自动交换光网络结构特点

       随着OXC和OADM等光网元设备的逐步商用化,光层网络化已经基本实现,人们转而对其性能(尤其是对其智能性)提出了更高的要求和期望,例如,希望光网络能够进行实时的流量工程控制,根据业务需求实时、动态地调整网络的逻辑拓扑结构以避免拥塞,实现资源的最佳配置,同时保证相当的服务质量(QoS:Quality of Service);希望光网络具有更加完善的保护和恢复功能;希望光网络能够快速、高质量地为用户提供各种带宽服务与新型应用,如“波长批发”、“波长出租”及“光虚拟专网(OVPN;Optical Virtual Private Network)"等业务。其中由于IP业务量本身的不确定性和不可预见性,对网络带的动态分配要求显得尤为迫切。传统的人工或半永久性的网络连接配置方式难以满足业务拓展和市场竞争的需要,一种能够自动完成网络连接的新型网络概念——自动交换光网络(ASON:Automatic Switched Optical Network)应运而生。
自动交换光网络
       所谓ASON,是指在信令网控制之下完成光网络连接自动交换的新型网络体制,其基本思想是在光传送网络中引入控制平面以实现网络资源的实时按需分配,从而实现光网络的智能化。因此可以说ASON是智能光网络的具体代表,或者说ASON是一种标准化的智能光网络。釆用自动交换光网络技术之后,传统的多层复杂网络结构变得简单和扁平化,光网络层开始直接承载业务,避免了传统网络中业务升级时受到的多重限制,可以满足用户对资源动态分配、高效保护恢复能力以及波长应用新业务等方面的需求,其优越性是显而易见的。另外,ASON的概念和思想可以扩展应用于不同的传送网技术,具有普遍适应性。因此可以说,ASON的概念不仅是传统传送网概念的历史性突破,也是传送网技术的一次重大突破,被看做是具有自动交换功能的下一代光传送网。
1.ASON的体系结构
       对ASON的总体结构按照分层分割的思想来描述,其功能结构模型如图44所示。
ASON功能体系结构
图44   ASON功能体系结构
(1) 垂直分层结构
       从垂直方向对ASON进行分层,其总体结构中涉及3个部分:传送平面(TP:Transport Plane)、控制平面(CP:ControlPlane)和管理平面(MP:ManagementPlane),其中控制平面是ASON中最具特色的部分。
      ① 传送平面包含携带被交换实体的传送网网元,由一系列的传送实体组成,它是业务传送的通道,可提供端到端用户信息的单向或者双向传输。光节点使用具有智能的光交叉连接(OXC)或光分插复用(OADM)等光交换设备,支持多粒度光交换技术。
       ② 控制平面主要面向客户业务,负责对一个连接请求进行接受、发现、寻路和连接,其功能构件可以划分为资源发现、状态信息传播、通道选择和通道控制等,侧重于业务交换的实时性。控制平面通过使用接口、协议以及信令系统,可以动态地交换光网络的拓扑信息、路由信息以及其他控制信令,实现光通道的动态建立和拆除,以及网络资源的动态分配,还能在连接出现故障时对其进行恢复。
       ③ 管理平面主要面向网络运营商,实现规范管理。管理平面的重要特征就是管理功能的分布化和智能化。其中网络资源管理的智能化将集中在业务层上,而光学资源的管理则将通过一个由业务层和光传输层所共享的控制平面提供。ASON的管理平面与控制平面技术是互为补充的,可以实现对网络资源的动态配置、性能监测、故障管理以及路由规划等
(2)网络结构元件
网络结构元件是用来描述网络功能结构的一些通用基本元件。ASON主要由以下4类网络结构元件构成。
       ①请求代理(RA:RequireAgent):其主要逻辑功能是通过与光连接控制器(OCC:Optical Connection Controller)协商请求接入传送平面内的资源。
       ② 光连接控制器(OCC):其逻辑功能是负责完成连接请求的接受、发现、选路和连接功能。
       ③ 管理域(AD:AdministrationDomain):其逻辑功能包含的实体不仅处于管理域.也分布在传送平面和管理平面。
       ④ 接口(Interface):其主要功能是完成各网络平面之间和功能实体之间的连接。ASON中的接口共有6类,即用户网络接口(UNI:User-Network Interface).内部网络网络接口(I-NNI:InternalNetwork-Network Interface)、外部网络节点接口(E-NNI:ExternalNetwork-Network Interface),连接控制接口(CCI:Connection Control Interface),网管接口(NMI:NetworkManagement Interface)和物理接□(PI:Physical Interface)。
ASON传送网元
(3) 水平分割结构
      从水平方向对ASON进行分割,在控制平面内,ASON由许多管理域(AD)组成,不同管理域之间通过E-NNI相连;每一个管理域内部又包括很多信令网元(OCC),这些网元之间通过1-NNI相连。上层用户节点的RA则通过UNI和管理域内的信令网元相连。在传送平面内,ASON由许多传送网元(如波长路由器、OXC)组成,传送网元之间通过PI相连。
       另外,从垂直层面来看,控制平面和传送平面之间通过CCI相连,管理平面则分别通过NMI-A和NMI-T与控制平面及传送平面相连,实现管理平面与控制平面及传送平面之间功能的协调。其中管理平面与控制平面技术互为补充,共同实现对网络资源的动态配置、性能监测、故障管理以及路由规划等功能。综上所述可知,由这种新型多层网络结构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解决方案
2.ASON主要特点
       ASON除继承了传统光传送网的主要特点外,还具备以下突出优点。
       (1) 直接在光层上按需提供服务,能够适应网络拓扑的改变(结构和网元设备的增减),通过公共的控制平面加速服务,根据网络和相关服务的需要改变网络大小,提供各种服务等级和保护机制。
       (2) 具备实时的流量工程控制,允许将网络资源动态地分配给路由,能够对网络资源、业务流量进行更加智能化的配置,根据数据流量类型实现数据业务的分类。
       (3) 具有智能化控制特点,能够动态、自动地完成端到端光通道的建立、拆除和修改,具备链路管理、连接进入控制和业务优先级管理等功能,具备不同粒度的快速交换能力(包括分组交换PSC、波长交换LSC和光纤交换FSC等)。
       (4) 具备自动资源发现功能,如地址发现、邻接发现、业务发现、信息通道连接发现等,为网络的高效与快速提供了方便。
       (5) 具备优良的网络生存性,实现对网络的强大保护和故障恢复能力,当网络出现故障时,能够根据网络拓扑信息、可用的资源信息、配置信息等智能地指配最佳恢复路由,特别是采用分布式的智能控制与管理和分布式恢复能力,可以实现快速业务恢复。
       (6) 将光网资源与数据业务分布自动联系在一起,可以形成一个响应快和成本相对较低的光传送网,并与所传送客户层信号的比特率和协议相对独立,可支持多种客户层信号。
       (7) 可以提供新的业务类型,诸如按需带宽业务、波长批发、波长租用和光虚拟专用网(OVPN)等。
       (8) 具有优良的网络可扩展性和设备互连互通性,通过一系列统一的标准来约束设备厂商.规范网络接口和相关协议。
3.ASON控制平面
      现有光传送网络的连接提供主要是通过人工配置或网络管理系统配置来实现的,它的主要缺点就是配置过程缓慢,难以满足用户需求和发挥WDM技术所带来的波长资源丰富的效能。ASON的关键之处就在于相对于现有的传送网络而言,增加了一个控制平面。控制平面由资源发现、状态信息传播、通道选择和通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控制面。一个具有可靠性、可扩展性和高效率等特点的控制平面应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;应能划分为不同的元件,并允许设备制造商和业务提供商决定元件的具体位置,以适应不同的网络应用场合。
       根据上述原则,对控制平面的研究可以划分为接口、协议和控制平面传送网络3个方面的问题。
ASON控制平面
(1) 接口
       控制平面涉及的接口包括以上所述接口中的5种,即UNI,I-NNI,E-NNI,CCI和NMI-A.分别用于实现控制平面与上层用户之间、控制平面内部以及控制平面与其他平面之间的连接。
       UNI运行于上层客户和光网络之间,对控制平面而言,它是上层用户(如IP路由器、ATM交换机、SDH交换机等设备)和信令网元(OCC)之间的接口。用户设备通过这个接口动态地获取、撤销或修改具有一定特性的光带宽资源。用户设备的多样性要求该接口必须能够支持多种网元类型。同时还要支持业务发现、自动相邻节点发现等自动功能,以及呼叫控制、连接控制和连接选择功能。
       I-NNI是控制平面的同一管理域内信令网元之间的接口,提供域内连接。该接口需要规范的是信令和选路。传送网通常釆用显式路由,即通道的选择由人工或网管软件实现。在ASON中,端到端的光通路连接请求是受一定约束条件制约的,因此对于连接请求的通道选择应该采用基于约束的路由算法。
       E-NNI是控制平面内不同管理域间的接口,它主要解决不同管理域的信令网元之间的互连互通问题,在由多个管理域组成的光网内实现动态光路的建立、维护和删除等功能。
       CC1是信令网元和传送网元之间的接口,通常连接控制信息通过该接口为光传送设备端口之间建立连接。
NM1-A是控制平面与管理平面之间的接口,它主要解决两个平面之间的功能协调问题。
        可见,UNI,NN1接口是ASON实现自动交换功能的关键技术之一,也是ASON区别于现有光网络的一个重要特征。
(2) 协议
       控制平面的基本功能包括网元级的邻居发现、状态信息传播、路由选择和连接管理。其中网元级邻居发现的基本功能包括地址发现、业务发现、信息通道连接发现、确认和管理,其任务是确立相邻网元之间的连接关系和连接属性;状态信息传播的功能是通过在网络上发布网元级的连接信息,可在每个节点形成网络级的资源拓扑数据库;路由选择原则上应该采用基于约束的路由算法;连接管理主要包括光路连接的建立、维护和删除等功能。从逻辑上来讲,上述功能模块可以由呼叫控制器、连接控制器、路由控制器、链路资源管理器、协议控制器和策略控制器等6种功能元件组合实现。控制平面的上述功能是依靠具体协议实现的,即网络连接的建立是由信令协议按照路由协议的运行结果信息在传送平面内建立的。就目前的研究现状而言,ASON的控制平面主要是基于GMPLS等控制协议构建的,例如,采用比较成熟规范的IP路由协议(如OSPF:OpenShortest PathFirst和IS-IS:Interme¬diateSystem-To-IntermediateSystemintra-domainroutingexchangeprotocol)进行修改和扩充来实现拓扑发现,而由MPLS信令协议(CRLDP:Constraint RoutingLabelDistribu¬tionProtocol和RSVP:ResourceReservationProtocol)进行修改和扩充来完成自动连接指配功能。
(3)控制平面传送网络(信令网络)
       控制平面传送网络又称控制网络(信令网络),代表用于控制业务流的传送基础设施,在任何情况下都应该确保安全可靠地传送控制平面信息。它实质上是一个OCC互连后形成的网络,可以通过带内或带外传输的方式来实现,应能被不同的物理网络拓扑来支持。通常,除了有第三方控制的情况以外,控制平面和传送平面可能共存于同一个网元内。关于控制网络的研究工作主要集中在网络架构、生存性机制、QoS保证以及向上向下的扩展性等方面。
       综上所述,ASON正是有了控制平面,有了接口,通过协议和信令系统动态地交换网络拓扑状态信息、路由信息及其他控制信息,才具备了实现光通道的动态建立和拆除的能力,具备了自动交换的功能。
ASON能够实现以下3种连接方式。
       • 永久连接(PC):由网管系统利用网管协议建立永久性光通路连接;
       • 软永久连接(SPC):由网管系统利用网络产生的信令和路由协议来建立连接,这样的电路可以自动选路绕过网络失效点.确立这样的连接取决于NNI规定,不能由用户建立;
       • 交换连接(SC):可由用户直接按需要利用信令和选路协议来动态建立光通路连接,这样的连接需要有统一的标准网络命名、寻址方案以及UN1/NNI协议。
       通过这些连接方式,可以实现对光链路快速、灵活的配置,以满足流量工程和服务质量的要求。

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