智能光网络技术论文

智能光网络技术摘要近年来，随着光通信技术的迅猛发展，新技术新产品层出不穷。随着通信业务进入到一个崭新的发展阶段，光网络技术也从以前一味追求超大容量的光组网方式，逐步转变到构建更经济有效的新一代光联网上来。目前，IP等数据业务的蓬勃发展也正促使人们在传统的静态光网络中引入动态智能控制机制，从而使新一代的光网络具有智能化和自动化，为实现高效的传送数据业务，发展按需分配带宽和提供不同服务等级的新型商业模式铺平了道路，同时，通用的智能控制机制也为最终实现多厂商，多运营商环境下的网络互操作提供了可能。本文将介绍智能光网络产生的主要原因和背景情况、智能光网络的基本概念和关键技术，以及对智能光网络的网络结构进行了简单分析，其次将智能光网络和现有的光网络技术进行了比较，最后对我国智能光网络技术的现状和发展趋势做了简单阐述。关键词：智能光网络网络结构发展AbstractInrecentyears,withtherapiddevelopmentofopticalcommunicationtechnology,newtechnologyandnewproductsemergeoneafteranother.Withcommunicationbusinessintoanewstageofdevelopment,lightnetworktechnologyalsofromformerdevotiontothelightofthesupercapacitynetworkmode,graduallytransitiontoamoreefficientandeconomicconstructionofanewgenerationoflightnetworking.Atpresent,theIPdatabusinessofboomingdevelopmentisalsourgespeopletochangethetraditionalstaticlightnetworkintodynamicintelligentcontrolmechanism,sothatanewgenerationoflightnetworkhasintelligentandautomation,inordertorealizeefficienttransmitdatabusiness,pavingthewaytoaccordingtohisneedbandwidthandprovidedifferentdevelopmentlevelofservicenewbusinessmodel,andatthesametime,thegeneralintelligentcontrolmechanismalsoprovidepossibleforfinallyrealizemoremanufacturers,manyoperatorsundertheenvironmentofnetworkinteroperability.Thispaperintroducedintelligentopticalnetworkandthemaincausesofthebackground,intelligentopticalnetworkbasicconceptandkeytechnology,aswellasanalysisedtheintelligentopticalnetworkthenetworkstructure,thesecondcompearedintelligentopticalnetworkwiththelightoftheexistingnetworktechnology,finallydiscussesdourcountryintelligentopticalnetworktechnologysituationanddevelopmenttrendofthispaper.Keywords:brainpowerOpticalnetworkNetworkstructuredevelopment目录TOC\o"1-3"\h\u23174第一章绪论 130696第二章智能光网的诞生和概念 11632.1智能光网络络的出现 1120292.1.1智能光网络是“IPoverWDM”网络模型的优化产物 1186172.1.2运营商的商业需求 2209542.2智能光网络的概念 39580第三章智能光网络的网络结构 3184383.1传送平面 33.2控制平面.................................................................................................................................424843.2.1指配方式.........................................................................................................................43.2.2信令方式.........................................................................................................................410023.2.3混合方式.........................................................................................................................4257243.3管理平面............................................................................................................................. ....5282493.3.1路径管理功能.................................................................................................................5170183.3.2命名和寻址.....................................................................................................................5214053.3.3网管平面与控制平面的协调问题.................................................................................5第四章我国智能光网络与现有光网络的比较分析......................................................................614684.1智能光网络和现有光网络的比较 6318784.2智能光网络的创新 6179364.3智能光网络的优势 729355第五章智能光网络提供的服务 722628第六章我国智能光网络的发展现状及趋势 838566.1我国智能光网络的发展现状..................................................................................................86297461.140Gbit/s速率的光接口 8100566.1.2基于BitSlice技术的多播严格无阻塞交叉矩阵 8114596.2智能光网络的发展趋势 9参考文献..........................................................................................................................................10第一章绪论智能光网络是指具有自动传送交换连接功能的光网络。ITU-T的建议中将与底层无关的标准智能光网络称为自动交换传送网(ASTN)，而底层为光传送网(OTN)的ASTN称为自动交换光网络(ASON)。智能光网络可以实现流量控制功能，允许将网络资源动态地分配给路由；可以实现业务的快速恢复；可以提供新的业务类型，诸如按需带宽业务和光层虚拟专用网(OVPN)等。智能光网络的演进将是一个无缝融合的过程，可以利用现有的基SONET/SDH和WDM的网络平滑的过渡到动态、智能的多业务光网。近几年来，随着IP业务的快速增长，对网络带宽的需求不仅变得越来越大，而且由于IP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。传统的主要靠人工配置网络连接的原始方法耗时费力易出错，不仅难以适应现代网络和新业务提供拓展的需要，也难以适应市场竞争的需要。因此产生了一种能够自动完成网络连接的新型网络概念——智能光网络。智能光网的诞生和概念2.1智能光网络络的出现智能光网络理念的出现并不是偶然的，是多方面因素共同作用的结果。该技术的提出和演进也正代表了这几年光组网思路的演进和变化。2.1.1智能光网络是“IPoverWDM”网络模型的优化产物智能光网络最初的思路来源于几年前的“IPoverWDM”网络模型，是对该模型的进一步优化。近几年来，随着IP等数据业务在骨干网上的爆炸性增长，WDM技术被广泛的应用到网络中来，“IPoverWDM”组网模型被提出，这种模型认为IP等数据包通过相应封装技术（例如：POS，GFP[5]）就可以直接由WDM或OTN网络传送，从而省去了ATM甚至SDH/SONET层面，同时，只需过度建设(overbuild)超大容量的光传输网，IP业务的业务质量（QoS）就可以得到保证。然而，这种网络模型被证明是一种价格昂贵的建网方式,其主要原因是IP路由器的POS（PacketoverSDH/SONET）接口和WDM系统的波长转换器（OTU）价格都较昂贵，采用过度建设（overbuild）的策略将使网络成本居高不下。同时，尽管IP数据业务所占用的带宽已经在某些运营商的网络中超出了传统的语音业务所占用的带宽[6]，可是从业务收入角度来说，语音业务的收入仍然是运营商最主要的收入来源。因此，有必要建立一个新的网络体系结构来更经济有效的支持未来大容量的数据业务。IP数据业务量具有突发性和不确定性，这为通过对光网络带宽实行动态分配和调度以实现有效的网络优化提供了契机，对于同样的网络业务需求，这种优化可以减少全网中所需光接口（POS接口和OTU接口等）和相应波长的数目，既大规模降低建网成本，又提高带宽利用率。所以，一种可以实现动态自动完成网络带宽分配和调度的新型网络体系结构“智能光网络”应运而生。2.1.2运营商的商业需求智能光网络的诞生还有其另外一个背景。即运营商急需寻找到一条能够帮助其在多厂商多运营商环境下提高工作效率的技术手段。目前广泛采用的SDH/SONET技术可以提供网络配置监控和网络保护等重要功能，同时，SDH/SONET技术也尝试通过提供标准的接口实现统一的网络管理。这种标准管理接口的技术已投入使用，并且可以提供统一的网管平台。举例来说，目前阿尔卡特公司的网管系统可提供一个统一的网络层管理器，对其DWDM、复用器、光中继器和交叉连接系统等设备在内的所有网元进行统一管理。通过此种方式，运营商可以实现在一个统一平台上用简单快捷的点击方式(pointandclick)来配置管理全网络，从而实现高效率的网络运营维护，减低运营成本。但是，尽管市场需要这样的统一网管的解决方案，但是部分厂商依然想避免在网管系统上做过多投资，他们往往更注重网元本身的开发。例如，目前在SONET网中采用的还主要是网元层管理系统，其建立端到端的交叉连接往往需要手工操作，这是一件极其耗时费力，容易出错的工作，当然，如果采用SDH强大的网络层管理系统，这个难题就可以解决。但是，在多厂商多技术网络环境下，即便是功能强大，接口丰富的SDH网管系统，由于厂商之间的协调和运营商本身运营维护机制等诸多因素，要最终实现系统集成，业务快速配置也较为困难。随着电信市场激烈竞争的加剧，快速提供服务已经成为运营商未来制胜的关键优势之一。因此，人们开始提出可以借鉴交换网络中的通用信令协议的模式来最终实现在多厂家多技术网络环境中用统一的控制方式配置通道和带宽，“智能光网络”技术的重要任务就是定义一个通用标准的控制面来高效的控制网络资源。2.2智能光网络的概念近几年来，随着IP业务的快速增长，对网络带宽的需求不仅变得越来越大，而且由于IP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。传统的主要靠人工配置网络连接的原始方法耗时费力易出错，不仅难以适应现代网络和新业务提供拓展的需要，也难以适应市场竞争的需要。一种能够自动完成网络连接的新型网络概念--自动交换传送网（ITU-TSG13命名为ASTN）或自动交换光网络（ITU-TSG15命名为ASON）应运而生。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"技术的重要任务就是定义一个通用标准的控制面来高效的控制网络资源。第三章智能光网络的网络结构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。3.1传送平面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。3.2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，引入了一个控制平面。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：3.2.1指配方式这种方式由用户网络通过用户网络接口（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。3.2.2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）。这种方式是实现光网络智能化的重要手段。3.2.3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。3.3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：3.3.1路径管理功能该项功能要求在多运营商环境下，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。3.3.2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。3.3.3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，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。第四章智能光网络和现有光网络的比较分析4.1智能光网络和现有光网络的比较现有的核心光网络结构是以SDH环形网为基础形成的，为了扩大传送容量，后又引人了点对点传输的波分复用系统。在多数情况下，IP和ATM业务还要经过路由器或ATM交换机才能接SDH。再经DWDM设备传送出去。相对于2.5JB\S和10JB\S的路由器接口来说，SDH的分插容量已成为瓶颈。SDH环50%的预留保护容量的利用率及多个环之间漫长而复杂的电路配置都不能令人满意。此外，没有智能的DWDM设备不利于充分利用网络资源。4.2智能光网络的创新智能光网络的创新首先在于它为静态的光传送网引入智能，使之变为动态的光网络。ION的智能首先反映在联网的自动化，这主要是通过一套先进的网络设备互联协议实现。通常，这种互联系统是基于分布控制原理，将控制功能分布到每个网元之中,使全网各个节点都具有”智能”，于是各个网元间能实时、动态地交换相关路由和节点的信息，每个网元能从动态路由协议中了解到整个网络的拓扑结构和相关链路的状态。如此，网元知道各自的可达性以及通过什么途径可达以后，不仅可以自动的实现选路和交换，还大大简化网络管理系统，使得通过一个网管系统就可实现对全网的有效管理，实现端到端的配置、故障和性能等管理功能。智能光网络的实现也使得网络管理的重点从传统的保护管理，提升为注重高效服务的管理。智能光网络将IP的灵活和效率、SDH、SONET的保护能力、DWDM的容量，通过创新的分布式网管系统有机的结合在一起，形成以软件为核心的能感知网络和用户服务要求,并能按需直接从光层提供服务的新一代光网络。从设计上，智能光网络致力于克服IPOVERDWDM模式，同时再加人新的特性和功能。新加特性包括完善的服务和管理功能，传送运营商级的Gb\s和10Gb\S的以太网能力,以及以软件为中心的系统构。4.3智能光网络的优势在网络中引入ASTN/ASON的主要好处有：（1）允许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)。第五章智能光网络提供的服务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，如：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。第六章我国智能光网络的发展现状及趋势6.1我国智能光网络的发展现状6.1.140Gbit/s速率的光接口随着各种新兴电信业务的出现，特别是数据业务对网络带宽的占用量越来越大，我们在使网络变得智能化的同时，也要考虑网络宽带化的问题。对于应用于骨干层网络ASON节点设备来说，能够提供40Gbit/s的更大速率光接口就显得非常有必要了。另一方面，各种高端路由器和交换机的接口速率达到了10Gbit/s，这种大容量高端路由器和交换机的出现也大大推动了40G光接口在ASON节点设备中的应用。烽火通信作为国内主要的光通信设备供应商之一，已经在40G商用传输系统方面取得了重大突破，承担的国家“十五”科技攻关计划项目“40Gbit/sSDH光纤通信设备与系统”已经顺利通过信息产业部验收专家委员会的验收。该项目通过采用精确色散补偿、拉曼化掺饵光纤放大器等技术，成功地实现了40Gbit/s光传输系统在G.652和G.655光纤上的560km无电再生无误码传输，解决了该系统在色散、非线性等方面的关键难题。目前烽火通信FonsWeaver系列ASON产品已经全面支持40Gbit/s高速率光接口。6.1.2基于BitSlice技术的多播严格无阻塞交叉矩阵交叉矩阵是ASON节点设备传送平面的核心部分，ASON设备和传统的SDH/MSTP设备相比，除了增加控制平面外，在传送平面硬件方面也有部分改进。例如交叉容量的提升和交叉矩阵的多播严格无阻塞