ASON技术发展与网络演进

         张成良 荆瑞泉 中国电信集团北京研究院 
摘要  ASON 技术是光传送网发展的重大突破，本文讨论了ASON的网络优势以及与SDH和OTN的关系，详细探讨了ASON的传送平面、控制平面和网管平面的特点和进展，最后对于光传送网向ASON 可能的演化策略进行了分析。
关键词  自动交换光网络  用户网络接口  同步数字序列  服务质量
    2000年以后，光传送网技术出现了新的发展，主要是自动交换光网络（Automatically Switched Optical Network，ASON）的出现，其最突出的特征是在传送网中引入了独立的智能控制平面，利用控制平面来完成路由自动发现、呼叫连接管理、保护恢复等，从而对网络实施动态呼叫连接管理。ASON大量借鉴了交换和数据方面的技术，使交换、传输和数据三个领域又增加了一个新的交集。各个制造商和运营商对该技术的发展都给予了充分地重视。本文将对ASON关键技术及其进展情况进行详细讨论，并基于目前国内运营商传送网的特点，对可能的技术演进方案进行了讨论。
1 ASON技术特点
1.1 ASON优点
    ASON是由用户动态发起业务请求，自动选路，并由信令控制实现连接的建立/拆除、融交换和传送为一体的新一代光网络。结合国内运营商传送网现状，ASON技术的引入可以解决目前传送网面临的三大技术难题：
（1）快速提供电路的问题
    ASON的最大特点是可以快速提供电路，采用分布式控制可以在秒数量级提供端到端的电路，其速率可以为155 Mbit/s、2.5 Gbit/s等。业务提供时间的缩短有利于运营商赢得更多的客户并获取利润。
（2）传输电路QoS的问题
    目前的传输电路基本不能按照服务等级制定相应的资费政策，造成资源配置的浪费，而ASON 可以方便地对电路的优先级进行划分，从而提供有业务级协议（SLA）的传输电路。
（3）可以提供快速的保护恢复
    目前传送网络大多是依靠SDH 环网来进行保护的，但电路利用率较低，只有50％，另外对跨环电路还不能进行有效的保护。而ASON可以有效地解决电路的保护恢复，可以在秒数量级完成，而且耗费的备用电路资源少，一般为工作电路资源的30％～60％，远低于SDH环网。
1．2 ASON 与SDH、OTN 的关系
    自动交换光网络分为传送平面、控制平面和管理平面三个部分。传送平面由包括交换实体的传送网网元组成，是实现连接的建立/拆除、交换和传送的物理平面。控制平面的引入是ASON不同于传统传送网的一个根本点，它包括了一系列实时的信令及协议系统，实现对连接的建立、释放进行控制以及监控、维护等功能，控制平面由信令网络支持。管理平面是对控制平面和传送平面进行管理。
    ASON控制平面既适用于OTN（光传输网），也适用于SDH，即作为传送网统一的控制平面。SDH、OTN和ASON的关系可以用图1表示。

    从图1可以看出，单独的SDH/OTN 并不能构成ASON，要构成ASON必须是SDH/OTN+控制平面＋新一代网管平面（可以同时管理控制平面和传送平面），三者缺一不可。SDH、OTN 仅仅是ASON的传送平面技术，ASON与SDH、OTN并没有包含关系。
2  ASON技术发展现状
2.1 传送平面技术
    由于目前线路速率已经达到1.6 Tbit/s，线路容量问题已经得到了解决。传送平面中最突出的问题是传送节点，即传送网中光/电交叉机，光/电交叉机是传送平面的核心，其处理能力的大小关系到ASON的吞吐量和处理能力、颗粒的大小。
    目前实现大容量波长交叉有三种方式：第一种是全光交换，第二种是采用O/E/O（光/电/光）处理来实现，第三种是光电混合方式。全光方式由于其稳定性和故障检测定位等问题，还处于试验阶段，商用化还需要一段时间。而光电混合方式面临的挑战与全光方式相同。现在看来采用光/电/光方式是产品的主流，特别是基于SDH 的光/电/光交叉机（可以进行VC-4级别交叉）。随着大容量交叉芯片的问世（目前单片交叉芯片可达到160 Gbit/s以上），核心交叉能力达到Tbit/s已经不是很困难的事。以目前市场上已经商用化的1.28 Tbit/s产品为例，假设输入、输出端口的处理速率为10 Gbit/s，则交叉矩阵的规模应在128×128以上，其外部业务接入能力在1.28 Tbit/s。这种速率处理能力对于目前网络是适宜的，虽然目前骨干路由上的WDM系统为32×10 Gbit/s，但实际配备的波长一般为4～8个，假设每条线路有8个波长需要进行处理，该交叉矩阵可以终结16个方向的WDM线路。即使对于北京这样的核心传输节点，目前也可以满足要求。采用光／电／光方式的另外一个特点是可以进行VC低等级的交叉，实现低速率的整合和汇聚，更加方便地进行组网。
    光/电/光方式大容量交叉机可以支持VC-4和 VC-4-Xc等级的交叉。在对外接口上一般为2.5 Gbit/s、10 Gbit/s，可以是G.707 SDH接口或者 G.709 OTN 接口。SDH接口支持2纤、4纤复用段MS-Spring 环网的保护。由于连接状态由传送面监控，必须在连接的发起点和终结点进行信号质量的检测；对于SDH、OTN，可以利用SDH、OTN的开销进行性能监视和故障管理，例如SDH监视字节B1、J0，控制面中需要的许多监控信息（差错管理和性能监控）可在SDH OAM开销中直接传送。
2.2 控制平面技术
    ASON的控制平面实质上是对过去管理平面中的控制功能分离处理，通过标准接口和信令实现分布式的开放控制。其核心功能是实现光传送网络连接的建立、指配、控制、释放以及失效恢复的自动化、智能化。控制平面需要实现路由功能、呼叫控制、连接控制、链路及资源管理、连接允许控制、接口部分（UNI、NNI、CCI、NMI-A）、信令网络、策略管理、命名和地址解析等功能，下面重点讨论控制平面的几个功能。
2.2.1连接控制与连接方式
    从传统的眼光看，交换业务和租用线业务的主要区别在于：交换业务的连接建立是用信令控制协议实现的，而租用线业务的连接建立是借助于网管协议用交叉连接实现。在很多情况下，这个区别也是划分交换与传输的界限。在ASON中，实现了交换与传输的融合。目前ASON 要求支持三种连接方式，一种是用户请求的交换连接（Switched Connection，SC），另一种是软永久连接（Soft Permanent Connection，SPC），还有一种是通过网管系统指配完成的永久连接（PC）。
    SC可以根据用户动态提出的连接申请配置连接，真正实现智能化。从实现的角度，支持SC意味着需要对用户进行适当的呼叫控制（例如一定的认证和鉴权机制），必须实施呼叫控制和呼叫允许控制，对客户开放核心网络中的连接服务和比较复杂的地址编码，另外还必须在核心与边缘网络之间实现策略控制。而SPC 则相对比较简单，不需要对客户进行开放连接和呼叫控制，允许从管理面发出命令对子网内部的管道式连接（Tunnel）进行指配，允许运营商自己进行内部的资源优化配置，运营商配置电路的方式将逐步由PC→SPC→SC演进。
2.2.2 策略管理
    ASON必须提供合适的机制确保网络资源和客户权利的正确使用，这些机制通常叫做策略管理。策略管理在传送网中是新概念，是实现CoS（Class of Service）区分、QoS机制以及分等级业务保护与恢复等功能的基础，有利于提高智能光网络节点设备功能，为运营商各种增值服务提供条件，提高产品的核心竞争力。
    为了支持策略管理，需要两个实体：策略决策点（PDP），做策略决定；策略执行点（PEP），用来执行策略。PEP在传送网节点中，如OXC。PDP可以在UNI-N（光网络侧实施）代理中，也可以在远端外部策略服务器中。策略管理包括对资源可用性的考虑，以及对连接请求的时间、身份、信用度的验证等。
2.2.3 UNI
    控制面主要有以下几种接口：UNI（用户网络接口）、NNI（网络网络接口）、CCI（连接控制接口）、NMI（网络管理接口），分别工作在用户与网络之间、网络设备之间、控制面与传送面之间、控制面与管理面之间。
    OIF（光互联论坛）在光网络信令方面最重要的贡献是O-UNI。O-UNI支持在光网络的客户之间快速地建立连接，并具有不同等级的保护和恢复能力。UNI允许客户使用信令和协议自动建立和删除光连接。一个连接就是传送网中输入访问点和输出访问点之间的固定带宽电路，具有特定的电路属性，如帧格式、信号类型、透明方式、级联方式、保护恢复机制等。此连接可以是单向也可以是双向，目前UNI1.0 中只考虑SDH带宽业务（如VC-3、VC-4、STM-1）的连接。UNI协议还包括邻居发现和业务发现功能。邻居发现机制允许光纤链路的两端设备彼此识别，还允许管理系统自动建立互连映射表。业务发现允许客户发现光网络的可用业务，以及自动发现和利用新业务。
    用户在要求建立一条穿过OTN的连接时，必须遵循某种编址方法，指明该连接的端点。OIF采用的办法是给UNI用户指定一套新的、不同于OTN内部使用的地址空间。每个UNI用户都被OTN赋予一个全网唯一的地址，即TNA（Transport Network Assigned）地址。OIF现在正在积极制定UNI 2.0，增加的内容包括：安全、修改带宽、扩展物理层（如以太网）以及用一个呼叫建立多个连接的能力等。
2.2.4 NNI
    NNI包括内部网络节点接口（I-NNI）和外部网络节点接口（E-NNI）两种。I-NNI指属于一个管理域或多个具有信任关系的控制面实体间的双向信令接口，负责支持网络中连接的建立与控制。I-NNI间信息完全交互，一般存在于运营商的管理域之内。由于I-NNI是用于同一厂商的设备组成的子网内部，因此不需要进行标准化，目前大部分厂家实现的NNI接口就是I-NNI。E-NNI上交互的信息通常是网络可到达性、网络地址概要、认证信息、策略功能等而并非完整的网络拓扑/路由信息。E-NNI更多的是基于安全、策略考虑而不是如同I-NNI中所考虑的性能限制。E-NNI和I-NNI的区别类似于Internet域间模型中的内部网关协议与外部网关协议之间的关系。E-NNI可应用于同一运营商的不同I-NNI区域的边界，也可以应用于不同运营商网络的边界。
    I-NNI和E-NNI的另外一个区别是路由协议，在I-NNI可以使用任何私有的路由协议，不需要标准化。E-NNI则需要定义合适的域间路由协议，实现不同厂商的互通。边际网关协议（BGP）是一种广泛应用于IP网络的外部网关协议，它基于路径向量路由协议，不能传播拓扑和资源状态信息。而对于光网络，这些信息十分重要。DDRP（Domain to Domain Routing Protocol）并不是全新的路由协议，是一种基于OSPF（开放最短通道优先）和IS-IS（中间系统-中间系统）两种路由协议而来的分级链路状态路由协议，越来越多的厂商青睐于采用DDRP协议作为域间协议。ASON采用分级路由是必须的，否则难以保证网络的可扩展性。目前OIF的主要工作是制定运营商之间的E-NNI路由协议，并计划在2003年3月末完成NNI 1.0。
 2.2.5 生存性策略
    生存性是由控制平面或由独立于控制平面的传送平面来控制的。生存性可以通过容量备份的保护手段来完成，也可使用共享容量的恢复手段完成。在网络生存性中一般都要讨论恢复和保护倒换。
    对于恢复，在过去传送网中是由网管平面发起的，网管系统根据全网资源状态计算出新的路由，下发到传输设备来建立新的保护路由。对于ASON则是由控制平面发起的，控制平面根据自己掌握的网络资源状态计算出新的路由，通过信令建立新的连接。两者的发起平面不同、建立连接的方式不同、计算路由的主体不同（一个是网管系统，一个控制平面）。 
    在过去传送网中，保护倒换采用硬件直接实现的1＋1/1：1方式或由APS协议支持的环网方式，这种方式是由传送设备自主完成的，不需要网管平面和控制平面介入，目前在SDH网络中多有应用。 在ASON网络中，传送平面和控制平面都能完成保护倒换功能。控制平面可以通过预约保护资源的方式实现多种保护方式，如1：1/1＋1通道保护，保护的倒换点在LSP（标记交换通道）的起点或终点，为了提高保护速度，必须减少信令消息的传送延迟。控制层面也支持基于链路的保护，但保护的单元不是通路，而是单个的链路或节点。这种方式恢复延迟小，倒换点可以是发现失效的第一个节点，不必将失效信息向LSP源端扩散，但需要的保护资源较多。在目前的ASON产品中，特别是SDH 网络，保护倒换功能多由传送平面提供。随着ASON的发展，保护倒换可能由传送平面支持转向控制平面支持，这样则可以实现在网管平面上对通路保护的直接配置。
    目前多数厂家能够提供环保护和1＋1/1：1/1：N保护，以及基于动态路由的恢复机制。保护一般能够在50 ms内完成，恢复则需要从几百毫秒到几秒甚至几分钟不等。
2.3 网管平面的发展
    ITU-T等组织目前标准化的重点在系统、设备方面，对于ASON网管平面还缺乏明确的针对性要求，只在一些系统的规范中对网管提出了一些比较原则性的要求。由于ASON是由SDH、OTN发展而来，因此已有的SDH、OTN的网管规范中对光网络的基本监控指标的规定仍然是满足的。过去认为控制平面将网管平面的控制部分分离，其网管平面应该相当简化，但实际上由于增加了控制平面，ASON 管理平面并不是简化了，而是其侧重点发生了变化， 增加了很多新的功能。 
    ASON管理平面与现有光传输系统网管在以下几个方面不同：第一，管理范围存在差异，ASON的管理系统不仅要管理相当于现有光传输系统的传送平面，还应管理包括控制平面在内的信令网。第二，管理方式存在差异，ASON是一个管理与控制分离，弱化网管系统的控制功能的体系结构。在ASON的体系中，端到端连接的建立依赖建立于信令控制方式之上的控制平面，而网管系统不直接控制节点设备。现有光传输系统是一个集中式的控制系统，管理与控制是一体的，管理行为均以网管系统对节点设备的控制操作完成。第三，开放性要求的差异，ASON是一个开放的网络，要求节点设备在各个层次的接口均能实现标准化并互通、互操作，包括物理接口、信令接口、网管接口等。现有光传输系统在网管上基本是一个封闭子网，互操作性差。第四，管理的重点不同，ASON侧重于动态的带宽管理，可以对运行于其上的业务动态地提供各种QoS的带宽。光传输系统的管理主要集中在对设备的管理上，对业务的动态管理涉及较少。
    ASON的管理功能可以分为两部分来考虑，一个是对传送平面实现传统的光网络的管理功能，管理功能的内容可参考现有SDH、WDM、OTN网络管理系统的标准和规范的内容；另一部分是对控制平面的管理以及ASON新增加的功能和服务的管理（如交换连接、软永久连接和光虚拟专网（OVPN）等）。
3  ASON的演进策略
    ASON 在传送网上的引入是必然的趋势。目前国外运营商和制造商都给予了广泛的重视。但是它的引入是逐步的，由于目前已经建设了大量基于SDH和WDM的传送网，因此ASON的引入必须解决好与现有传送网的互连互通，最大限度保护运营商的已有投资。
    ASON的引入基本上是采用重叠网的形式，也就是类似于DXC（数字交叉连接）网络的引入方法。先在大的节点上引入智能光网络节点，将目前WDM 系统提供的空闲波长（还有将来扩容的波长）和新建设WDM 系统波长资源接入智能光节点，在智能光节点之间构成网状网。ASON只控制节点接入资源的调度，实现动态的调度。而目前的传送网重叠存在，采用老式的网管系统进行控制和管理。
    ASON与现有传送网的互连主要有两种方式:UNI互连和NNI互连。下面分别介绍这两种实现方法。
3．1 通过UNI互连

     图2给出了利用UNI实现ASON与传统光网络互连互通的示例，通过UNI代理可以实现跨越传统光网络和ASON的链路自动建立。UNI代理分别与传统光网络网管系统和ASON相连。传统光网络网管系统可以在管辖的区域内提供端到端自动配置功能，并负责在传统网络中建立连接，ASON中由信令动态地建立连接。当UNI代理作为UNI-C时，即传统网络作为ASON的客户，UNI代理将网管系统的连接请求转换成信令消息发送给ASON网络控制平面实体，由控制平面完成ASON中的连接建立。当UNI代理作为UNI-N时，即传统光网络作为ASON的网络侧，UNI代理将客户侧的连接请求发送给网管系统，由网管系统完成传统网络的连接指配。
    这种方式的优点是工作量小，实现起来比较简单, 只需要现有传送网设备提供UNI代理就可以实现与ASON的互通。UNI代理的一个实例是Alcatel的1355 Bond。
3.2 通过NNI互连

    图3给出利用NNI实现ASON与传统网络互连的示例。传统网络通过NNI代理实现NNI功能。这种方式实际上是在原有的传送设备上增加ASON的控制平面的功能，因此比UNI互连方式更接近真正意义ASON，实现的功能也更多。每个NNI代理可以代表一个或多个设备，NNI 代理间通过带外或带内数据通信网络（DCN）互联传输信令等控制信息。相对于UNI代理，这种方式实现起来比较复杂，而且相当于在原来的传输设备上增加了ASON 控制模块，对整个网络改动较大。
4 小结
    目前光通信的发展出现了一些困难，主要是由于一些重复投资和建设以及光节点技术发展滞后于线路技术造成，使传送网资源不能有效和方便的应用。但是随着宽带接入和城域网的发展，骨干网的业务量将会有一个快速地提升（目前ADSL已经将用户IP 接入速率从56 kbit/s提高到1 Mbit/s），目前网络节点的技术也在同步跟进，相信光网络发展将会度过暂时的困难。
    ASON技术是光网络发展的重点，尽管ASON尚未完成标准化，但一些采用专用控制软件和协议的光节点设备已经问世并开始现场试验和初步商用，重大技术障碍已不存在，相当多的厂家有了第一代产品，可以相信，在未来二三年里ASON将逐步走向实用。
    [作者简介]张成良，中国电信集团北京研究院技术部主任、高级工程师，国内通信标准研究组传送网组组长。曾任信息产业部电信传输研究所传输与接入研究部主任，长期从事大容量光缆系统和光联网技术的研究，曾主持制定国内通信行业标准“光波分复用系统总体技术要求”、“32×10 Gbit/s WDM线路系统技术要求”、“160（80）×10 Gbit/s WDM线路系统技术要求”，负责承担863-300重大项目《中国高速信息示范网光网络性能测试》，长期参与运营商光传送网建设，具有丰富的主持大型网络设备测试和评估的经验。荆瑞泉，中国电信集团北京研究院高级工程师。