周田华，张德琨
（桂林电子工业学院通信与信息工程系）
摘 要 系统介绍了自动交换光网络（ASON）出现的技术背景、现状和分层结构，并着重描述了ASON中控制平面技术。重点研究了控制面的功能模型，信令与路由，分布式呼叫与连接管理（DCM）和自动发现机制。最后对ASON的未来进行了探讨与展望。
关键词 自动交换光网络控制平面交换连接自动发现DCM
1 引言
受IP业务高速增长所产生的带宽需求以及波分复用技术所引入的新型带宽利用模式的双重驱动，为了释放光传送网络巨大的带宽资源，以便更高效、经济的传送IP数据业务，IP网与光传送网的无缝融合势在必行。尤其当前数据业务不可预测的流量模型要求一个更加智能化的光纤核心网络以提供良好的扩展能力，灵活的选路和链路配置、保护恢复和高效的网管，自动交换光网络(ASON)正是在这种背景下应运而生。
2 ASON的发展现状
1998年ITU-T提出了光传送网的概念，以G.872光网络分层结构为基础定义了OTN。2000年后由于自动交换传送网络(ASTN)的出现，ITU-T提出了G.807定义了自动交换传送网要求。针对目前使用最多的光网络，ITU-T在G.807的基础上进行了细化和具体，提出了G.8080建议，定义了自动交换光网络结构。G.7713定义了分布式呼叫和连接管理。G.7714建议定义了ASTN／ASON中的自动发现网络拓扑和资源技术。G.7715定于了在ASON网络中建立交换连接(SC)和软永久连接（SPC）选路功能的结构和要求。G.7715的目的是提供一种与协议无关的方法，用来描述用于ASON的路由技术。G.7716定于ASON链路管理。G.7717定义连接许可控制。此外其他一些标准化组织如ODSI，OIF和IETF等对于智能光网络也进行了积极的探讨和研究。OIF主要从用户节点接口方面提出业务和相关信令的要求，它在光网络信令方面提出的UNI1.0已经在一些公司进行了成功的互联。IETF主要从信令和链路方面对自动交换光网络进行探讨，提出了GMPLS协议，其中RSVP-TE和CR-LDP协议已经被ITU-T采纳，作为DCM的一部分在ITU-T专家组中进行讨论。两者优势的结合将会大大加快自动交换传送网标准的建立。
3 ASON的结构
3．1 体系结构
ASON体系结构模型如图１所示，整个网络由控制平面（CP）、传送平面(TP)和管理平面(MP)三个平面组成。图中数据通信网(DCN)表示用于承载控制信令和管理信息的信令网络。与传统的光传送网相比，ASON的传送面仍然负责业务的传送，但这时传送层的动作却是在管理面和控制面的共同作用下进行的。控制面和管理面都能对传送层的资源进行操作，这些操作动作由传送面与控制面和管理面之间的接口来完成。而连接的配置、建立和拆除等原来需由管理面完成的操作现在则主要在控制面内自动完成.。ASON通过引入控制面，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、路由信息以及其它控制信息，实现光通道的动态建立和拆除以及网络资源的动态分配，具有了相对的智能性——这也是ASON被称为智能光网的原因。
3．2 层次结构
ASON层次结构如图2所示。从层次方面来看，因为ASON网络设计的目的是为了实现全局整体性网络，所以ASON网络采用了多域结构，不同域之间是通过参考点来完成相互作用的。把一个抽象接口映射到协议中就可以实现物理接口，并且多个抽象接口可复用于一个物理接口上。用户同ASON网络之间的接口是UNI；ASON网络中不同管理域之间的参考点是E-NNI，而同一个管理域之间不同路由域或不同控制组件之间的参考点是I-NNI。通过引入域的概念，网络具备了良好的规模性和可扩展性，这保证了将来的网络平稳升级，而E-NNI，I-NNI的引入，使得ASON具备良好的层次性结构。通过E-NNI接口来传递网络信息，可以满足不同域之间的信息互通的要求，这使多厂商设备互联互通成为可能；通过对外引入I-NNI，就能屏蔽网络内部的具体信息，保证网络安全；而通过标准的UNI接口，则使用户具备了统一的网络接入方式。
3．3 功能接口
结合ASON的体系结构和层次结构，ASON的功能接口如图3所示。从图中我们可以看出，UNI接口只存在于控制面和用户之间，在管理面和控制面以及传送面之间的接口都是NMI接口，而在控制面和传送面之间的接口是CCI，另外在控制面和传送面的同一个域内都有I-NNI接口，但在控制面和传送面的不同域之间的接口分别为E-NNI和PI了。
3．4 连接类型
ASON根据请求对象的不同定义了三种类型的连接：:永久连接(PC)、软永久连接(SPC)和交换连接(SC)。其中交换式连接的引入是整个ASON的核心所在。它是由于控制平面的引入而出现的一种全新的动态连接方式。交换连接由源端用户Ａ向控制平面发起连接请求,通过控制平面内控制和路由信息的交互,动态地根据网络资源情况在连接终端点A、B之间建立一条通路。在交换连接建立的过程中,网络中的节点(OXC或OADM)能像电话网中的交换机一样,实时地响应连接请求。交换连接的示意图如图4所示。正是由于有了交换式连接的引入，光网络才有了智能，才可以应用户的要求来自动提供所需的光通道。而交换式连接是在控制平面的控制之下实现的，很明显，正是由于在光网络中第一次引入了单独的控制面光网络才具备智能。因此关于控制面的问题就是整个ASON的核心问题了。
4 ASON的控制平面
ASON的核心技术包括信令协议、路由协议和链路资源管理等。其中信令协议用于分布式连接的建立、维护和拆除等管理；路由协议为连接的建立提供选路服务；链路资源管理用于链路管理，包括控制信道和传送链路的验证和维护。而这些功能主要由控制面来实现，因此控制面的设计是实现ASON网络的核心所在。
4.1 控制平面的功能模型
ASON控制平面的功能模型如下图5所示。它系统阐明了控制平面的各项功能及其之间的关系。
连接控制功能(CC)：监测与管理连接的建立和删除，对已经建立的参数进行必要的修改。在回应连接请求时，协调查询路由表，要求呼叫允许功能和更新连接点的状态。
路由表功能(RT)：包含一系列可达目的地址和该目的地的建议出口链路；响应连接控制功能关于地址的出口链路查询。
路由表更新功能(RTU)：传递一个子网的本地路由表中内容到它的最近邻居；从最近邻居子网控制器接受路由表，更新本地路由表以及映射到所有通过它的邻居所到达的目的地。
连接接纳控制功能(CAC)：负责确定链路上是否有足够的资源来接纳新的连接请求。其可以根据优先级或者各种策略决定是否接纳连接请求。该功能需要与连接控制及链路资源管理功能交换信息。
链路资源管理功能(LRM)：对分配给连接的链路资源的状况进行跟踪。它需要与连接接纳控制功能，策略功能和连接功能交互。
连接点状态功能(CPS)：为连接控制功能提供子网边界上所有连接的点的状态相关信息。
策略代理功能(PA)：根据在连接建立时或连接修改后所确定的连接参数对连接流量进行验证。当某连接违反了协议商定的参数时，策略代理功能将试图进行纠正。
协议控制功能(PC):负责控制信息在网络中的可靠传输。允许对控制信息进行跟踪以保证能接受到预期的响应或是返回给发起者一个异常。其传送的信息包括了路由表更新信息、链路资源管理信息和连接控制信息。
4．2 控制平面传送网
代表用于控制业务流的传送基础设施，支持带内传输和带外传输。对控制网的基本要求是确保能够正确可靠和有效的传送控制面信息，即使在控制面失效的情况下已有连接也不能丢失，失效事件仍能传播给网管系统。从这里我们就可以清楚控制面信息相对于其他信息需要分离的通知和状态码。
4．3 信令要求
对于信令协议，OTN的潜在大规模意味其难以组织成单一的扁平化网络，需要分割成子网和子网之间的链路甚至于单个交换设备，因而处理拓扑发现和选路的协议必须能够处理子网和设备级的多个链路。从标准模型来看，按照G.805的描述，一个标准的ASON模型由多条链路互联的一套连接功能组成。由于连接功能和链路是两个不同的拓扑元件，连接功能的控制在逻辑上是与链路的控制分开的，因此在设计ASON时无需了解链路的内部结构，连接功能由诸如OCC这样的连接实施者控制。从ASON的维护角度来讲，OTN的维护除在需要消除损伤的地方外，通常无需再生功能，因此详细的光通道层（Och）监视应该限制于管理域边界和其他维护策略所需要的点，这也意味着连接功能不能确保任意方便的地方都能接入Och开销，所以ASON控制系统所需的信息应该直接从链路连接的监视导出。从信令网的依赖性来讲，没有单一的信令通路可以满足网络各部分的需要，ASON也不能依赖于单一的传送技术来提供信令网，因此信令网应该设计成可以利用任何合适的技术来携带其信令。此外，诸如Och链路的连接发现和信令网传送等都对信令网提出了明确的要求 。
4．4 控制面组网模型
考虑到IP层和ASON层控制面的不同关系，我们可以把控制面模型分为以下三种：迭加、对等和扩展模型。
迭加模型：IP层和ASON层拥有独立和分离的两个控制平面。IP网络层作为ASON网络的一个客户源而存在。
对等模型：IP层和ASON层共同拥有一个控制平面，同时对IP/MPLS层和ASON网络层起控制作用。这种方式能减少重复操作并简化层间交互式操作。
扩展模型：介于上面两种模型之间。在这种模型中，实际上只有一个控制面，但是这种模型允许信息从一个层面路由单元流向另一个层面路由单元，因此具备相对独立性。
5 ASON的信令与路由
控制平面的最主要的功能可归纳为信令和路由。传统的自动交换数据网偏重于路由选路功能，而自动交换电话网则偏重于信令系统。路由和信令各有其优点：路由可以获得更高的资源利用率而信令则可以获得更好的实时性。ASON同时具备了信令与路由两种功能，这些功能主要由控制平面来实现。
5．1 连接和信令
为了实现动态的交换式连接，G.7713/Y.1704为ASON定义了新的连接管理结构和控制机制。它规定了呼叫控制器、连接控制器和链路资源管理器间通信的信令要求，通过信令控制实现业务的快速配置和资源的动态管理，实现了分布式的连接管理。ASON分布式连接管理的网络参考模型如下图6所示。
信令、路由和资源发现是ASON自动建立连接的三大要素。一个呼叫可以分为三个阶段：呼叫家里、呼叫激活和呼叫释放。图7说明了一个呼叫建立的过程及其相关控制元件间的信号流。
建立一个连接需要经历如下一些步骤：
1） 建立呼叫的请求已经验证并允许进行，
2） 根据呼叫请求，ARA LRM确定经协商得到的LC，以在AUSN和ANSN-1间建立链路。这些可以通过指定AUSN的出口SNP ID来实现。
3） 在ASC-1 CC利用入口SNP ID指定一个入口SNP。ASC-1 LRM与ISC-1 LRM协商在ANSN-1到INSN-1间建立一个LC，若此LC建立成功，则一个出口SNP就由LRM来确定。从而可在入口SNP和出口SNP间创建出一个SNC。随后，这一SNP对的状态就被更新为已指配。接着ZSC-1的CC与下游CC通信，将建立连接的过程进行下去。
4） 在ISC-1 CC处通过类似的处理在INSN-1和ZNSN-1间建立一条LC，随后重复上述过程直到该连接请求到达ZRA。
5） 在ZRA CC处，利用入口SNP ID确定一个入口SNP，CC处理好该连接请求后发出一个响应信息表示本连接已处理过。
6） 在建立过程中，可能会为网络规定一些高层行为，若起初确定的路由不能建立，阻塞的子网会向提出请求的子网发出阻塞的状态信号，任何预留或已经分配的资源就会释放。这种折返的过程可以使后续的请求避开已阻塞的子网。
G.7713/Y.1704还为UNI、INNI和ENNI分别定义了接口属性，包括标识属性、服务属性和策略属性。它们各自又由若干具体属性组成，每个属性都有规定的格式和适用范围。同时G.7713为信令处理提供了一个消息清单，这些消息代表在支持CALLC、CC和LRM的接口之间交换的逻辑消息。起初G.7713是设计成与具体协议无关的，不过ITU-T最近还是制定了与三种具体的信令协议相关的建议：G.7713.1、G.7713.2和G.7713.3。
G.7713.1：采用PNNI的DCM，是一种专网－网络接口信令，它针对SPC进行规范。在增加呼叫标识后可扩展成包括SC。
G.7713.2：采用GMPLS RSVP-TE的DCM信令机制。它着眼于UNI和ENNI接口的信令规范，支持SPC的服务。
G.7713.3:采用GMPLS CR-LDP的DCM信令。它适用于UNI、INNI和ENNI。
5．2 路由
G.8080规定路由控制器RC负责响应CC为了建立连接而对通道或路由信息的请求，同时也负责回送管理网络所需的拓扑信息。RC内保存有它所管辖域内的路由信息，包括拓扑和SNP地址，还存有同层内其他子网的地址信息以及一个有关SNP状态的数据库，以供实施受限的选路方式。有了这些信息后RC就可以在两个或多个SNP间确定一条路由。
G.8080定义了三种基本的动态通道控制方法：等级、步级和源路由。等级子网系列中，每一节点都有一个本级的路由控制器和若干个连接控制器与链路资源管理器。在等级选路方式中，层网都可按G.805划分成系列等级的子网，连接控制器之间也一样呈等级关系。每个子网都有它自己的动态连接控制，它了解子网的拓扑但不了解其它子网的。对于步级和源选路，连接控制处理由分布的连接和路由控制联合实现。与等级选路的最大区别在于CC不再工作于子网而是路由域。它们只提供各自负责的路由域的拓扑。
具体的路由功能部件的见图8。其中RDB、RC和LRM与协议无关，而PC则处理与协议有关的信息。RC与对等的RC交换路由信息，并在查询RDB后对路由查询作出选择。路由策略的执行是通过RC上的策略配置端口来实现的，对于流量工程的应用可以通过这些端口把相应的配置和通道选择策略施加到RC上。常用的路由协议有带扩展的OSPF和IS-IS 。
6 自动发现机制
自动发现包括自动邻居发现和自动业务发现。两者都是通过LMP来实现的。它们在ASON中有着广泛的应用，尤其在UNI接口和路由功能方面。
6．1 自动邻居发现
自动邻居发现指的是通过一系列的程序来自动发现和确定与光网络直接相连的客户和光交叉连接设备的物理接口和属性。它通过LMP可以实现对IP控制信道的配置，可以实现对HELLO过程的激活，还能实现对链路状态信息的确认。它可以通过以下三个过程来实现：控制信道启动和配置过程、控制信道维护过程和链路确认过程。
6．2 自动业务发现
自动业务发现指的是通过一系列程序来自动发现和确定本网络设备可以提供的服务功能。它通过LMP可以实现对服务属性的确定，包括信令协议的类型以及服务粒度的大小。自动业务发现是建立在自动邻居发现完成的基础之上的，它通过传送Service config、Service config ACK和Service config NACK来完成。
7 结束语
通过引入控制面技术，ASON能自动完成连接的建立和释放；能支持多种类型业务的接入，包括动态带宽分配和光虚拟专用网(OVPN)在内的多种应用；能根据用户需求以及网络资源情况合理地分配网络带宽，实现基于光通道的流量工程；此外基于网状网保护／恢复机制的建立保证在发生故障时，ASON网络能实时地进行受损连接的保护与恢复。总的看来智能光网是未来光网络发展的主要方向，而控制平面将是实现智能光网的核心。目前诸如OIF、IFTF和ITU-T等各大组织都在对ASON进行研究，GMPLS也在逐渐的应用到ASON控制面设计当中来。相信在不久ASON将会获得大规模的应用。
参考文献：
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6． ITU-T Recommendation G.807.Requirement for automatic switched transport networks(ASTN),Geneva 2001.7
7． ITU-T Recommendation G.7713.Distributed call and connection management(DCM),Geneva 2001.12
8． ITU-T Recommendation G..7714.Generalized automatic discovery technique,Geneva 2001.11
9． ITU-T Recommendation G..7715, Architecture and requirements for routing in the automatically switched optical networks,Geneva 2002.6
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