智能光网络的应用与网络演进

0 引言

　　随着标准化进程的发展,智能光网络(ASON)已逐渐接近网络的主流应用。2004年起,中国电信､中国移动已开始ASON的测试与应用试点,标志着国内ASON建设的启动。ASON会为网络带来什么样改变?是否成熟?何时成为网络建设的主流?能为运营商网络维护带来哪些好处?网络过渡时期的网络建设造型应如何选择?这些已成为基础建设与运维部门直接面临的问题。

　　本文概述了ASON的概念与应用,通过其在网络效率､安全､成本3个方面对网络建设的影响､技术设备成熟度等方面的论述,提出传统网络逐步向ASON演进的策略。

1 ASON技术发展现状

　　 ASON的标准化在ITU-T､IETF和OIF等标准化组织的推动下正走向成熟。ITU-T的ASON框架相关标准绝大多数已正式发布,这标志着ASON标准框架已经成熟;IETF GMPLS的信令协议已批准为RFC,链路管理协议和域内路由协议也相当成熟,目前正在向恢复和多域协议扩展;OIF的UNI1.0有了正式的实现规范,UNI2.0协议特性也已稳定。这些组织在ASON标准化方面存在着互补关系,它们的结合具有可实施性,使新一代ASON具有互操作性。其中ITU-T的相关标准如图1所示。

　　以CIENA､Sycamore为代表的新兴技术公司是早期ASON技术的推动者,随着ASON标准的成型,从2003年起,朗讯､西门子､华为､阿尔卡特､北电等主流设备供应商已相继推出支持智能特性的光网络设备。

　　继AT&T于2001年建设其长途ASON后,北美与欧洲部分运营商相继开通一些ASON商用或试商用项目。在国内,中国电信､中国移动已于2004年开始正式的设备测试与试用。

2 Mesh网的传送效率(带宽利用率)分析

　　Mesh网是ASON的典型网络结构。Mesh网是最接近实际的光纤网结构,理论上比环型和树型网络传送效率更高､业务配置更灵活。限于技术实现水平,早期的DXC设备组成的Mesh网业务恢复时间通常达到分钟级,无法被运营商所接受。ASON的出现使Mesh网的保护/恢复成为可能,基于ASON的Mesh网具有多种的QoS等级,大部分的设备供应商按以下方法划分业务种类,这种业务的分类并没有通用的标准,算是一种约定俗成。

　　a) 钻石级:1+1+重路由,即当业务通路中一段光纤中断后,业务立即倒换到备用通路,切换时间小于30 ms,同时网络寻找新的保护通路,当光纤二次失效时仍可保证30 ms内切换;

　　b) 金级:1∶1保护,预置路由保护,切换时间小于50 ms;

　　c) 银级:重路由保护,实时计算恢复路径,恢复时间在百毫秒至秒级;

　　d) 铜级:无保护,不保证恢复;

　　e) 铁级:额外传送业务,可能被高优先级业务抢占。

　　在业务配置时,通过设置不同的流量工程算法可以进一步细分业务的QoS等级,在业务的可靠性与恢复时间上实现多种选择。

　　下面以一个五点全Mesh网为例描述Mesh网的传送效率。

　　对于一个如图2所示的五点全Mesh网,每两点之间均有链路,假设每段链路容量都是10 Gbit/s速率(64个VC4),当采用传统复用段保护(MSP)组网时,可以按图3或图4的形式组环,MSP的工作时隙与保护时隙各占一半,即工作链路容量只有32个VC4,可以完成如表1所示的业务矩阵。

　　业务总量为320VC4,网络光路总容量为10段光路×64VC4=640VC4,这时的带宽利用率为320/640=50%,每个环可以容忍一次断纤。

　　这是业务平均分配的理想情况,而且因为五点全Mesh网可以完全拆成如图3所示的3个环或如图4所示的2个环,并做到光链路不重叠､每两点间业务可直达而不需经过中间站点。在一般情况下(如四点Mesh网､六点Mesh网或其他大部分情况)不可能达到50%的利用率。

　　采用ASON技术作业务1+1保护(保护路由独享),每段业务要独占另一条保护路由(跨一个中间节点),即一段业务占用3段光路,带宽利用率为33.34%。如图5所示:A—C节点间的业务同时占用①与②路由,①路由为主用,②路由为独占备用,主用①路由故障时可以快速切换至②路由,类似于子网连接保护(SNCP)。

　　采用ASON技术作区段链路恢复(保护路由共享),每个节点具有4个光方向,当A—C节点间光链路中断后,控制平面查找到A—B—C､A—D—C､A—E—C 3条迂回路径,经确认有空闲容量后,把被阻业务切换至迂回路径,如图6所示。此恢复过程时间需要数百秒至数秒,因网络每条链路的业务可以从其他3个光方向恢复,因此每段光链路理想情况时的可用容量为64×3/4=48VC4,带宽利用率为75%,这是只容忍一次断纤的情况。当考虑到二次断纤恢复时(如图7所示),则必须预留更多的链路容量作为保护容量。对于图6中的网络,每节点4个光方向,要考虑到其中2个方向都阻断的情况下仍要保证业务畅通,理想情况下正常工作时每段光路的容量为64×2/4=32VC4,即带宽利用率为50%。

　　快速保护需要资源代价,相对效率较高的恢复需要时间代价。为了保护业务,或耗费网络资源,或耗费路由搜索时间。较之传统SDH只能提供50 ms内保护或不保护两种选择,ASON的进步是提供了多种业务保护方式的选择:钻石级与金级业务属保护方式,倒换时间小于50 ms,需占用独享的备用带宽;银级业务属恢复方式,不需占用独享的备用带宽,但倒换时间需数百毫秒。

　　对于Mesh状的实际光纤网络,几种保护方式的网络效率如表2所示。

3 Mesh网的可靠性分析

　　引入ASON的最大好处是可以解决光纤多点失效造成的业务中断,这一点对于长途网络可靠性的提高极为有利。而设备本身可靠性的提高､对维护人员依赖的减少也都有利于网络可靠性的提升。

　　采用Mesh网的ASON取代传统SDH环网保护,其网络可靠性的影响分析如下:

　　 a) 在光纤网络发生多点失效时,Mesh网可自行寻找迂回路由,倒换时间在百毫秒至分钟级,与传统的发生故障后人工排障､倒路由相比,极大地提高了业务可靠性;

　　b) ASON设备是最新推出的硬件设备,集成度和可靠性都很高,因此设备的软硬件故障率降低。大容量设备的出现使得中心机房大量设备通过光纤､电缆局内转接的景象不复出现,也极大地减少了因局内转接设备故障或连接光纤､电缆故障所带来的业务故障;

　　c) 由于ASON的日常维护智能化,人工干预减少,使维护人员误操作的可能性减小;

　　d) ASON保护协议远比SDH的MSP协议复杂,从理论上讲保护协议软件的可靠性会降低,但目前软件工程的技术进步可以使这一点的影响减至最小。

4 ASON的网络成本分析

　　网络成本分为网络建设成本和运维成本,即固定资产投资(CAPEX)与维护费用(OPEX)。ASON的引进可以同时降低CAPEX与OPEX成本。

　　a) 智能光网络设备组成的Mesh网相对传统环网效率得到提升,直接导致了业务所需的网络建设规模减少;

　　b) 作为新一代的传输设备,在硬件集成度方面的提高导致网络建设成本自然降低;

　　c) Mesh网抗多点失效的功能减少了第一时间抢修光线路故障的必要性,运营商可减少常备网络维护队伍的人员配置,收缩备件库;

　　d) ASON网络的拓扑自动发现､路由自动配置及网络规划软件大大简化了业务的开通过程,增加了网络维护的智能化,从而节约网络规划､资源管理和网络维护全流程的运维人力成本。

5 ASON的趋动力与实用进展

5.1 ASON的趋动力

　　不同类型､不同地区的运营商情况各不相同,采用ASON设备的趋动力无非是安全､效率､成本3个因素。国内引入ASON技术的趋动力可能是以下情况:

　　a) 国内长途干线目前动辄数千公里的大环有较多的缺点,如环上两点断纤概率升高､大环在MSP后业务路由大幅增长使时延问题突出,而且随着国内长途干线规模的扩大,有必要在大节点引入大容量调度设备,先进的大容量ASON设备是解决以上问题的最好选择;

　　b) 数据业务(IP业务)目前通过POS接口直接进入DWDM,在承载层上没有任何保护措施,采用Mesh网恢复可以使干线的数据业务得到保护,减少IP业务层的路由迂回压力;

　　c) 部分光缆可靠性不高的国内干线､省干线(如西部架空光缆较多的省份),有引入ASON技术的需求趋动力;

　　d) 大型城市经济发展水平高,大客户专线是运营商经营的重点,发达地区大客户专线已逐渐有多种SLA需求出现,运营商已开始考虑提供多种专线资费与服务等级,使得ASON多业务等级提供能力的优势得以凸现。

5.2 ASON的实用进展

　　光网络向ASON发展已是大势所趋,但ASON的应用至今仍较少。

　　首先是相关标准并未完善,ITU-T仅规定了ASON的基本结构与需求,相关细节仍在起草中,统一的E-NNI接口也待制定。目前不同厂家子网间信令无法互通,根据以往的经验,涉及不同厂家互通的标准性文件的制定与实施过程将相当漫长。

　　从国内的实际应用来看,业界的先驱CIENA公司在中国多年的ASON拓展并不成功,但随着华为､朗讯､阿尔卡特等国内的主流设备供应商相继推出商用ASON技术,中国联通､中国电信､中国移动几大运营商已先后启动对ASON的考察､测试､试用等评估工作,部分运营商已开始启动ASON的商用。

6 现有网络向ASON的演进步骤

　　ASON相对传统的SDH设备具有革命性的进步:

　　a) 在原有网络管理平面与传输平面基础上增加了业务控制平面;

　　b) 设备主控板具有更大的处理和存贮能力,同时要求主控板主备保护;

　　c) 设备线路单板的软件处理能力更强大;

　　d) 设备具有大容量､多光口的调度能力;

　　e) 随着标准的进一步完善,不同厂家之间的设备可通过UNI､E-NNI接口协议互通。

　　因此,ASON的实现要求硬件设备有革命性的改变,原有传统设备是不能升级为ASON设备的,这一点不像传统SDH设备插上数据处理单板即升级为MSTP设备,而更像PDH向SDH的换代。

　　现有网络中已经建设了大量SDH环网,这些网络不具备智能,无法实现网络端到端连接的动态控制。一般认为原有网络的升级方式有两种:

　　a) 方式一:理论上原有SDH设备可通过改造升级使之支持UNI,但实际上,原有设备要改造成支持UNI很可能要更换掉几乎所有的单板,这在技术和经济上都决定原有SDH设备不可能改造成ASON设备。即这种方式实际上根本不可行。

　　b) 方式二:智能代理,即对管理系统进行升级,使它成为具有智能的集中控制平面,原来的传送网络就成为ASON中的一个集中控制域。管理系统利用集中控制方式,实现控制域内连接的自动建立,在该控制域内部使用私有控制协议,对外通过在管理系统中增加标准的信令接口(UNI和E-NNI),实现与其他控制域的配合,从而最终达到全网内的自动交换。但目前的技术难度极大,即使是同一厂家的传统设备纳入ASON网络实现动态连接,至今也无成熟的方案。

　　所以,笔者认为,传统SDH设备组建的原有网络升级为ASON,实现全网的业务动态控制目前还只能理解为是设备供应厂家的一种宣传口号,近期内还看不到实际可行的方案。

　　当然,同一厂家的传统设备子网与ASON设备子网的网管统一纳入上一层的网络级网管,做到业务的统一调度并不困难,但这与通过智能代理达到全网智能(业务动态连接)并不是同一个概念。这时的传统设备子网中的业务仍将是半永久连接的方式。

　　因不可能一步到位地替换原有全网,新建的ASON将以子域的方式存在于传统网络中。网络将逐层或逐片地发展成ASON。因业务控制软件所能管理的节点数量有限,且目前供应商推出的首批ASON产品均是大容量调度设备,这两点决定了网络演进顺序将是自上而下的,一般而言是先骨干层后汇聚接入层。

　　对于现有光网络向ASON演进有如下设想:初期,新建的ASON子域像孤岛一样存在于传统网络中,端对端的业务将穿越智能域和传统SDH域。同一厂家的ASON子域和传统SDH网络可通过高层的网管系统实现统一管理､统一调度,不同厂家的网域无法统一管理。随着ASON设备成为建设的主流,规模不断扩大,从骨干层向汇聚接入层延伸,传统SDH域不断缩小,最终全网将统一成为ASON,不同子网间由跨厂家统一的E-NNI接口互通。

以上图片请查看《邮电设计技术》杂志 作者：胡行正   来源：邮电设计技术