ASON端到端业务提供的实现方案研究

2019-11-03 18:26:21

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供稿：网友

　　万晓榆张洪管文明重庆邮电学院下一代网络应用技术研究所

　　Research of Scheme to Realize End-to-end Service PRovision in the ASON

　　Wan Xiao-yu Zhang Hong Guan Wen-ming

　　（Next Generation Network application Technology Institute of CQUPT, Chongqing 400065）

　　摘要：在分析运营商在ASON中提供端到端的业务所面临的机遇、问题和挑战的基础上，本文从与管理平面和控制平面相关的几个重要因素出发，分析了实际应用的几种情况。本文沿着三条基本主线，即位置、粒度和所有权，提出了在地区（局部规模）和全国（全局规模）组网情况下，提供端到端光业务的几种方案。

　　关键词：自动交换光网络，端到端，业务提供, 网元管理系统

　　Abstract: In this paper we address the opportunities, issues, and challenges associated with end-to-end optical service provisioning in carrier’s networks. A number of scenarios are analyzed from a practical perspective, considering important aspects relevant to the management and control planes. Along the lines of three basic dimensions, locality, granularity, and ownership, we presents several solutions of provisioning end-to-end optical services in regional （local scale) and national (global scale) networking scenarios.

　　Key Words: ASON, End-to-end, Service Provision, EMS

　　1. 前言

　　在自动交换光网络（ASON）中，自动发现、业务提供及恢复等主要功能将采用自动控制的方式，尽量减少人工干预，将大大提高业务的传递速度，从而提高网络效率和容量利用率。随着自动控制从核心网向城域网以及接入网的延伸，由于城域网和接入网中的连接更为频繁，业务量波动更大，自动控制的优势将更加明显。从用户的角度来看，自动控制能够提高用户请求和建立连接操作的水平，改善业务的服务质量（QoS）。

　　随着自动控制能力的加强，业务提供者更多地使用术语“端到端”来描述它们提供业务的能力。实际中，端到端不仅依赖于网络的覆盖和延伸，还有赖于现有基础设施和承载网所提供的功能。对于特定的业务提供者来说，端到端的业务提供意味着业务需要跨越多个城域网和全国的骨干网，然后再提供给具体的用户。而对另一个业务提供者来说，端到端的业务提供可能包括部分的城域网和接入网，仅需要跨越一个城域网即可提供到具体的用户。随着光网络的发展，这种自动控制的端到端业务提供方法将逐步扩展到终端用户，今后无论是商业用户还是普通用户，都将使用到自动控制的端到端业务。因此，研究在ASON中如何实现端到端业务的提供，是一件很有意义的工作。

　　2. ASON层次结构简述

　　近年来，网络业务量爆炸性增长，各种新型业务如视频点播、带宽租用、虚拟专用网(VPN)等不断涌现。这为服务提供商带来了广阔的市场和全新的利润增长点。但同时，也对传送网络提出了更高的要求。：新业务的不可预测性使得静态的网络资源配置方式与动态的业务分布模式相适应增加困难；密集波分复用(DWDM)的发展，使传输容量极大地提高，而光网络的管理与控制若仍然采用传统模式，就不能及时提供各类业务所需的带宽。自动交换光网络(ASON)能够自动完成网络连接，作为新型网络它能够解决这些问题。

　　ASON以光传送网(OTN)为基础，是一种利用独立的控制平面来实施动态配置连接管理的网络。传统的传送网只涉及客户层信号的传送、复用、交叉连接、监控和生存性处理，通常不含交换，只具备较低的功能。因此，在传统的传送网中引入动态交换的概念不仅是几十年来传送网概念上的重大历史性突破，也是传送网技术的一次重要突破，使传送网具备了自动选路和管理的更高智能。而且，这类新型网络的一个重要特点是支持多种客户信号，因此是与客户和技术独立的网络。

　　由于ASON不同于传统的光网络。它在传统网络基础上增加了一个新的控制平面，因此ASON网络由3个平面组成。传送平面由一系列的传送实体组成，包括交叉连接单元和物理传送链路。传送平面负责为网络用户间数据传输提供所需的带宽与连接。控制平面和管理平面通过指挥这些物理实体的动作来实现需要的连接。此外传送平面还可以用于提供控制平面和管理平面的通信通道。根据构建传送平面的基础设施在网络中的位置（骨干网、城域网、接入网），所组建的传送平面将有所不同。

　　如前所述，传送平面的发展增加了对资源管理自动控制端到端业务的提供和恢复速度的需求。为此，人们引入了多种新的智能化功能，以便对网元提供更为有效的自动控制。通常，这些操作以分布式的方式完成，具备自动发现网络资源、路由、业务的提供和传送平面失效的恢复等功能。我们知道，传统光网络的网管能力有限，在网络出现故障或网络繁忙时已难堪重负，更不用说去执行这些智能化的自动控制功能。因而，人们从管理平面分离出一个独立的控制平面。这里需要说明一点的是，虽然说传统网络系统能力不足，必须独立出一个控制平面，但并不是说控制平面的出现将取代网管平面。控制平面是ASON区别于传统光网络的主要标志，控制平面包括一系列实现路由选择和信令等特定功能的组件，用于支持连接的建立和释放等。控制平面可以独立于管理平面指挥传送平面完成连接的建立、释放等功能，也可以在管理平面的作用下实现连接的控制。其基本功能包括提供呼叫控制、呼叫许可控制、连接管理、连接控制、连接许可控制，支持UNI/NNI接口及与其他网络互连，支持与网管系统的联系，支持多域环境中的连接管理，支持动态带宽分配，支持多种连接方式，支持呼叫控制和连接控制的分离等。

　　管理平面与控制平面技术互为补充，实现对整个网络的管理。ASON网络的管理平面除了实现传统网络管理的基本功能外，还需要实现控制平面链路资源信息的管理，网络地址配置和寻址，以及负责控制平面的控制策略制定和网络整体协调等功能。实际中，绝大多数的管理平面功能由一个集中的运营支撑系统（OSS）执行，通过数据通信网（DCN）直接接入到网元。

　　管理平面和控制平面的通信通道可以采用嵌入在传输路由的数据通道例如使用传送平面的开销字节，也可以用DCN网络提供。上述管理平面内部的信息传递，用户网络接口(UNI)、网络节点接口(NNI)之间的信令信息传递都通过数据网络提供实际支持。

　　上述3个平面使用4个重要接口实现信息交互。4个接口为：连接控制接口(CCI)、网络管理接口(NMI)、NNI和UNI，其中CCI连接控制平面和传送平面，用于传递控制信息和同步传送资源状态信息；NMI包括管理平面和控制平面(NMI-A)之间的接口以及管理平面和传送平面(NMI-T)之间的接口，分别实现管理平面对控制平面和传送平面的管理；NNI包括内部网络接口(I-NNI)和外部网络节点接口(E-NNI)，用于实现控制平面内部的信息交互；UNI是用户网络和核心传送网络之间的接口，实现客户网络和核心传送网之间的信息交互。

　　3. 端到端的光业务提供

　　在讨论端到端的光业务提供情况前，首先需要看一下与控制平面的融合相关的问题。

　　3.1控制平面融合问题

　　当传送平面中的网元由不同的制造商提供时，在增强现有管理平面和提供自动化的跨多制造商的业务时，有三种可能性：

　　1.运营商相关的融合控制平面（图1a）

　　2.与运营商无关的第三方统一控制平面（图1b）

　　3.基于标准的外部NNI，E-NNI（图1b中虚线所示）

　　在这几种融合控制平面中，与现有运营商控制平面的融合方案要比购买一个制造商控制平面涉及的范围更广，因为新购买的制造商控制平面与现有的运营商控制平面间需要多种接口，增加了融合的复杂性。尽管这种方法在近期内看起来成本较低，但随着时间的推移，随着商业需求变化，随着一些新的业务和标准的添加，会使成本变得越发昂贵。

　　一种更好的方案是与建设与运营商无关的第三方统一控制平面，此控制平面位于现有制造商的控制平面之上、运营商的管理平面之下。此方案比维持动态商业需求的花费要少，因为在该方案中统一控制平面软件体系的设计费用将转嫁到第三方，而不是运营商。

　　相比之下，基于标准的不同制造商控制平面间的E-NNI是一种最优的融合方案，因为ITU-T和IETF都将E-NNI定义为不同制造商控制平面间的接口。然而，目前的接口协议只能适用于单个管理域，没有考虑多制造商控制平面间所需的E-NNI。为此，OIF和IETF目前正在积极修改现有的协议，以便用于多个管理域。只有E-NNI的协议全部标准化之后，第三方的与运营商无关的统一控制平面才可能成为一种最有吸引力的解决方案。

　　接下来，我们再来看一下运营商的管理平面和制造商的网元管理系统（EMS）之间的区别。通常，运营商的管理平面包括所有的制造商具体的EMS，另外还包括运营商具体的后台支撑系统，由运营商根据不同的商业需要来实现。如果城域网和核心网中配置了同一个制造商的传送平面，有这些区别就意味着运营商可以拥有针对城域网和核心网的两个管理平面，但却只有同一制造商的EMS。同样，我们可以将其扩展到多个运营商的情况，即运营商有不同的管理平面，但可能有同一个针对具体制造商传送平面网元的EMS。

　　将多个制造商的控制和管理系统与已有的运营商管理平面进行融合时，运营商管理平面必须和以下元素进行融合：

　　1.多个制造商的EMS；

　　2.多个制造商的控制平面；

　　3.与运营商无关的第三方统一控制平面。

　　一般来说，连接管理平面的三个接口（如图2所示）不可能同时使用。如，统一NMI-C接口通常用于更新管理平面的端到端连接，这种连接由与运营商无关的统一控制平面提供。如果管理平面关注于一个制造商域内的更新的网络资源的可用性和状态，则它会利用普通NMI-C接口。NMI-T接口在管理平面被要求传送（接收）消息到（从）传送平面网元时才会被使用。多个接口（如NMI-T、NMI-C等）的使用一定程度上使得跨越多个制造商产品的统一控制平面的配置和使用更为复杂。然而，这些具体的接口可以在统一控制平面失效的情况下继续使用，使得网络不会因为统一控制平面的失效而影响管理与控制平面间的通信。实际上，统一控制平面的引入主要是用来减少管理平面中分离的制造商EMS与每个制造商控制平面间的接口，从而减少统一控制平面和运营商管理系统之间融合的复杂性。

　　3.2 端到端业务的提供

　　在目前网络环境下，与端到端光业务的提供相关的网络属性主要有位置（locality）、粒度（granularity）和所有权（ownership），通过改变他们的组合可以确定出各种组网情况。

　　其中，位置可分为地区性（regional）和全局性（national）两种情况，地区性表示业务量保持在一个给定的区域，没有跨越任何城域核心网。相反，全局性表示设定的端到端业务不是仅局限于在本地而是穿越了至少一个城域核心网。粒度属性可分为单粒度（single-granularity）和多粒度（multi-granularity）两种情况，在单粒度情况中，一个单子网节点池（SNPP）中的单子网节点（SNP）被用来表示一个单层传送平面的控制平面视图。相反地，在多粒度情况下，SNPP中的多个SNP被用于表示多层传送平面的控制平面视图。所有权属性同样也可以分为单所有权（single ownership）和多所有权（multiple ownership）两种情况，其中单所有权表示端到端光业务发生在同一运营商范围之内，此时由单个管理平面来管理传送平面网元，而多所有权情况则需要多个管理平面，多所有权情况通常在业务量满足以下情况时发生：

　　1.不同运营商间的传输，无论是区域性的还是全局性的；

　　2.穿越属于同一业务提供商的城域核心网，但网络由不同的商业组织进行管理。

　　这里，需要注意一点的是所有权与管理域的概念有所不同。单管理域是指由单个制造商的EMS（使用单一的策略）来管理传送平面网元以提供端到端的业务，多管理域是指由采用多个制造商提供的EMS（有多套策略）来管理端到端的传送平面资源。

　　在端到端光业务为地区性情况下，位置（locality）属性在是固定的，业务仅局限于一个给定的区域，不跨越任何城域核心网，但可以存在不同的粒度和所有权。如果是单粒度，则说明每个SNPP中的SNP代表了一个单传输层，如果是多粒度，则说明每个SNPP中的多个SNP代表了多个传输层。与此类似，单所有权表示只有一个管理平面，而多所有权则表示拥有多个管理平面。图3描述了拥有多个管理域的区域性单层单所有权情况，并给出了其中所有可能的操作模式。

　　在端到端业务为全局情况时，端到端业务将穿越城域核心网。此时位置属性不再固定，且可以存在着不同的粒度和所有权。与地区性情况不同，在全局情况下管理平面通常至少被分成了两个部分，这是因为到在一个运营商内城域网和核心网分别对应着一个管理平面。这样一来，在全局情况下，无论是单所有权还有多所有权都拥有多个管理平面。至于粒度属性则是与地区性情况相同。图4给出了全局情况下的所有操作模式。

　　表1对提供端到端的光业务时管理平面和控制平面所完成的功能作了一个总结。从位置属性来看，无论是区域还是全局情况，管理平面都将负责提供服务器层，尤其是服务器层的连接是永久性连接而非交换式连接。相反，连接为交换式连接而非永久连接时，控制平面将负责提供客户和服务器层。从粒度属性来看，单粒度情况下服务器层和客户层没有区别，因为一个SNPP只有一个SNP，而多粒度情况则有所不同。如果是一个多粒度情况下的恢复操作，客户层和服务器层可能都是由管理平面提供，但服务器层只能由控制平面恢复。这样做的一个原因是能够对由于光纤断裂引起的多个永久客户连接同时失效的恢复。

　　4 结语

　　在单个运营商内和不同运营商之间扩展端到端的光业务是提供不同层次业务的关键所在，如提供有差别的专线业务和O-VPN业务。本文阐述了在运营商网络中提供端到端的光业务所面临的机遇、问题和挑战。从实际运营的角度分析了控制平面融合的问题并提出了两种端到端业务提供的方案。

　　将统一控制平面方案和制造商管理及控制系统融合到现有运营商的管理平面中存在许多困难。如何将现有管理平面的运行模式改进到一个针对端到端光业务提供的管理及控制平面的融合解决方案也有待更进一步的研究。但正如本文所述，光的端到端业务的演进目前只是刚刚开始，它的未来取决于ASON体系结构中位置、粒度和所有权三者如何更好地实现平衡。

　　参考文献：

　　[1] ITU-T Rec. G.8080/Y.1304, “Architecture for the Automatic Switched Optical Network (ASON).”

　　[2] “Generalized Multi-Protocol Label Switching Architecture,” IETF draft, draft-ietf-ccamp-gmpls-architecture-07.txt

　　[3] ITU-T Rec. G.7042/Y.1305, “Link Capacity Adjustment Scheme (LCAS) for Virtual Concatenated Signals.”

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　　[5] ITU-T G.694.1, “Spectral Grids for WDM Applications: DWDM Frequency Grid.”

　　[6] ITU-T Rec. G.874, “Management Aspects of the Optical Transport Network Element.”

　　[7] ITU-T Rec. G.7713/Y.1704, “Distributed Call and Connection Management.”

　　[8] ITU-T Rec. G.7715, “Architecture and Requirements for Routing the ASON.”

　　[9] “Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS) Signaling Functional Description,” IETF RFC 3471.

　　[10] “Routing Extensions in Support of Generalized MPLS,” IETF draft, draft-ietf-ccamp-gmpls-routing-05.

　　[11] “Framework for GMPLS-Based Control of SDH/SONET Networks,”IETF draft, draft-ietf-ccamp-sdhsonet-control-02.

　　[12] Wesam Alanqar, Admela Jukan, “Extending End-to-End Optical Service Provisioning and Restoration in Carrier Networks: Opportunities, Issues, and Challenges” IEEE Communication Magazine. 2004,(1):52～60

　　作者简介：

　　万晓榆，男，重庆邮电学院教授，重庆邮电学院下一代网络（NGN）应用技术研究所所长，硕士生导师，主要研究方向为NGN技术与应用、光通信技术，发表论文数十篇，出版学术专著4本。

　　张洪，男，重庆邮电学院下一代网络（NGN）应用技术研究所2003级在读硕士研究生，主要研究方向为NGN技术与应用。

　　管文明，男，重庆邮电学院下一代网络（NGN）应用技术研究所2002级在读硕士研究生，主要研究方向为NGN技术与应用。

摘自光纤新闻网

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