管理平面的目标是：有效的管理端到端LSP；根据用户的请求和QoS参数建立LSP；提供CLI和GUI，以方便的浏览LSP，具体设备以及整个GMPLS网络的运行状态；根据业务和QoS提供相应的记账管理。

　　控制平面主要负责邻居发现/链路资源管理，路由/拓扑传播，呼叫连接信令维护，并按照一定的策略对业务提供一定的QoS支持。邻居发现主要是了解何种终端系统连接到网络上，邻居和端口互通时网元是如何连接的。链路管理部分在数据面上两个相邻的节点之间维护控制通道，数据链路以及流量工程链路，并且在数据链路发生错误时，对错误进行隔离和定位，以迅速恢复。路由管理模块负责广播网络的拓扑信息和资源信息。信令部分负责建立和维护，删除呼叫连接信息。可供选择的信令有：PNNI、CR-LDP和RSVP-TE。

　　数据传送平面基于光交换技术，能实现波长、波带、波段和光纤级的多颗粒度交叉连接。采用光交换的好处是：透明性、高容量、兼容性、波长路由、可升级可扩展性。ASON传送平面指OXC，可能不含WDM链路，或者集成WDM链路。其核心的交换结构有多种，其中，最典型、用得最多的有两种：整体交换结构；分波交换结构。GMPLS数据面的处理分为典型MPLS和GMPLS两个部分。前者负责处理PSC LSR，即典型 MPLS中对数据的转发，后者则负责光域内数据的转发。因为波长级交叉需要巨型光开关矩阵，采用多颗粒度的交换结构，进行分级处理，以适度降低交换结构的规模。一般地，分别通过光纤级、波带级和波长级的交叉连接，只对一部分波长通道进行波长级交叉连接，其余只在光纤级或波带级实现梆定的交叉连接。但是，其代价是降低了交叉的灵活性、增加了阻塞概率。

4 智能光网络控制平面中的基本功能分析

　　一个设计良好的控制平面体系结构在支持更快的和更精确的呼叫建立的同时还应该为业务提供商提供对于其网络更好的控制，控制平面本身应该具备可靠性、可扩充性和高效性。总得来说智能光网络控制平面主要应包括以下几个功能部分：

4.1 邻居发现和链路参数的一致性

　　所有模型都有一个非常相似的要求即至少要了解何种终端系统连接到网络上,哪种网元是邻居，端口互通时网元是如何连接的，我们称这个过程为邻居发现，它应该是自动实现的。ITU-T ASON(G.8080)中的G.7714仅仅定义了对SDH/SONET/DWDM设备的发现机制。主要有以下几种发现邻居的方法：

　　同层发现：当邻居设备共享复用结构的共同级别，例如SONET接入复用器与SONET路径交换机接口连接时，自动邻居发现选项是由复用结构该层的功能决定的。

　　错层和/或单向发现：如果链路的两端运行在复用层次的不同级别，如一端执行复用功能或提供传输服务，本质上来说这是和单向邻居发现相同的问题。

　　服务发现：服务发现的概念与邻居发现是非常接近的，通过服务发现相邻网元能够了解每个网元提供的服务和确定可选的接口，举个例子来说在两个SONET/SDH 网元间建立了一条OC-48 连接，邻居也发现了，就如在光域服务互联ODSI服务发现和地址注册草案中建议的服务发现可以用来确定信号接口是否为其中一个网元所提供的，注意这一消息也为UNI模型和对等模型中的网元交流所使用。

　　众所周知，在传统的路由网络中，两个IGP的邻居之间必须用物理链路直连，否则二者不能成为邻居。因此，GMPLS重新定义了链路的概念，规定网络有权将部分LSP作为链路并在路由域内进行通告。为此，GMPLS还设计了一个复杂的链路管理协议（LMP），这是GMPLS体系中一个非常重要的组成。链路管理协议包括控制信道管理、链路所有权关联、链路连接性验证和故障隔离／定位等。

4.2 路由和拓扑的传播

　　目前ITU-T ASON(G.8080)中的G.7715 仅仅定义了对路由协议的基本需求，这些需求包括支持多个控制域，支持多样化路由，支持分层路由体系以提高路由的扩展性等，为了满足上述需求智能光网络路由协议必须支持多个控制域间的互通性，同时应支持链路状态路由Link State Routing 及源路由Source Routing 机制，从而保证分层路由体系及良好的路由扩展性。

　　同基于PNNI 的信令协议一样基于ATM PNNI 的路由协议也是智能光网络路由协议的理想选择之一并已得到实际应用，基于ATM PNNI 的光路由协议具有如下特点：

　　支持多层路由体系

　　支持链路状态路由机制

　　支持源路由机制

　　链路状态属性包括保护方式，最大带宽及可利用带宽，管理加权值Administrative Weight，最大传输时延，共享风险链路组Shared Risk Link Group 等等

　　目前IETF提出的智能光网络对等GMPLS网络模型划分为两个层次：分组交换层（PSC）和非分组交换层（Non-PSC）。非分组交换层当然还可以细分，特别是当TDM与光交换由不同设备完成时，进一步细分是非常必要的。每一个非分组交换层可以自成为一个AS（自制系统），即自成一个单独的路由域。每个域内可以运行不同的内部路由协议，GMPLS仅定义了两种扩展的IGP协议：OSPF-TE和IS-IS-TE，域间则运行扩展的BGP4。GMPLS是由MPLS－TE演进而来，MPLS－TE规定了两种寻址方式：显式路由（Explicit Route）和逐跳路由（hop by hop）。显式路由类似于源路由技术，在入口处指定路径中的每个节点；而逐跳路由则是由中间的每个节点自行决定下一个出口节点。很显然，逐跳路由模式要求中间的每个节点拥有全路由，这对于设备路由处理能力的要求是非常高的。所以为了降低对传输网络设备的要求，GMPLS指定显式路由（包括宽松型和严格型）作为设备必须具备的能力，将逐跳路由作为可选能力。

　　OIF正在考虑的NNI候选路由协议包括DDRP，BGP和GMPLS OSPF-TE等，而DDRP又有基于OSPF和IS-IS两种。DDRP（Domain to Domain Routing PRotocol）是分级链路状态路由协议，满足G.7715的路由体系结构。DDRP并不是一个全新的路由协议，而是分别基于OSPF和IS-IS两种路由协议而来。DDRP可以用于NNI路由协议，实现不同厂商的互通。

4.3 分布式呼叫连接信令的维护

　　智能光网络控制平面信令协议用于实现对端到端电路的建立维护拆除等控制与管理。目前在ITU-T ASON 的协议体系中有三个信令协议正在被研究论证，即基于PNNI 的G.7713.1、基于RSVP 的G.7713.2、基于CR-LDP 的G.7713.3。

　　PNNI起源于传统的电信信令协议(Q.2931, Q.931, SS7)，这些协议80年代后期已开始被广泛使用，已被人们广泛地理解。由于PNNI的成熟稳定性，再加上经简单的改进，即可应用于电路交换型智能光网络，使其成为目前实际应用中最为成功的智能光网络信令。ITU-T于2002 年2月提出了这个基于PNNI的G.7713.1，这是第一个关于ASON的草案。

　　RSVP起源于90年代后期的IP CoS技术，当时由于传输网又无法为互联网提供理想的传输平台，人们开始寻求在IP层能够部分地解决QoS问题。RSVP就是在当时提出的在IP 层建立端到端连接的信令协议，由于IP层之下物理网技术的复杂性RSVP不得不采用软状态Soft-state机制来维护端到端连接，这意味着需要专门的刷新信息来维持连接，从而使得软件设计复杂化。目前尚未得到RSVP 协议大规模应用的报告，此外为了支持智能光网络信令，IETF提出的GMPLS－RSVP-TE对RSVP协议做了大的扩充与改进，例如需要定义新的参数以描述时隙波长及波长范围等属性，RSVP的前途取决于今后IP路由与光网络的整合程度。

　　CR-LDP起源于2000年初期的IP MPLS技术，本质上IP MPLS是IP CoS思想的延续，它试图在IP层解决包括QoS流量工程等在内的棘手课题，从目前的实践看IP MPLS虽然得到了部分初级的应用，但QoS及流量工程的问题还远远未被解决。与RSVP类似为了支持智能光网络信令，IETF提出的GMPLS－CR-LDP对CR-LDP需要做大的扩充与改进。目前CR-LDP的具体实现比RSVP 还少其合理性尚待验证应，用前景不容乐观。

5 结束语

　　智能光网络控制平面被分解成：邻居发现，信令连接控制和路由拓扑/资源发现等几个基本的过程，不同的网络组织导致了几个不同的网络模型，这是构成以IP为中心的光传输网的控制和管理基础。目前从事智能光网络产品研发的有CIENA Lucent Nortel Sycmore Alcatel Marconi NEC等，其中CIENA公司开发出的新一代智能光网络是下一代网络NGN ASON自动交换光网络的前奏曲，其核心网和城域网的关键设备智能光交换机Core Director已在北美欧洲亚洲的近30家大型运营商得到广泛的应用，在技术和市场上应用中都处于领先地位。

参考文献

[1] 倪县乐，徐鹏，武穆青等.MPLS 宽带技术讲座：标签分发协议（LDP）.中国数据通信.2001，4.页号62~69.

[2] 张志群，张春红，饶超等.MPLS宽带技术讲座：CR-LDP信令协议与RSVP扩展协议，中国数据通信，2001.5，59~66

[3]《高速宽带光互联网技术》徐荣龚倩编著人民邮电出版社

作者简介：

　　1．谢新梅（1979-），女，湖南邵东人，南京邮电学院通信与信息系统专业研究生，2001年毕业于南京邮电学院通信工程系，目前主要从事无线和移动IP网络技术，全光互联网的研究。

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