下一代光網(wǎng)絡(luò)ＡＳＯＮ中的控制組件

摘要：

文章主要闡述了作為下一代光網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)控制平面的基本功能，以及實(shí)現(xiàn)這些功能所需要的控制組件，并對幾個(gè)主要控制組件的功能和接口作了描述，同時(shí)簡單介紹了控制平面中信令、路由和鏈路管理所采用的相關(guān)協(xié)議。

關(guān)鍵詞：

自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)；控制平面；控制組件；信令；路由；鏈路管理

ABSTRACT:

The basic functions of control plane in ASON， which is regarded as the next-generation optical networks， are described and different control components required to implement these functions are introduced. The functions and interfaces of main control components are defined， and relevant protocols used for signaling， routing and link management in the control plane are also briefed.

KEY WORDS:

ASON; Control plane; Control component; Signaling; Routing; Link management

傳統(tǒng)的電路交換型光網(wǎng)絡(luò)中一般采用集中式的網(wǎng)絡(luò)管理，比如SDH系統(tǒng)和點(diǎn)到點(diǎn)的WDM系統(tǒng)，連接的建立、拆除等都是通過集中式的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中的連接管理模塊，連接建立時(shí)間大概在幾天到幾個(gè)月的時(shí)間范圍，這對于不需頻繁更改連接狀態(tài)的永久連接來說還可以忍受，但是隨著Internet和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不斷增長，當(dāng)今的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要能在較短的時(shí)間內(nèi)(幾秒到幾分鐘)建立連接，并且還需要能相對動(dòng)態(tài)地改變連接狀態(tài)，具有動(dòng)態(tài)連接配置功能的光網(wǎng)絡(luò)就顯得比較迫切。據(jù)此ITU-T提出了自動(dòng)交換傳送網(wǎng)(ASTN)概念^[1]，而自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)^[2]就是一種滿足自動(dòng)交換傳送網(wǎng)需求的具有一定智能的下一代光網(wǎng)絡(luò)。

從功能方面可以將ASON劃分為3個(gè)部分：傳送平面、控制平面和管理平面。控制平面是自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)的核心，主要完成連接建立、拆除、更改、保護(hù)和恢復(fù)、路由選擇、路由信息分發(fā)和鏈路資源管理等，實(shí)現(xiàn)交換式連接(SC)和軟永久連接(SPC)。

SC和SPC的實(shí)現(xiàn)是通過控制平面中的不同組件來實(shí)現(xiàn)的，這些組件可以大體上分為3個(gè)部分：信令、路由和鏈路資源管理，如圖1所示。信令部分是其中的重要組成部分，包括網(wǎng)絡(luò)呼叫控制器、網(wǎng)絡(luò)呼叫接納控制器、連接控制器、連接接納控制器等；路由部分涉及到光通道的選擇和路由信息的分發(fā)，包括路由控制器等；而鏈路資源管理則是管理網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浜玩溌焚Y源，包括鏈路資源管理器、資源發(fā)現(xiàn)控制器等。除了這三大部分以外，控制平面中的其他組件還有：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜唾Y源數(shù)據(jù)庫、協(xié)議控制器、策略控制器等。

下面主要介紹ASON的控制平面中這些組件的功能及其可能的實(shí)現(xiàn)方案。

1 信令部分的控制組件^[2]

控制平面中涉及信令的組件包括網(wǎng)絡(luò)呼叫控制器、呼叫接納控制器、連接控制器和連接接納控制器。在ASON中連接方式有3種：永久連接、交換式連接和軟永久連接。其中永久連接是由用戶網(wǎng)絡(luò)通過用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)直接向ASON管理平面請求的連接，這種連接的服務(wù)時(shí)間相對較長，不是頻繁地更改連接狀態(tài)。永久連接是由管理平面計(jì)算路由分配波長后，直接向傳送平面發(fā)送連接建立消息來實(shí)現(xiàn)的，不與控制平面發(fā)生關(guān)系。

而交換式連接的建立是由用戶網(wǎng)絡(luò)通過UNI向控制平面發(fā)送連接請求，并由控制平面中的相關(guān)組件協(xié)同工作來實(shí)現(xiàn)的。軟永久連接是指兩端的用戶網(wǎng)絡(luò)與ASON網(wǎng)絡(luò)之間的連接由管理平面來實(shí)現(xiàn)，而在ASON網(wǎng)絡(luò)中由控制平面來實(shí)現(xiàn)的一種連接。由此可見，控制平面實(shí)現(xiàn)的連接包括交換式連接和軟永久連接。

1.1 連接建立過程

為了比較詳細(xì)地說明這些信令模塊的功能，下面以交換式連接、源端路由為例，介紹信令部分中各個(gè)模塊之間的相互關(guān)系。用戶的呼叫請求消息由用戶網(wǎng)絡(luò)中的呼叫方控制器發(fā)起，通過UNI接口，經(jīng)協(xié)議控制器翻譯之后送到ASON中的呼叫接納控制器，判別該用戶的呼叫請求及其呼叫的參數(shù)是否符合雙方的原先設(shè)定，如果符合則接納該用戶呼叫并轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡(luò)呼叫控制器，而網(wǎng)絡(luò)呼叫控制器又將該呼叫請求消息發(fā)送給該次呼叫的被呼叫方呼叫控制器，被呼叫方也有其自身的呼叫接納策略，它可以接納或拒絕該次呼叫。

一旦被呼叫方接納該呼叫及其相關(guān)的參數(shù)，將向ASON中的網(wǎng)絡(luò)呼叫控制器發(fā)送接納該呼叫的確認(rèn)消息。網(wǎng)絡(luò)呼叫控制器在得到該接納確認(rèn)消息后，向連接控制器發(fā)送連接請求消息，連接控制器再調(diào)用連接接納控制器判斷現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜唾Y源能否建立這樣一個(gè)連接。如果沒有適當(dāng)?shù)目臻e資源，將返回阻塞消息；如果有可用的資源則向路由控制器請求該連接的路由信息。路由信息僅包含所要經(jīng)由的鏈路信息，而沒有特定的SNP(子網(wǎng)點(diǎn))鏈路連接(或波長分配)信息，這些SNP鏈路連接是由本地的鏈路資源管理器來管理和指配的。連接控制器根據(jù)得到的路由信息將向本地的鏈路資源管理器請求SNP鏈路連接。鏈路資源管理器返回SNP鏈路連接信息后，連接控制器將通過連接控制接口(CCI)，將該SNP鏈路連接配置消息發(fā)送給交叉單元控制器，完成本地的交叉連接并向連接控制器返回確認(rèn)消息，再向該路由上的下一個(gè)網(wǎng)元發(fā)送連接建立請求消息，直至完成本連接的建立后，將向源節(jié)點(diǎn)的連接控制器返回連接建立成功的確認(rèn)消息。源節(jié)點(diǎn)的連接控制器將向用戶網(wǎng)絡(luò)發(fā)送連接建立成功的確認(rèn)消息，用戶網(wǎng)絡(luò)開始通過傳送平面?zhèn)魉陀脩魯?shù)據(jù)。

1.2 連接控制器

連接控制器是控制平面中非常重要的一個(gè)模塊，負(fù)責(zé)與鏈路資源管理器、路由控制器、對等的連接控制器、下一級的鏈路資源管理器之間的協(xié)調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)連接建立、釋放和已有連接的參數(shù)更改等的管理和監(jiān)視。其相關(guān)的接口如表1所示。

1.3 呼叫控制器

呼叫是由呼叫控制器來控制的，在ASON網(wǎng)絡(luò)中存在兩種呼叫控制器(如果把用戶網(wǎng)絡(luò)側(cè)的呼叫控制也納入ASON控制平面的話)：呼叫方/被呼叫方控制器和網(wǎng)絡(luò)呼叫控制器。呼叫方/被呼叫方呼叫控制器位于終端系統(tǒng)，表現(xiàn)為一個(gè)終端代理，這個(gè)控制器可用來支持主叫部分和被叫部分。網(wǎng)絡(luò)呼叫控制器也具有兩個(gè)功能，即支持呼叫方和被呼叫方。一個(gè)呼叫方控制器可通過一個(gè)或多個(gè)中間網(wǎng)絡(luò)呼叫控制器來協(xié)調(diào)被呼叫方。呼叫方/被呼叫方呼叫控制器的主要功能是：產(chǎn)生輸出呼叫請求，接納或拒絕輸入呼叫請求，產(chǎn)生呼叫終止請求，處理輸入呼叫終止請求，呼叫狀態(tài)管理。其接口如表2所示。

網(wǎng)絡(luò)呼叫控制器的功能是：處理輸入呼叫請求，產(chǎn)生輸出呼叫請求；產(chǎn)生呼叫終止請求，處理呼叫終止請求；呼叫參數(shù)確認(rèn)、用戶權(quán)限和網(wǎng)絡(luò)資源接入策略的呼叫允許控制；呼叫狀態(tài)管理。網(wǎng)絡(luò)呼叫控制器的接口如表3所示。

在ASON的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，并沒有規(guī)定采用什么樣的信令協(xié)議，不過從現(xiàn)有提出的方案可以看出，一般是采用3種協(xié)議：一種是基于ATM(異步傳送模式)中的專用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口(PNNI)協(xié)議，一種是基于廣義多協(xié)議標(biāo)記交換(GMPLS)中的資源預(yù)留協(xié)議－流量工程(RSVP-TE)的擴(kuò)展^[3]，最后一種是基于GMPLS中的約束路由－標(biāo)記分發(fā)協(xié)議(CR-LDP)的擴(kuò)展^[4]。

2 路由部分的控制組件^[2]

在ASON中，路由方式有3種，分別是分層路由、源端路由和逐跳路由。路由部分的功能是要為連接控制器提供路由信息以及路由信息的分發(fā)，主要由路由控制器組成。

路由控制器的作用有：對從連接控制器發(fā)出的建立連接所需的路由信息作出響應(yīng)，這種信息可以是端到端的(如源路由)，也可以是下一跳的；為達(dá)到網(wǎng)絡(luò)管理目的，對拓?fù)湫畔?SNP和它們的抽象)請求作出響應(yīng)。路由控制器負(fù)責(zé)該路由域內(nèi)的路由，具有的信息包括給定層中相應(yīng)終端系統(tǒng)地址的拓?fù)?子網(wǎng)端點(diǎn)組——SNPP、SNP鏈路連接)和SNP地址(網(wǎng)絡(luò)地址)信息，也可以保持同一層中的其他子網(wǎng)絡(luò)的地址信息，維持能進(jìn)行約束路由的SNP狀態(tài)信息。路由控制器的接口如表4所示。

ASON中路由信息的分發(fā)協(xié)議有兩種：一是基于GMPLS的開放式最短路徑優(yōu)先－流量工程(OSPF-TE)的擴(kuò)展^[5]，另一個(gè)是基于GMPLS的中間系統(tǒng)-中間系統(tǒng)－流量工程(IS-IS-TE)的擴(kuò)展^[6]。

3 鏈路管理部分的控制

組件^[2]

鏈路資源管理則是管理網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浜玩溌焚Y源，包括資源發(fā)現(xiàn)控制器和鏈路資源管理器(LRM)等。

3.1 資源發(fā)現(xiàn)控制器

資源發(fā)現(xiàn)控制器主要負(fù)責(zé)本地資源的發(fā)現(xiàn)和鄰接關(guān)系的發(fā)現(xiàn)，資源發(fā)現(xiàn)控制器在發(fā)現(xiàn)本地資源信息(即SNPP地址、SNP端口等相關(guān)信息)后將存儲于鏈路資源管理器的數(shù)據(jù)庫中，利用鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制，獲得本節(jié)點(diǎn)的所有鄰居，并通過與鄰居的資源發(fā)現(xiàn)控制器之間的信息交互，獲得本地SNPP地址、SNP端口與鄰居的對應(yīng)關(guān)系，并將這些對應(yīng)關(guān)系存儲于鏈路資源管理器的數(shù)據(jù)庫中。

在獲得這些對應(yīng)關(guān)系之后，資源發(fā)現(xiàn)控制器還需要檢測各個(gè)端口連接的狀態(tài)。比如有的端口連接的信噪比太大而不適合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸，或某種原因造成的功率太低等等，如果檢測到這些信息后，資源發(fā)現(xiàn)控制器將認(rèn)為這些端口連接不可用，并記錄在數(shù)據(jù)庫中。關(guān)于資源發(fā)現(xiàn)控制器的具體功能和結(jié)構(gòu)還需要作進(jìn)一步的研究。

3.2 鏈路資源管理器

鏈路資源管理器負(fù)責(zé)對SNPP鏈路進(jìn)行管理，包括對SNP鏈路連接進(jìn)行分配和拆除，提供拓?fù)浜蜖顟B(tài)信息。一條SNPP鏈路是被一對LRM管理的(A端鏈路資源管理器——LRMA和Z端鏈路資源管理器——LRMZ)，每一個(gè)分別管理一端，而分配SNP鏈路連接的請求只由LRMA負(fù)責(zé)，如圖2所示。

在第1種SNPP鏈路中，鏈路1專門用于從子網(wǎng)絡(luò)X發(fā)出的連接建立。子網(wǎng)絡(luò)X的SNP鏈路連接請求直接送到相鄰鏈路1的LRMA中去，該LRMA可不經(jīng)過同鏈路1的LRMZ協(xié)商進(jìn)行SNP鏈路連接的分配。同樣，鏈路2專門用于從子網(wǎng)絡(luò)Y發(fā)出的連接建立請求。子網(wǎng)絡(luò)Y的SNP鏈路連接請求直接送到相鄰鏈路2的LRMA中去，該LRMA可不經(jīng)過同鏈路2的LRMZ協(xié)商進(jìn)行SNP鏈路連接的分配。

在第2種SNPP鏈路中，子網(wǎng)絡(luò)X和Y中的鏈路是被共享的。從子網(wǎng)絡(luò)X發(fā)出的鏈路請求被傳送到相鄰的LRMA中，因?yàn)樵谶h(yuǎn)端的LRMA也可能同時(shí)進(jìn)行SNP鏈路的分配，所以LRMA必須要同遠(yuǎn)端的LRMZ進(jìn)行協(xié)商才能進(jìn)行鏈路的分配動(dòng)作。類似的處理過程也發(fā)生在從子網(wǎng)絡(luò)Y發(fā)出鏈路請求到信令的LRMA中。LRMA負(fù)責(zé)對SNPP鏈路的A端進(jìn)行管理，這包括分配和撤消對鏈路連接的分配、配置、本地ID和接口ID之間的翻譯、提供拓?fù)浜蜖顟B(tài)信息等。

ASON中鏈路資源管理可以采用GMPLS中的鏈路管理協(xié)議(LMP)^[7]，LMP可以實(shí)現(xiàn)的功能包括：維護(hù)控制信道連接性、確認(rèn)數(shù)據(jù)信道的物理連接性、確定鏈路特性的相關(guān)性、管理鏈路故障等。

4 傳送平面中的控制組件

在ASON中，除了控制平面中這些控制組件之外，傳送平面的控制也需要許多不同的控制組件，如交叉連接的控制模塊、本地網(wǎng)元的單板性能檢測模塊、通道性能檢測模塊、隨用戶數(shù)據(jù)一起傳輸?shù)母鞣N隨路控制信息的處理模塊、將用戶的數(shù)據(jù)信息流適配成能在特定光傳送系統(tǒng)中傳送的信號適配模塊、功率均衡模塊、色散補(bǔ)償模塊等等。由于這些模塊涉及具體的光傳送系統(tǒng)和技術(shù)，而且相對于控制平面來說缺少ASON的特色，本文不作重點(diǎn)介紹。這些控制組件的功能及其之間的相互關(guān)系不是一成不變的，隨著ASON技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，控制組件功能及其相互之間關(guān)系的定義將越來越完善。□

參考文獻(xiàn)

1 ITU-T Recommendation G.807. Requirements for the Automatic Switched Transport Network (ASTN)， 2001

2 ITU-T Recommendation G.8080. Architecture for the Automatically Switched Optical Network (ASON)， 2001

3 Peter Ashwood-Smith， Lou Berger， Ayan Banerjee， et al. Generalized MPLS Signaling-RSVP-TE Extensions. Internet Draft. Draft-ietf-mpls-generalized-rsvp-te-08.txt， 2002

4 Peter Ashwood-Smith， Lou Berger， Ayan Banerjee， et al. Generalized MPLS Signaling-CR-LDP Extensions. Internet Draft. Draft-ietf-mpls-generalized-cr-ldp-07.txt， 2002

5 Kompella K， Rekhter Y， Banerjee， et al. OSPF Extensions in Support of Generalized MPLS. Internet Draf t(work in progress). Draft-ietf-ccamp-ospf-gmpls-extensions-07.txt， 2002

6 Kompella K， Rekhter Y， Banerjee， et al. IS-IS Extensions in Support of Generalized MPLS. Internet Draft(work in progress). Draft-ietf-isis-gmpls-extensions-10.txt， 2002

7 Jonathan P Lang， Krishna Mitra， John Drake， et al. Link Management Protocol (LMP). Internet Draft(work in progress). Draft-ietf-ccamp-lmp-04.txt， 2002

(收稿日期：2002-07-22)

作者簡介

何建吾，北京郵電大學(xué)電磁場與微波技術(shù)專業(yè)在讀博士。1998年3月碩士畢業(yè)于電子科技大學(xué)。研究方向?yàn)槿馔ㄐ啪W(wǎng)，包括智能光網(wǎng)絡(luò)中的信令、路由、控制、生存性及其相關(guān)的協(xié)議和算法。

顧畹儀，北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)院院長，教授，博士生導(dǎo)師。1970年畢業(yè)于北京大學(xué)物理系，1982年在北京郵電大學(xué)獲得電磁場與微波專業(yè)碩士學(xué)位，后留校任教。曾獲得原郵電部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。研究領(lǐng)域包括高速光通信系統(tǒng)、寬帶副載波復(fù)用光波系統(tǒng)、超長距離光通信系統(tǒng)、光傳送網(wǎng)以及智能光網(wǎng)絡(luò)等。

張杰，北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師。1993年雙學(xué)士畢業(yè)于北京郵電大學(xué)電信工程系通信工程專業(yè)和輔修管理工程專業(yè)，1998年博士畢業(yè)于北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)院電磁場與微波技術(shù)專業(yè)，畢業(yè)后留校任教至今。研究領(lǐng)域包括高速光通信系統(tǒng)、光傳送網(wǎng)和智能光網(wǎng)絡(luò)等。