自动交换光网络

所谓ASON，是指在ASON信令网控制之下完成光传送网内光网络连接自动交换的新型网络，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。采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化和扁平化，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收到的多重限制，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。此外，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。

ASON的总体结构按照分层分割的思想来描述。

ITU-T的G.8080和G.807定义了ASON的体系结构，总体包括三个平面，分别是传送平面、控制平面和管理平面。三个平面相互独立，任意一个平面的工作出现错误均不会影响其余两个平面的正常工作。

传送平面由一系列的传送实体（传输数据的硬件和逻辑）组成，在两个地点之间提供端到端用户信息传送，也可以提供控制和 网络管理信息的传送。控制平面是ASON的核心部分，由网络的基础结构以及网络中用来控制建立连接和控制维护连接的分布式智能组成。控制平面通过使用接口、协议及信令系统，可以动态地交换光网络的拓扑信息、 路由信息以及其他的控制信令，实现光通路的动态建立和拆除，以及网络资源的动态分配。控制平面具有四大功能，分别是：邻居发现、 路由（拓朴发现、路径计算）、信令和本地资源管理。管理平面由系统、协议和接口组成，负责对传送平面和控制平面以及整个系统进行管理，包括性能管理、故障管理、 配置管理、安全管理、计费管理。管理平面主要面向网络运营者的管理需求。相对于传统的光网络管理系统，其管理功能部份为控制平面所取代，许多曾经不得不手动配置的业务由控制平面所完成，大大减轻了网络运营者的负担。因此，可以说管理平面所要完成的功能，是更为纯粹的管理。

三个平面之间运行着数据通信网（DCN）——光网络中控制代理之间进行通信而使用的通信基础结构，为三大平面内部以及平面之间的管理信息和控制信息提供通路，主要承载管理信息和分布式信令消息。

ASON三个平面之间可通过三类接口实现信息的交互，控制平面和传送平面之间通过连接控制接口CCI相连，管理平面通过 网络管理接口（NMI-A和NMI-T）分别与传送平面和控制平面相连。通过这些接口实现了三大平面的分离。

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：其主要逻辑功能是通过与光连接控制器协商请求接入传送平面内的资源。

②光连接控制器：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：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：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。

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连接；每一个管理域内部又包括很多信令网元，这些网元之间通过I-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由许多传送网元组成，传送网元之间通过PI相连。

ASON除集成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，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。

（4）具备自动资源发现功能，为网络的高效和快速提供了方便。

（5）具备优良的网络生存性，实现对网络的强大保护和故障修复 能力。

（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。

（8）具有优良的网络可扩展性和设备互连互通性。

MPLS是加快IP网络 传送速度的一种有效方式。传统IP网中，每一个 路由器都要将IP包头的地址信息剥离并查询自身的IP 路由表，这个过程的数据处理量是很大的，路由表越为庞大，传送时经过的路由器越多，包头的总计处理时间就会越长；MPLS则避免了中间 节点对IP包头的地址分析，不经过第三层 网络层。MPLS协议中采用了“下游赋值”的标签赋值机制，即上游向下游发出请求，下游以一个标签应答上游。IP 数据包进入MPLS网络中，入口标签交换 路由器（LSR）分析IP包头中源宿地址信息，查询 路由表，在IP数据包前方加上一个MPLS网络的标签，将带有标签的IP数据包传送到第二节点，第二节点只需找到匹配的标签，用 下一跳的标签替代原有的标签，再发送到下一跳，直至出口LSR，剥离标签后发到宿点。

MPLS网络中除了入口LSR外，只需查找简短的标签表，不用分析冗长的IP地址，从而随着网络规模的不断扩大，速度和价格优势日益明显。标签栈还允许 虚拟专用网VPN的实现，此外，MPLS的一个有用特性是它适用于流量工程。流量工程（TE）着重于运营网络的性能优化，它一般通过处理度量、建模、特性和 流量控制来获得特定的性能目标，其中一个主要目标就是在优化网络资源利用和流量性能的同时可以使网络更加有效、可靠地运转。

MPLS原来是用于 分组交换网络的， GMPLS对MPLS做了扩展。GMLPS的接口交换能力支持 分组交换、时分交换、波长交换和端口或光纤交换。不同的交换方式具有不同类型的标签，分组网络中使用显式的标签，其它交换类型网络使用隐式标签，时分交换网络以时隙为标签，波长交换网络已波长为标签，端口或光纤交换网络中则以 端口号为标签。在GMPLS中，定义了一套分布式控制协议，包括链路管理、拓扑和资源发现及信令三大功能。

邻居发现指的是一个光网络 网元自动获得与其相邻的网元（邻居）间连通性的过程。邻居发现使得在同一层的网元和邻居能互相确定对方的标识，以及与局部端口相邻的远端口的标识。邻居发现是控制平面的一项重要功能，传统的 网元管理系统没有邻居发现功能， 网络管理者必须在指配系统中手动地配置网员间的互联信息，既费时又费力，且容易出错。将自动邻居发现过程和 网元管理系统（EMS）合用，可以自动得到完整的网络拓朴信息。EMS拥有该网络中至少一个 节点的管理接口，从该节点获得其发现的所有邻居的地址和 端口映射，如有新加入的 网元，EMS可以继续向已发现的网元发送消息来查询未被发现的新网元。

邻居发现的协议机制如下：

1、 网元在每条链路上周期性的发送含有本端a 标识符的“Hello”消息。

2、假设该网元从某条链路上收到了另一端b所发的含有 标识符的“Hello”消息，则该网元之后将发送含有本端a标识符和另一端b的标识符的“Hello”消息。

STS-1的踪迹字节J0用来实现邻居发现有两种方式，第一种是使用带外控制通道，第二种是使用带内控制通道；DCC开销字节也可以用来实现OXC间的分组通道。

存在带外控制通道时，J0的使用规则为：

1、发送时：网元把节点ID字段用IP地址的十六进制格式（8个 字节）表示，把端口ID字段用端口标识符的十六进制格式（4个字节）表示。此外没有其它的字段。

2、接收时：网元将接收到的节点ID和端口ID字段中的十六进制值分别转换为远端节点的IP地址和 端口号。随后，它会却确定控制通道，用以联系那个发来节点ID的邻居。

网元在控制通道中向回应邻居发送的消息包括：

1、邻居发来的J0字节中的 节点ID和端口ID

2、它自己的节点ID和那个收到J0消息的本地ID

由此可以检测出错联的情况。

不存在带外通道时，邻居发现过程分成两轮执行。假设A、B直接相连，A的 节点号大于B。在第一轮中，A发送本端的链路标识给B，B回送所收到的消息。在第二轮中，B发送本端的链路标识给A，A回送所收到的消息。两轮完全对称。发送端在发送时标记字段由“R”填充，接收端在回送时标记字段由“D”填充，发送端接收到回送的消息后，把标记段设为“O”。

使用数据通信通道DCC的邻居发现过程为：

1、发送时：各个 节点将含有自身节点ID以及发送消息端口的ID放入Hello消息中。含有这一消息的IP 数据包被发往 组播地址“224.0.0.1”，并通过DCC发出。

2、接收时：各个接收到Hello消息的 节点将收到信息与本端逻辑链路 标识符之间建立映射。随后，它将接收到的 节点ID、端口ID值添加到其发出的Hello消息中。

实际的光网络中，两个 节点之间的每一条连接都可能是由多条 数据链路组成的，这些链路对于 路由协议来说具有相同的属性，可以把它们合并为一条流量工程链路（TE-Link），作为信息处理的对象。在核心光网络中，随着网络扩大会出现例如精确的故障定位、本地同远端的链路资源协商、网络资源的使用效率等一系列问题，为此IETF提出了LMP协议。为了实现通信， 节点之间必须存在一对可以互相访问的IP接口，这对接口就形成了一条逻辑上的“控制通道”（控制通道分为纤内控制通道和纤外控制通道，前者是用DCC字节来创建一条控制通道，后者是IP 数据包被承载在与数据网络不同的控制网络上）。这一对互相联通的 节点就称为LMP邻居，LMP协议要求在LMP邻居间运行。

LMP通用头部为：

LMP对象格式为：

LMP协议包括以下四个功能模块：

1、 控制通道管理：监测相邻网元间控制通道的工作状态，传递控制平面的信息

2、 链路属性一致性校验（链路属性关联）：支持相邻网元间的链路信息交换，可以将多条 数据链路汇聚成一条TE链路，并同步链路属性

3、 链路连通性校验：支持OXC或PXC间拓朴连接的发现

4、 链路 故障定位：定位PXC间拓朴连接的故障

前两项是对TE-Link管理的必要功能模块，后两像是可选模块，主要适用于控制通道与物理通道分开的情况。倘若同时存在纤内和纤外控制通道，或是一个 网元与其多个邻居网元间有不同类型的控制通道，则必须对网元进行配置，标识哪些 数据链路集实现哪种控制通道。

保护和恢复技术的常规处理思想是：当使用“主用”资源出现故障而不能工作时，利用剩余的资源来备份。“保护”是指使用某一指定的备用资源来传送本来由一个已经出现故障的资源所承载的业务。“恢复”（注：Restoration，而不是Reversion）是指备用资源不会被专门用于某一主用资源，但是会有一些资源被保留，在主用资源出现 故障时进行备份，主用资源的故障会导致备用资源的动态分配。和使用保护技术相比，使用恢复技术可能会使恢复时间明显加长，但是在网络资源的利用率方面会得到一些改进。

能够及时且准确的报告 故障环境是任何保护机制都必须具备的重要功能。光网络的保护方案可分为线性保护、环网保护和Mesh恢复，线性保护是所有保护机制中最简单也最快的一种保护机制。线性保护有1+1保护和M：N保护（包括1：N保护），N条工作线路有M条保护线路。1+1保护可分为1+1单向保护和1+1双向保护（1：1双向保护）。在1+1单向保护方式下，工作线路只有一根光纤，工作线路和保护线路传送相同的信号，接收机会选择质量好的一路信号，发送端和接收端不需要协调。在1+1双向保护方式下，工作线 路由一对光纤组成，此时发送端和接收端需要协调，如果链路上一端发生线路倒换时，另一端也要倒换。在M：N保护中，工作线 路由一对光纤组成，如果链路上一端发生线路倒换时，另一端也要倒换，在 故障修复之后，信号应从保护线路倒换回修复好了的工作线路上（称为“恢复”Reversion），以释放保护资源。M：N保护遵循收益递减法则，即随着保护线路数量M的增加， 故障发生平均间隔时间MTBF值增加的速度越慢，M：N保护的优势并不比1：N保护明显。假设每条线路的MTBF都为1/Lamda(波长) ，则该系统的MTBF为：

可用性=MTBF/(MTBF+MTTR)

MTBF是故障发生平均间隔时间，MTTR是修复故障所需的平均时间。

在SDH中一般采用线性1：N保护机制，采用APS协议。SDH复用段的K1、K2字节用来控制自动保护倒换（APS）。保护通道的K1、K2字节用作APS组的双向信令通道，如果这些字节连续三帧都相等，则认为有效。帧时是125微秒，故至少会有375微秒的信令延时。M：N保护在恢复过程中，信号并不是在工作线路故障被修复后立刻倒换回工作线路上，而是要延迟一段时间，称为恢复等待时间WTR（一般为5分钟），以防止间歇性的故障致使信号频繁倒换。在WTR周期中，若有某条线路信号失效或劣化，将会中止WTR周期，立刻倒换予以保护。

环网保护比树形保护的保护成功率高，但是，环越大， 节点就越多，两条线路同时发生故障的概率就越大，稳定性也就越差。最容易实现的环形保护是单向通道倒换环UPSR，实际就是嵌入在 环形网络中的1+1单向保护机制。当一个 节点与另一个节点通信的时候，他分别向环中两个相反的方向发送两份相同的信号，即通过两个不同的反向旋转环传输通道来发送信号，因此其中一条通道就是工作通道，另一条就是保护通道。双向通道倒换环（共享保护环）BLSR的工作机制稍微复杂一些。

假设ABCD组成一个2F-BLSR，链路AB预留有一半的 带宽被用作保护之用。若C、D间的链路CD出现了 故障，则C、D点都将业务转到CABD 路径，A、B 节点默许保护通道业务进行穿通。在该过程中，只有C、D两个 节点需要进行倒换操作，因此倒换速度很快。当2F-BLSR 容量不足时，可以采用4F-BLSR。BLSR中的每个 节点可以是以下三个主要状态之一：空闲、倒换、穿通。K1、K2字节的用法在书中82-83页。

P环是一种用于常规Mesh网的环状实体。和BLSR类似，P环中也仅有两个网元会受到保护倒换的影响。P环的倒换粒度为SONET通道（SDH高阶虚级联）级别。除了环上的链路以外，任何横跨环的链路都能够得到保护。P环融合了Mesh和Ring配置的优点，在Mesh上的P环设计恰当，就可以获得和常规Mesh相似的 带宽利用率！重 路由Mesh恢复直接操作用户连接的带宽粒度，具有最高的带宽利用率。