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自动交换光网络关键技术的研究
[ 通信界 / 琚志强(电信科学技术第五研究所) / www.cntxj.net / 2006/11/27 9:43:16 ]
 

琚志强(电信科学技术第五研究所)


  摘 要:在市场和网络建设的驱动下,自动交换光网络ASON作为一种新型的智能光传送网,得到了迅速的发展。本文首先介绍ASON的总体结构及其构件,重点介绍ASON中涉及到的关键技术,包含传送平面、控制平面和管理平面。
  关 键 词:ASON 控制平面 传送平面 管理平面


引言
  近年来,以因特网业务为主的数据业务飞速增长,因特网业务的激增导致对电信网扩容的迫切需求,而且由于IP业务量本身的突发性、自相似性和非对称性,对网络带宽动态分配的要求也越来越迫切。因此,以光传送网OTN为基础的自动交换光网络ASON被提出,并得到各大电信设备商、大学、研究机构的积极跟进与研究。
自动交换光网络(ASON)指的是在ASON信令网控制之下完成光传送网内光通道连接自动交换功能的新型网络,对网络资源是按需自动分配,它已被认为是具有自动交换功能的新一代的光网络,代表未来网络技术的发展方向。
1 ASON的体系结构
    可以从两个不同的角度对自动交换光网络划分为层次结构和功能性结构,从水平方向对全球ASON网络进行分割,是ASON的层次结构;从垂直方向对网络进行分解,是ASON的功能结构。
1. 1 ASON的层次结构
  在ASON网络的整体结构中,层次模型关系是一个非常重要的方面。图1是网络的层次结构。                                   

 
图1 ASON的层次结构

  ASON网络设计的目的是为了实现大范围全局性整体网络。因此,ASON网络在结构上采用了层次性的可划分为多个自治域的概念性结构。这种结构可以允许设计者根据多种具体条件限制和策略要求来构建一个ASON网络。在不同自治域之间的互作用是通过标准抽象接口来完成的,而把一个抽象接口映射到具体协议中就可以实现物理接口,并且多个抽象接口可以同时复用在一个物理接口上。
  通过引入自治域的概念,使ASON网络具备了良好的规模性和可扩展性,这保证了将来网络平稳升级。通过标准接口的引入,使多厂商设备的互联互通成为可能。因此,标准的接口就成为ASON网络中一个非常关键的方面。另外通过E-NNI,I-NNI的引入,使得ASON具备良好的层次性结构:通过E-NNI接口来传递网络消息,可以满足不同自治域之间的消息互通的要求;通过对外引入I-NNI,就能屏蔽了网络内部的具体消息,保证了网络安全性需求,而标准的UNI接口的引入,使得用户具备统一的网络接入方式。
1.2 ASON的功能结构
  在此结构中,传统的光传送网管理体系被基于管理平面、控制平面和信令网络的新型多层面管理结构所替代.其总体结构由传送平面(TP)、控制平面(CP)、管理平面(MP)组成。
  传送平面负责业务的传送,但这时传送层的动作却是在管理平面和控制平面的作用之下进行的;管理平面在结构中是作为高层管理者的作用出现的,在管理平面中存在着三个管理器,分别是控制平面管理器、传送平面管理器和资源管理器,这三个管理器是实现管理平面同其它平面之间实现管理功能的代理;控制平面是通过信令的交互完成对用户平面的控制。用户平面用于转发和传递用户数据。这就构成了一个集成化管理与分布式智能相结合、面向运营者(管理平面)的维护管理需求与面向客户层(控制平面)的动态服务需求相结合的综合化光网络管理方案。
 

 
图2 ASON的功能结构

  ASON由请求代理(RA)、光连接控制器(OCC)、管理域(AD)和接口这4类基本网络结构元件构成。其中RA通过OCC协商请求接入TP内的资源;OCC的逻辑功能是负责完成连接请求的接受、发现、选路和连接;管理域所包含的实体不仅包含在管理域,而且也分布在传送平面和管理平面;接口主要完成各网络平面和功能实体之间的连接。
1.3 ASON控制平面的功能元件
  ASON是具有动态连接能力的光传输网络,其关键之处就在于相对于现有的传输网络,ASON增加了一个控制平面。控制平面由资源发现、状态信息传播、信道选择和信道管理等功能模块以及传送信令信息和其他控制信息的信令网络组成。功能模块通过ASON信令系统协同工作形成一个完整的ASON控制平面。一个具有可靠性、可扩展和高效率特点的控制应能支持不同的业务需求和不同厂商的功能元件;应能将技术相关方面和技术无关方面分离开来,以支持不同的传送网络技术;并可根据设备制造商和业务提供商决定的元件安全和策略控制将CP的功能置于不同的元件之中,以使控制面适应不同的网络环境。
  为了实现上述要求,需要有一系列的功能元件来支持。控制平面内的功能元件有:连接控制功能、路由表功能、路由表更新功能、连接许可控制功能、链路资源管理功能、连接点状态、策略代理和协议控制器功能。
2 ASON的关键技术
  ASON由智能化的光网络节点所构建的光传送网以及对光传送网进行控制管理的光信令控制网络构成,即所谓的硬光技术和软光技术。硬光技术指物理层的光技术和硬件设备;软光技术指控制光通道的建立、删除、查询等操作和提供服务所需的软件,即智能化。
2.1传送平面的技术
  传送平面由作为交换实体的传送网网元(NE)组成,主要完成连接建立/删除、交换(选路)和传送等功能,为用户提供从一个端点到另一个端点的双向或单向信息传送,同时,还要传送一些控制和网络管理信息。ASON的传送平面具备了高度的智能,这些智能主要通过智能化的网元光节点来体现。
  ASON的总体需求框架标准G.8080明确指出ASON节点应具有多粒度交叉、多业务接入的能力,实际上应是一种具有疏导交叉功能的节点。如果把智能光网络看成是可运营的网络,那么必须能够灵活地为用户提供业务服务。 因此在未来相当长的一段时间内,ASON节点不可能是全光的(以波长为粒度提供给用户实在是太大了),业务接入、汇聚最好由电的交叉连接来完成(业务汇聚层)。 对于ASON的传送平面的核心交换结构,全光方式和光电光方式各有其优缺点。
  ● 全光方式  全光方式的优点是对业务透明,不需要进行大量的光电、电光转换。光节点具有容量大,结构简单,透明性好,易于实现,成本低的优点。但它本身只能完成波长以上级的交换,全光结构要想具有疏导的能力,必须增加对子波长进行处理的能力,即核心交叉在光域完成,同时增加电层的交叉以完成子波长的处理。
  ● 光电光方式  光电光方式具有交叉颗粒度小,电性能监测完备以及强大的业务汇聚能力等特点。但它对信号格式不透明,在多业务情况下,必须有统一的承载层。对于光电光结构,大量的实现方案是走高速背板互连。电交叉卡受单板尺寸,单个芯片交叉容量以及高速接口数量的限制, 比较先进的单板可以实现160Gbits/s 的交叉连接,容量扩展采用3 级 Clos矩阵。
2.2 管理平面的技术
  管理平面对控制平面和传送平面进行管理,在提供对光传送网及网元设备的管理的同时,实现网络操作系统与网元之间更加高效的通信功能。管理平面的主要功能是建立、确认和监视光通道,并在需要时对其进行保护和恢复。由于ASON在传统光网络的基础上新增了一个功能强大的控制平面,这给智能光网络的管理带来了新的需求。
网管系统对控制平面的管理需求主要分为以下几个方面:
  (1) 网管系统对控制平面初始网络资源的配置,包括配置控制模式和传输资源的绑定模式(如控制代理和传送网元的关系)。
  (2) 网管系统对控制平面的控制模块的初始参数配置,包括控制模块路由功能的命名和地址参数的配置、信令控制模式和初始参数的配置、资源管理模块初始网络资源参数的配置、用户网络接口和网络节点接口的参数配置。
  (3) 三种连接的管理过程中控制平面和管理平面之间的信息交互,包括软永久连接SPC建立过程中管理平面和控制平面之间的信息交互,交换连接SC建立完成以后控制平面对管理平面的信息上报过程,控制平面和管理平面协同完成对SC以及SPC的管理过程。
  (4) 控制平面本身的性能和故障管理,使用定期上报的机制,如果规定时间内没有收到控制平面的上报信息,就认为控制节点或者节点内部的控制模块发生了故障。
  (5) 实现对支撑控制平面的数据通信网络(DCN)的管理和对控制通道的管理和维护。
传送平面的管理与传统的光网络管理的内容类似,主要完成传送网络资源的配置管理、性能管理、以及故障管理等内容。
  对传送网络单元的管理主要包括以下的操作:
  (1)初始传送网络资源的配置,如配置网络拓扑、各种传送网元的性能参数等;
  (2)配置、删除、调整一条永久连接;
  (3)传送网络资源的性能监测和故障管理。
2.3 控制平面的技术
  ASON 控制平面主要实现两类功能:基本功能和核心功能。其中基本功能包括路由功能、信令功能、链路管理功能和单元接口技术等,而核心功能则包括网络连接控制、网络生存性、
新型业务等。
 

    
图3 ASON控制平面功能结构图

   ASON的控制平面的关键技术很多,包括信令、路由和呼叫、连接的控制,网络的生存性,接口技术等。本文主要论述分布式呼叫和连接的管理(DCM),接口技术。
   2.3.1 分布式呼叫和连接的管理
 呼叫和连接是由ASON提出的,呼叫是在终点与提供接入网络服务节点之间的协商。除了传输呼叫管理请求,呼叫并不涉及传输节点,呼叫可以独立连接而建立、维护。连接需要数据链路上的节点维持状态,承担数据的传输。
  对于呼叫和连接控制的关系,在 G.8080中提到在一个呼叫中可以包含多个连接,或存在多方呼叫的情况。 在这两种情况下,需要多个连接之间或多方之间的协调。 实际上在 G.7713 建议中,只考虑了一个呼叫中只包含一个连接,一个呼叫仅有一个呼叫方和一个被呼叫方的情况。实践中一个呼叫包含多个连接,一个呼叫涉及到多方的情况是存在的。G.7713.3 中也提到一个呼叫包含多个连接的情况。  
呼叫和连接控制可以分离,也可以合并。 在 G.8080 中规范了呼叫和连接控制之间的三种共存方式: 
(1)实现呼叫、连接的协议中,通过参数的不同分离出呼叫控制信息
(2)分离呼叫控制和连接控制的状态机,但呼叫控制和连接控制的信令信息在同一个实现呼叫、连接的协议中。
(3)呼叫控制和连接控制采用不同的信令协议,以分离呼叫控制和连接控制的信息和状态机。
在具体实现DCM的功能时,可以选择不同的信令协议。G.7713.1规定的PNNI,G.7713.2规定的RSCP-TE, G.7713.3规定的CR-LDP。
   2.3.2 接口技术
  控制面中的功能块之间的通信是通过标准的接口信令方式实现的。这些接口代表了控制面实体间的逻辑关系并且由跨越这些实体间的信息流来规定。因此可以说,ASON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。 这些接口可以灵活地支持不同的网络模型和网络连接。具体包括:
  ● 用户网络接口(UNI) 
UNI 是用户与网络间的接口,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信息包括:呼叫控制、资源发现、连接控制和连接选择。UNI 不支持选路功能,其所完成的主要任务包括:连接的建立、连接的拆除、状态信息交换、自动发现和实现用户业务传送。 
  ● 外部网络节点接口(E-NNI) 
E-NNI 是属于不同管理域且无托管关系的控制面实体之间的双向信令接口。E-NNI 接口信令将屏蔽网络内部的拓扑等信息,它支持选路功能。通过这个接口信令,ASON可以被划分为几个子网管理域,E-NNI可以实现这几个域间的端到端的连接控制。 
  ● 内部网络节点接口(I-NNI) 
I-NNI是属于同一管理域或多个具有托管关系的管理域的控制面实体之间的双向信令接口。该接口需要重点规范的是信令与选路,它将提供网络内部的拓扑等信息,其所传递的信息将被用来进行选路和确定路由。通过这个接口信令,ASON可以实现域内的端到端的连接控制。
  ● 控制连接接口(CCI)
       控制连接接口(CCI)工作在控制平面和传送平面之间。一般情况下,这是一个私有接口。接口必须支持两个基本功能  :(1)从控制平面接收命令,翻译以后下发到传送平面,对传送平面的光开关、功率均衡等实体进行控制。(2)搜集传送平面实体当前状 态,包括开关状态、告警等信息,翻译以后发送到控制平面,即主动上报和支持查询的功能。
  3 结束语
  总之,ASON是一种实现未来光网络智能化升级的有效方案。它的出现,深刻改变光传送网的体系结构和功能。随着光交换技术、控制平面技术的发展与成熟,ASON必将在未来的传送网中发挥更大的作用。


   参考文献:
1.ITU-T G.8080 Architecture for automatically switched optical transport network(ASON).2003.1
2.ITU-T G.7712   Distributed Call and Connection Management(DCM)2003.10
3.ITU-T G.8080/Y.1304 Architecture for automatically switched optical transport network(ASON).2001
4.张军生,“自动交换光网络的信令技术的研究”,电信科学技术研究院硕士毕业论文,2004

 

作者:琚志强(电信科学技术第五研究所) 合作媒体:四川省通信学会 编辑:顾北

 

 

 
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