1、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
2、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。 2 ASON 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 I
3、nterDomain 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
4、，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-T G.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
5、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
6、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 1 ASON 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
7、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 2 ITU-T ASON 自顶向下的控制平面协议标准3 ASON 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() 8ASON
8、 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
9、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。 4 ASON 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，
10、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
11、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： 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（IP Control Channel）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 DC
12、C 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 IP over PPP over SONET/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
13、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() 1图 3 基于带内 IPCC 实现方式（承载于 SDH/SONET DCC）的自动邻居
14、发现过程 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, ServiceConfig Ack 和 ServiceConfig Nack 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 LMP Config
15、 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 5 SDH/SONET 网络的分层结构 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
16、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
17、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() 1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 UNI 1.0 信令技术草案也利用了
18、 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 SC 和软永久连接 SPC 的建立）需要 ASON 控制平面相应的功能组件来支持，它们主要是 : 1) 呼叫接纳控制器 CAC：负责基于呼叫参数确认、用户权力和网络资源接入策略的呼叫接纳控制。 2) 呼叫控制器 CallC：管理呼叫连接；产生、接受或拒绝的呼叫请求；产生和处理呼叫终止请求；呼叫状态管理。 3) 连接控制器 C
19、C：负责协调链路资源管理器、路由控制器以及对等或者下层连接控制器以便达到管理和监测连接的建立、释放和修改已建立连接参数的目的。 4) 链路资源管理器 LRM：负责对子网节点缓冲池 SNPP 链路进行管理，包括对子网节点 SNP 链路连接进行分配和撤消分配，提供拓扑和状态信息。 图 7 基于 DCM 跨于全光网的呼叫建立（Call Set-up）过程浙江省邮电规划设计研究院有限公司() 1图 7 描述了基于 DCM 跨于全光网的呼叫建立过程，为了支持交换连接服务，呼叫请求通过 A 端用户请求代理 ARA 发送“呼叫建立请求” 消息给主叫方呼叫控制器而被初始化，呼叫请求指定了与用户请求呼叫关联的信
20、息（包括与服务相关的服务水平协议 SLA，安全性方面和策略相关的信息等等）。而对于软永久连接服务的支持是通过管理平面来处理的，运营商在网元设备系统和网络管理系统中预先设置管理参数来要求连接控制器 CC建立连接来支持呼叫请求，这和 ATM 中的 PVC 以及电话网中的电路出租管理类似。用于呼叫建立的资源主要有子网节点 SNP，子网节点缓冲池SNPP，链路连接 LC 等等。为了建立端到端的跨于全光网的呼叫连接，必须涉及到呼叫请求过程，连接请求过程，以及不同类型资源连接的创建过程。由于 ASON 重叠网络模型的多域结构导致了整个连接通路的建立由链路连接 LC 和子网连接 SNC 分别创建和相互串联构
21、成。 控制平面的故障主要有信令通道失效和控制平面节点故障。ASON 的控制平面需要信令协议支持适当的措施从故障中恢复过来, 最初尝试是基于本地控制平面机制及其与传输平面的相互作用,随后是基于控制平面与外部构件的相互作用。故障处理的基本方法是：控制平面的失效将通知管理平面，管理平面将根据故障指导控制平面采取相应的措施。这些措施包括进入自我刷新状态，清除和释放部分连接或者状态维持信息；控制平面节点可以持久的储存呼叫和连接状态信息，配置信息和控制平面邻居信息等；经恢复本地连接/呼叫状态信息仍然丢失，控制平面节点将与外部构件（邻居节点或者集中提供持久存储信息的节点）通信尝试恢复状态信息；控制平面节点在
22、不能恢复某些信息（如不能同步连接状态）时，需要管理平面的干预（释放连接）。注意：控制平面的故障不一定导致连接释放，从控制平面看，连接已经不同步，而连接仍是有效的，此时 TE 链路就会处于退化状态。 4.3 ASON 控制平面的分级路由机制 ITU-T G.7715/Y.1706 草案定义了在 ASON 中建立交换连接 SC 和软永久连接 SPC 路径选路功能的结构和要求以及 ASON 路由结构，路径选择、路由属性、抽象信息和状态转移图等功能组件。其中 ASON 路由结构支持 G.8080 中定义的不同的路由方式，如分级路由（Hierarchical Routing），逐跳路由（step-by-
23、step Routing）和源路由（ source-based Routing）。并且也对路由信息表达方式的不同进行了抽象，如链路状态，距离矢量等。G.7715 的目的是提供一种与协议无关的方法，用来描述用于 ASON 的路由技术。路由消息是通过数据通信网络（DCN）进行传送，G.7712 规范了DCN 的一种可能的实现方式。ASON 路由体系结构在网络中被分割为多个路由域，为了提供路由服务，需要事先了解网络资源的情况，并对网络资源进行分配后再使用。这些网络资源可以通过人工配置，也可以是基于 ITU-T G.7714/Y.1705 草案中定义的自动发现机制来配置。 运营商对网络进行分割是基于特
24、定的策略，如地理因素，管理范围，技术特点等。运营商将细分后的网络看作是提供路由服务的不同路由域RA（ Routing Area）。路由域提供路由信息的抽象，从而使得路由信息的表达具有可扩展性。这些单个路由域的服务是通过路由执行器RP（ Routing Performer）来提供的，而 RP 可以看作是路由控制器 RC（Routing Controller）的联合体，RP 能支持多种路由方式（ITU-T G.8080草案中规定的路由方式：源路由、分级路由和逐跳路由）的路径计算。所支持的路径计算功能是基于路由信息数据库有效的信息类型来实现的。 路由域可以分级包含，在分级路由中每个路由域与一个独立的
25、 RP 相关联，而服务接入点扮演 RP 的角色。路由等级中的每一层面可以使用支持不同路由方式的 RP，RP 的实现是基于实例化的分布式 RC。RC 提供在一个给定层面的 NNI 参考点提供路由服务的接口，同时负责路由信息的协调和分布。不同的 RC 实例由于不同的运营策略受到影响，而这些策略取决于其服务提供商所属的组织，策略的执行可以通过不同的协议机制来完成。RC 的实现可以是一组分布式的实体，这组实体被称为一个路由控制域 RCD（Routing Control Domain）。RCD 是一个抽象的实体，它隐藏了路由控制域的内部细节，而提供与 RC 分布式接口相同特征的接口。RCD 之间交换的路
26、由信息的本质是捕获 RC 分布式接口之间交换路由信息的语义，并允许每个路由控制域内可以使用不同的表达方式。RCD 的实现依赖于具体的实施方式。 RA, RP, RC 和 RCD 之间的关系如图 8 所示，RA 包含RA，递归的定义了连续的分级路由等级。一个独立的 RP 与一个路由域相关联。这样 RPRA 和路由域 RA 关联，而 RPRA.1 和 RPRA.2 各自与路由域 RA.1 和 RA.2 关联。依此类推，RP 自身是由分布式的 RC 来实现的，RC1 由 RPRA 而来，RC2 由 RPRA.1 和 RPRA.2 而来。可见 RCD 分布式接口与 RC 分布式接口的特征是一致的。 浙
27、江省邮电规划设计研究院有限公司() 1图 8 RA, RP, RC 和 RCD 之间的关系（分级路由体系结构）5 结束语 智能光网络控制平面被分解成：邻居发现，信令连接控制和路由拓扑/资源发现等几个基本的过程，不同的网络组织导致了几个不同的网络模型，这是构成以 IP 为中心的光传输网的控制和管理基础。目前从事智能光网络产品研发的 CIENA 公司开发出的新一代智能光网络是下一代网络 NGN ASON 自动交换光网络的前奏曲，其核心网和城域网的关键设备智能光交换机 Core Director 已在北美欧洲亚洲的近 30 家大型运营商得到广泛的应用，在技术和市场上应用中都处于领先地位。 参考文献
28、1OIF “User Network Interface (UNI) 1.0 Signaling Specification”, 10/2001 2OIF “Carrier Optical Services Framework and Associated Requirements for UNI”09/2000 3ITU-T G.8080/Y.1304 “Architecture for the automatically switched optical network(ASON)” 11/2001 4ITU-T G.7713/Y.1704 “Distributed Call and Co
29、nnection Management” 12/2001 5ITU-T G.7713.1 “DISTRIBUTED CALL AND CONNECTION MANAGEMENT (DCM) BASED ON PNNI” 01/2003 6ITU-T G.7713.2 “DCM Signalling Mechanism Using GMPLS RSVP-TE”01/2003 7ITU-T G.7713.3 “Distributed Call and Connection Management using GMPLS CR-LDP” 01/ 2003 浙江省邮电规划设计研究院有限公司() 18ITU-T G.7715 ”Architecture and Requirements for Routing in the Automatically Switched Optical Network”, 05/2002. 9CIENA Corporation”Introduction to Optical Control Plane Concepts and Standardardization” Greg M. Bernstein, Lyndon Ong, and Rajender Razdan
