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自动交换光网络技术及其发展
2006年7月13日 10:37  来源:光纤新闻网  作者:烽火通信 张园
  1 引言

  随着骨干网络容量的日益增大以及城域接入能力的多样化,对传输网络具备良好自适应能力的需求逐步提上日程,对网络带宽 进行动态分配并具有高性价比的解决方案已是人们追求的目标。ASON(自动交换光网络)正是在这样的市场环境下应运而生的新一代光网络技术。在ASON网络中,业务可实现动态连接,时隙资源也可进行动态分配,其原理是在现有的光网络上增加一层控制平面,并利用这层控制平面来为用户建立连接,提供服务和对底层 网络进行控制,同时支持不同的技术方案和不同的业务需求,具备高可靠性、可扩展性和高有效性等特点。对运营商来说,有了智能光网络,网络业务的调配变得更 加灵活,可将话音信号传输、Internet IP业务传输、ATM信号传输、数字图像信号传输融为一体,可以在同一传送平台提供话音信号、数据信号、图像信号的传输,实现传输网络的统一,使传输服务提供商在较低的投资下提供全业务传输服务,增强传输业务服务商的竞争能力,且业务升级容易,网络维护管理费用降低,同时可提供多种类型的网络恢复机制。 

  2 ASON光网络的组成

  ASON是指一种具有灵活性、高可扩展性的能直接在光层上按需提供服务的光网络。传输设备是ASON的基本传输载体,通常提供线性或环型组网结构。光交叉连接设备OXC为ASON的核心硬件设备,为其提供交换平台。光交叉连接设备的引入,使组网拓扑从环型、线性结构演进成高效的网状拓扑,从而可为寻找最优化的光路由或在网络发生故障时快速寻找保护路由提供可能,同时也便于在全网共享备用资源。ASON自身的伸缩性与网络软件的结合可提供全网的伸缩性,各种直接向用户提供的特色服务都要通过交换平台实施。按照ITU-TG.8080建议,ASON分为传送平面、控制平面和管理平面。
  
  此前,光传送网只有传送平面和管理平面,没有分布式智能化的控制平面,因此,ASON概念的提出,使传输、交换和数据网络结合在一起,实现了真正意义的路由设置、端到端业务调度和网络自动恢复,它是光传送网的一次具有里程碑的重大突破。传送平面包括提供子网络连接(SNC)的网元(NE),它具有各种粒度的交换和疏导结构,如光纤交叉连接,波带和波长交叉连接;具有各种速率和多业务的物理接口,如SDH(STM-N),以太网接口,ATM接口以及其他特殊接口等;具有与控制平面交互的连接控制接口(CCI)。
  
  ASON控制平面的核心是利用信令功能实现端到端自动连接的建立,它基于通用交换协议(GMPLS)族,其智能化实现的前提是传送平面的网元设备具备全自动时隙交换的功能(包括SDH时隙和波长时隙),即时隙信号可以从网元设备的任意入时隙位置交叉到出时隙位置。
  
  管理平面通过网络管理接口T(NMI-T)管理传送平面,通过网络管理接口A(NMI-A)管理控制平面,通过结合控制模块的链路管理协议(LMP)协同完成对DCN管理。它主要面向网络运营者,侧重于对网络运营情况的掌握和网络资源的优化配置。

  3 ASON网络关键技术

   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.从发展趋势来看,网络资源管理的智能化将集中在业务层上,而光学资源的管理将通过一个由业务层和光传输层所共享的集成控制平面提供.ASON的实现依赖于GMPLS等控制协议所构建的控制平面的完善和智能化光层网络节点如OXC、OADM和波长路由器的真正实现。
在ASON中,提出了全新的CP概念.CP涉及接口、协议和信令3个方面的问题,负责连接的提供、维护以及网络资源的管理.在网络中连接的提供需要路由选择算法、沿被选路由的请求和建立连接的信令机制.一旦一个连接被成功地建立起来,它就需按照业务等级协议(SLA)进行维护.而获得网络的拓扑(包括网络 总体情况和连通性)以及可用资源的信息是网络操作的基本功能.理想地说,网络的拓扑和可用资源应该自动发现,以实现邻居和终端系统发起的请求机制、算法以 及信息在网络中的通告.此外,有效的网络资源的利用要求维护一个网络总体的当前可用网络资源信息,这都是完成CP功能、实现连接动态提供的基础.ASON 正是有了这样的CP,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、路由信息及其它控制信息,才具备了实现光通道的动态建立和拆除的能力,具 备了自动交换的能力。
  
  4 ASON的亮点

   ASON的亮点在于它为静态的光传送网(OTN)引入智能,使之变为动态的光网络。智能光网络将IP的灵活和效率、SDH/SONET的保护能力、 DWDM的容量通过创新的分布式网管系统有机地结合在一起,形成以软件为核心的能感知网络和用户服务要求,并能按需直接从光层提供服务的新一代光网络。
  
  从设计上,ASON致力于克服IP over DWDM模式的限制,同时加入新的特性和功能。新加的特性包括完善的服务和管理功能,传送运营商级的1 Gbit/s和10 Gbit/s的以太网能力,以及以软件为中心的系统结构。
  
  ASON采用先进的基于IP的光路由和控制算法使得光路的配置、选路和恢复成为可能,具有智能决策和动态调节能力的智能光交换设备可以使传统上复杂而耗时的操作自动化,并且还能为构建一种具有高度弹性和伸缩性的网络基础设施打下基础。

  5 ASON的管理

  ASON中的网管软件与软光部分、光器件的关系,Soft optics主要由4个功能部分组成:光器件驱动、系统Soft optics、路由Soft optics和NMS Soft optics。光器件驱动是软件/固件模块,用于控制相关的光器件并提取相关数据供系统Soft optics分析,系统 Soft optics负责收集和分析光路完整状态和性能监视数据。路由Soft optics负责向路由软件提供光通路的相关参数,包括通道类型、 FEC、传送格式等,路由软件据此计算路由。NMS Soft optics负责端到端的性能监视和报告、故障分析、光器件运行状态检测等。NMS则根据这些信息管理网络。

  ASON的每个网元都具有智能性,网元间可进行路由信息和链路状态信息的交换。每个网元依据动态路由协议掌握着整个网络的拓扑结构和相关链路的状态。网元知道哪些网元具有可达性,并知道通过哪些路径可达。智能光网络充分简化了网络管理系统,通过一个网管 系统就可实现对网络的有效管理,实现端到端的配置、故障管理和性能管理等功能。

  ASON具有自身的网管系统,它是光传送网网管体系结构的一个组成部分。在逻辑上,ASON网管系统与SDH网管系统、WDM网管系统并行管理光传送网,它们属于同一层面。因此,ASON网络管理应采取以ASON网管系统管理为主,需要时应与SDH网管系统相配合来协调管理整个传送网,充分发挥ASON网在传送网中的智能化电路调度作用。烽火通信推出的OTNM2000智能网络管理系统能够完成对与MSTP基础平台和智能控制系统的统一管理功能。

  6 ASON生存性技术

  目前,ASON采用的生存性技术分为保护、集中恢复和分布恢复,其中保护和集中恢复是传统光网络的功能,而分布恢复则是ASON所特有的功能。
  
   与传统的光传输网不同,ASON的控制平台是运营商可以为用户提供选择业务等级及向用户提供SLA协议所承诺的指标。保护和恢复可以由管理平台命令发起或者临时禁止。此外,管理平台的命令可用于日常的维护,也可以在紧急故障时压制自动完成的动作。在ASON中,恢复与控制平面的动作有关,保护则由传输平面完成。 ASON的保护技术主要有:1+1单向路径保护,1+N路径保护,1+1单向SNC/N和SNC/S保护。同时,还有光通道(Och)共享保护和光复用段(OMS)共享保护环,这两种方式均使用APS协议。
  
  ASON的恢复方法分为3种:预计算、动态和这两种同时采用。它们的区别在于所采用的恢复动作顺序不同。
  
  7 ASON组网方案

  考虑与实际已经存在的DWDM,SDH网络融合,ASON组网方案有两种:

  (1)ASON+DWDM组网方案

   利用DWDM系统的大容量和长途传输能力以及ASON节点的宽带容量和灵活调度能力,可以组建一个功能强大的网络。在这样的网络中,尤其在骨干和汇聚层网络,ASON节点可以完成传统SDH设备所能完成的所有功能,并提供更大的节点宽带容量,更灵活和更快捷的电路调度能力,同时网络的建设和运营费用也比较低。ASON节点所能提供的单节点交叉容量可以大大缓解网络中节点的“瓶颈”问题。烽火通信已经在河北移动综合业务传送网络项目中采用了ASON+DWDM的组网方案。
  
  (2)ASON和SDH混合组网方案

   ASON可以基于G.803规范的SDH传送网实现,也可以基于G.872规范的光传送网实现,因此,ASON可与现有SDH传送网络混合组网。 ASON与现有电信网络的融合是一个渐进的过程,先在现有的SDH网络形成一个个ASON,然后逐步形成整个的ASON。这一发展过程与PDH向SDH设 备的过渡非常相似。在辽宁阜新网通本地网工程中烽火通信FonsWeaver 780设备为阜新网通构建核心网络可由MSTP网络升级至ASON网络,可由10G环升级至40G环。

  8 ASON设备中的新技术

  1.40Gbit/s速率的光接口

  随着各种新兴电信业务的出现,特别是数据业务对网络带宽的占用量越来越大,我们在使网络变得智能化的同时,也要考虑网络宽带化的问题。对于应用于骨干层网络ASON节点设备来说,能够提供40Gbit/s的更大速率光接口就显得非常有必要了。另一方面,各种高端路由器和交换机的接口速率达到了10Gbit/s,这种大容量高端路由器和交换机的出现也大大推动了40G光接口在ASON节点设备中的应用。烽火通信作为国内主要的光通信设备供应商之一,已经在40G商用传输系统方面取得了重大突破,承担的国家“十五”科技攻关计划项目“40Gbit/sSDH光纤通信设备与系统”已经顺利通过信息产业部验收专家委员会的验收。该项目通过采用精确色散补偿、拉曼化掺饵光纤放大器等技术,成功地实现了40Gbit/s光传输系统在G.652和G.655光纤上的560km无电再生无误码传输,解决了该系统在色散、非线性等方面的关键难题。目前烽火通信FonsWeaver系列ASON产品已经全面支持40Gbit/s高速率光接口。

  2.基于BitSlice技术的多播严格无阻塞交叉矩阵

  交叉矩阵是ASON节点设备传送平面的核心部分,ASON设备和传统的SDH/MSTP设备相比,除了增加控制平面外,在传送平面硬件方面也有部分改进。例如交叉容量的提升和交叉矩阵的多播严格无阻塞特性。为什么ASON节点设备需要多播严格无阻塞、大交叉能力的交叉矩阵呢?主要是以下三方面的原因:首先,ASON是基于格状网络构建的,相对于以往的环网结构来说,ASON节点设备上要提供更多的光接口,要有更强的业务调度和疏导能力。其次,采用多播严格无阻塞的交叉矩阵对于ASON网络的恢复时间性能有显著提高。与之相比,传统的3级CLOS矩阵方式具有重构无阻塞特性,在网络发生故障时,ASON节点设备的交叉连接要进行内部路由搜索,延长了全网恢复时间。最后,采用多播严格无阻塞矩阵可以更好地支持ASON网络中的广播业务。若采用重构无阻塞交叉矩阵,在广播业务达到25%以上时,会显示出阻塞特性。目前烽火通信FonsWeaver系列ASON产品已经全面支持基于BitSlice技术的多播严格无阻塞交叉矩阵,其最大交叉能力达到1280G。 

  9 ASON技术的演进

  (1)在光传输网完全采用WDM传输技术的基础上,首先在长途节点使用OEO交换技术的OXC设备,采用ASON的信令、路由协议和NNI接口,在域内实现ASON的功能;

  (2)在城域网范围内,采用具有UNI接口的多业务传输平台(MSTP)或OXC设备,以便使MSTP或OXC设备可以通过UNI接口,实现端对端智能管理;

  (3)在全网内,全面采用ASON的信令、路由协议、NNI接口和功能;

  (4)不同运营商的ASON,使用NNI或UNI接口互通。  
   
  10 结束语

   对于ASON网络的发展,其标准化进程的加快,将实现不同厂商设备的互通和互操作,同时网络结构从环网向网状网演进,着重了网状网物理平台的建设及系统 资源的完善和优化,随着ASON技术的逐步成熟,未来几年将进入实用化阶段。ASON利用单一的控制平面,可以实现跨厂商、跨运营商管理域OTN/SDH 传送平面的统一控制,完成端到端的电路建立、保护和恢复,解决了端到端配置、保护和恢复、电路SLA等问题。可以相信,ASON网络体系将为网络运营商和 服务商带来新的业务增长点,创造巨大的市场机遇与经济效益。
 
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