作者:馬恒 高峰 劉建國

    要害詞：光傳送網(wǎng)；智能化；網(wǎng)絡結構；多業(yè)務傳輸平臺

    Abstract:Withthedevelopmentof network technologies, the switch network and the transport network are penetrating each other in respects of technology, architecture and functionality and gradually evolving towards convergence, which requires flexible and effective smart-control in the optical network and diversified quick access methods at the access platform. The Multi-Service Transport Platform (MSTP) and the Automatically Switched Optical Network (ASON) respectively rePResents the convergence of network edge equipment at different layers and the intelligentized development of transport networks. The integration of these technologies can intelligentize the MSTP associated technologies in order to satisfy the requirements of network development in the future. In the paper, two strUCture models of intelligent MSTP, i.e., the peer-to-peer model and the client-server model, are presented and analyzed. A solution to dynamic bandwidth allocation, by using the automatic connection function and the Link Capacity Adjustment Scheme (LCAS) protocol, is also provided, which can meet the demands of dynamic bandwidth requirements for data and multimedia services.

    KeyWords:opticaltransportnetwork; intelligentize; network structure; MSTP

    基金項目：國家“863”計劃項目(2003AA122110)

    隨著Internet的不斷發(fā)展，語音、數(shù)據(jù)和多媒體等業(yè)務量的迅速增長對傳送網(wǎng)的傳輸帶寬、接口方式和運營維護提出了更高的要求。40G同步傳輸技術、波分復用技術和超長光傳輸技術的發(fā)展，使得光傳送網(wǎng)具有高速、寬帶、服務優(yōu)質(zhì)的特性，成為傳送網(wǎng)的首選方案。

    多業(yè)務傳輸平臺(MSTP)的引入大大豐富了光傳輸網(wǎng)絡的接口方式，MSTP能夠迅速快捷地接入語音、數(shù)據(jù)和多媒體等業(yè)務，并在數(shù)據(jù)層提供了匯聚和交換功能，使得光傳送網(wǎng)的使用更為便捷和高效。自動交換光網(wǎng)絡(ASON)是對傳統(tǒng)光網(wǎng)絡的一次顛覆性變革，突破了以往光網(wǎng)絡集中配置和手工維護的運營治理方式，大大提高了運營商響應客戶需求的速度并降低了維護成本。這兩項技術已成為當前光網(wǎng)絡研究和開發(fā)的兩大熱點方向。如何有效地整合這些技術，充分發(fā)揮各技術的特點，產(chǎn)生1加1大于2的效益，倍受網(wǎng)絡技術研究者和網(wǎng)絡使用者關心[1—3]。

    1.MSTP技術

    MSTP技術是為適應城域綜合傳送網(wǎng)建設要求，從同步數(shù)字系列(SDH)設備發(fā)展起來的新興綜合傳送技術，其基本特征是通過對以太數(shù)據(jù)幀和ATM信元的封裝，實現(xiàn)基于SDH的多業(yè)務綜合傳送[4]。

    隨著交換技術的發(fā)展，為克服傳統(tǒng)SDH設備針對語音業(yè)務不具備數(shù)據(jù)業(yè)務疏導和匯聚功能的缺陷，二層交換功能被引入到MSTP設備中，使設備具有部分二層數(shù)據(jù)交換的功能。但是，對于數(shù)據(jù)業(yè)務而言，QoS的保證能力還是比較弱。

    在此基礎上，各個設備制造商進一步將彈性分組環(huán)(RPR)，多協(xié)議標簽流(MPLS)，鏈路容量調(diào)整(LCAS)技術引進到MSTP設備中，加強對業(yè)務端到端QoS的保證。通過劃分業(yè)務等級，進行流量工程控制，實現(xiàn)接入阻塞和公平算法策略控制，解決了數(shù)據(jù)業(yè)務傳送中突發(fā)性和不均衡性的特性，使得SDH能夠更加高效和穩(wěn)定地傳送此類業(yè)務。

    2.ASON技術

    在標準化組織ITU－T的ASON標準制訂中，將光傳送網(wǎng)劃分為治理、控制和傳送3個平面，并引入了大量使用各種協(xié)議和控制技術的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，使之成為一個具有分布式特點的智能化光網(wǎng)絡[5]。新的光網(wǎng)絡克服建立連接緩慢，配置治理復雜的缺陷，具備了一系列新的功能特性，諸如：

    自動發(fā)現(xiàn)相鄰設備之間的鏈路、端口能力、協(xié)議實體之間對等關系，并進行鏈路傳輸能力的聚合等。

    網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)和擴散，進行資源和拓撲治理。

    利用信令和路由在網(wǎng)絡中快速建立端到端連接，并進行維護。

    在Mesh網(wǎng)的拓撲下支持局部或者端到端保護恢復，支持不同分域和分區(qū)的恢復。

    設備和網(wǎng)絡級別的故障快速定位和輔助故障定位分析。

    具有流量工程能力和業(yè)務端到端QoS保證能力。

    提供按需帶寬調(diào)整、波長出租、波長批發(fā)、虛擬專網(wǎng)等新業(yè)務應用。

    3.智能化的MSTP技術的發(fā)展

    從技術角度而言，MSTP代表了交換和傳輸網(wǎng)絡等不同層次網(wǎng)絡在網(wǎng)絡邊緣的設備的融合，ASON代表了傳送網(wǎng)的智能化和標準化，兩者體現(xiàn)了下一代網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢，即滿足運營商減少網(wǎng)絡設備數(shù)量，降低運營維護成本，快速響應客戶需求，提供優(yōu)質(zhì)分級服務的基本要求。

    但是，不同層次的網(wǎng)絡設備在OSI網(wǎng)絡模型中對應著不同網(wǎng)絡特征和功能模型的實現(xiàn)，將它們?nèi)诤显谕辉O備中，并建立統(tǒng)一的網(wǎng)絡平臺，需要解決很多問題。以統(tǒng)計復用為特征的分組交換是一種動態(tài)交換，MPLS技術提供建立一種軟連接，而以時分/空分復用為特征的電路交換建立的是一種硬連接，為了統(tǒng)一有效的治理和維護，尤其是針對處于兩種網(wǎng)絡交界處的MSTP設備，有許多需要完善的工作，首要的就是解決網(wǎng)絡設備的構造模型。

    3.1重疊模型

    目前業(yè)界通常有對等(Peer)模型和重疊(Overlap)模型。重疊(或重疊網(wǎng)絡)模型屬于客戶/服務器(Client/Server)模型，顯著的特點是在客戶網(wǎng)絡與提供商域之間存在清楚易辨的邊界。客戶/提供商域的分離反映了網(wǎng)絡的現(xiàn)狀，即網(wǎng)絡中第三層和第一層的設備的所有權可能屬于不同的組織。這種客戶/提供商域的分離要求在各自域運行不同的路由協(xié)議，因此，在運營商及其客戶之間沒有必要共享網(wǎng)絡拓撲信息。智能光網(wǎng)中在光層提供包括SDH/SONET、波長和未來的光纖連接的動態(tài)連接能力，并能按實際需要安排帶寬。數(shù)據(jù)業(yè)務可以在SDH/SONET、波長、光纖連接的基礎上進行服務，還可以發(fā)展新業(yè)務(包括虛擬專用網(wǎng))，有較好的組網(wǎng)靈活性。為了確保端到端業(yè)務QoS，網(wǎng)絡需要明確定義光層為數(shù)據(jù)層提供的業(yè)務類型和服務等級，便于各個層次運營商治理業(yè)務，完善服務質(zhì)量。

    此時，智能化的MSTP設備工作是分層展開的：智能化的光層網(wǎng)絡通過運行的自動發(fā)現(xiàn)和路由協(xié)議，將光網(wǎng)絡的網(wǎng)絡資源發(fā)現(xiàn)、聚合、擴散、總結，最后以端到端的端口資源形式提供給數(shù)據(jù)層面，隱藏了內(nèi)部的網(wǎng)絡的拓撲結構和鏈路信息；數(shù)據(jù)網(wǎng)絡在建立連接的過程中，向服務方光網(wǎng)絡提出連接申請和約束規(guī)則，由智能光網(wǎng)絡自己運行路由策略和信令、創(chuàng)建符合約束要求的連接路徑、對業(yè)務加以保護，并且數(shù)據(jù)流在光網(wǎng)絡中透明傳送，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡則根據(jù)自身網(wǎng)絡的結構、流量和交換能力進行工作。上下層面是客戶、服務器關系，互不干涉各自的運行和維護，只是在網(wǎng)管層面可以看到統(tǒng)一的設備治理形式。

    重疊模型相對簡單，網(wǎng)絡層次分明，對已有網(wǎng)絡改變較少。傳送網(wǎng)絡運營商可以靈活地出租網(wǎng)元設備端口給數(shù)據(jù)網(wǎng)絡運營商，可充分利用ASON網(wǎng)絡提供的按需帶寬調(diào)整、服務等級協(xié)定、波長出租、波長批發(fā)、虛擬專網(wǎng)等新業(yè)務方式，從而集中發(fā)展自身傳送網(wǎng)的特長。此時MSTP設備既提供了豐富設備接口，又在接入部分進行數(shù)據(jù)的匯聚和疏導，無疑使得業(yè)務端到端連接更為順暢和高效。當前設備多采用這種模型進行演進。

    但是，作為整個網(wǎng)絡而言，不同層次網(wǎng)絡資源的割裂會導致運行效率的相對低下。首先，業(yè)務在端到端的連接中沒有統(tǒng)籌考慮業(yè)務路由和流量的分擔，不利于網(wǎng)絡資源的調(diào)配；其次，不同層次網(wǎng)絡都存在保護恢復機制，協(xié)同工作比較困難；再次，沒有滿足全業(yè)務運營商統(tǒng)一規(guī)劃、運營數(shù)據(jù)和傳送網(wǎng)絡的要求。

    3.2對等模型

    MSTP內(nèi)嵌MPLS技術的使用和GMPLS協(xié)議在ASON網(wǎng)絡中的應用，為對等模型設備的出現(xiàn)提供了條件。在MPLS協(xié)議族基礎上發(fā)展起來的GMPLS協(xié)議族，在充分利用已有信令、路由、發(fā)現(xiàn)協(xié)議基礎上，充分考慮了傳送網(wǎng)軟件協(xié)議控制和硬件電路傳輸?shù)奶攸c，將鏈路發(fā)現(xiàn)、鏈路聚合、路由和資源擴散、約束路由選路等有機地結合起來。這樣，數(shù)據(jù)交換層面和傳送層面有了共同的“語言”，便有了網(wǎng)絡互通和共享資源的基礎，而網(wǎng)絡軟硬件設備在演進過程中各自相對獨立的發(fā)展，也符合下一代網(wǎng)絡承載和控制相分離的原則。但是，將不同層次的網(wǎng)絡融合為統(tǒng)一網(wǎng)絡對等模型還面臨一系列的復雜問題。

    (1)資源和拓撲治理

    網(wǎng)絡設備模型統(tǒng)一后，網(wǎng)絡設備中所有節(jié)點及其端口、時隙、通道將會全面展現(xiàn)在網(wǎng)絡治理者和使用者面前，因此傳送資源治理將變得更為復雜，業(yè)務對端節(jié)點之間的鏈路既有SDH(以后還有WDM)的固定通道，又有統(tǒng)計復用的分組通道，這些通道建立連接的特性差別是很大的。同時，不同類型鏈路聚合在一起，需要對各個層次路徑和通道標簽進行規(guī)劃和標識，確保不同層次不同粒度的通道被充分和恰當?shù)厥褂谩Ｔ诶碚撋希⒔y(tǒng)一的設備模型下原子功能模型實體成為一項必需的工作，通過對功能、接口的標準化定義和治理，才能為設備之間、上下層次之間的真正互連和互通奠定基礎。

    另一方面隨著網(wǎng)絡規(guī)模的擴大，數(shù)據(jù)和傳送網(wǎng)絡合并，必然導致網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)目巨大，當組合成為復雜的Mesh網(wǎng)拓撲后如何治理將是一項艱巨的任務。一般認為還是需要根據(jù)地域、行政治理區(qū)、設備技術特點、網(wǎng)絡規(guī)模等進行分域解決，從而減小規(guī)模，降低難度。

    此外，傳送節(jié)點和控制節(jié)點分離以后，地址的表示、翻譯也將成為問題，需要統(tǒng)籌設計全局唯一的傳送和控制節(jié)點標識，保證數(shù)據(jù)包在不同節(jié)點間的路由。在應用上，單純的IPv4地址有局限，可以引入新的標識如鏈路端口、設備標識等加以區(qū)分。

    (2)路由算法和選路

    當網(wǎng)絡聚合多個子層以后，在一個網(wǎng)絡中進行路徑的選擇，非凡是優(yōu)化路徑的選擇變?yōu)槁酚捎嬎愕腘P問題，假如將光纖、波長、VC通道、標簽通道疊加在一起，算法將會變得非常復雜，在有限的時間和計算能力下，有可能無法完成求解。假如簡化為不同層次路徑分別計算，優(yōu)化的效果又會大打折扣，在多大程度上折衷考慮算法拓撲需要單獨研究。一般而言，源路由在流量控制方面比較輕易，但是控制機制復雜，逐跳路由使用靈活而無法自行解決流量控制問題。層次路由可以是一個不錯的選擇，配合不同的網(wǎng)絡子層的劃分，分層進行源路由的選擇和優(yōu)化，可以簡化選路復雜性，又可以兼顧流量均衡的控制。

    受到傳送網(wǎng)節(jié)點設備交叉容量的限制，假如考慮擴展到配置WDM層面，則還有波長轉(zhuǎn)換的問題。在業(yè)務路徑優(yōu)化過程中，除了考慮鏈路傳輸容量、質(zhì)量的因素外，還需要重點對節(jié)點交叉能力進行考慮，確保業(yè)務連接能夠順利通過交換/交叉節(jié)點，減少產(chǎn)生阻塞情況發(fā)生。

    (3)連接和信令

    針對語音、數(shù)據(jù)和多媒體等業(yè)務的使用特性，在多層網(wǎng)絡的連接過程中可以采用不同的策略：對于端到端的語音業(yè)務而言，從呼叫到建立連接一般要求時間較短，而即使是自動連接的光網(wǎng)絡建鏈時間也相對較長，那么諸如SDH的大容量固定通道可用來在骨干節(jié)點之間傳送、預先建立連接，并長時間保持穩(wěn)定，而分組交換網(wǎng)絡可以實時地在呼叫連接過程中創(chuàng)建標簽通道；對于相對穩(wěn)定而且傳輸容量較大的數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務，連接有突發(fā)、多變、長保持時間、高帶寬、對距離不敏感等特點，可以考慮實時建立連接，并利用帶寬調(diào)整功能滿足變化。

    信令在不同網(wǎng)絡層次存在轉(zhuǎn)換和嵌套。分組交換網(wǎng)絡中，信令和載荷都以分組的形式進行交換，路徑通常是一致的，路由器具有根據(jù)包頭、墊層(Shim)的信息轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的能力。而電路交換傳送網(wǎng)中的信令和路由通常是分離的，標簽路由器要依靠時隙、波長、物理端口來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，這需要統(tǒng)一規(guī)范信令的語義和語法，在光纖、波長、時隙和包各個層次上建立嵌套的標簽接口，構成一個完整的端到端的標簽交換路徑。當業(yè)務從分組網(wǎng)進入光傳送網(wǎng)時，信令協(xié)議能夠識別嵌套的標簽，并在光網(wǎng)絡中創(chuàng)建隧道，業(yè)務從隧道出來時應彈出標簽嵌套，繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)。

    (4)生存性協(xié)調(diào)

    由于數(shù)據(jù)層面和傳送層面都有各自的自愈措施，在網(wǎng)絡節(jié)點或者鏈路發(fā)生故障的時候，需要協(xié)調(diào)兩個層面的保護恢復動作，避免因為重復操作導致業(yè)務不必要的損傷。在多層網(wǎng)絡中，存在自頂向下和自底向上兩種保護恢復策略，既然統(tǒng)一模型使得兩個層面保護恢復功能可以相互通知和協(xié)調(diào)，那么就應該建立協(xié)同保護模式。為此首先需要加強故障定位和分析功能的開發(fā)與研究，只有在規(guī)定的時間片內(nèi)準確地定位出故障點，才能確定使用何種保護恢復手段。目前傳送網(wǎng)中的故障定位相對比較輕易，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中的快速故障定位則是一項正在發(fā)展的技術。

    總而言之，兩種模型各有優(yōu)缺點，目前采用的多為重疊模型設備，而對等模型設備則是今后發(fā)展的一個方向。

    4.智能化的多業(yè)務端到端動態(tài)傳輸

    當前的新技術使得業(yè)務應用有了新的突破。例如，虛級聯(lián)技術的使用使數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務使用SDH通道的效率大為提高，常用的以太網(wǎng)FE、GE不必占用像STM-1、STM-16這樣的整個群路端口的所有通道，分別只需使用VC-3-2v和VC-4-7v。但是，虛級聯(lián)組某個成員鏈路出現(xiàn)故障，往往會影響整個虛級聯(lián)組的信號傳送，非凡是多個成員分布在不同鏈路上，故障的概率將大為增加。LCAS是一種在SDH業(yè)務發(fā)端和收端握手的傳送層信令協(xié)議，答應無損傷地調(diào)整傳送網(wǎng)中虛級聯(lián)信號的鏈路容量，而不至于中斷現(xiàn)有業(yè)務，逐漸成為MSTP中核心和必備的技術之一。

    鑒于數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務的帶寬需求具有隨時間的推移而動態(tài)變化的特點，在帶寬變化比較頻繁，如秒和分鐘級的時候，傳送網(wǎng)傳統(tǒng)的手工指配連接已不能滿足需要，必須利用LCAS協(xié)議帶寬調(diào)整和GMPLS信令快速建立或者刪除連接的功能。當IP網(wǎng)絡流量在一個穩(wěn)定時間內(nèi)下降到容量門限以下，可以利用GMPLS信令動態(tài)拆除部分虛級聯(lián)成員的連接，通過LCAS協(xié)議進行端到端的無縫切換。反之，當容量需求上升到設定容量門限時，GMPLS信令則可以執(zhí)行相反的建立連接過程，LCAS也進行增加成員的操作，整個過程不會損傷IP業(yè)務的正常傳送。

    一個MSTP設備動態(tài)帶寬分配的過程如圖1所示。客戶層或者網(wǎng)管層向傳送網(wǎng)提出帶寬增加申請，控制層面計算出傳送路徑，產(chǎn)生建立連接的控制信令，執(zhí)行ASON的SPC/SC連接，連接建立成功后信號反饋到發(fā)端，然后運行LCAS協(xié)議，在成員間執(zhí)行增加成員的流程。

    可見，動態(tài)帶寬調(diào)整實際上是由ASON連接建立和LCAS增加成員兩個階段組成。由于改變帶寬可能是由客戶設備發(fā)起的，所以級聯(lián)傳送的預備指令應該是從具有級聯(lián)屬性的業(yè)務建立完成后開始的，而不一定是由網(wǎng)管觸發(fā)。在傳送網(wǎng)中，絕大多數(shù)業(yè)務連接都是雙向的，因此源宿兩端的級聯(lián)成員增加也可能是雙向同時進行的。源在首尾確認成功(Conf)確認消息發(fā)出的同時進行LCAS成員增加，而反向業(yè)務則需在收到Conf確認后執(zhí)行LCAS成員增加協(xié)議，因為必須保證連接建立成功后方可運行LCAS協(xié)議；拆除則是相反過程，必須先運行LCAS解除多余成員后，方可進行正常的連接拆除工作。

    5.結束語

    隨著網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，交換網(wǎng)和傳送網(wǎng)的技術、結構和功能彼此滲透，不斷融合，扁平化、業(yè)務化和智能化將成為網(wǎng)絡發(fā)展的主要趨勢。MSTP技術和ASON技術的成功應用為網(wǎng)絡的演進提供了一條切實可行的發(fā)展道路，在光網(wǎng)絡中實現(xiàn)靈活高效的智能控制、在接入平臺上提供豐富快捷的接入手段，必將在下一代網(wǎng)絡的構建中占據(jù)一席之地，在未來的發(fā)展中呈現(xiàn)越來越美好的前景。

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    [5]ITU-TG.807,Requirements for Automatic Switched Transport Networks (ASTN) [S].

    作者簡介：

    馬恒，華中科技大學碩士畢業(yè)。現(xiàn)任中興通訊股份有限公司中心研究院新技術研究部主任工程師，從事光傳送網(wǎng)方面的研究，主要針對SDH、WDM網(wǎng)管系統(tǒng)，ASON網(wǎng)絡及節(jié)點設備的開發(fā)。先后在公開雜志發(fā)表5篇文章，申請專利5個，3個標準提案為ITU-T采納。高峰，北京航空航天大學碩士畢業(yè)。現(xiàn)任中興通訊股份有限公司中心研究院新技術研究部主任工程師，長期從事光傳輸和自動交換光網(wǎng)絡方面的研發(fā)，目前正承擔國家“863”計劃《自動交換光網(wǎng)絡節(jié)點設備研制與系統(tǒng)試驗》項目。劉建國，華中科技大學碩士畢業(yè)。現(xiàn)任中興通訊股份有限公司中心研究院新技術研究部工程師，主要從事光網(wǎng)絡的生存性與下一代光網(wǎng)絡的研究。（張翀編輯）