張磊   范忠禮 
   （1南京郵電學(xué)院計算機應(yīng)用技術(shù)系210003  2南京郵電學(xué)院光信息技術(shù)系210003）
摘要：本文首先介紹目前光傳送網(wǎng)的現(xiàn)狀，并提出了智能光網(wǎng)絡(luò)的概念，接著以ASON作為智能光網(wǎng)絡(luò)的解決方案來分析其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，功能結(jié)構(gòu)和三種連接類型，同時也探討了智能光網(wǎng)絡(luò)控制平面的特色和協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，最后描述了智能光網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：自動交換光網(wǎng)絡(luò)ASON，硬永久性連接PC，交換連接SC，軟永久性連SPC，控制平面
Brief Discussion on Intelligent Optical Network
                      ZHANG Lei   FAN Zhong-Li 
  1 Department of Computer Application and Technology, Nanjing 
University of Posts and Telecommunitions,210003
   2 Department of Optical Information and Technology, Nanjing 
University of Posts and Telecommunication,210003）
Abstract: This article firstly introduces the current situation
 of Optical Transport Network, and what is more the concept of 
Intelligent Optical Network is mentioned. Then the Network 
Architecture, Function Architecture and three connections type 
are analyzed by ASON-based Intelligent Optical Network solution,
furthermore the protocol architecture and feature of Control 
Plane in Intelligent Optical Network are discussed. At last the
paper describes the application of Intelligent Optical Network.
Key words: Automatic Switch Optical Network, Permanent
Connection, Switched Connection, Soft Permanent Connection,
Control Plane
1  目前光傳送網(wǎng)OTN的現(xiàn)狀
    目前光傳送網(wǎng)OTN智能性很低，大部分采用的都是固定的光鏈路連接模式，對高速帶寬的指配基本上是靜態(tài)的，現(xiàn)有的光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，光層對上層業(yè)務(wù)提供靜態(tài)的端到端連接（圖中的A、B端），這種靜態(tài)連接所形成的網(wǎng)絡(luò)邏輯拓撲不能根據(jù)當(dāng)前業(yè)務(wù)分布狀況進行調(diào)整，不能滿足可預(yù)見的客戶層需求。這種不足主要體現(xiàn)在：
1）不能快速、高質(zhì)量地為用戶提供各種帶寬服務(wù)與應(yīng)用，滿足不了正在悄然興起的”波長批發(fā)”、”波長出租”及”光VPN”等各種增值業(yè)務(wù)的要求。
2）無法進行實時的流量工程控制，現(xiàn)有的光網(wǎng)絡(luò)不能根據(jù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，實時、動態(tài)地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的邏輯拓撲結(jié)構(gòu)以避免擁塞，實現(xiàn)資源的最佳配置
3）光網(wǎng)絡(luò)的保護和恢復(fù)功能有待加強，如在網(wǎng)絡(luò)失效或發(fā)生故障之后，網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)慢收斂現(xiàn)象，特別是在系統(tǒng)要求手工干預(yù)的情況下，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)要以小時或者天，甚至星期來計算
4）設(shè)備的互操作性和網(wǎng)絡(luò)可擴展性差，不同運營商的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)之間缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口，使得不同網(wǎng)間互聯(lián)復(fù)雜化。
        
                    圖1  現(xiàn)有的光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 
2  智能光網(wǎng)絡(luò)概念的提出
    針對以上提出的問題，自動交換傳送網(wǎng)ASTN應(yīng)運而生。以O(shè)TN為基礎(chǔ)的ASTN也稱為自動交換光網(wǎng)絡(luò)ASON（常被稱為智能光網(wǎng)絡(luò)），智能光網(wǎng)絡(luò)ION（Intelligence Optical Networks）也是指在光路由和信令控制下完成自動交換連接功能的新一代的光網(wǎng)絡(luò)，是一種具備標(biāo)準(zhǔn)化智能的光傳送網(wǎng)，近幾年隨著IP業(yè)務(wù)的快速增長，對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求不僅變得越來越大，而且由于IP業(yè)務(wù)量本身的突發(fā)性、不確定性和不可預(yù)見性，對網(wǎng)絡(luò)帶寬的動態(tài)分配要求也越來越迫切。傳統(tǒng)的主要靠人工配置網(wǎng)絡(luò)連接的原始方法耗時費力并易出錯，不僅難以適應(yīng)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和新業(yè)務(wù)提供拓展的需要，也難以適應(yīng)市場競爭的需要。
    這種利用獨立的ASTN／ASON控制平面通過各種傳送網(wǎng)(包括SDH或OTN)來實現(xiàn)自動連接管理的網(wǎng)絡(luò)，主要好處有：允許將網(wǎng)絡(luò)資源動態(tài)地分配給路由，縮短了業(yè)務(wù)層升級擴容時間，明顯增加了業(yè)務(wù)層節(jié)點的業(yè)務(wù)量負荷；具有可擴展的信令能力集；快速的業(yè)務(wù)提供和拓展；降低了維護管理運營費用；光層的快速業(yè)務(wù)恢復(fù)能力；減少了用于新技術(shù)配置管理的運行支持系統(tǒng)軟件的需要，只需維護一個動態(tài)數(shù)據(jù)庫，也減少了人工出錯機會；還可以引入新的業(yè)務(wù)類型，如按需帶寬業(yè)務(wù)、波長帶寬業(yè)務(wù)、動態(tài)波長分配租用業(yè)務(wù)、帶寬交易、光撥號業(yè)務(wù)、動態(tài)路由分配等，使傳統(tǒng)的傳送網(wǎng)向業(yè)務(wù)網(wǎng)方向演進。動態(tài)的概念是在光層配置智能光交換機在控制層面的支持下對交換路徑進行動態(tài)配置，如圖2所示在光層旁路掉無需本地處理的業(yè)務(wù)，從而減輕核心路由器需處理的業(yè)務(wù)量，提高全網(wǎng)性能；更為重要的是根據(jù)當(dāng)前業(yè)務(wù)分布狀況、對網(wǎng)絡(luò)的邏輯拓撲進行動態(tài)調(diào)整。傳送網(wǎng)中引入動態(tài)交換是傳送網(wǎng)概念重大突破，是傳送網(wǎng)的一次革命。
    

 上層的核心路由器
 底層智能光交換機
 CIENA的智能光交換機
         圖2  更適合于傳送IP業(yè)務(wù)的智能光網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)
3  智能光網(wǎng)絡(luò)ASON的體系結(jié)構(gòu)
3.1  ASON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
    ASON網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的目的是為了實現(xiàn)全局整體性網(wǎng)絡(luò)，因此ASON網(wǎng)絡(luò)采用了可劃分為多個域的概念性結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以允許設(shè)計者根據(jù)多種具體條件限制和策略要求來構(gòu)建一個ASON網(wǎng)絡(luò)。不同域之間是通過參考點來完成相互作用的。用戶同ASON網(wǎng)絡(luò)之間的接口是UNI，而ASON網(wǎng)絡(luò)中不同管理域之間的參考點是E-NNI,而同一個管理域之間不同路由尋徑域或不同控制元件之間的參考點是I-NNI。這種結(jié)構(gòu)可用下面的圖3來表示。通過引入域的概念，使網(wǎng)絡(luò)具備了良好的規(guī)模性和可擴展性，這保證了將來的網(wǎng)絡(luò)平穩(wěn)升級，各個域可以并行發(fā)展。通過E-NNI，I-NNI的引入，使得在ASON具備良好的層次性結(jié)構(gòu)；通過E-NNI接口來傳遞網(wǎng)絡(luò)消息，可以滿足不同域之間的消息互通的要求，這使多廠商設(shè)備互聯(lián)互通成為可能；通過對外引入I-NNI，就能屏蔽了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的具體消息，保證了網(wǎng)絡(luò)安全性需求，而通過標(biāo)準(zhǔn)的UNI接口，使得用戶具備統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)接入方式。
       
              圖3  ASON網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)圖
3.2  ASON功能結(jié)構(gòu)
    同傳統(tǒng)的光傳送網(wǎng)OTN相比較，一個明顯的不同就是控制平面的引入。這一平面的引入給整個光網(wǎng)絡(luò)帶來了前所未有的變化，它使得整個網(wǎng)絡(luò)的面貌為之一新�；�于ASON的下一代光傳送網(wǎng)特點包括：在光層實現(xiàn)動態(tài)業(yè)務(wù)分配；具有端到端網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控保護、恢復(fù)能力；具有分布式處理功能；與所傳送客戶層信號的比特率和協(xié)議相獨立，可支持多種客戶層信號；實現(xiàn)了控制平面與傳送平面的相互獨立；實現(xiàn)了數(shù)據(jù)網(wǎng)元和光層網(wǎng)元的協(xié)調(diào)控制；與所采用的技術(shù)相獨立；網(wǎng)元具有智能性，可根據(jù)客戶層信號的業(yè)務(wù)等級(CoS)來決定所需要的保護等級。ASON功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。在ASON的功能結(jié)構(gòu)中，根據(jù)ASON各種實體之間的邏輯關(guān)系以及在這些實體之間所傳遞的信息，ASON定義了不同的網(wǎng)絡(luò)接口。網(wǎng)絡(luò)接口的規(guī)范化有利于在網(wǎng)絡(luò)中使用不同廠商設(shè)備，構(gòu)造不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或劃分不同的管理域。ASON 定義的網(wǎng)絡(luò)接口包括：用戶網(wǎng)絡(luò)接口、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口、外部網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口、連接控制接口、網(wǎng)絡(luò)管理接口等。圖中包含了ASON網(wǎng)絡(luò)中的主要功能構(gòu)件。
    從ASON功能層面上來講，ASON可被視為是由三大平面，即控制平面，管理平面和傳送平面所組成的。ASON的控制平面由一組通信實體組成，負責(zé)完成呼叫控制和連接控制功能，主要是連接的建立釋放、監(jiān)測和維護，并在發(fā)生故障時恢復(fù)連接，由信令網(wǎng)支撐。ASON的管理平面完成傳送平面、控制平面和整個系統(tǒng)的維護功能，它負責(zé)所有平面間的協(xié)調(diào)和配合，能夠進行配置和管理端到端連接，是控制平面的一個補充，包括網(wǎng)元管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，它將繼續(xù)在集中控制的點擊式光通道配置中發(fā)揮重要作用，它具有M.3010所規(guī)范的管理功能，即性能管理，故障管理、配置管理、計費管理和安全管理功能，此外，它還包含內(nèi)置式網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具。ASON的傳送平臺為用戶提供從端到端雙向或單向信息傳送，同時，還要傳送一些控制和網(wǎng)絡(luò)管理信息，它按ITU-T G.805建議進行分層，為了能夠?qū)崿F(xiàn)ASON的各項功能，傳送平臺必須具有較強的信號質(zhì)量檢測功能及多粒度交叉連接技術(shù)。
    隨著ASON的發(fā)展，ASON的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點要設(shè)備也向下面幾個方向發(fā)展：有滿足用戶需要的端口數(shù)；要具有嚴格無阻塞的全連接能力；能夠支持多址廣播；可提供波長變換能力；采用模塊化設(shè)計，可根據(jù)用戶的需求加以調(diào)整；設(shè)備自身要具有較高的可靠性，關(guān)鍵部件要有1+1冗余設(shè)計；具有豐富的軟件功能和控制功能，支持ASON控制平面的信令協(xié)議、路由選擇協(xié)議和帶寬分配管理協(xié)議；可實現(xiàn)保護和恢復(fù)。
         
                           圖4  ASON的功能結(jié)構(gòu)
3.3  ASON三種連接類型
    智能光網(wǎng)絡(luò)支持的連接有三種類型：（1）硬永久性連接PC(Permanent Connection )；（2）信令方式連接即交換連接SC(Switched Connection)；（3）軟永久性連SPC(Soft Permanent  Connectiont)。
    (1)指配方式又稱為硬永久性連接：這種方式的連接，通過對所要求的端到端連接的通道上的每個網(wǎng)元，進行配置來完成。指配是由網(wǎng)管系統(tǒng)或者人工參與實現(xiàn)的，網(wǎng)管系統(tǒng)需要接入網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫，要首先找出最適宜的路由，然后發(fā)命令給支持連接的網(wǎng)元實現(xiàn)連接。這種連接又稱為硬永久性連接。永久性連接的發(fā)起和維護都是由管理平面來完成的，并且傳送平面中為具體業(yè)務(wù)建立通道的路由消息和信令消息也由管理平面發(fā)出。
    (2)信令方式交換式連接（SC）：這種方式的連接由通信端點的命令來完成。這些通信端點在控制平面內(nèi)，以信令消息的形式進行動態(tài)協(xié)議消息互換。這些消息流通過控制平面內(nèi)的I-NNI或者E—NNI。這種方式的連接需要網(wǎng)絡(luò)命名和編址方案，以及控制平面協(xié)議，交換式連接與永久性連接恰恰相反，這種連接的發(fā)起和維護都由控制平面來完成，控制平面通過用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）接收用戶方面?zhèn)鱽淼恼埱�，�?jīng)過處理后在傳送平面為這個請求提供一條具體的可滿足用戶需求的光通道，并把結(jié)果報告給管理平面；管理平面在這種連接的建立過程中并不起直接作用，它只是接收從控制平面?zhèn)鱽淼倪B接建立消息。
    (3)混合方式(軟永久性連接SPC)：這種方式的連接是在網(wǎng)絡(luò)的邊緣，由網(wǎng)絡(luò)提供者提供永久性連接，在網(wǎng)絡(luò)邊緣的永久性連接之間，提供交換的連接，以實現(xiàn)總的端到端的連接。連接是通過網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的信令和選路協(xié)議完成的，并取決于NNI的定義，指配只是完成邊緣的連接。這種方式的連接沒有定義UNI，所以又稱之為軟永久性連接(SPC)。從端到端來看，與指配、網(wǎng)管控制、永久性連接沒有什么區(qū)別。
    SPC軟永久性連接則介于上述兩種連接之間，它的建立與拆除請求也由管理平面發(fā)出，但是對傳送平面中具體資源的配置和操作卻是由控制平面發(fā)出指令來完成的，三種連接的不同之處：對連接建立起主控作用的部件不同。永久性連接的發(fā)起和維護都是由管理平面來完成的，并且傳送平面中為具體業(yè)務(wù)建立通道的路由消息和信令消息也由管理平面發(fā)出，控制平面在永久性連接中并不起作用。交換式連接與永久性連接恰恰相反，這種連接的發(fā)起和維護都由控制平面來完成，控制平面通過用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）接收用戶方面?zhèn)鱽淼恼埱�，�?jīng)過處理后在傳送平面為這個請求提供一條具體的可滿足用戶需求的光通道，并把結(jié)果報告給管理平面；管理平面在這種連接的建立過程中并不起直接作用，它只是接收從控制平面?zhèn)鱽淼倪B接建立消息。
4  ASON控制層面的特色
    下一代網(wǎng)絡(luò)是智能的、靈活的光網(wǎng)絡(luò)，這就意味著要能實現(xiàn)快速的端到端光通路恢復(fù)，快速地建立一條通過靈活光網(wǎng)絡(luò)的光通路，其途徑就是要使用路由技術(shù)和信令協(xié)議。執(zhí)行路由操作以及網(wǎng)絡(luò)拓撲和資源的信息發(fā)現(xiàn)，傳遞狀態(tài)信息并計算點到另—個節(jié)點的最佳路由通路，顯然信令和路由協(xié)議是智能光網(wǎng)絡(luò)控制平面中的重要協(xié)議。具有足夠的靈活性以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)狀況。通過將控制平面分割成不同的構(gòu)件可實現(xiàn)這一要求，它允許由供貨商和業(yè)務(wù)提供商來決定這些構(gòu)件的位置，也允許由業(yè)務(wù)提供商來決定這些構(gòu)件的安全及策略控制。一個設(shè)計良好的控制平面體系結(jié)構(gòu)在支持更快的和更精確的電路建立的同時，還應(yīng)該給業(yè)務(wù)提供商提供對于其網(wǎng)絡(luò)更好的控制�？刂破矫姹旧響�(yīng)該具備可靠性、可擴充性和高效性，而且還應(yīng)該具備足夠的通用性，以支持不同的技術(shù)、不同的商業(yè)需求。通過ASON控制層面幾個組件的協(xié)調(diào)工作，最后由連接控制器來建立連接，業(yè)務(wù)傳送完后，可以自動刪除連接，這部分資源可以再給別的用戶使用。這種連接的自動建立、自動刪除功能可以高效地利用網(wǎng)絡(luò)資源。而對于物理實體的網(wǎng)絡(luò)配置是可以做到按需配置的，控制層面可快速建立光通道連接，實現(xiàn)有效的網(wǎng)絡(luò)控制，因此控制平面是ASON的中樞神經(jīng)。ASON控制平面還可以分成不同功能構(gòu)件（資源發(fā)現(xiàn)，狀態(tài)信息分發(fā)，路徑選擇，路徑管理），相互補充，形成一個全面的控制平面體系結(jié)構(gòu)。
5  ASON控制平面的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)
    ASON由ITU-T提出、研究并進行標(biāo)準(zhǔn)化。它不是一個或一套協(xié)議，而是一個光網(wǎng)絡(luò)控制平面組件以及這些組件之間接口的結(jié)構(gòu)模型。ASON為控制平面定義了用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）和網(wǎng)絡(luò)間接口（NNI）。秉承了ITU的風(fēng)格，如圖5所示ASON標(biāo)準(zhǔn)化采用自頂向下的方式，從一套完整清晰的需求開始ASTN（G.8070），到高層結(jié)構(gòu)設(shè)計ASON（G.8080），最后是單元結(jié)構(gòu)（一批規(guī)范）。任何滿足單元結(jié)構(gòu)需求的協(xié)議都可能成為實現(xiàn)ASON控制平面的選擇。主要有用于數(shù)據(jù)通信網(wǎng)DCN方面的G.7712協(xié)議系列，用于信令協(xié)議的有PNNI G.7713.1，RSVP-TE G.7713.2，CR-LDP G.7713.3，用于鄰居（SDH/SONET/DWDM設(shè)備）發(fā)現(xiàn)協(xié)議的G.7714.1，用于路由協(xié)議的G.7715.1和用于鏈路資源管理方面的G.7716協(xié)議系列。
    
                 圖5  ITU-T ASON 自頂向下的控制平面標(biāo)準(zhǔn)
6  智能光網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用
    目前從事智能光網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品研發(fā)的有CIENA、Lucent、Nortel、Sycmore、Alcatel、Marconi、NEC等。已經(jīng)商用的產(chǎn)品包括CIENA和Sycamore等公司，朗迅和北電的硬件部分已經(jīng)可以商用，而控制部分將于近期推出，阿爾卡特推出UNI代理，其它廠商正在研制中。在目前IT仍處低迷的情況下，運營商把投入與回報比即減少傳送網(wǎng)的投資和運營費用，便于引入新的傳送服務(wù)并增加收入是首要選擇，智能光網(wǎng)絡(luò)其市場前景非常好，按照Frost&Sullivan公司最近的預(yù)測，盡管全球電信設(shè)備市場總體呈低迷狀態(tài)，但全球的智能光交換市場需求將仍然從2001年的3.6億美元增加至2006年的60億美元。經(jīng)RHK、Aberdeen等公司的調(diào)查，CIENA公司開發(fā)出的新一代智能光網(wǎng)絡(luò)不但在技術(shù)上，在市場應(yīng)用中都處于領(lǐng)先地位。CIENA的智能光交換機Core Director已在北美、歐洲、亞洲的近50家大型運營商得到廣泛的應(yīng)用。Ciena的智能光網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的主要組網(wǎng)特點和功能是：
•大容量、小粒度光交換。CIENA目前得到一年半使用的CoreDirector，單個主機支持640Gbps的光交換，交換粒度為51Mbps，適合SDH交換，最多可提供64個10Gbps的端口或256個2.5G的端口，多主機可支持7.7Tbps的光交換，支持從STM-1到STM-64的多種接口。
•支持VC-3/VC-4顆粒的任意級聯(lián)，支持非標(biāo)準(zhǔn)的容量（如STS-6），能滿足不同的數(shù)據(jù)速率需求，提高帶寬的利用率。
•支持線型、環(huán)型和網(wǎng)狀（Mesh）組網(wǎng)，支持線、環(huán)保護和網(wǎng)狀恢復(fù)功能，提供7個優(yōu)先級的區(qū)分服務(wù)等級。
•CoreDirector是分布式智能的，它的路由信令協(xié)議稱為OSRP（Optical Signaling and Routing Protocol），能處理象GMPLS一樣的協(xié)議，是GMPLS的前期實現(xiàn)，并支持OIF UNI版本的GMPLS，有拓撲結(jié)構(gòu)自動發(fā)現(xiàn)能力，有動態(tài)、自動、快速電路配置功能，網(wǎng)絡(luò)配置采用端對端配置。
7  結(jié)束語
　　基于SDH體制的光傳送網(wǎng)如何向以IP為基礎(chǔ)的光傳送網(wǎng)演進是運營商、設(shè)備制造商十分關(guān)注的問題。下一代網(wǎng)絡(luò)（ＮＧＮ）是一個以軟交換為中心，以智能的ＯＴＮ為基礎(chǔ)的傳送光網(wǎng)絡(luò)。ASON具有大容量光交換能力和網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)自動發(fā)現(xiàn)、端對端電路配置、帶寬動態(tài)分配等功能及特點，將大大提高數(shù)據(jù)、電路業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，是新一代智能光傳送網(wǎng)交換傳輸最佳的選擇。
參考文獻
[1]徐榮 龔倩 編 高速寬帶互聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 人民郵電出版社 2002
[2]范忠禮  智能光網(wǎng)絡(luò)控制層面  網(wǎng)絡(luò)電信   12/2002。
[3]張成良 自動交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）體系結(jié)構(gòu)及相關(guān)協(xié)議的研究 2003年3月ITU-T報告 北京