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ASON3
ASON发展
一技术产生背景
随着用户对网络带宽的要求,以IP为代表的宽带数据业务迅猛发展,促使作为基础网络的传统光传送网络逐渐不能满足要求。
目前,传统的光传送网(SDH/WDM)所使用的设备智能性都很低,在分配机制上大都为静态,且该网络中各种级别的链路需要通过网管进行手动配置实现,进而带来一系列的问题,如:
缺少实时的业务供给能力,业务配置时间较长;缺少智能带宽,利用率偏低,不能满负荷运营;备用容量过大,缺乏先进的保护、恢复和路由选择功能;不能提供个性化的多项服务以供客户选择等[1]。
为了解决传统光网络中存在的上述问题,以求获得大容量的网络带宽、高利用率和动态分配以及对网络的回复能力,自动交换光网络(ASON)应运而生。
二基本概念和特点
1ASON简介
ASON的名字源自ITU—TG.ASON协议,该协议主要定义了在传统传送平面和管理平面之外增加一个智能的控制平面。
在2000年的ITU—T会议上,正式确定开展对ASON的标准化工作。
ITU—T提出自动交换传送网(ASTN,AutomaticSwitchedTransportNetwork)的概念,明确ASON是ASTN应用与OTN(OpticalTransportNetwork,光传输网)的一个子集。
传统的传送网络是一个静态的网络,通常只涉及对信号的传送、复用、交叉连接、监控和保护恢复,而智能光网络ASON引人了动态交换的概念,它放弃了传统光网络的管理层和传送层的双层结构,引进控制平台,通过控制平台构建智能化光网络,从而使光网络实现动态分配和资源管理,有效地支持动态连接与拆除,同时合理按需分配网络资源,提供良好的网络保护和恢复性能[2]。
同时,智能控制机制的引入也为最终实现多厂家不同设备环境下的网络互操作提供了可能。
可以说,ASON是一种标准化的智能光传输网,代表未来光网络发展的主流方向,被广泛认为是下一代光传输网络的主流技术。
2研究背景
随着信息技术的发展与成熟、社会的不断进步,电信用户及运营商的收入正逐步呈现出移动通信业务超过固定通信业务、宽带业务超过窄带业务、数据业务超过话音业务的趋势。
这一趋势的产生,使得光传送网络面临着来自网络发展、传送业务种类变化的挑战[8]。
ASON技术是从传统的SDH技术基础上改造而来的,ASON技术与SDH技术的比较见表1。
基于对两种技术的比较和分析,引入ASON技术来建设新一代精品光网络无疑是正确的选择,其作用主要体现在:
1)增强快速配置能力,实现业务的快速提供,有利于占有市场先机。
2)提高业务生存性,有效抵抗网络多点故障,真正达到99.99%电信等级。
3)提供不同业务等级,满足目前迅速发展的各种差异化服务需要。
4)提供新的业务增长点,如光虚拟专网、业务流量工程等业务。
5)降低维护难度,通过信令实现对业务的自动保护和拓扑发现,减少人工配置的工作量。
6)标准的技术和网络兼容性,通过采用标准化的信令协议和通用的智能控制机制为最终实现多种厂家设备环境下的网络互操作提供可能。
三关键技术
ASON技术作为一种具有诸多优点的新技术,除了要在理论上有所改进之外,更重要的是在实践中得以突破,并在组网应用中不断补充完善。
以下即将针对ASON在实际应用中可能存在的问题进行研究与探讨,分析其中的关键问题,并提出相应的解决方案或应对策略[11]。
3.1引入方式及策略
鉴于ASON刚刚进入商用阶段,目前的ASON设备比较适用于核心层;而汇聚、接人层面更多的是负责完成业务的采集、整合和疏导,业务流向单一。
可以说,目前核心层已经基本具备了引入的条件,对于汇聚和接入层尚不成熟。
ASON的应用要针对长途传送网和城域传送网的不同特点来分别考虑,并采用不同的演进策略。
在长途传送网中引人ASON时,可考虑“自下而上”的演进策略,即先在局部网络范围内引入ASON,逐步通过采用UNI接口或NNI接口将多个局部ASON孤岛进行互连,最终实现整个网络智能光网络的部署。
而在城域网范围引入ASON可采用“自上而下”的演进策略,也就是说先在城域网骨干层引入ASON,解决2.5G及以上速率业务的上下和调度,然后逐步向汇聚层和接入层延伸,最终在整个城域网范围内实现智能光网络的部署。
3.2应用定位
ASON作为承载网,最适合承载哪些业务一直争论不断。
承载租用线业务可以通过多种保护恢复机制提高其可靠性并划分等级进而提供差异化服务,但等级如何划分只能由运营商根据需求自行决定,而如何引导用户接受划分了等级的专线业务是运营商棘手的问题;承载数据业务可以其负载率,但ASON设备对于10G或40G颗粒的调度能力还有待提高,两层保护恢复机制的有效协调还需研究;承载
话音业务可以提高其抗故障能力,但一些人认为用ASON网络承载语音业务未免大材小用。
可以说,ASON承载哪些业务总是左右为难[7]。
事实上,若只把ASON作为提供更多功能的SDH网络,那么除了大颗粒的IP业务之外的所有业务都可以全部承载在这个网络之上,并利用ASON提供的功能还可以达到提高资源利用率、减少网络扩容困难、降低维护成本等目的。
根据已有的应用实例看,国外运营商网络承载的业务也是包括了租用线、固定话音业务、无线话音业务、ATM和小颗粒的IP业务等多种业务形式的。
因此,ASON网络可以承载现有的租用线、话音、ATM和小颗粒的IP业务,也可以承载新的软交换、3G业务等;而对于大颗粒的IP业务可以等待OTN或OXC技术成熟后再考虑对其进行全面承载[9]。
3.3与传统网络互通
ASON网络和传统网络的并存是目前通信系统所面临的问题。
实现传统光网络向ASON平滑演进,智能网元和传统设备必将在很长一段时间内并存,两者之间的互操作不可避免。
互通问题具体包括混合组网、业务建立、保护机制、网络管理等方面。
1)传统网络与ASON混合组网。
传统网络与ASON混合组网时,两个网络之间的业务可以采用单节点互通结构和双节点互通结构。
互连节点传统网络和ASON分别采用一套设备,也可共同利用一套设备进行组网,当传统网络和ASON分别采用一套设备组网时,两个网络间相互较为独立,两个网络间的业务经外部人工跳转,两套设备比较独立,选型自由度较大,相互之间不受影响;而当传统网络和
ASON网络共同利用一套设备组网时,两个网络问的业务通过设备内部转接,而该设备在传统网络和ASON中都参与组网,因而对设备有一定的制约,设备选型会受一定影响,通常两个网络需采用同一厂家的设备进行组网;同时互连节点的设备为ASON设备,且能支持传统网络的一些组网功能,如支持二纤复用段保护、MSP1+1等组网方式。
2)业务的建立。
通常跨域业务的建立可以采用如下三种方式之一:
①在网管上只需要指配端到端来连接源端和宿端以及连接属性。
网管智能完成对传统网络的PC配置,启动ASON网络的SPC建立。
②在网管上将该业务分成两类分别建立,一类为传统网络上的端到端连接建立,采用PC方式;一类为ASON网络上的端到端连接建立,采用SPC方式。
③在传统网络上增加UNI—C代理,或者网管上增加UNI—C代理。
业务在传统网络上的部分采用网管配置PC完成,业务在ASON网络上的部分由UNI—C代理发起sc连接建立完成[6]。
3)保护机制。
由于传统网络中不提供分层恢复功能,故ASON和传统网络之间的业务采用保护机制。
域间保护可以分为能完成链路失效保护的单节点互通和能完成节点失效保护的双节点互通。
相对于单节点,双节点互通结构下,既可以提供对域间链路失效的保护,又可以提供传统网络域和ASON网络域边界节点故障保护,跨域业务的生存性得到大大提高。
4)对网管的考虑。
当在网络中引入基于SDH的ASON节点设备构建ASON网络后,为了便于运营商网络管理和运营,且更好地实现端到端的业务调度,在目前UNI和NNI协议还未大规模应用的情况下,前期要尽可能实现ASON网络与传统SDH网之间的无缝连接和统一管理。
3.4运行维护
ASON网络与SDH传送网有很大的不同,因此现有传送网较完善的维护管理模式是不适用于ASON网络的维护管理要求的。
ASON网络的引入会对现有的维护管理工作提出新的要求,导致维护管理制度的变革。
具体包括:
1)维护组织和维护职能的变革。
ASON技术的引入改变了传输资源的静态配置模式,增强了网络资源使用的动态性。
ASON网络的维护更强调集中性,需要适应网络动态变化的特点。
2)维护管理流程的变革。
ASON技术的引入大大减少了人为因素,增强了设备自身的智能性。
由于传统设备不具智能性,目前的维护管理流程是一个涉及很多人为操作的流程,而ASON的引入将打破原有的维护管理流程,减少人为操作环节。
3)ASON网络需要新的评估指标。
ASON技术的引入将传送网从物理承载网提升成可直接面对用户的业务网,这就使得目前单纯从承载网角度提出的运营维护指标将无法全面反映网络质量。
对于ASON网络必须提出新的评估指标,以适应业务网的特性。
4)ASON网络需要完善的控制策略。
ASON技术的引入使传送网具备了更多的自动控制能力,因此需要完善的控制策略以保证网络能够安全、正常的运营,如防上用户对网络资源的非法使用等。
四网络生存性
自动交换光网络(ASON)之所以智能.主要是因为其控制平面可以自动实现连接的建立、删除和更新。
在传送平面检测到业务、连接故障之后即给控制平面发送告警。
控制平面随即自动启动保护、回复、动态重路由、动态优化重路由等操作。
因此ASON具有很强的智能性和生存性光网络的生存性【2】主要体现在两个方面:
传送平面的生存性和控制平面的生存性。
传送平面的生存性已经有很多学者、专家对其做过深入的研究与探讨.但关于控制平面的生存性的研究却相对较少下面将着重讨论关于增强控制平面生存性的一个方法的设计与实现。
1ASON控制平面及其生存性
1.1控制平面
控制平面的引入是ASON有别于传统光网络的根本点,控制平面主要负责呼叫控制和连接控制.通过信令来建立和释放连接.并且在连接失败的时候将其恢复.是实现光网络自动化和智能化的核心。
控制平面可以动态地交换光网络的拓扑信息、路由信息和其他控制信息.从而快速而有效地对光网络中的端到端连接进行动态控制,实现光通道的动态建立、拆除及网络资源的动态分配.这些功能都是在控制平面的支持下自动完成的。
控制平面的各个功能模块【4·5】称之为控制平面元件.根据G.8080体系结构与总体要求.其中目前主流的元件有:
主控(MAINSCH),连接管理(CC),链路资源管理(LRM),协议控制器(PC)、数据库(DB)、自动发现(DA)、传送平面告警管理(TRAMGR)及主备倒换(MS)等控制元件这些控制平面元件相互协同完成控制平面的核心功能控制平面元件间的交互关系如图1所示(MP为ASON的管理平面,CP为控制平面)。
1.2控制平面生存性的不足与改进
控制平面的生存性直接决定着ASON的高性能能否正常发挥.其生存性首先来自于控制平面良好的系统架构与设计文中将参考ASON传送平面的设计来改进图1中的控制平面设计.以达到提高控制平面生存性的目的。
ASON的传送平面[4,61主要依靠告警来传递当前的链路状态信息。
因此传送平面一个非常关键的设计就是故障检测、定位及告警管理模块。
故障检测、定位的速度及精度直接决定着传送平面的生存性的强弱。
图1控制平面元件间的交互关系
由图l可以看出.控制平面元件比较多.各个元件之间的交互也非常复杂其中有一类交互是各个控制元件与MAINSCH之间的交互.其主要内容是控制平面元件向MAINSCH发送的告警信息由于控制平面元件较多.因此在告警信息较多时可能会造成MAINSCH处理异常耗费过多的CPU时间.导致处理其他任务延时甚至漏处理.使控制平面生存性降低.于是改进的切入点就是减少MAINSCH的告警处理类比传送平面的设计.可以为控制平面也设计一个告警管理模块(CPAMGR),主要处理控制平面其他元件的告警信息.将处理后的结果统一发送给MAINSCH增加该模块以后.控制平面各个元件之间的交互与接口信息不需要修改.只需增加各个元件与CPAMGR之间的接口.CPAMGR增加接口直接与MAINSCH交互。
改进之后的各元件交互关系如图2所示(各个模块与CPAMGR都有接口.由于图上连线较多.只画出了主要的模块之间的接口关系)。
图2改进后的控制平面元件间的交互关系
2控制平面告警管理模块(CPA__MGR)的设计
CPA—MGR主要处理的是控制平面各个模块产生的告警.告警传递给网管系统显示的目的是希望网管人员看到产生的告警以及告警原因.并据此进行下一步决策.修复受损的业务或元件,使ASON的业务正常运行因此控制平面告警能否顺利地传送给网管并显示.将会对网管人员的下一步决策产生重大的影响。
下面讨论如何方便、快捷、准确地管理控制平面的告警。
首先.告警要分类。
控制平面的告警可以按照产生该告警的功能以及模块来分类.能够产生告警的功能或模块可以称为“检测点”.这样就可以列出一系列的检测点每个告警都属于一个检测点.但是某个检测点中可以产生多种不同的告警。
其次.每个告警都有告警原因最后.告警可以设置一个“告警唯一标识”。
告警原因、告警检测点和告警唯一标识三元组共同确定一个告警根据CPAMGR是否存储告警信息以及NM是否有刷新机制.CPAMGR可以有两种结构设计:
①不带存储告警信息功能的直接转发式设计;②带存储告警信息功能的存储转发设计下面分别讨论其优缺点。
2.1不带存储告警信息功能的直接转发式设计
各个控制平面元件产生的告警的传递路线按照CPA—MGR—+MAIN—+NM来设计,如图3所示(仅以CC,LRM为例)。
图3控制平面告警传递路线
这种所有其他控制平面元件把告警集中传递给CPAMCR—MAIN—NM的做法实施起来简单.但也有一个缺点,即告警在骤然增加的时刻容易发生拥塞.导致告警丢失这会引起较为严重的后果这种发生拥塞情况在现行的ASON中是比较常见的:
工程上的一条业务中可以有多条连接.且假设该业务中的所有连接都通过同一条光纤传输.若该光纤断裂.则会导致该业务中断,同时与该业务关联的多条连接发生中断.并且还伴随一些其他的告警图3控制平面告警传递路线。
2_2带存储告警信息功能的存储转发设计
从前面的分析可以知道导致告警丢失的主要原因是告警突然大量上报造成拥塞造成的。
于是.首先要解决的办法就是尽量精简告警设计.每个告警的体积尽量地小。
但是ASON的控制平面本身就很复杂。
所以想要达到这个目的有一定的困难另一种办法可以这样设计:
在CPAMGR接收到其他控制平面元件传送过来的告警时,首先保存该告警.然后向MAIN转发.网管同时增加刷新告警功能。
这样.在网管人员认为当前告警有异常时就可以刷新当前告警.ASON的CPAMGR则把当前保存的告警再一次上报给网管系统.这个问题也就解决了。
但是这也引入了另一个问题:
怎么才能使CPA保存告警的速度.查找告警的速度达到要求。
这就要求设计人员能够设计出较好的数据机构来存储当前的控制
平面告警.并采用适当的方法来查找告警。
在本论文中将采用最优平衡二叉树(AVLtree)来存储某个告警检测点下的告警由于有一系列的告警监测点.所以用一个元素是树的数组来存储所有监测点下的所有告警。
采用最优平衡二叉树的原因是:
理论上每一个告警产生都将对应于将来的一个告警消失.在CPAMGR接
收到一个告警消失时.它会根据监测点找到对应的数组项.然后根据其他的信息(比如告警唯一标识)来寻找以前保存的与此告警消失对应的告警产生.并删除此告警产生记录.然后向网管上报该告警消失。
选择使用AVLtree另一个原因是能明显提高告警查找的速度采用这种设计以后.网管人员在怀疑当前告警的准确性时.只要下发“刷新当前告警命令”,CPA—MGR则会遍历AVLtree.并把当前保存的所有告警重新上报一次所以.尽管网管的告警有可能显示不准确,但是只要CPAMGR保存的告警准确.那么刷新一次就可。
以使网管获得准确的控制平面告警改进后的控制平面告警传递逻辑如图4所示f仅以CC.LRM为例1
图4改进后的控制平面告警传递路线
3实验对比
按图5所示进行组网。
并且在设备1的端VI1.1和和设备2的端口2.2之间建立一条包含16条连接的业务A.同样在端口1.2和端132.2之间也建立一条包含16条连接的业务B。
图5组网拓扑图
以下以设备l的网管为观察点
第一步.拔纤对设备1的端口1.1进行拔纤操作。
光纤断开后.业务A失效.控制平面的CC会上报业务失效告警产生:
与该业务关联的16条连接也断开.所以同时上报16个连接失效告警产生:
同时还伴随着远端邻居丢失,远端接口失效等告警产生。
拔掉端口1.1的光纤后立即拔掉端口1.2的光纤.此时业务B上报的告警和业务A上报的告警完全一样记录网管监视界面的告警产生情况。
第二步.插纤。
把刚刚拔掉的光纤又插回去。
此时业务和连接都将恢复正常.所以CC会上报业务失效告警消失和连接失效告警消失等告警等业务完全恢
复后.理论上网管的告警监视界面上原有的告警都会消失。
在经过数次拔纤和插纤的操作后.记录下来的数据如表1所示(竖坐标表示丢失的告警的次数)。
表1改进后与改进前的实验数据对比
在ASON中.控制平面的生存性和传送平面的生存性同样重要。
从第3节的实验的数据来看,采用增加了CPAMGR模块的ASON没有丢失一次告警,其控制平面的生存性得到了显著的提高。
然而上述实验数据仅仅来自实验室的三个节点的小型组网测试,对于工程应用上的大规模组网.尽管我们推断应该也会有同样的改进.但是否同样和小型组网一样效果显著,还需进一步进行研究和实验。
五技术发展现状及发展趋势
综上所述,传送网向着ASON体制演进,已成为必然的趋势。
传送网引入控制平面后,已不再是传统意义上以某种单一传输技术为基础的网络,它使得未来的传送网在理论上可以集成各种传输技术、支持多种业务类型,为各种业务提供高效、灵活、安全的传输,并可支持区分业务以实现流量工程。
随着MPLS的大量部署,ASTN/ASON将由重叠模型向着对等模型演进,最终实现传送网和业务网在真正意义上的融合。
另外,ASTN/ASON的传送平面将逐步由现在的链形、环形拓扑向网格状拓扑演进,这种网格状拓扑使网络有更灵活的业务提供方式、更高的生存性和可靠性,可有效提高网络的容量利用率,并通过统一的发现机制和路由体系,使网络的可扩展性大大增强。
可见ASON技术不管在网络建设或网络维护还是业务经营方面都具有重大意义。
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