浅析智能光网络剖析

1、第一章绪论1.1引言1.2传统网络的限制1.3智能光网络的概念 1.4智能光网络的诞生 第二章智能光网络的概述2.1智能光网络的概况介绍2.2智能光网络的发展背景2.3智能光网络的优势及提供的服务第三章智能光网络的体系结构3.1智能光网络平面设计结构3.2智能光网络的传送平面3.3智能光网络的控制平面3.4智能光网络的管理平面第四章智能光网络的发展和展望5.1智能光网络的演进策略5.1当前智能光网络的发展水平5.2智能光网络的发展趋势和前景展望第五章论文总结参考文献致谢第一章绪论1.1引言随着互联网协议(In ternet Protocol , IP )业务快速增长，因而对网络 带宽的要求也随

2、之增高，然而IP业务量不可预见，不确定性高，迫切要求网络 带宽能够动态分配。传统的SDH传输网络跨环业务调度困难，跨环节点就成了 最困难的部分；并且传统网络具有比较差的扩展性；SDH/SONE环网结构带宽具 有较差的利用率和效率；也不能采取实时的管理措施；这些都难以适应拓展现代 网络以及新业务的各种需求。传统信息内容主要是以语音为主，然而随着网络 信息量的迅速发展，信息内容已逐渐向数据、图像业务转移。传送网作为通信网 的承载体，人们对其提出了新的要求，例如，高速增长的专线出租业务和宽带数 据业务对网络容量的提出了更高的要求，光网络需随着调度能力的增加实现自动 调度。数据业务突发性强，对网络提出

3、了自动动态按需申请的要求，显然传统的静态配置模式无法满足这种要求。业务虽在增长，然而运营商并未得到相应的利 润，客户希望能够以更低廉的价格获取更好的服务。传统传输光网络只是简单、 固态点对点的传输，无法满足这些功能需求。因此，需要建立一个更为智能化、 更加动态的新型传送网络来支持日益增长的数据业务。智能光网络以其可实现动态自动完成网络宽带分配和调度的特性，顺应了当前的网络需求。ITU - T,即国际电信联盟标准化委员会基于在光传送网中引入智能控制平面(Co ntrolPlane,简称CP)的设想，于2000年3月提出了自动交换光网络的概念，即 Automatically Switched Op

4、tical Network ，简称 ASON 网络动态呼叫连接管 理和网络资源的按需分配通过控制平面来实现，光网络以其智能化的特性，迅速 成为了推动下一代光网络发展的新型网络体系。光网络的概念一问世，即成为热点，被国际上标准化组织和各大电信公司竞相追捧1.2传统网络的限制传统光网络主要为语音业务而设计，拓扑结构以线形和环形为主，业务配置 时，需要逐环、逐点配置业务路径及时隙，难以实时管理，网络拓扑的变化能实时 反映到网管。虽然在这些拓扑结构下实现的保护方式有着快速倒换的优点，但其网络扩展性差，并且带宽利用率较低由于环网保护需要预留一半带宽。随着网络 规模越来越大，网络结构日渐复杂，管理、维护的

5、压力也越来越大，这种配置业务 的方式风险较高同时，由于业务从申请到真正开通，都是人工进行，尤其当涉到多 厂家的设备互连时，需要人工协调，效率很低，通常需要花费几周甚至几个月的时 间。人们迫切希望借助新技术，实现业务的动态申请、选路、业务自动建立，从而 简化网络的业务管理，降低运营成本。图，传统网络结构图，业务模式的变化随 着、分组业务、宽带数据业务的不断发展，对网络带宽的需求不仅变得越来越大， 而且由于数据业务量本身的不确定性和不可预见性 ，对网络带宽的动态分配要求 也越来越迫切。传统网络的局限性日益凸现，其对突发性大业务量的吞吐能力、 业务流量的调控能力、网络扩展的适应能力，以及由此带来的维

6、护操作难度的加 大，愈发难于满足人们日益增长业务需求的期望。1.3智能光网络概念在当前以IP为主的数据业务日益占据主要的发展形势下，迫切需要一种能提 供动态的连接建立的、具有基于网状网的保护和恢复功能的、 具有更强的抗毁能 力的、并能为用户提供不同带宽和不同类型业务的、以及能提供不同服务质量的区分服务的新型的光网络智能光网络（IntelligentOpticalNetworks ）这是一种利用独立的ASTN/ASON控制面通过各种传送网（包括 SDH或OTN）来实施自 动连接管理的网络，这种具有独立控制面的光网络称为智能光传送网，简称智能光网络。智能光网络”。IONITU-T SG15将其命名

7、为自动交换光网络。所谓自 动交换光网络，并非是要抛弃现有传送网络而重新构建一个全新的网络，而是以现有传送网络为基础，在现有传送网络中引入动态交换的概念， 在网元中实现一 定的智能，在信令和路由协议控制下，由网元动态地、自动地完成交换传输功能， 从而使光网络由静态的传输网络变成为动态的、可运营管理的网络。这种智能自动交换光网络能够动态地、自动地完成端到端光通道的建立、 拆除和修改，实现 网络带宽的动态按需分配。并且当网络出现故障时，能够根据网络拓扑信息、可 用的资源信息、配置信息等动态地指配最佳恢复路由。它是一种利用独立的控制面通过各种传送网（包括SDH或OTN,Optical Tran spo

8、rt Network ）来实施自 动连接管理的网络，这种具有独立控制面的光网络也称为智能光网络 27智能光 网络通过将网络资源动态地分配给路由，缩短了业务层升级扩容时间，明显增加 了业务层节点业务量负荷，更大限度地发挥网络的作用，能够快速地拓展新业务，降低了维护管理运营费用。智能光网络除了提供传统的SDH保护方式外，还可提 供包括网状保护在内的不同等级的保护方式，这有效地提咼了网络的可靠性。同时，还可以提供不同价格、不同优先等级的增值服务，这是传统的SDH设备所无法比拟的。智能光网络减少了用于新技术配置管理的运行支持系统软件的需 要，只需维护一个动态数据库，避免了大量复杂的手工操作，使运维工作

9、大大简 化，运维成本大大降低，同时也减少了人工出错机会。此外，智能光网络还可以 引入新的业务类型，如按需带宽业务、波长批发、波长出租、分级的带宽业务、 动态波长分配租用业务、带宽交易、光拨号业务、动态路由分配、光虚拟专用网 OVPN(Optical Virtual Private Network)等，使传统的传送网向业务网方向演进。1.4智能光网络的诞生一种能够自动完成网络连接的新型网络概念一自动交换光网络应运而生。智能光网络是将的功能特性、高效的技术、大容量的和革命性的网络控制软件融合 在了一起，形成了自动交换光网络，并将由此构成下一代网络的基础，从而为运营 商提供了一个弹性的、可伸缩的、可

10、扩展的光网络，以降低维护成本。“与时俱进”， 在传统的光网络中引入动态交换的概念不仅是十几年来传送网概念的重大历史 性突破,也是传送技术的一次重要突破。总的看来,在光网络中引入智能特性的主 要好处有灵活、安全的组网网络易扩展灵活的业务调度网络资源、拓扑可自动发现缩短业务建立时间，带宽可动态申请和释放网络负载自动均衡和优化提供差异化的业务服务简化网络管理最终实现不同网络，不同厂家互连、互通提供新的增值业务按需带宽、带宽出租、批发、贸易、光虚拟专用网、业务 等级协定等，使传统的传送网向业务网演进。总之，光网络从廉价的带宽传送网转向直接提供赢利服务和应用的业务网。关于的概念，有两点值得关注令中的“自

11、动交换”的含义，这里的“自动”主要是 指在网络中高度智能化的控制平面根据网络运行的种种需要 ，遵循标准化的协议 所引起的交叉或交换。令自动交换光网络并非意味着一定要是全光网络 ，并不只 有在全光网络中才能实现。的传送平面可以是全光的 ，也可以是包含光电光转换 的传输，这里“交换”的颗粒不仅可以是光交换或者光波长交换，还可以是一交叉。第二章智能光网络的概述.2.1智能光网络概况介绍自动交换传送网络（Automatic Switchi ng Tran sport Network，AST）又 名自动交换光网络（Automatic Switching Optical Network ，ASON 是一种

12、能 够自动完成网络连接的新型网络。这种利用独立的ASTN/ASON控制面，通过SDH （Synchronous Digital Hierarchy，同步数字系列）或 OTN（ OpticalTran sport Network，光传送网络）等各种传送网技术来实施自动连接管理的光 网络统称为智 能光网络。智能光网络是将SONT/SDH（ Synchron ous Optical Network/ Synchronous Data Hierarchy，同步光纤网络 / 同步数据系列）的性能监视、故障管理，利用DWDMJ术具有的容量方面的优势，并且根据 IP的规约，把管理和配置软件进行结合，使其成为

13、一个基础平台，这个平台伸 缩性很高，数据是它的中心，它可以把光层由静态的传输介质变为光网络结构， 还可以服务光域以高效并且灵活的业务。光网络演变成了 “服务网络”而非之前 的“管道网络”，这种演变是无缝融合的。目前传送网可以提供的各种速率和不同信号特性（例如比特率、格式等） 的业务均可以利用ASON（智能光网络）实现，因为 ASON增加了一个独立控制 面在传送平面SDH光传送网（OTN之上。ASON为两个客户网元提供了带宽 固定的、介于光网络输入接入点和输出接入点之间的传输通道2.2智能光网络的发展背景1976年，美国在亚特兰大（Atlanta ）进行了世界上第一个使用光纤通信系统的现场试验，

14、标志着光纤通信从基础研究发展到了商业应用的新阶段。北京、上海、武汉等城市在上世纪80年代作为示范城市，率先使用了光纤通信。当时， 是光纤通信以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发 展时期。 此后光纤通信技术不断创新：光纤从多模发展到单模，工作波长从 850nm发展到1310nm和155Onm,传输速率从几十 Mb/s，发展到几十 Gb/s。 世界通信开始出现由模拟技术向数字技术转向的巨大变革。我国终于走上了以光纤为介质的数字通信技术的道路。为了适应通信网传输容量不断地增加和满足网络交互性、灵活性的要求，产生了各种各样的复用技术。常用的复用技术有： 空分复用（Space Di

15、cision Multiplexing， SDM、波分复用（WavelengthDivision Multiplexing ，WDM 时分复用（Time Division Multiplexing ，TDM。 其中，波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM又分为两种，一种是稀疏波分复用（Coarse Wavelength Division Multiplexing ，CWDM另一 种是密集波分复用（Dense Wavelength Division Multiplexing， DWD）这些技术都迅速地应用到了通信领域。 在超高速传输的网络中，网络节点如

16、果仍采用 原有的设备，需要完成光/电/光的转换，就会受到所谓“电子瓶颈”的限制。鉴 于上述问题，人们提出了全光网络（All - Optical Network ，AON的概念。全 光网的含义就是用光节点取代现有传送网中的电节点，光节点之间用光纤连接成互联网，信号的传输、处理与交换在光域内完成。光网络的发展有两个阶段，第一发展阶段实现了历史上首次全球统一的光网络互联技术；第二个阶段可以认为是ITU - T提出的光传送网络（Optical Tran sport 5 Network，OTN，从当 前光通信技术发展的潮流来看，统一的支撑网络架构和高效的带宽集散能力代表 了未来基础信息网络的主要特征，目

17、前只有光传送网方案才能承担重任。静态配置方式是传统的传送网络配置方式，这种方式仅仅涉及对业务的复用、传递的 交叉连接、控制还有保护。加入动态交换的含义是智能光网络技术的中心技术， 这种创新的体系结构代表了新一代光网络的重要发展趋势。2.3智能光网络的优势及提供的服务ITU - T对ASON的智能化定义是：由客户进行动态业务的请求，接着由ASON 系统根据需要自动选择需要的路径，然后信令实现连接的建立和拆装，完成网络 连接实现自动化且动态化，把交换和传送融在一起的新一代光网络。2.3.1智能光网络既具备了传统的光网络所具有的功能特性，除此之外还有下面 几个传统光传送网不具备的优点：（1）允许将网

18、络资源动态地分配给路由，缩短了业务层升级扩容时间，明 显增加业务层节点的业务量负荷。（2）具有可扩展的信令能力。（3）智能光网络单机集成了多种 ADM和DCS设备，简化了网络，降低了 投资费用。光网络的可扩展性也是节省费用的主要因素， 智能光网络的灵活组网 和扩展能力，为电信运行商节约网络扩展的费用。（4）光层的快速业务恢复能力减少了用于新技术配置管理的运行支持系统 软件的需要，只需维护一个动态数据库，也减少了人工出错机会，（5 ）智能使光网络提供自动化的快速的点对点配置能力，增强了运营商快 速提供优质服务的能力，降低了网络的操作费用，使之成为有效运行、能赢利的 网络。（6 ）可以引入新的业务

19、类型，诸如按需带宽业务、波长批发、波长出租、 分级的带宽业务、动态波长分配租用业务、带宽交易、光拨号业务、动态路由分 配、光层虚拟专用网（VPN）。232智能光网络可提供的服务如下：（1）个性化光网络服务：除了减少光网络的整体费用，网络追求一种更有竞争力的服务，个性化服务，这在无管制的市场中十分重要。智能光网络在新型 光网络中推行个性化光通信服务的经济效果是服务供应商网络运行和管理的焦 点所在。智能光传输体系使服务供应商能够低成本的在先进的光网络中提供个性 化光通信服务。（2）灵活的光网络服务：动态的点对点配置，可以根据用户的需要而提供服务。另一种动态服务是电路和交换保护环的动态调整，提供根据

20、用户的流量大 小方向而动态调整的功能，以适应数据业务的流量动态变化。在灵活的虚拟容量 和级联下，新一代智能光网络能够提供一系列的创新光网络服务，女口：波长批发，波长出租，超宽带服务和非标准带宽服务。（3）虚拟光网络（光VPN ）:虚拟光网络使得网络运营商可以分割网络的 物理资源提供给每一个末端用户，使用户像对自己的网络一样进行配置、 安全监视和管理。虚拟光网络对电信运行商来说，通过优化带宽的使用减少运营成本， 建立可区分性增值服务，对从波分复用到STS-N的粒度提供简单的点对点配置, 实现安全性的分割网络资源，为用户提供多种保护（线，环，网状）和恢复机制第三章智能光网络的体系结构3.1智能光网

21、络平面设计结构与传统光网络相比，最突出的特征是在传送网中引入了独立的控制平面 ，正是 控制平面的引入给整个光网络带来了革命性的变化，使光传送网具备了自动完成网络带宽分配和动态配置电路的能力。中三个平面分别完成不同的功能，控制平面主要负责控制网络的呼叫连接，通过信令交换完成传送平面的动态控制，如建立 或者释放连接、连接失败时提供保护恢复等管理平面将传送平面、控制平面以及 系统作为一个整体进行管理，实现管理平面与控制平面和传送平面之间功能的协调传送层仍然负责业务的传送，但传送层的交换动作是在管理平面和控制平面的 作用下进行的。三个平面虽然相对独立，但是它们之间通过接口和定义的功能相 互作用。管理平

22、面通过网络管理接口与控制平面和传送平面发生联系，控制平面通过连接控制接口与传送平面发生联系。智能光网络采用分层体系结构，智能光网络结构将使未来网络出现三个平 面：数据/传送面、管理面和控制面，最终实现由业务层提出带宽需求，通过标 准的控制面来使传送面提供动态自动的路由，控制面可以通过信令UNI / NNI接口的方式或通过管理系统接口的方式来实现， 而网络管理平面将仍然对全网进 行管理。下面分别从构成智能光网络 ASTN/ASON的三个逻辑平面，即传送平 面（TP）、控制平面（CP）和管理平面（MP ）的角度探讨一下光网络的智能 性。3.2智能光网络传送平面为了实现控制平面的功能，传送平面必须满

23、足如下要求信令通道的支持路由和信令信息的传送，可以通过带内利用传送平面的一部 分资源或带外数据通信网络网络传递。内存等的支持和非智能网元相比，智能网元在保留原有处理任务的基础上，增加了对智能协议的处理，这意味着传送平面的 节点需要更好的配置，如更快的，更大容量的内存等。设备具有较高的可靠性，关键 部分要有冗余设计，网络链路能够实现快速保护和恢复。传送平面由作为交换实体的传送网网元（NE）组成，主要完成连接/拆线、 交换（选路）和传送等功能，为用户提供从一个端点到另一个端点的双向或单向 信息传送，同时，还要传送一些控制和网络管理信息。目前，传送网中的智能只集中在统一的网管上，而构成传送网主体的网

24、元则只是一些被动的调度单元。 与之迥异的是ASON的传送平面具备了高度的智能，这些智能主要通过智能化 的网元光节点来体现。现在研究倾向认为，这些网元是一些具有OXC结构的波长路由器，并具备MPLS信令功能。这种结合了第三层IP路由与第一层光交换 功能的网元，可对路由功能和转发功能进行分离。3.3智能光网络控制平面光网络智能化的关键之处就在于同现有的传送网络相比，引入了一个控制 ASTN/ASON智能光网络内的呼叫控制和连接控制的功能都是由控制平面完成的。控制平面由信令网络支持，由多种功能部件组成，包括一组通信实体和控制 单元（OCC :光连接控制器）及相应的接口。这些功能部件主要用来调用传送

25、网的资源，以提供与连接的建立、维持和拆除（释放网络资源）有关的功能。这 些功能中最主要的就是信令功能和路由功能。控制平面接口的主要功能是用于实现控制平面与上层用户之间、控制平面内部各功能实体之间以及控制平面与传送平面、管理平面之间的连接。控制平面涉 及到的接口主要有5种，即：用户网络接口（UNI）、外部网络节点接口（E-NNI）、 内部网络节点接口（I-NNI）、连接控制接口 （CCI）和管理平面与控制平面之间的接 口 （NMI - A）。控制平面的核心功能是连接控制功能，它实际上是控制平面对传送平面的智 能化操作。完成光网络连接的方式有以下三种：（1） 指配方式：这种方式由用户网络通过用户网

26、络接口（UNI ）直接向管 理平面提出请求，通过网管系统或人工手段对端到端连接通道上的每个网元进行 配置。在由网管系统实现连接时，需要利用接入网络的数据库，由管理平面计算 路由，找出最适宜的路由并分配波长后，直接向传送平面发送连接建立消息来实 现各网元的连接。该连接方式不与控制平面发生任何关系。目前的传送网就是采 用这种交叉连接的方式，其特点是静态的。（2）信令方式：这种方式的连接过程是由通信的终端系统（或连接端点） 向控制平面发起请求命令，再由控制平面通过信令和协议来控制传送平面建立端 到端的电路连接。这种方式类似于PSTN基于交换的动态连接方式，因此又称 为交换连接方式（SC）。这种方式是

27、实现光网络智能化的重要手段。（3）混合方式：这种连接方式介于上述两种方式之间，即在网络的边缘， 由网络提供者提供永久性连接，该连接由管理平面来实现；在网络边缘的永久性 连接之间提供交换的连接，该连接由控制平面来实现，即通过网络产生的信令和 选路协议完成的，并取决于 NNI的定义。由于这种方式的连接没有定义 UNI， 所以又称之为软永久性连接（SPC）。这三种连接方式的最重要区别是由谁来发起连接建立的请求。指配方式连接建立的请求是由网络运营者发起的，信令方式连接建立的请求是由终端用户发起的，这时，必须支持第三方信令通过 UNI。另外，这三种方式中，仅SC和SPC 与信令和路由有关。另外：涉及智能

28、光网络控制平面的关键技术还包括：网络拓扑和资源的自动发现、智能化的光路由和波长分配（RWA）算法、各种不同业务的接入和整合 技术、光管理信息的编码和分发、网络生存性策略和自动保护恢复等。3.4智能光网络管理平面管理平面对控制平面和传送平面进行管理， 在提供对光传送网及网元设备进 行管理的同时，实现网络操作系统与网元之间更加高效的通信功能。管理平面的 主要功能是建立、确认和监视光通道，并在需要时对其进行保护和恢复。由于 ASTN/ASON在传统光网络的基础上新增了一个功能强大的控制平面，这给智能 光网络的管理带来了一些新的问题，这些问题集中表现为以下三个方面：（1）路径管理功能该项功能要求在多运

29、营商环境下，为了完成网络管理功能，必须统一规范路 径建立控制结构，即对控制平面的同一管理域（ AD ）内光通路的建立以及不同 管理域之间光通路的建立进行统一的规范。（2）命名和寻址由于命名和寻址涉及到用户域名和业务提供者域名之间，以及层网络名之间的翻译和转换，因此在 ASON智能光网络环境下，对命名和寻址的要求主要有 名的独立性和名的唯一性。（3）网管平面与控制平面的协调问题由于ASON智能光网络的3种连接类型有的是由网管系统建立的，有的是由 信令系统动态建立的，有的则是由两者共同合作建立的，因此需要研究网管平面 和控制平面之间的结合问题。此外，控制平面和管理平面都要维护一定的网络状 态信息，

30、它们之间如何协调和配合也是一个重要的研究课题。目前， ITU-T等组 织还没有给出任何与网络管理方面相关的内容，但业界倾向于采用基于CORBA技术实现域间的网络管理方案。第四章智能光网络的发展和展望5.1智能光网络的演进策略智能光网络具有先进的技术和突出的优势， 是构建新一代光网络的核心技术之一。根据自身业务和网络发展需要，合理的引入和开展新业务新运营模式。 逐 步向智能光网络演进：要保证与原有网络设备的良好兼容和业务的平滑过渡。目前我国已经投入巨资建立起了规模庞大的 SD!和WD网络，它们承担着的骨干网络 的信息传送任务，这些网络不具有智能。鉴于此种情况，在发展ASOF网络的策 略方面，可以

31、采取分两步走的方式：第一步：在现有 网络中引入智 能光网络集 中控 制系统，向外提 供标 准的UNI接口，实现流量工程和带宽按需自动配置。可以在现有光传输 网的层面选择 几个核心大节 点配置大 型交叉连接系 统，这种方式 可以首 先 屏蔽现有 网络 的多厂 商环境，构建一个基于 网格 状网 的灵活、强大 的智能核心层，或者保持现有传输网不做变动。第 二步：待智 能光 网络技术，特别是NNI信令协议最终实现标准化，例 如G LS /G. ason等技术的进一步成熟，可 以在 网络中建立信令机制。对 于传统网络的带宽配置仍可以继续由集中控制系统来实现。可以说未来 两种方式将并存，只有这样才可能保证

32、全网的端到端配置。如果最终全 网实现了 G LS /G. ason ，网管系统将演变成网络资源的管理监控系统 和业务的政策服务器，提供诸 如网络性能，故障处理和 资源监控等功 能,将 继续在未来智能光网络中发挥必不可少的重要作用 。目前形势下通信事业发展蒸蒸日上，通信与网络有更进一步的交融发展的趋 势，但是这样就凸显了一个矛盾，即带宽利用率的提高和传输带宽的不断加大， 这也是未来几年面临的一个很大的任务和挑战。在这种快速发展的大好形势下， 如何把握好网络资源的合理利用，开发新的业务是我们的目标。作为智能可靠， 而且灵活的ASON网络技术，会成为整个通信行业的焦点。智能光网络作为一个新的概念被提出来，使光传送网技术有了很大突破。本文从智能光网络概念、 发展背景