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自动交换光网络摘要：自动交换光网络(ASON)是下一代智能光网络。本文分析了传统光网络的缺点，并分析了自动交换光网络的特点，对ASON的体系结构、网络结构模型和标准化进程进行了描述。关键词：自动交换光网络，控制平面，传送平面，管理平面自动交换光网络ASON(AutomaticallySwitchedOpticalNetwork)以光传送网（OTN）为基础的自动交换传送网（ASTN）。ASON的概念是国际电联在2000年3月提出的，基本设想是在光传送网中引入控制平面，以实现网络资源的按需分配从而实现光网络的智能化一、ASON的网络体系结构ASON中第一次引入了单独的控制面从而使光网络具备了智能。其体系结构主要表现在ASON的3种平面和3种连接类型上ASON的3种平面从功能平面讲，ASON由控制平面、传送平面、和管理平面组成。ASON引入了控制平面，使整个光网络发生了根本性的变化。图1是ASON的体系结构图。控制平面：完成对连接的建立和删除以及其他操作的控制功能。控制平面包括一系列实现路由和信令等特定功能组件，用于连接的建立和释放等。控制平面可以在管理平面的控制下实现连接的建立，也可以独立与控制平面自己完成连接的建立和释放等功能。传送平面：负责数据业务的传送。传送平面与控制平面和管理平面都有通信接口，通过这些接口，管理平面和控制平面就可对传送资源进行控制和管理。传送平面还可以提供控制平面和管理平面的通信信道。二、ASON的3种连接在ASON中存在着3种不同类型的连接：永久连接(provisionedconnection)、软永久连接(soft-permanentconnection)、交换连接(switchedconnection)。不同类型的连接是为了在不同的应用条件下提供不同类型的连接的目的。永久性连接是从管理面直接配置传送面资源来建立连接的，这种连接的发起者和配置者都是管理平面，一旦建立连接，在没有管理平面的相应拆除命令情况下连接就一直存在。和永久性连接相反，交换式连接的建立是由控制平面的请求来产生的，对传送平面资源的配置也是由控制平面来完成的。这种连接是应用户的请求而建立的，一旦用户拆除请求，那么这条连接就在控制面的控制下自动拆除了。软永久性连接是介于这两种连接之间，这种连接建立的请求也是从管理平面发出的，但对传送网资源的配置却是由控制平面完成的。这种连接的拆除也是在管理平面的命令下完成的。交换式连接的引入是整个ASON的核心所在。正是由于有了交换式连接的引入，光网络才有了智能，从而可以根据用户的要求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。三、MPLS/GMPLSMPLS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、拓朴和资源发现及信令三大功能。四、邻居发现——ASON控制平面的灵魂说明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。协议机制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。J0的使用规则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。消息包括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ID2、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”。发现过程使用数据通信通道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。五、链路资源管理——连通性校验说明实际的光网络中，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LMP通用头部为：版本号4bit预留12bit标记8bit消息类型8bitLMP长度16bit校验和16bitLMP对象格式为：N1bitC-类型7bit分类8bit长度16bit对象内容功能模块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。六、光网络的保护和恢复说明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。分类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