OXC的智能控制技术研究

2019-11-03 18:22:00

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供稿：网友

何海吴国锋
中国电子科技集团第34研究所

　　摘要本文介绍了智能光网络基本概念，并重点研究节点设备OXC在智能光网络中的部署策略及控制机制。

　　关键词 ASTN/ASON GMPLS OXC

1 智能光网络的基本概念

　　2001年ITU-T的G.ASTN主要从网络框架结构方面提出要求，定义了自动交换传送网(ASTN)要求，描述了ASTN控制平面的网络级要求。而以WDM为基础的光层组网技术和以ip为基础的网络智能化技术的结合，形成了以OTN为基础的ASTN--自动交换光网络 ASON（G.ASON 定义）。ASON（也称智能光网络）--经用户发出请求，由信令网控制实现光传送网内链路的连接/拆线、交换、传送等一系列功能的新一代光网络。可以说是光传送网+智能化。ASON/ASTN是一种分层体系结构，分三个逻辑平面：传送平面（TP）、控制平面（CP）和管理平面（MP）。各种相关现成的协议技术，尤其是通用多协议标签交换(GMPLS),都可能稍加修改而纳入做它各分层及其之间的实现技术。

2 ASON/GMPLS中的OXC

　　WDM网在枢纽节点引入OXC而极大的改善了组网的灵活性，开始演变为光联网，ITU－T称之为光传送网。然而，OXC尽管具有灵活的组网能力，但传统上的OXC仅具有静态网络配置的能力，主要靠网管系统进行调配，不能应对日益动态的网络和业务环境，特别是随着IP业务成为网络的主要业务后，IP业务量的不确定性和不可预见性，对网络带宽的动态分配要求将越来越迫切，网络急需有实时动态配置能力，即智能光交换能力。这也正是ASTN/ASON中的OXC应具备的智能特征。光网交换的智能化离不开硬件上的OXC技术，它们对ASON的支持主要体现在以下几个方面：对动态连接的支持；对保护恢复的支持；对多业务的支持。

　　ASON关键或智能之处就在于同现有的传送网络相比，引入了一个“网络动态交换引擎”的CP,智能光网络内的呼叫、连接控制的功能都是由CP完成的。显然OXC的智能在于能读懂、实施、支持ASON CP的各种路由信令协议，而GMPLS是对MPLS控制平面在光层上的扩充。特别是GMPLS引入链路管理协议（LMP），将MPLS的标签控制对象从IP包或ATM信元扩展到SDH的VC/VP（虚通路/虚通道）、光路的波长及光纤，相应的控制面上也增加了这些类型接口的支持。可以说OXC实现智能的关键在于具有ASON/GMPLS信令接口。下面将探讨怎样智能OXC及其在 ASON/GMPLS下的控制机制。

　　如图1所示。CP与TP通过连接控制器（CCI）连接，MP分别通过网络管理接口（NMI-C）和（NMI-T）与CP和TP连接。CP是核心，控制面不是要代替目前的网管系统，它的主要工作是完成资源发现、状态信息传播、通道选择和通道管理等功能,而未来的网管系统将提供性能监测和管理，两者是相辅相成的。CP通过GMPLS协议信令的交互完成对TP的控制；TP用于转发和传输用户数据；MP管理网络设备，并对控制平面的功能进行补充。在ASON/GMPLS中部署OXC，可有两种方式：ASON/GMPLS集中控制的和完全智能分布的。各有优点，前者易在现有的OXC设备升级，见效快，实际上是一种重叠结构。后者生存性强，难度较大，但是是满足ASON/GMPLS的OXC智能化方向。

2．1 ASON/GMPLS集中控制分布的OXC

　　基于ASON/GMPLS集中控制的OXC和LSR(标签交换路由器)网络单元组成的传送网如图2所示。OXC系统内部控制操作由GMPLS控制平台远程控制命令到协议适配器来配置。GMPLS控制平台的设计独立于OXC和LSR的具体交换技术及特殊的执行细节，因此增加协议适配器，采用本地的适配控制机制适合不同OXC和LSR交换控制。ASON/GMPLS的OXC系统部分除完成光层部分的交换，还需要完成与LSR的连接和控制，并基于波长数据和光纤物理空间作出数据转发决定和转发数据。LSR相对于OXC来说是一种边缘设备，完成电域的IP数据交换，与GMPLS控制平台一起完成IP数据流量监控。OXC与LSR之间有直接的光纤连接。GMPLS控制平台有两种控制通道，分别与LSR、OXC连接，共同完成OXC传送网的流量工程。

　　下面将讨论ASON/GMPLS中的OXC系统的控制机制。GMPLS控制平台（后简称控制台）下还包括LSR网络单元，讨论OXC系统控制机制前了解下LSR。LSR完成IP数据交换，建立IP用户与传送网络的联系。通过数据分组交换接口、时分复用接口、电交换矩阵、SDH系统，根据数据分组的信息和基于时隙完成数据转发。LSR之间的连接通过重新配置OXC连接来改变，LSR输入输出端口和OXC的O/E、E/O连接,端口的配置由OXC来操作。LSR通过周期洪泛式广播它的链路状态信息，这样，其它LSR就能准确决定路由，保证QoS。控制台能收到LSR通过扩展的OSPF洪泛机制广播它的链路状态信息，掌握当前网络的运行状态，进行有效的控制。

　　2．1．1 OXC系统所需要的控制消息，参数和它们行为和可能的响应类型。

　　1 本地上下这个消息在本地建立信号通道上下连接，该消息包含入口光纤、波长号、出口光纤、波长号和波长转换器(WC)等参数。

　　2 连接建立这个消息在入口光链路和出口光链路之间建立连接，两条光链路都必须是“暗”的。该消息包含入口光纤、波长号、出口光纤、波长号和WC及波长交换矩阵(WS)等参数。

　　3连接释放该消息释放一个OXC中建立的入口波长和出口波长的连接，它包含该连接的连接号。

　　4 端口连接该消息连接一个“暗”OXC的入口链路到LSR的输入端口，或者连接一个LSR输出端口到一个OXC出口链路。该消息包含相应的入口光纤、波长号和输入端口号参数，或输出端口，出口波长、光纤号参数。

　　5 端口断开断开消息断开一个已经建立的入口链路到一个LSR的输入端口连接，或者断开一个LSR的输出端口到一个出口链路的连接。该消息包含相应端口连接号参数。

　　执行上述各消息前必须考虑资源的可用性并以参数形式记录。如果消息正确执行，OXC将发回控制台一个ACK信号，并包含相应端口号、连接号等参数。在收到ACK后，控制台刷新相关可用资源参数表。否则，就返回一个NACK消息到控制台。

　　6 系统查询系统查询消息用来查询OXC的资源可用情况。如果所指定要查询的资源均可用，OXC将返回ACK给控制台，如果指定的资源中任何一个不可用，OXC返回NACK并包含不可用资源的列表。此消息同时更新资源状态和控制台数据库状态参数表。

　　7 状态报警状态报警消息由OXC发向控制台，分紧急和一般报警。紧急报警，如OXC监测到的光信号丢失或光解复用器、光复用器、WC、WS的转换失败、EDFA泵浦电流过大、功率均衡单元失效等。一般报警是指EDFA温度偏高、功率均衡单元均衡能力接近临界状态等。另外，OXC连续检测它的各个单元工作状态后，还需周期性地向控制台报告自己的状态。

　　2．1．2 基于GMPLS的OXC传送网的流量工程

　　基于GMPLS的OXC传送网的流量工程也可分分布与集中两种模式。集中模式是所有的路由计算、控制命令都在一个地方完成与发出，分布模式是路由计算和控制在所有的LSR或OXC上进行，两者各有其优缺点。集中模式控制简单，但缺少可扩展性和鲁棒性；分布模式具有可扩展性，但相互之间要交换很多的状态信息，相互存在较强依赖性。

　　实际应用上，光通道的设置要比标记交换路径LSP的设置少得多，在光路由中可扩展性并不显得十分关键。而且，如果每一个光路径计算都依靠其它的部分，而它们相互又都是排外地占有资源，所以分布模式并不是光路由的很好的选择，所以我们采用集中模式。LSR与OXC分别和控制台通过控制通道连接，实现OXC传送网的流量工程。

　　控制台与网络单元信息交换

　　控制台以集中方式控制动态光路由。交换信息包括：(1) 一条链路上的流量增长：如果一条链路的使用接近饱和状态，控制台将通过在两个LSR之间配置一条新的光通道来增加带宽。(2) 一条链路上的流量减少：如果一条链路大部分未被使用，那么它的剩余带宽将被释放出来增加整个网络的可用资源。 (3) 入口和出口LSR之间的流量增加：当一对入口和出口LSR之间的流量增加很多，可以通过在两个LSR之间建立一条直接的光通道来解决。

　　网络单元间的信息交换

　　(1) LSR到控制台：主要发送链路状态信息，控制台通过扩展的OSPF、LMP等协议管理、控制链路。(2)控制台到LSR：控制台控制LSR之间的链路和光通道连接，发出四种消息：a. 建立链路：当两个没有直接连接的LSR之间需要建立一条新的光通道时发出该消息。b. 拆除链路：该消息拆除两个LSR之间的一条链路，并删除该链路的光通道。c. 增加带宽：在两个已有直接连接的LSR之间建立一条新的光通道发出该消息。d. 减少带宽：该消息删除两个LSR之间的一条光通道。(3)控制台到OXC：链路建立、带宽增加、波长连接及绑定端口组合，链路删除、带宽减少将、波长断开及解绑端口组合。消息执行，控制台刷新可用资源。（4）OXC到控制台：OXC到控制台主要是报警消息，控制台收到后更新网络状态参数表。

　　流量工程程序

　　流量工程的基本程序由上述这些网络原件之间的消息联合组成。这些程序针对流量功程的主要目标，包括：（1）最小资源利用（2）自动额外带宽的提供（3）解决光纤断路或网络设备故障的恢复。

　　2．2 完全分布的智能的OXC

　　由前两图我们可看到OXC在ASON/GMPLS中的功能及与LSR、CP、MP的关系。控制面是智能光网络技术的核心部分，ASON/GMPLS控制面中的功能块之间的通信将通过标准的接口信令方式来实现。可以说，智能光网络的具体实施的关键是对接口的定义和具体接口之间的协议方案。这些接口包括：网络节点接口（NNI）；用户网络接口（UNI）,它不支持选路功能,其主要任务包括：连接的建立、拆除、状态信息交换、自动发现和实现用户业务传送；连接控制接口（CCI）、网管接口（NMI）、物理接口（PI）。完全分布智能化的OXC的关键也在于此，需要引入一个支持相应类型接口的控制面--ASON/GMPLS协议适配器。此时ASON/GMPLS中的OXC的结构将演变成如图3。NMI是协议适配器与MP之间的接口，负责MP的主要功能是建立、确认和监视光通道，并在需要时对其进行保护和恢复。UNI是不同域、不同层面之间的信令接口。通常在这个接口传递的基本信息应包括呼叫控制、资源发现、连接控制和连接选择，与LSR之间就是UNI接口。为了避免将子网络内部信息暴露给外部不可信的子网络，NNI被分为两种类型，即外部网络节点接口（E-NNI）和内部网络节点接口（I-NNI）。

　　ASON/GMPLS协议适配器和OXC交换模块之间直接通过CCI、O/E或E/O进行连接。这种具有ASON/GMPLS协议适配器控制模块的OXC系统为网络带来分布的控制，支持软永久性、交换连接等智能特征，提高了网络的生存性，完全适应ASON的要求。

3 结束语

　　WDM的空前发展带动了OXC/OADM的发展和应用，ASON已成为光传送网发展的趋势。ASON的建设和发展都给OXC的应用提供了更广阔的舞台。建设ASON，对OXC的智能控制技术的研究显得很重要。

参考文献：

1 王健全，施社平，桂烜，顾畹仪. 光交叉连接/光分插复用器的应用前景. http://www.zte.com.cn/Magazine/magazine.asp ,41期。2002.8

2 Daniel, O. Awduche, Yakov Rekhter, John Drake, Rob Coltun.Multi-PRotocol L ambda Switching:Combining MPLS Traffic Engineering Control With Optical Crossco nnects.Internet Draft, Work in Progress, November 1999

3 Ken ichi Sato, Naoaki Yamanaka, Yoshihiro Takigawa.GMPLS Based Photonic Multilayer Router Architecture: An Overview of Traffic Engineering and Signal Technology［J］. IEEE Communication Magazine, March 2002: 96～101Study on the intelligent control technology for OXCAbstract Firstly,the fundamental conception of Automatically switched Optical network(ASON) is introduced. How to apply OXC and especially what control mechanism in ASON is then discussed primarily in this paper.KeyWords ASTN/ASON GMPLS OXC

作者简介：何海（1976-），男，2000年至今主要从事DWDM光网络节点OXC设备研制及智能光网络的节点设备研制。

摘自　光纤新闻网

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