智能光网络技术应用及原理浅析

全光通信网课程论文全光通信网课程论文 智能光网络技术智能光网络技术 原理及应用浅析原理及应用浅析 摘要 摘要 智能光网络代表了下一代光网络的发展方向 其最大的技术特点是在体系 结构中引入了控制平面 实现了智能化 兼容化等特性 当前 智能光网络正 在进行标准化研究 并实现了局部的应用 随着IP业务的持续快速增长 对网络带宽的需求变得越来越高 同时由于 lP业务流量和流向的不确定性 对网络带宽的动态分配要求也越来越迫切 为 了适应IP业务的特点 光传输网络开始向支持带宽动态灵活分配的智能光网络 方向发展 在这种趋势下 自动交换光网络 Automatically Switched Optical Network ASON 应运而生 ASON网络是由信令控制实现光传输网内链路的连接 拆线 交换 传送等 一系列功能的新一代光网络 ASON使得光网络具有了智能性 代表了下一代光 网络的发展方向 1 1 智能光网络的基本原理和关键技术智能光网络的基本原理和关键技术 1 1 智能光网络的基本原理智能光网络的基本原理 与传统的光网络传送体系不同 智能光网络的体系结构由传送平面 TP 控制平面 CP 管理平面 MP 组成 三个平面分别完成不同的功能 传送平面负责在管理平面和控制平面的作用下传送业务 控制平面根据业务层提出的带宽需求 控制传送平面提供动态自动的路由 管理平面负责对传送平面和控制平面进行管理 其中 与上一代光网络相比 智能光网络最大的特点体现在引入了控制平 面层 控制平面由分布于ASON网络中资源发现 状态信息传播 信道选择和信道 管理等功能模块和传送信令信息和其它控制信息的信令网络组成 其核心任务 是 取代管理平面 对来自客户端的各种呼叫和连接请求进行动态的处理 控制单元包括了路由 信令和资源管理等一系列逻辑功能模块 各模块分 工合作 在网络资源和拓扑结构自动发现的基础上 调用动态智能选路算法 通过分别式的信令处理和交互 建立端到端的按需连接 同时提供可靠的保护 恢复机制 实现故障情况下连接的自动重构 从而极大地增强了光传送网络的 生存性 扩展性和灵活性 加快了电路的配置速度 这也使得网络本身可以提 供更高的带宽利用率 是光传送网向智能化演进的重要一步 控制平面的核心功能是连接控制功能 智能光网络有三种类型的连接 分 别是交换式连接 SC 永久连接 PC 和软永久性连接 SPC 控制平面的另一关键技术是网络拓扑和资源的自动发现 主要包括自动邻 居发现 NDISC 和自动业务发现 SDISC 自动邻居发现协议是要解决光网络中 对新增节点的自动发现以及处理问题 而自动业务发现是要解决对新发现的节 点的业务功能的确认问题 通过业务发现 相邻网元能够了解每个网元提供的 业务和确定可选的接口 2 智能光网络的关键技术 智能光网络的关键技术 通过查阅资料我了解到 当前智能光网络领域有两项关键技术 分别是软 件选路算法和硬件光交叉技术 现简要分析如下 软件选路算法 软件选路算法是智能光网络的核心 因为自动光网络就是需要增加光网的 智能 使点到点的光管道成为有弹性的可管理的光网 比较可行的方案是结合 MPLS 多协议标记交换 和OSPF 开放式最短路径优先 制订适合波长路由的新 的路由协议 智能光网络的网元具有智能性 网元能够主动和其他网元交换链 路及容量信息 从而掌握全网状态 由于网络状态时刻在发生变化 网络的节 点数也很多 波长和中继链路可以达到数万条 因此 网元间交换信息时 信 息数据库必须具有实时动态性 可扩展性及可收敛性 硬件光交叉技术 智能光网络硬件光交叉采用新技术实现全光OXC 以朗讯公司的Lamb daRouter为例 该波长路由器基于贝尔实验室的微机械专利技术 使用256个精 微的光反射镜对光信号进行路由选配 而无须像现在这样先将光信号转换为电 信号 它能够在点到点连接的两个节点间迅速建立一条虚光通路 大大节约了 时间 其256个信道支持SONET SDH标准 每个接口速率最高可达40Gbit s 并提供网络恢复功能 支持基于Mesh的光网络 能够与ATM交换机和IP路由器互 连 波长路由器被认为是波长颗粒度和IP网智能的结合 采用光一电一光的手段来实现大容量的光波长交叉OXC是另一种手段 如思科的 S15900系统 支持256个OC一48接口 交换矩阵容量为640Gbit s 并可以无阻 塞地升级到160Tbit s 该系统能支持1 1的倒换 与通道保护法类似 用双发 选收的机制实现保护 Mesh网中端到端的波长路由恢复时间也在50ms以内 2 2 智能光网络的应用分析智能光网络的应用分析 当前 智能光网络的应用成为光网络发展的主要趋势 通过对比分析和查 阅相关资料 现总结智能光网络在应用中的优缺点如下 1 智能光网络优点分析智能光网络优点分析 光网络具有智能化特性光网络具有智能化特性 网络智能化是ASON网络的核心部分 而实现网络智能化的关键是之前所述 的在光网络中增加了控制平面 在此不再赘述 控制平面是光传送网向智能化 演进的重要一步 光网络具有个性化特性光网络具有个性化特性 传统的光传送网可以提供的业务保护方式主要是基于环网的复用段保护和 通道保护方式两种情况 无论什么业务只能提供同样级别的保护 不能满足目 前迅速发展的差异化服务的需求 基于MESH网络拓扑搭建的ASON网络可以提供 多种保护恢复方式 1 1 1 1 1线性复用段保护 2 2纤 4纤复用段共享环保护 3 1 1线性标签交换通道 LSP Label Switched Path 保护 可实现任意方向 任意时隙之间的保护 4 1 1通道保护 5 SNCP保护 6 Mesh网恢复 7 1 1线性LSP保护和Mesh网恢复的结合 8 任意拓扑网络之间的双节点互通保护 根据不同客户的需求 在网络资源一定的情况下 可以提供不同的保护和 恢复方式 以及任意保护和恢复方式的共存 从而实现不同情况下服务的差异 化 光网络具有兼容化特性光网络具有兼容化特性 ASON网络通过使用统一定义的标准化网络接口 使不同设备厂商的设备之 间很容易实现互联互通 此外 ASON还提出了分层和分域的概念 在不同的网 络层次和网络域中可以采用不同厂商的设备和不同的技术 在网络接口处通过 E NNI或UNI实现互联互通 如果进一步在网络接口中配备自动资源发现 自动 业务发现等各种功能 可进一步减少设备互连时所需要的人工干预和手工配置 理想情况下能够达到类似于计算机设备 即插即用 的功能 将极大地提高网 络的兼容性 光网络具有简易化特性光网络具有简易化特性 ASON网络通过分布式控制方式 网络中的每个智能控制单元均可以洞悉到 整个网络的拓扑结构和资源占用情况 当某个客户端发起连接请求时 各个网 元调用智能选路算法 自动的计算出一条可用的通道 在配置业务时 只需要 输入源节点 目的节点 需求带宽和保护级别的参数 即可完成业务的配置 网络自动选择路由并创建各个节点的交叉连接 同时可以加上各种约束条件 比如设置必经节点或者必经链路来约束业务的路由等约束条件 与传统光传送网需要通过人工借助网管系统进行手动的端到端的业务配置 相比 ASON的业务配置方式充分利用了各个智能网元的路由和信令功能 从而 充分保证了业务配置的安全性和可靠性 并减少了人工配置的工作量 充分降 低维护难度 2 智能光网络缺点分析智能光网络缺点分析 现阶段智能光网络的缺点与其巨大的优越性相比显得微不足道 缺点主要 体现在其实现结构上 ITU和光互联论坛 OIF 等国际标准组织所支持的网络演 进结构 重叠模型存在一定缺陷 这种模型有两个独立的控制面 一个在光 网络层 一个在客户层 此种结构好处是可以实现统一透明的光传送层平台 支持多客户层信号 但其也存在一定缺点 一是功能重叠 两个层面都需要有网管和控制功能 二 是扩展性受限 存在N2问题 三是管理两个独立的物理网的成本较高 带宽利 用率较低 存在额外的帧开销 四是由于两个层面存在两个分离的地址空间 需要复杂的地址解析 3 智能光网络的应用分析智能光网络的应用分析 智能光网络的应用可以从长途传输网到城域网的各种层次的传输网中 具 体应用需要根据长途传输网与城域网的不同特点分别考虑 并采用不同的演进 策略 对于长途传输网 由于目前多采用环网 环路较长 出现两点故障或多 点故障的概率较大 因此可以通过引入智能光网络技术增强网络的生存性 同 时提高光通道的调度效率 并提供差异化的长途传输服务 在长途网中引入 ASON时 可以考虑 自下而上 的演进策略 也就是说先在局部网络范围内引 入ASON 然后根据技术发展情况 采用UNI接口或NNI接口将多个局部ASON互连 起来 最终实现在整个网络上智能光网络的部署 智能光网络固然具有很大的优越性和很广泛的应用前景 但在具体应用过 程中 仍需注意以下两个方面 在智能光网络设备的选择上 应遵循以下原则 应具有严格无阻塞的交叉 矩阵 应具有强大的多业务处理能力 应具有向更大容量传送系统升级的能力 在智能光网络的建设方式上 则可以采纳以下几种可选途径 a 通过对传统MSTP设备改造升级为ASON b 先期利用可升级到ASON的MSTP设备构建MSTP网络 随着网络需求的要 求最终升级到ASON 这是目前国内城域网运营商较为倾向的建设方式 c 直接部署ASON网络 这是国外已建的ASON网络中普遍采用的建设方式 与第二种建设方式相比 可以避免从MSTP升级到ASON带来的风险 但 另一方面对于运营商在ASON网络规划 运营维护方面提出了更高的要 求 4 4 智能光网络的进展情况智能光网络的进展情况 1 智能光网络标准化研究情况 现阶段智能光网络的研究主要集中在相关国际组织对其标准的制定和智能 光网络设备的研发上 国际三大主要组织已经在标准化研究上取得了一些进展 国际电信联盟电信标准化委员会 ITU T ITU T对智能光网络的研究 尤其对ASON的研究具有革新作用 ITU T的标 准化研究工作的贡献主要有以下两点 a 1996年在因特网工程任务组工作的基 础上针对Internet提出了一些议案 b 2001年针对ASON光网络提出了分层路由 的概念 即根据地理区域 管理范围和技术要求将一个大型网络划分为多个等 级 每个等级又划分为多个路由域 随后为使ASON适用于不同的传送网技术 制定了新的草案G 8080智能传输网络 Automatic Switched Transport Network ASTN 该标准为在全网中建立 释放和连接通道提供了一系列控制 机制 现在ITU T已经形成了一系列框架标准 包括G 871 G 872 G 874等 IETF IETF一向致力于Internet的研究 并在此基础上密切关注多域光网络的协 议草案的制定 IETF负责通用多协议标签交换和相关技术的开发 GMPLS是对多 协议标签交换 Multiple Protocol Label Switching MPLS 进行扩充 引入了 时分复用机制 波长变换机制和空间交换机制 为了利用已有的GMPLS协议簇 IETF在2002年提出基于边界网关协议 Border Gateway Protocol BGP 和GMPLS 实现光网络域间控制平面功能的草案 在多个管理域之间建立一条端到端的光 通道 随后 IETF在草案中提出扩展资源预留协议 Resource Reservation Protocol RSVP 的信令协议实现光网络域间标签交 换协议 Label Switching Protocol LSP 的确立 使得在GMPLS体系下能够直 接运行光网络域间信令 光网络互连论坛 OIF 光网络互连论坛 Optical Internetworking Forum OIF 是一个会员制的 开放式行业组织 由一些大型公司于1998年创办 OIF的Signaling 信令 工作 组围绕客户 网络接口 User to Network Interface UNI 规范 进行光网络的 信令技术研究 包括服务发现技术 端系统发现技术 信令协议定义和网络 网 络接口 Network to Network Interface NNI 技术等 为实现光网络不同运营 实体之间的互连互通 OIF开展光网络的NNI技术规范的制定 2001年12月提出 分级链路状态路由协议 Domain to Domain Routing Protocol DDRP 并于2002年7月制定了相关标准 2003年制定了分 层路由协议 Hierarchical Routing Protocol HRP 的标准 DDRP和HRP进一步 规范了多层 多域光网络的协议框架 2 我国智能光网络的进展状况 我国的主要电信运营商对ASON技术投入了极大的关注 积极开展了相关技 术研究和经济性分析 并着手ASON网络的规划和建设 目前 ASON组网还存在 一些问题 比如接口规范不完善 无法实现多厂商设备的混合组网 域间保护 恢复技术还不成熟 支持UNI的客户设备较少等 这些问题有赖于标准的不断完 善和产品的不断成熟 在我国 各主流ASON设备厂商均需取得工信部的入网证 多数厂家只有高 等级大容量的智能光交换网络产品 部分厂家有具备智能传输功能的智能传输 产品 虽然这部分产品未实现真正意义上的智能光交换功能 但的确在智能化 的道路上迈出了一步 为将来智能光网络的建设奠定了基础 另外 在高速公 路枢纽节点对智能光传输设备具备的大容量多端口的交叉连接设备有较为广泛 的应用需求 3 国外智能光网络进展状况 美国AT T公司率先在全美范围内建设了连接近100个城市的智能光网络 该 新网络增加了网络容量 降低了成本和配置差错率 简化了网络结构的层次 使传送更流畅 极大地缩短了新业务配置时间 能有效处理网络大故障 快速 恢复业务 恢复时间仅为数百毫秒 在日本 NTT公司部署了有40多个智能核心交换节点的智能光网络 西班牙也已经建立了十几个节点的国家骨干智能光网络 其目标是最终在 全国建立50个智能核心交换节点 此外 美国和澳大利亚的一些电信运营商也都已经开始进行智能光网络的 部署 5 5 智能光网络之我见智能光网络之我见 通过查