ASON控制平面的研究V20046--已打印

浙江省邮电规划设计研究院有限公司()1ASON控制平面的研究ASON控制平面的研究2004-06-30张磊南京邮电学院人气:摘要：本文首先介绍了ASON体系结构及其控制平面协议标准化规范，接着简要讨论了ASON控制平面的一般要求，最后分析了ASON控制平面的基本功能：发现机制，信令技术和路由技术。关键词:自动交换光网络ASON，分布式呼叫和连接管理DCM，即插即用，邻居发现，服务发现，交换连接，软永久连接，分级路由1引言自动交换光网络（ASON）的出现是传送网发展的历史性突破。ASON是一种利用独立的控制平面来实施动态配置连接管理的网络。ASON控制平面体系结构的核心技术包括信令技术，路由技术和链路资源管理技术等。其中信令技术用于完成自动交换连接功能、实现快速的端到端光通路保护监控和恢复、快速地建立，拆除和维护一条跨于全光网络的光路径；路由技术执行路由操作以及网络拓扑和资源的信息发现,传递链路状态信息并计算点到另—个节点的最佳路由通路；链路资源管理用于控制信道管理和维护、传送链路的连通性验证和故障隔离／定位等。从目前来说，开发应用新一代智能光网络在核心网或城域网的网络演进和融合方面是十分重要的，而其关键是设计一个良好的标准化的光控制平面。2ASON体系结构及其控制平面协议标准化规范ITU-T提出的ASON重叠模型，IOF提出的InterDomain域间模型和IETF提出的GMPLS集成对等模型都是实现智能光网络控制平面的参考模型。如图1所示，从功能层面上看ASON是由三大平面，即控制平面CP，管理平面MP和传送平面TP所组成的。其控制平面由一组通信实体组成，负责完成呼叫控制和连接控制功能，主要是连接的建立释放、监测和维护，并在发生故障时恢复连接，由信令网支撑。而管理平面完成传送平台、控制平面和整个系统的维护功能，它负责所有平面间的协调和配合，能够进行配置和管理端到端连接，是控制平面的一个补充，包括网元管理系统EMS和网络管理系统NMS，它将继续在集中控制的点击式光通道配置中发挥重要作用，它具有M.3010所规范的管理功能，即性能管理，故障管理、配置管理、计费管理和安全管理功能，此外，它还包含内置式网络规划工具。ASON的传送平台为用户提供从端到端双向或单向信息传送，同时，还要传送一些控制和网络管理信息（带内方式），它按ITU-TG.805建议进行分层，为了能够实现ASON的各项功能，传送平台必须具有较强的信号质量检测功能及多粒度交叉连接技术。其中ASON控制平面不是一个或一套协议，而是一个光网络控制平面组件以及这些组件之间接口的结构模型，并采用了可划分为多个域的概念性结构，这种结构可以允许设计者根据运营商具体条件和运营策略限制来构建一个重叠网络，不同域之间是通过参考点来完成相互作用的。用户同ASON网络之间的接口是UNI，而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寻径域或不同控制元件之间的参考点是I-NNI。并且三大平面之间的交互通过连接控制接口CCI（CP和TP之间）和网络管理接口NMI（MP和TP之间）来实现。ASON由于是重叠模型使网络的客户层和传送层相分离，分别拥有两个独立的控制平面，两者之间的相互作用被最小化，一个运行在核心光网络之中，另一个运行在核心网和边缘设备之间，边缘设备支持动态实施光核心网络的光通道，但不了解内部核心拓扑结构的静态配置，从而隐藏了光网络的内部结构，形成了独立的光域，为处于网络边缘的客户（如ADM、ATM交换等）提供波长服务和链路级抽象，在核心和边缘设备之间加强了管理控制边界。浙江省邮电规划设计研究院有限公司()2图1ASON重叠模型体系结构（分层模型和接口模型）分布式的控制平面是智能光网络的最大特色，很多国际标准化组织致力于这项工作的研究。ASON由ITU-T提出、研究并进行标准化，它秉承了ITU的风格，如图2所示ASON标准化采用自顶向下的方式，从一套完整清晰的需求开始ASTN（G.8070），到高层结构设计ASON（G.8080），最后是单元结构（一批规范）。任何满足单元结构需求的协议都可能成为实现ASON控制平面的选择。主要有：用于数据通信网DCN方面的G.7712；用于信令方面的G.7713（基于PNNI/Q.2931的G.7713.1、基于RSVP-TE的G.7713.2和基于CR-LDP的G.7713.3）；用于邻居发现和服务发现的G.7714（主要针对SDH/SONET/DWDM设备的资源发现G.7714.1）；用于路由协议的G.7715；用于链路资源管理方面的G.7716等等建议草案系列。图2ITU-TASON自顶向下的控制平面协议标准3ASON控制平面的一般要求浙江省邮电规划设计研究院有限公司()3ASON控制平面在支持更快更精确的光电路建立的同时，本身应该具备可靠性、可扩充性和高效性，而且还应该具备足够的通用性，以支持不同的技术、不同的商业需求以及业务提供商提供对于其网络更好的控制。概括而言，控制平面体系结构应该满足下列要求：●可用于多种不同的传输网技术（例如SDH/SONET，DWDM，PXC），因为目前ASON主要是建立在传统的光传送网OTN和自动交换传输网G.ASTN基础上，并使之智能化。●具有足够的灵活性以适应不同的网络状况，通过将控制平面分割成不同构件控制域可实现这一要求，并允许业务提供商来决定这些构件的位置及其安全性和策略控制的考虑。●对于控制平面的故障的处理能力应满足电信级的要求，在故障恢复的过程中要能够灵活的与管理平面和传送平面协调处理，从而使控制平面在错误发生时具有一定的弹性。●能够支持光传送网络中交换连接（SC）和软永久性连接（SPC）的基本功能。这些连接功能的类型包括：单向点对点连接、双向点对点连接、双向点对多点连接。●支持不同的网络组织和分割导致的不同自动配置模型：软永久连接SPC模型、用户网络接口UNI模型、对等模型PeerModel。4ASON控制平面功能分析ASON控制平面从功能上主要被分解为三大部分：发现机制、信令技术和路由技术。发现机制主要涉及到邻居之间节点和链路的相互检测，并且节点和链路的属性应该被共享和协商，从而要求对网络资源进行管理和配置（自动和手工）；信令技术用于ASON的信令网，同传统的7号信令网一样用于呼叫的建立、拆除和维护，但是ASON的信令消息可以是带内传送，也可以是带外传送，并且在控制平面发生故障时能快速的保护和恢复；由于ASON将网络划分为多个控制域，传统的基于流量工程的域内路由协议（OSPF-TE/IS-IS-TE）和域间路由（BGP）协议加以扩展得以应用，但是也出现了富有特色的ASON分级路由机制。4.1发现机制为了满足用户对设备“即插即用”功能的需求，相邻对等网元设备之间自动发现机制显得非常重要。通过一组链路连接的对等网元必须发现邻居网元的ID，并确定各自端口的相互映射关系和协商它们的链路上能够支持的服务。此外物理线路冲突（如光纤连接错误）也能被自动检测到。ASON控制平面主要支持以下几种自动发现过程：①邻居发现：自动邻居发现过程允许直连的相邻网元设备确认彼此的身份端口ID和对所连接的远端接口进行认证。如果邻居发现过程在网元设备中没有被实现，那么邻居和远程端口ID必须被手工配置到相应的设备信令实体中。用于自动邻居发现过程的消息交换在IPCC（IPControlChannel）中进行，而IPCC的实现方式有“带内或光纤内”（承载信令的通道被嵌在挟带数据的光链路中，一般在SONET/SDH的线路或段数据通信通道DCC中传送）和“带外或光纤外”（专用信令链路与承载数据的光链路分离，如外部IP传送网和专用双向SONET/SDH连接净荷中传送，其组帧方式为IPoverPPPoverSONET/SDH）两种。如图3所示，N1和N2网元设备通过三对双向光纤相连，图中T表示激光发送器，R表示光检测接收器。N1端口3发送包含自己IP地址标志和端口ID（被称为控制通道ID：CCID）的配置消息给N2的端口12，N2接收到后保存起来并复制，发送确认消息（含有自身以及刚刚从邻居那里学习到的IP地址标志和端口ID）给N1，从而完成邻居之间的端口映射关系。自动邻居发现过程避免了因手工配置邻居和端口连接信息带来的潜在错误，而且提供了一种自动检测物理线路冲突的方法。图中N1端口1，2和N2端口10，11的物理连接关系就是一个物理线路错误案例，（N1,1）发送配置消息给（N2,11），同样（N1,2）→（N2,10）；而（N1,1）从（N2,10）接收到的确认消息中没有看见自己的信息，发现的却是（N1,2）的信息，（N1,2）←（N2,11）也同样如此。因此立即就可以发现N1和N2端口之间物理线路配置有问题。浙江省邮电规划设计研究院有限公司()4图3基于带内IPCC实现方式（承载于SDH/SONETDCC）的自动邻居发现过程②服务发现：服务自发现过程是与邻居发现过程相关联的（在其完成之后被激活），消息交换也是基于IIPCC的。此过程主要存在于相邻网元对等实体之间，用于描绘设备的能力以及从邻居获得相关的传送网服务信息。其另一个重要功能就是得到相邻网元接口的限制信息，并且此过程也是是可选的（否则此过程提供的信息必须手工配置在相应网元设备对等实体中），其详细消息交换序列如图4所示。3种消息类型用于服务发现：ServiceConfig,ServiceConfigAck和ServiceConfigNack消息（在LMP对象格式中定义，因此可以认为服务发现消息交换是基于LMPConfig消息的交换过程）。先在对等实体间进行1＃消息过程，3＃消息过程由N1发送到N2，必须先完成2＃消息过程后才执行。而且ServiceConfig必须被周期发送直到接收到ServiceConfigAck/Nack消息为止，或者接收ServiceConfigAck/Nack超时。其中重传间隔和超时参数的定义由本地配置（在LMP中明确指定）实现。图4自动服务发现过程图5SDH/SONET网络的分层结构③同层和错层邻居发现：此过程属于邻居发现过程的扩充部分，由于ASON是在ASTN和OTN的基础上发展的，因此ASON的传送平面趋向于一种分层结构，在不同传输技术（密集波分复用DWDM/时分复用TDM/SDH/SONET）共存的情况下，以SDH/SONET网络的分层结构为例（如图5所示），目的在于清晰的描绘复用结构和提供高性能的监控/故障管理功能（如警告指示信令和远程检测指示信令被插入到每一层中，用于每层明确定位网络传送信令的中断位置）。正因为传送网分层结构导致了光网络自动邻居检测的复杂性，图6描述了基于SDH/SONET/DWDM传输系统的智能光网络中同层和错层（即不同层之间）邻居发现过程。当邻居设备共享复用结构的共同级别时，自动邻居发现选项由复用结构该层的功能决定的。如果链路的两端运行在复用层次的不同级别，本质上来说这是一种单向邻居发现过程。浙江省邮电规划设计研究院有限公司()5图6同层和错层邻居发现ASON控制平面的发现功能主要由ITU-T的G.7714（通用的自动发现机制）建议来制定，目前在G.7714.1中描述了SDH/OTN中的发现技术。GMPLS体系中本身缺少自动发现协议，但是其链路管理协议LMP可作为一种替代的方案，它提供链路连通性验证和故障管理。链路连通性验证在邻居信息配置好之后检查光纤的连接，故障管理功能被用于设计成一类光交换机（光交叉连接器OXC）部署到光网络中，具有快速故障定位和隔离的能力。而且光互联网论坛OIF的UNI1.0信令技术草案也利用了LMP的子集来实现UNI对等信令实体间控制通信链路的连通性验证。4.2基于分布式呼叫和连接管理DCM的信令技术ASON控制平面提出的DCM基本信令功能就是快速实施呼叫连接的建立和拆除。对于一般的控制平面所支持的基于DCM的信令操作过程（交换连接S