下一代光傳送網(wǎng)ASON

摘要　提出當(dāng)今解決光傳送網(wǎng)所面臨問題的方法，是采用既能低成本建網(wǎng)又能智能化完成交換連接的自動交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)；介紹回顧了光傳送網(wǎng)ASON技術(shù)的產(chǎn)生和取得的成果，以及ASON中幾種關(guān)鍵控制平面技術(shù)的發(fā)展情況；闡述了ASON控制平面與傳統(tǒng)傳送網(wǎng)的本質(zhì)區(qū)別、管理平面智能化管理特點所帶來的3種優(yōu)點，以及傳送平面中光交叉連接(OXC)的6種主要交換結(jié)構(gòu)、發(fā)展方向和存在的主要問題；最后綜述了新一代基于數(shù)字同步系列(SDH)提供多種業(yè)務(wù)、集成傳輸、交換和路由功能的多業(yè)務(wù)傳送平臺(MSTP)技術(shù)，并描述其新功能和遠(yuǎn)期目標(biāo)。

關(guān)鍵詞　自動交換光網(wǎng)絡(luò)　通用多協(xié)議標(biāo)簽交換　控制平面　管理平面　傳送平面

0　引言

　　近年來，隨著骨干網(wǎng)上IP等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆炸性增長，波分多路復(fù)用(WDM)技術(shù)廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中，并提出了“IP over WDM”組網(wǎng)模型，這種模型省去ATM甚至SDH/SONET層面，同時只須“過度建設(shè)(overbuild)”超大容量的光傳送網(wǎng)，就可以保證IP業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)。然而，這種網(wǎng)絡(luò)模型的建網(wǎng)方式價格昂貴，其主要原因是SDH傳送分組(POS)接口和WDM系統(tǒng)的波長轉(zhuǎn)換器(OTU)價格較昂貴，過度建設(shè)的策略會使網(wǎng)絡(luò)成本居高不下。因此，有必要建立一種新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，以便更經(jīng)濟有效地支持未來的大容量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)[1]。IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也具有突發(fā)性和不確定性，這為通過對光網(wǎng)絡(luò)帶寬實行動態(tài)分配和調(diào)度、實現(xiàn)有效的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供了契機。一種既能大規(guī)模降低建網(wǎng)成本，又能提高帶寬利用率的新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)----自動交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)應(yīng)運而生。

1　光傳送網(wǎng)ASON技術(shù)的發(fā)展

　　2000年3月，國際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)部(ITU-T)SGl3會議正式提出并開始規(guī)范ASON。它的誕生是為了適應(yīng)光傳送網(wǎng)在發(fā)展過程中對智能化和自動化的迫切需求，其目標(biāo)是實現(xiàn)高效率光傳送層面上的智能標(biāo)準(zhǔn)化。ITU-T的智能光網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)稱為G.ason/G.astn。目前，ITU-T的工作停留在定義和制定體系結(jié)構(gòu)階段。

　　2000年7月，朗訊采用貝爾實驗室的一項革命性成果----基于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的256×256矩陣光開關(guān)，推出全球第一個真正意義的光波長路由器(WaveStar LambdaRouter)，以此為標(biāo)志業(yè)界拉開ASON設(shè)備研制的序幕，但不久在全球電信市場低迷的背景下，大部分產(chǎn)品停止開發(fā)，ASON產(chǎn)品的推出進程戛然而止。然而，關(guān)于ASON的重大研究計劃并沒有停止。歐洲電信研究和戰(zhàn)略研究所支持幾項關(guān)于ASON的重大研究計劃，我國的“863”計劃也支持ASON項目。

　　基于電交叉的自動交換傳輸網(wǎng)已投入商用，美國AT&T公司在全國范圍敷設(shè)了連接100個城市的智能光網(wǎng)絡(luò)，由100臺CIENA光交換機和800多臺SONET多業(yè)務(wù)平臺構(gòu)成。前者完成以45 Mbit/s為基礎(chǔ)帶寬顆粒的實時交換和動態(tài)調(diào)配，后者在網(wǎng)絡(luò)邊緣把低速業(yè)務(wù)匯聚至2.5 Gbit/s或10Gbit/s速率。新網(wǎng)絡(luò)降低成本、提高帶寬利用率、簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次，使全網(wǎng)的恢復(fù)時間縮短到數(shù)百毫秒。

2　ASON的分層體系結(jié)構(gòu)

　　ASON是可智能化完成光網(wǎng)絡(luò)交換連接功能的下一代光傳送網(wǎng)。它通過自動鄰居發(fā)現(xiàn)、自動業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)、選路算法、光通路管理和端到端保護等功能的相互協(xié)調(diào)，建立一種可行、可靠的保護恢復(fù)機制，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的自動發(fā)現(xiàn)，提供智能光路由，并提供分布式智能恢復(fù)算法[2]，是一種具有高靈活性、高可擴展性的基礎(chǔ)光網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。它能在光層上直接提供服務(wù)，快速滿足用戶需求，有效解決網(wǎng)絡(luò)可擴展性、可管理性、快速配置用戶帶寬、對用戶帶寬提供端到端保護等問題，便于開展波長批發(fā)、波長出租、帶寬貿(mào)易、按使用量付費、光VPN和動態(tài)路由分配等業(yè)務(wù)。

　　從功能層面來講，ASON由控制平面、管理平面和傳送平面三大平面組成[3]。

　　與傳統(tǒng)光傳送網(wǎng)相比較，ASON的一個明顯不同就是引入控制平面，使整個光網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)前所未有的變化，ASON的3個平面分別完成不同功能。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)類似，傳送平面仍負(fù)責(zé)傳送業(yè)務(wù)，但這時傳送平面的動作卻是在控制和管理平面的作用下進行的；控制和管理平面能對傳送平面的資源進行操作，這些操作是通過傳送平面與控制和管理平面之間的接口完成的[3]。同時，管理平面起到高層管理者的作用。管理平面中有3個管理器：控制平面管理器、傳送平面管理器和資源管理器，這3個管理器是管理平面與其他平面之間實現(xiàn)管理功能的代理。此外，從圖1還可看出，在控制平面與其他平面之間也存在不同接口，通過這些接口，控制平面可實現(xiàn)與管理平面之間功能的協(xié)調(diào)和對傳送平面資源的管理操作[4]。

3　ASON的控制平面

　　智能光網(wǎng)絡(luò)的特征在于能根據(jù)用戶的需求動態(tài)分配光通道。由于控制平面的引入，使光網(wǎng)絡(luò)中原本固定靜態(tài)的連接逐步演變成3種類型：永久性連接(PC)、軟永久性連接(SPC)和交換連接(SC)[5]。PC和SC都可由控制平面中的信令和路由技術(shù)來實現(xiàn)，唯一的差別在于SPC是在網(wǎng)絡(luò)邊緣存在永久連接，利用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的SC來提供網(wǎng)絡(luò)邊緣PC之間的端到端連接。

　　在未來的智能光網(wǎng)絡(luò)中，將由控制平面快速有效地配置SPC和SC。正是由于SC的引入，才有了根據(jù)用戶需求產(chǎn)生恰當(dāng)光通道的能力。這種能力與ASON中控制平面的作用息息相關(guān)，如果沒有控制平面，ASON就不具備自動交換能力，就沒有智能化的靈魂�？刂破矫嬗尚帕罹W(wǎng)絡(luò)支持，它由多種功能部件組成，包括一組通信實體和控制單元(光連接控制器(OCC))及相應(yīng)接口。這些功能部件主要用于調(diào)用傳送平面的資源，以提供與連接的建立、維持和拆除(釋放網(wǎng)絡(luò)資源)有關(guān)的功能。

　　目前，涉及智能光網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作的國際標(biāo)準(zhǔn)組織和準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)組織有ITU-T、光互聯(lián)網(wǎng)論壇(OIF)和因特網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)，每個組織都有一整套自己的結(jié)構(gòu)原理和要求，并據(jù)此開發(fā)控制平面機制[6]。

　　ITU-T采用傳統(tǒng)的從上往下設(shè)計方法，主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)性能、設(shè)備功能要求和物理層規(guī)范等，已完成一系列標(biāo)準(zhǔn)，稱為G.ason/G.astn。例如：G.8070定義自動交換傳送網(wǎng)(ASTN)總體要求；G.8080定義ASON結(jié)構(gòu)；G.7713定義協(xié)議獨立的分布式呼叫和連接管理信令；G.7713.1定義基于專用網(wǎng)口間接(PNNI)的DCM信令；G.771.3.2定義使用通用多協(xié)議標(biāo)簽交換(GMPLS)RSVP-TE的DCM信令；G.7713.3定義使用GMPLS CR-LDP的DCM信令；G.7714定義ASON/ASTN中的自動發(fā)現(xiàn)技術(shù)；G.7715定義在ASON中建立SC和SPC選路功能的結(jié)構(gòu)和要求；G.7716定義ASON鏈路管理。

　　IETF著重規(guī)范具體協(xié)議和信令，正利用現(xiàn)有信令協(xié)議的擴展和修改來開發(fā)ASON控制平面，該組織于1999年提出多協(xié)議波長交換(MPLambdaS)，并于2001年正式提出開發(fā)面向光網(wǎng)絡(luò)的GMPLS協(xié)議。GMPLS協(xié)議拓展了傳統(tǒng)的MPLS協(xié)議和MPLambdaS協(xié)議，支持多種類型的交換，包括時分復(fù)用(TDM，如SDH時分交換)、波長和空間交換(如端口交換和光纖交換等)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點所作出的轉(zhuǎn)發(fā)決定是基于時隙、波長或物理端口和光纖編號的最初，IETF的信令要求主要基于對等模型(peermodel)，即全平面結(jié)構(gòu)，無明確的用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)和網(wǎng)絡(luò)間接口(NNI)概念。

　　OIF的位置處于二者之間，其規(guī)范試圖結(jié)合二者，但更多地基于結(jié)構(gòu)式方法，即重疊網(wǎng)模型。從ASON/ASTN控制面的結(jié)構(gòu)原理和要求開始，主要規(guī)范UNI和NNI，目前已完成UNI 1.O版本，并演示了多廠家的互操作性，正在開發(fā)2.O版本，旨在增強接口功能，NNI的規(guī)范工作也有進展。

　　從理論上說，三者的工作領(lǐng)域沒有沖突，但實際上由于技術(shù)、文化和政治的差異，導(dǎo)致具體問題上的沖突，特別是ITU-T與IETF之間有不少沖突的地方，正在協(xié)調(diào)解決。在智能光網(wǎng)絡(luò)的研究工作中，我國主要依據(jù)ITU-T的相關(guān)建議，同時兼顧IETF和OIF的相關(guān)文檔。

　　上面的介紹中有一種技術(shù)不可不提，它就是IETF提出的對等模型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)----GMPLS。在開放系統(tǒng)互連參考模型(OSI)中，傳輸層、鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層相互獨立，各自用自己的語言在本層內(nèi)的設(shè)備間溝通，形成各自的標(biāo)準(zhǔn)體系。在GMPLS的體系結(jié)構(gòu)中，沒有語言的差異，只有分工不同，GMPLS就是各層設(shè)備的共同語言。GMPLS雖然統(tǒng)一了信令，但并沒有抹殺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能差異，也就是說，GMPLS承認(rèn)并接受網(wǎng)絡(luò)設(shè)備用戶平面的差異[7]。GMPLS把交換劃分為分組交換(PSC)、時分復(fù)用、波長交換(LSC)和光纖交換(FSC)4種類型。一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以只完成其中1種或幾種交換功能，人們?nèi)粤?xí)慣地把GMPLS網(wǎng)絡(luò)簡單地劃分為路由網(wǎng)絡(luò)和光網(wǎng)絡(luò)二層結(jié)構(gòu)，這兩個網(wǎng)絡(luò)間不再重疊，而是對等的，它們平等地用相同的信令進行溝通。

　　GMPLS協(xié)議族包括3個主要組成部分：鏈路管理協(xié)議(LMP和LMP-WDM)定義鏈路管理功能；路由擴展協(xié)議(OSPF-TE和ISIS-TE)定義域內(nèi)路由功能；標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議(RSVP-TE和CR-LDP)定義信令功能。這些協(xié)議族定義完整的協(xié)議狀態(tài)機制和管理信息庫。GMPLS要求所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都必須運行GMPLS才能實現(xiàn)GMPLS功能。需要說明的是，單獨用GMPLS并不能實現(xiàn)ASON的控制平面。

4　ASON的管理平面

　　在關(guān)注網(wǎng)絡(luò)控制平面的同時，ASON并沒有丟棄管理功能，而是把二者放在平等的地位，使兩種技術(shù)互為補充，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)資源的動態(tài)配置、性能監(jiān)測、故障管理和路由規(guī)劃等功能。管理平面與控制平面之間通過管理平面與控制平面的接口交換相關(guān)信息，實現(xiàn)管理平面與控制平面之間功能的協(xié)調(diào)。管理平面在對光傳送網(wǎng)及網(wǎng)元設(shè)備管理的同時，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與網(wǎng)元之間更高效的通信功能。管理平面的主要功能是建立、確認(rèn)和監(jiān)視光通道，并在需要時對其進行保護和恢復(fù)[8]。

　　ASON/ASTN在傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上新增了功能強大的控制平面，這給智能光網(wǎng)絡(luò)的管理帶來了一些新問題，集中表現(xiàn)為：

　　a)路徑管理功能：在多運營商環(huán)境下，為了完成網(wǎng)絡(luò)管理功能，必須統(tǒng)一規(guī)范路徑建立控制結(jié)構(gòu)，即對控制平面同一管理域(AD)內(nèi)光通路的建立和不同管理域之間光通路的建立進行統(tǒng)一規(guī)范。

　　b)命名和尋址：涉及到用戶域名與業(yè)務(wù)提供者域名之間及層網(wǎng)絡(luò)名之間的翻譯和轉(zhuǎn)換，在ASON智能光網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，對命名和尋址的要求主要有名的獨立性和名的唯一性。

　　c)網(wǎng)管平面與控制平面的協(xié)調(diào)：由于ASON智能光網(wǎng)絡(luò)的3種連接類型有的由網(wǎng)管系統(tǒng)建立，有的由信令系統(tǒng)動態(tài)建立，有的則由二者合作建立，所以需要研究網(wǎng)管平面與控制平面之間的結(jié)合問題。此外，控制平面和管理平面都要維護一定的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，它們之間如何協(xié)調(diào)和配合電是一個重要的研究課題。

5　覆蓋

　　ASON的傳送平面是指光交叉連接(OXC)，可能不含WDM鏈路或集成WDM鏈路。OXC典型的結(jié)構(gòu)有：整體交換結(jié)構(gòu)(已用于朗訊公司的波長路由器)、三級Clos網(wǎng)絡(luò)交換結(jié)構(gòu)、分波交換結(jié)構(gòu)(已用于美國多波長光網(wǎng)(MONET)和中國高速信息示范網(wǎng))、獨立交換結(jié)構(gòu)(已用于歐盟泛歐光網(wǎng)(OPEN))、對稱交換結(jié)構(gòu)和自由擴展交換結(jié)構(gòu)(基于分立單元，光纖數(shù)和波長數(shù)可任意增加，但實用意義不大)。

　　貝爾實驗室開發(fā)的基于MEMS的OXC實質(zhì)上是一個二維鏡片陣，當(dāng)需要轉(zhuǎn)換入射波長時，可改變鏡片的角度，把光波反射到相應(yīng)的光纖中。這種OXC很容易組成大型光交叉矩陣，同時具有極佳的光學(xué)特性。如果組成一個256×256的OXC，其體積只有25×50×50(nm3)，光路轉(zhuǎn)換時間小于5 ms，串?dāng)_小于-50 dB，MEMS技術(shù)可以在極小的晶片七排列大規(guī)模機械矩陣，響應(yīng)速率和可靠性大為提高。從目前的情況來看，它極有可能成為今后OXC的發(fā)展方向[9]。

　　目前OXC技術(shù)存在的主要問題有：

　　a)無法保證系統(tǒng)的完全透明性，主要原因在于全光波長轉(zhuǎn)換技術(shù)尚未完全成熟；

　　b)由于受光器件的制約，特別是大規(guī)模光交叉矩陣開關(guān)的制約，系統(tǒng)的規(guī)模和靈活性不夠理想：

　　c)在網(wǎng)絡(luò)管理方面，按照ITU-T光傳送網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)，光傳送網(wǎng)的網(wǎng)元管理系統(tǒng)一般按光通道層(OCH)、光復(fù)用段層(0MS)、光傳送層(OTS)三層設(shè)計，具備糾錯碼(ECC)通信和四大管理功能，但具體細(xì)節(jié)還不夠詳細(xì)，很多內(nèi)容有待進一步研究和規(guī)范。

6　新一代SDH/SONET技術(shù)MSTP

　　目前，各運營商的城域傳送網(wǎng)正從采用單純的SDH設(shè)備，轉(zhuǎn)向采用基于SDH，能同時提供口、TDM和ATM等多種業(yè)務(wù)，集成傳輸、交換和路由功能的多業(yè)務(wù)傳送平臺(MSTP)。MSTP可以基于多種線路速率(155Mbit/s/622Mbit/s、2.5Gbit/s和10 Gbit/s等)實現(xiàn)。一方面，MSTP保留固有的TDM交叉能力和傳統(tǒng)的SDH/PDH業(yè)務(wù)接口，繼續(xù)滿足話音業(yè)務(wù)的需求；另一方面，MSTP提供ATM處理、以太網(wǎng)透傳和以太網(wǎng)L2交換功能，以滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)匯聚、梳理和整合的需求。

　　目前，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織正努力推出促進傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)向分組網(wǎng)演進的一系列標(biāo)準(zhǔn)。代表性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有：

　　a)2001年1O月，ITU-T提出一種新的映射技術(shù)通用封裝過程(generic framing procedure)G.7041，它比IP沖PP/HDLC/SDH的映射結(jié)構(gòu)效率更高，除了POS外，還能對應(yīng)以太網(wǎng)、彈性分組環(huán)(RPR)，光纖通道、光纖連接(FICON)和企業(yè)系統(tǒng)連接(ESCON)等，為分組數(shù)據(jù)到物理幀提供一種更優(yōu)的映射結(jié)構(gòu)；

　　b) 2001年11月，ITU-T針對SDH的虛級聯(lián)設(shè)計了一種良好的鏈路容量轉(zhuǎn)換機制(LCAS)協(xié)議G.7042.改進了原有SDH因固定帶寬難以承載突發(fā)性IP業(yè)務(wù)的不足。

　　MSTP的遠(yuǎn)期目標(biāo)是：采用ASON的體制，在MSTP的傳送平面上，引入一個智能化的、通過軟交換信令實現(xiàn)的控制平面，借以實現(xiàn)動態(tài)的SDH電路配置和最靈活的多級帶寬分配[10]。