ASON技術發展與網絡演進

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    作者：張成良 荊瑞泉 中國電信集團北京研究院

    摘要：ASON技術是光傳送網發展的重大突破，本文討論了ASON的網絡優勢以及與SDH和OTN的關系，詳細探討了ASON的傳送平面、控制平面和網管平面的特點和進展，最后對于光傳送網向ASON可能的演化策略進行了分析。

    關鍵詞：自動交換光網絡用戶網絡接口同步數字序列 服務質量

    2000年以后，光傳送網技術出現了新的發展，主要是自動交換光網絡（AutomaticallySwitchedOpticalNetwork，ASON）的出現，其最突出的特征是在傳送網中引入了獨立的智能控制平面，利用控制平面來完成路由自動發現、呼叫連接管理、保護恢復等，從而對網絡實施動態呼叫連接管理。ASON大量借鑒了交換和數據方面的技術，使交換、傳輸和數據三個領域又增加了一個新的交集。各個制造商和運營商對該技術的發展都給予了充分地重視。本文將對ASON關鍵技術及其進展情況進行詳細討論，并基于目前國內運營商傳送網的特點，對可能的技術演進方案進行了討論。

    1  ASON技術特點

    1.1ASON優點

    ASON是由用戶動態發起業務請求，自動選路，并由信令控制實現連接的建立/拆除、融交換和傳送為一體的新一代光網絡。結合國內運營商傳送網現狀，ASON技術的引入可以解決目前傳送網面臨的三大技術難題：

    （1）快速提供電路的問題

    ASON的最大特點是可以快速提供電路，采用分布式控制可以在秒數量級提供端到端的電路，其速率可以為155Mbit/s、2.5Gbit/s等。業務提供時間的縮短有利于運營商贏得更多的客戶并獲取利潤。

    （2）傳輸電路QoS的問題

    目前的傳輸電路基本不能按照服務等級制定相應的資費政策，造成資源配置的浪費，而ASON可以方便地對電路的優先級進行劃分，從而提供有業務級協議（SLA）的傳輸電路。

    （3）可以提供快速的保護恢復

    目前傳送網絡大多是依靠SDH環網來進行保護的，但電路利用率較低，只有50％，另外對跨環電路還不能進行有效的保護。而ASON可以有效地解決電路的保護恢復，可以在秒數量級完成，而且耗費的備用電路資源少，一般為工作電路資源的30％～60％，遠低于SDH環網。

    1．2ASON與SDH、OTN的關系

    自動交換光網絡分為傳送平面、控制平面和管理平面三個部分。傳送平面由包括交換實體的傳送網網元組成，是實現連接的建立/拆除、交換和傳送的物理平面�？刂破矫娴囊�入是ASON不同于傳統傳送網的一個根本點，它包括了一系列實時的信令及協議系統，實現對連接的建立、釋放進行控制以及監控、維護等功能，控制平面由信令網絡支持。管理平面是對控制平面和傳送平面進行管理。

    ASON控制平面既適用于OTN（光傳輸網），也適用于SDH，即作為傳送網統一的控制平面。SDH、OTN和ASON的關系可以用圖1表示。

    從圖1可以看出，單獨的SDH/OTN并不能構成ASON，要構成ASON必須是SDH/OTN+控制平面＋新一代網管平面（可以同時管理控制平面和傳送平面），三者缺一不可。SDH、OTN僅僅是ASON的傳送平面技術，ASON與SDH、OTN并沒有包含關系。

    2  ASON技術發展現狀

    2.1傳送平面技術

    由于目前線路速率已經達到1.6Tbit/s，線路容量問題已經得到了解決。傳送平面中最突出的問題是傳送節點，即傳送網中光/電交叉機，光/電交叉機是傳送平面的核心，其處理能力的大小關系到ASON的吞吐量和處理能力、顆粒的大小。

    目前實現大容量波長交叉有三種方式：第一種是全光交換，第二種是采用O/E/O（光/電/光）處理來實現，第三種是光電混合方式。全光方式由于其穩定性和故障檢測定位等問題，還處于試驗階段，商用化還需要一段時間。而光電混合方式面臨的挑戰與全光方式相同�，F在看來采用光/電/光方式是產品的主流，特別是基于SDH的光/電/光交叉機（可以進行VC-4級別交叉）。隨著大容量交叉芯片的問世（目前單片交叉芯片可達到160Gbit/s以上），核心交叉能力達到Tbit/s已經不是很困難的事。以目前市場上已經商用化的1.28Tbit/s產品為例，假設輸入、輸出端口的處理速率為10 Gbit/s，則交叉矩陣的規模應在128×128以上，其外部業務接入能力在1.28 Tbit/s。這種速率處理能力對于目前網絡是適宜的，雖然目前骨干路由上的WDM系統為32×10 Gbit/s，但實際配備的波長一般為4～8個，假設每條線路有8個波長需要進行處理，該交叉矩陣可以終結16個方向的WDM線路。即使對于北京這樣的核心傳輸節點，目前也可以滿足要求。采用光／電／光方式的另外一個特點是可以進行VC低等級的交叉，實現低速率的整合和匯聚，更加方便地進行組網。

    光/電/光方式大容量交叉機可以支持VC-4和VC-4-Xc等級的交叉。在對外接口上一般為2.5Gbit/s、10Gbit/s，可以是G.707 SDH接口或者 G.709 OTN 接口。SDH接口支持2纖、4纖復用段MS-Spring 環網的保護。由于連接狀態由傳送面監控，必須在連接的發起點和終結點進行信號質量的檢測；對于SDH、OTN，可以利用SDH、OTN的開銷進行性能監視和故障管理，例如SDH監視字節B1、J0，控制面中需要的許多監控信息（差錯管理和性能監控）可在SDH OAM開銷中直接傳送。

    2.2控制平面技術

    ASON的控制平面實質上是對過去管理平面中的控制功能分離處理，通過標準接口和信令實現分布式的開放控制。其核心功能是實現光傳送網絡連接的建立、指配、控制、釋放以及失效恢復的自動化、智能化�？刂破矫嫘枰獙崿F路由功能、呼叫控制、連接控制、鏈路及資源管理、連接允許控制、接口部分（UNI、NNI、CCI、NMI-A）、信令網絡、策略管理、命名和地址解析等功能，下面重點討論控制平面的幾個功能。

    2.2.1連接控制與連接方式

    從傳統的眼光看，交換業務和租用線業務的主要區別在于：交換業務的連接建立是用信令控制協議實現的，而租用線業務的連接建立是借助于網管協議用交叉連接實現。在很多情況下，這個區別也是劃分交換與傳輸的界限。在ASON中，實現了交換與傳輸的融合。目前ASON要求支持三種連接方式，一種是用戶請求的交換連接（SwitchedConnection，SC），另一種是軟永久連接（SoftPermanent Connection，SPC），還有一種是通過網管系統指配完成的永久連接（PC）。

    SC可以根據用戶動態提出的連接申請配置連接，真正實現智能化。從實現的角度，支持SC意味著需要對用戶進行適當的呼叫控制（例如一定的認證和鑒權機制），必須實施呼叫控制和呼叫允許控制，對客戶開放核心網絡中的連接服務和比較復雜的地址編碼，另外還必須在核心與邊緣網絡之間實現策略控制。而SPC則相對比較簡單，不需要對客戶進行開放連接和呼叫控制，允許從管理面發出命令對子網內部的管道式連接（Tunnel）進行指配，允許運營商自己進行內部的資源優化配置，運營商配置電路的方式將逐步由PC→SPC→SC演進。

    2.2.2策略管理

    ASON必須提供合適的機制確保網絡資源和客戶權利的正確使用，這些機制通常叫做策略管理。策略管理在傳送網中是新概念，是實現CoS（ClassofService）區分、QoS機制以及分等級業務保護與恢復等功能的基礎，有利于提高智能光網絡節點設備功能，為運營商各種增值服務提供條件，提高產品的核心競爭力。

    為了支持策略管理，需要兩個實體：策略決策點（PDP），做策略決定；策略執行點（PEP），用來執行策略。PEP在傳送網節點中，如OXC。PDP可以在UNI-N（光網絡側實施）代理中，也可以在遠端外部策略服務器中。策略管理包括對資源可用性的考慮，以及對連接請求的時間、身份、信用度的驗證等。

    2.2.3UNI

    控制面主要有以下幾種接口：UNI（用戶網絡接口）、NNI（網絡網絡接口）、CCI（連接控制接口）、NMI（網絡管理接口），分別工作在用戶與網絡之間、網絡設備之間、控制面與傳送面之間、控制面與管理面之間。

    OIF（光互聯論壇）在光網絡信令方面最重要的貢獻是O-UNI。O-UNI支持在光網絡的客戶之間快速地建立連接，并具有不同等級的保護和恢復能力。UNI允許客戶使用信令和協議自動建立和刪除光連接。一個連接就是傳送網中輸入訪問點和輸出訪問點之間的固定帶寬電路，具有特定的電路屬性，如幀格式、信號類型、透明方式、級聯方式、保護恢復機制等。此連接可以是單向也可以是雙向，目前UNI1.0中只考慮SDH帶寬業務（如VC-3、VC-4、STM-1）的連接。UNI協議還包括鄰居發現和業務發現功能。鄰居發現機制允許光纖鏈路的兩端設備彼此識別，還允許管理系統自動建立互連映射表。業務發現允許客戶發現光網絡的可用業務，以及自動發現和利用新業務。

    用戶在要求建立一條穿過OTN的連接時，必須遵循某種編址方法，指明該連接的端點。OIF采用的辦法是給UNI用戶指定一套新的、不同于OTN內部使用的地址空間。每個UNI用戶都被OTN賦予一個全網唯一的地址，即TNA（TransportNetworkAssigned）地址。OIF現在正在積極制定UNI2.0，增加的內容包括：安全、修改帶寬、擴展物理層（如以太網）以及用一個呼叫建立多個連接的能力等。

    2.2.4NNI

    NNI包括內部網絡節點接口（I-NNI）和外部網絡節點接口（E-NNI）兩種。I-NNI指屬于一個管理域或多個具有信任關系的控制面實體間的雙向信令接口，負責支持網絡中連接的建立與控制。I-NNI間信息完全交互，一般存在于運營商的管理域之內。由于I-NNI是用于同一廠商的設備組成的子網內部，因此不需要進行標準化，目前大部分廠家實現的NNI接口就是I-NNI。E-NNI上交互的信息通常是網絡可到達性、網絡地址概要、認證信息、策略功能等而并非完整的網絡拓撲/路由信息。E-NNI更多的是基于安全、策略考慮而不是如同I-NNI中所考慮的性能限制。E-NNI和I-NNI的區別類似于Internet域間模型中的內部網關協議與外部網關協議之間的關系。E-NNI可應用于同一運營商的不同I-NNI區域的邊界，也可以應用于不同運營商網絡的邊界。

    I-NNI和E-NNI的另外一個區別是路由協議，在I-NNI可以使用任何私有的路由協議，不需要標準化。E-NNI則需要定義合適的域間路由協議，實現不同廠商的互通。邊際網關協議（BGP）是一種廣泛應用于IP網絡的外部網關協議，它基于路徑向量路由協議，不能傳播拓撲和資源狀態信息。而對于光網絡，這些信息十分重要。DDRP（DomaintoDomainRouting Protocol）并不是全新的路由協議，是一種基于OSPF（開放最短通道優先）和IS-IS（中間系統-中間系統）兩種路由協議而來的分級鏈路狀態路由協議，越來越多的廠商青睞于采用DDRP協議作為域間協議。ASON采用分級路由是必須的，否則難以保證網絡的可擴展性。目前OIF的主要工作是制定運營商之間的E-NNI路由協議，并計劃在2003年3月末完成NNI 1.0。

    2.2.5生存性策略

    生存性是由控制平面或由獨立于控制平面的傳送平面來控制的。生存性可以通過容量備份的保護手段來完成，也可使用共享容量的恢復手段完成。在網絡生存性中一般都要討論恢復和保護倒換。

    對于恢復，在過去傳送網中是由網管平面發起的，網管系統根據全網資源狀態計算出新的路由，下發到傳輸設備來建立新的保護路由。對于ASON則是由控制平面發起的，控制平面根據自己掌握的網絡資源狀態計算出新的路由，通過信令建立新的連接。兩者的發起平面不同、建立連接的方式不同、計算路由的主體不同（一個是網管系統，一個控制平面）。

    在過去傳送網中，保護倒換采用硬件直接實現的1＋1/1：1方式或由APS協議支持的環網方式，這種方式是由傳送設備自主完成的，不需要網管平面和控制平面介入，目前在SDH網絡中多有應用。在ASON網絡中，傳送平面和控制平面都能完成保護倒換功能�？刂破矫婵梢酝ㄟ^預約保護資源的方式實現多種保護方式，如1：1/1＋1通道保護，保護的倒換點在LSP（標記交換通道）的起點或終點，為了提高保護速度，必須減少信令消息的傳送延遲�？刂茖用嬉仓С只�于鏈路的保護，但保護的單元不是通路，而是單個的鏈路或節點。這種方式恢復延遲小，倒換點可以是發現失效的第一個節點，不必將失效信息向LSP源端擴散，但需要的保護資源較多。在目前的ASON產品中，特別是SDH網絡，保護倒換功能多由傳送平面提供。隨著ASON的發展，保護倒換可能由傳送平面支持轉向控制平面支持，這樣則可以實現在網管平面上對通路保護的直接配置。

    目前多數廠家能夠提供環保護和1＋1/1：1/1：N保護，以及基于動態路由的恢復機制。保護一般能夠在50ms內完成，恢復則需要從幾百毫秒到幾秒甚至幾分鐘不等。

    2.3網管平面的發展

    ITU-T等組織目前標準化的重點在系統、設備方面，對于ASON網管平面還缺乏明確的針對性要求，只在一些系統的規范中對網管提出了一些比較原則性的要求。由于ASON是由SDH、OTN發展而來，因此已有的SDH、OTN的網管規范中對光網絡的基本監控指標的規定仍然是滿足的。過去認為控制平面將網管平面的控制部分分離，其網管平面應該相當簡化，但實際上由于增加了控制平面，ASON管理平面并不是簡化了，而是其側重點發生了變化，增加了很多新的功能。

    ASON管理平面與現有光傳輸系統網管在以下幾個方面不同：第一，管理范圍存在差異，ASON的管理系統不僅要管理相當于現有光傳輸系統的傳送平面，還應管理包括控制平面在內的信令網。第二，管理方式存在差異，ASON是一個管理與控制分離，弱化網管系統的控制功能的體系結構。在ASON的體系中，端到端連接的建立依賴建立于信令控制方式之上的控制平面，而網管系統不直接控制節點設備�，F有光傳輸系統是一個集中式的控制系統，管理與控制是一體的，管理行為均以網管系統對節點設備的控制操作完成。第三，開放性要求的差異，ASON是一個開放的網絡，要求節點設備在各個層次的接口均能實現標準化并互通、互操作，包括物理接口、信令接口、網管接口等�，F有光傳輸系統在網管上基本是一個封閉子網，互操作性差。第四，管理的重點不同，ASON側重于動態的帶寬管理，可以對運行于其上的業務動態地提供各種QoS的帶寬。光傳輸系統的管理主要集中在對設備的管理上，對業務的動態管理涉及較少。

    ASON的管理功能可以分為兩部分來考慮，一個是對傳送平面實現傳統的光網絡的管理功能，管理功能的內容可參考現有SDH、WDM、OTN網絡管理系統的標準和規范的內容；另一部分是對控制平面的管理以及ASON新增加的功能和服務的管理（如交換連接、軟永久連接和光虛擬專網（OVPN）等）。

    3  ASON的演進策略

    ASON在傳送網上的引入是必然的趨勢。目前國外運營商和制造商都給予了廣泛的重視。但是它的引入是逐步的，由于目前已經建設了大量基于SDH和WDM的傳送網，因此ASON的引入必須解決好與現有傳送網的互連互通，最大限度保護運營商的已有投資。

    ASON的引入基本上是采用重疊網的形式，也就是類似于DXC（數字交叉連接）網絡的引入方法。先在大的節點上引入智能光網絡節點，將目前WDM系統提供的空閑波長（還有將來擴容的波長）和新建設WDM系統波長資源接入智能光節點，在智能光節點之間構成網狀網。ASON只控制節點接入資源的調度，實現動態的調度。而目前的傳送網重疊存在，采用老式的網管系統進行控制和管理。

    ASON與現有傳送網的互連主要有兩種方式:UNI互連和NNI互連。下面分別介紹這兩種實現方法。

    3．1通過UNI互連

    圖2給出了利用UNI實現ASON與傳統光網絡互連互通的示例，通過UNI代理可以實現跨越傳統光網絡和ASON的鏈路自動建立。UNI代理分別與傳統光網絡網管系統和ASON相連。傳統光網絡網管系統可以在管轄的區域內提供端到端自動配置功能，并負責在傳統網絡中建立連接，ASON中由信令動態地建立連接。當UNI代理作為UNI-C時，即傳統網絡作為ASON的客戶，UNI代理將網管系統的連接請求轉換成信令消息發送給ASON網絡控制平面實體，由控制平面完成ASON中的連接建立。當UNI代理作為UNI-N時，即傳統光網絡作為ASON的網絡側，UNI代理將客戶側的連接請求發送給網管系統，由網管系統完成傳統網絡的連接指配。

    這種方式的優點是工作量小，實現起來比較簡單,只需要現有傳送網設備提供UNI代理就可以實現與ASON的互通。UNI代理的一個實例是Alcatel的1355Bond。

    3.2通過NNI互連

    圖3給出利用NNI實現ASON與傳統網絡互連的示例。傳統網絡通過NNI代理實現NNI功能。這種方式實際上是在原有的傳送設備上增加ASON的控制平面的功能，因此比UNI互連方式更接近真正意義ASON，實現的功能也更多。每個NNI代理可以代表一個或多個設備，NNI代理間通過帶外或帶內數據通信網絡（DCN）互聯傳輸信令等控制信息。相對于UNI代理，這種方式實現起來比較復雜，而且相當于在原來的傳輸設備上增加了ASON控制模塊，對整個網絡改動較大。

    4小結

    目前光通信的發展出現了一些困難，主要是由于一些重復投資和建設以及光節點技術發展滯后于線路技術造成，使傳送網資源不能有效和方便的應用。但是隨著寬帶接入和城域網的發展，骨干網的業務量將會有一個快速地提升（目前ADSL已經將用戶IP接入速率從56kbit/s提高到1Mbit/s），目前網絡節點的技術也在同步跟進，相信光網絡發展將會度過暫時的困難。

    ASON技術是光網絡發展的重點，盡管ASON尚未完成標準化，但一些采用專用控制軟件和協議的光節點設備已經問世并開始現場試驗和初步商用，重大技術障礙已不存在，相當多的廠家有了第一代產品，可以相信，在未來二三年里ASON將逐步走向實用。

    [作者簡介]

    張成良，中國電信集團北京研究院技術部主任、高級工程師，國內通信標準研究組傳送網組組長。曾任信息產業部電信傳輸研究所傳輸與接入研究部主任，長期從事大容量光纜系統和光聯網技術的研究，曾主持制定國內通信行業標準“光波分復用系統總體技術要求”、“32×10Gbit/sWDM線路系統技術要求”、“160（80）×10Gbit/s WDM線路系統技術要求”，負責承擔863-300重大項目《中國高速信息示范網光網絡性能測試》，長期參與運營商光傳送網建設，具有豐富的主持大型網絡設備測試和評估的經驗。荊瑞泉，中國電信集團北京研究院高級工程師。

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