智能光网络白皮书

智能光网络白皮书Documentnumber:BGCG-0857-BTDO-0089-2022智能光网络技术白皮书第1章智能光网络的背景L1智能光网络的起源传统SDH光网络主要为语音业务而设计，如错误!未找到引用源。，其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，网络拓扑的变化不能实时反映到网管。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，网络结构的日渐复杂，管理、维护的压力也越来越大，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，尤其当牵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。这样智能光网络就应运而生。10G10G<2.5Go155/622图1-1传统网络结构图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Mesh组网网络资源、拓扑自动发现缩短业务建立时间，带宽的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（SLA）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（OVPN）、业务等级协定（SLA）等，使传统的传送网向业务网演进对于传统传输网络来讲，运营者面对着如下的问题：网络缺少实时的业务供给能力，业务配置时间过长，主要原因是人工操作，所需时间按月/天计算传统网络占用大量的保护带宽，导致带宽利用率过低缺少恢复和路由选择功能，适应力不强不能提供可个性化的多项服务以供选择所损失的利润业务配置时间较长导致利润损失不能按照服务水平协议满足客户的要求发展智能光网络对于运营商的机会在于：智能光网络网元集成了MSTP和DXC设备的功能，简化了网络结构，降低了投资费用提高了网络资源的利用率智能光网络使服务供应商能够低成本的在光网络中提供个性化光通信服务分布式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、能够赢利的网络MESH网络具有良好的可扩展性1.3传统网元和智能网元的比较在智能光网络中网元和非智能光网络中网元相比不同之处在于：对信令通道的支持

在智能光网络中，需要通过带内DCC或带外的DCN网络传递路由和信令信息。通过光纤或网线物理通道承载这些信息。CPU、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，这意味着智能网元需要更好的配置，如更快的CPU，更大容量的内存等。传统网元和智能网元之间对比参考错误!未找到引用源。非智能特性智网元主机/■工作站主控板功能单板碘件系统主机/工作站主控板功能单板主机/■工作站主控板功能单板碘件系统主机/工作站主控板功能单板软件系统软件系统:硬件系统图1-2非智能网元与智能网元比较智能光网络相关标准众多的国际标准化组织和机构都在积极参与智能光网相应体系结构和协议的研究与制定工作。主要的组织有：OIF（光互联网论坛）、IETF（因特网工程任务组）、ITU-T（国际电信联盟-电信标准部）。这些标准化组织之间各有侧重和专长，通过合作共同解决光网络控制平面标准化的问题，下面对这三家组织的工作情况作一些介绍。2.1ITU-T（国际电信联盟-电信标准部）作为国际电信标准的制定组织，ITU-T多年来致力于自动交换光网络（ASON）的研究。其相应协议已统一在（ASTN）/（ASON）系列协议族中。详细的标准文档包括等。华为公司同时参与了光网络标准建立工作。ITUT-T制定的标准结构图参考下图。G.7712G.7713G.7714林15G.7716G.7717G.7718^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^■^G'7715^'路由需求DCN链路状态链路管理连接许可控制ASON管理路由协议呼叫连_自接管理G.8080总体需求框架结构G.7713.1G.7713.2G.7713.3G.8080总体需求框架结构G.7713.1G.7713.2G.7713.3G.7714.1PNNIRSVP-TECR-LDPSDH/OTN自动发现ITU-T系列标准2.2IETF（因特网工程任务组）IETF以往的工作主要是TCP/IP的标准化协议，目前其在智能光网络方面的工作主要集中在研究改进现有协议，从而使之能进一步拓展到光传输网络上。该组织提出的GMPLS协议拓展了传统的MPLS，可以支持多种类型的交换，如TDM（例如SDH时分交换）、波长和空间交换（端口交换、光纤交换等）。IETF研究的智能光网络主要协议包括：信令协议（GMPLS-RSVP-TE/CR-LDP）路由协议（GMPLS-OSPF-TE/IS-IS）链路管理协议（LMP）

IETFGMPLS协议族2.3oif（光互联网论坛）OIF成立于1998年，其将主要工作致力于制定网间信令，例如O-UNI/O-NNI接口协议。并在2001组织完成了多厂家的互操作性测试。OIF某种意义上说是ITU-T和IETF的“黏合剂”，应用IETF的协议基础来解决ITU-T关键接口的互通问题。目前，该组织正在从事OIF-UNI和E-NNI协议的标准化工作。OIF制定的接口协议结构图参考下图。UNI需求E-NNI需求UNI2.0基于基于ISIS的OSPF-TE的层次路由层次路由图2-1OIFUNI和E-NNI（DDRP）华为公司在开发智能光网络设备过程中，及时跟踪国际组织标准，满足如下图所示的标准及建议。RecommendationandFrameworkofHUAWEI’SASONConformingHUAWEIConformingtheinteroperabilityProtocol:HUAWEIConformingtheinteroperabilityProtocol:UNI1.0♦OIFHUAWEIConforming

networkarchitectureand

requirementsofASON

DefinedHUAWEIConformingGMPLS

Protocol:RSVP-TE、LMP、

OSPF-TEIETF:InternetEngineeringTaskForceOIF:OpticalInternetworkingForumITU:InternationalTelecommunicationUnion图2一2华为ASON设备采用的标准建议第3章智能光网络的技术介绍3.1路由协议在介绍路由协议之前先说明与此紧密相连的概念：ControlDomain(控制域)在协议中控制域(Controldomain)概念是基于ITU建议中域概念，运营商的网络被分割为多个子网，我们称之为“域”。即控制域为网络分割为子网，可以提高网络的可扩展性和避免域间控制信息的风暴。网络分割的可能理由：管理边界基于安全或可靠性方面而进行的网络分割不同域内系统的技术差异3.1.1域间路由1.BGP(BorderGateWayProtocol)：边界网关协议BGP属于外部网关协议，完成域间路由计算的协议。该协议对于网络的拓扑结构无限制，使用TCP作为传输协议，只对增量路由进行发送，而非周期性的广播所有路由信息；路由信息记录了它经过的自治系统，是一种向量路由，保证无环路。该协议一般可用于不同运营商之间的网络连接2.DDRP（Domain-To-DomainRoutingProtocol）：域到域路由协议DDRP被设计用于单个运营商光网络中的不同控制域之间的拓扑、资源状态和可达信息交换。该协议不定义控制域内的节点-节点路由协议，也不规定域内使用任何特定的路由协议，是基于链路状态的路由协议。DDRP是基于OSPF协议的子集，如启动邻接、同步和分布链路状态数据库；OSPF协议不涉及的光网络内域间互连信息的传递则被扩展支持。DDRP不关心IP路由并假设支持控制域间的消息传送的IP通信基础已经在位。3.1.2域内路由1.OSPF（开放最短路径优先协议开放最短路径优先协议（OSPF）是由网间工程任务组织（IETF）的内部网关协议（IGP）工作组为IP网络而开发的一种路由协议。OSPF是在80年代中期创立的，当时RIP已不能适应大规模、异构的网络。顾名思义，OSPF有两个主要特征：第一是它的开放性，OSPF协议是面向大众的，其协议规范由RFC（RequestforComments）1247规定；第二个特性是它是基于SPF算法的协议，SPF算法乂称为Dijkstra算法。OSPF要求每个路由器将链路状态通告LSA（LinkStatusAdvertisement）发送到相同层次域内的所有其他路由器。采用OSPF协议的路由器首先必须接收有关的链路状态信息，并通过累加链路状态信息，利用SPF算法计算到达每个节点的最短路径。RSVP-TERSVP是基于IP协议的资源预留协议。用户通过RSVP协议向网络请求满足特殊服务质量要求的缓存和带宽；中间结点利用RSVP协议在数据传输通路上建立起资源预留并维护该通路，以实现相应的服务质量存在两种基本的RSVP消息类型：PATH和RESV。节点通过发送一条指向目的端的PATH消息来发起一个连接建立请求。在对收到的PATH消息响应时，目的节点向上游连接源节点发送一条预留请求（RESV）消息。RESV消息在源和目的UNI的每个节点创建“预留状态”。当源用户节点收到此连接的RESV消息时连接就被建立了。PATH和RESV状态可以被PATHTEAR和RESVTEAR消息显式地删除。PATHTEAR消息从源端发给目的端，同时删除连接相关的PATH和RESV状态。RESVTEAR消息从目的端发向源端，只能删除相关的RESV状态。CR-LDPCR-LDP信令是基于现有标准的LDP信令，用于建立和维护可保证QoS业务的连接。CR-LDP通过一套简单有效的硬状态控制与消息机制灵活预留网络资源、建立支持包括分类业务的受限连接。为符合面向全国的流量工程要求，该连接采用约束路由机制，可提供严格/松散的显式路由、建立/保持优先级、路径挤占、重新优化路径等多种功能。由于信令基于可靠的TCP传输机制，因而可以确保快速响应节点故障，使网管人员能尽快分析排除故障。LMP协议LMP（链路管理协议）由IETF组织制定。它的功能包括：邻居发现：通过DCC开销和J0字节发现、校验邻居数据链路链路参数交互：在相邻节点之间交互链路参数控制通道管理：监控相邻节点之间的控制通道是否正常链路故障定位：当网元拓扑连接发生故障时，定位故障发生的地方华为公司ASON实现方案ASON设备的实现方式中，一般分为分布式和集中式两种。集中式是一种较老的方式，其可靠性和性能方面不如分布式ASON。分布式ASON是业界的主流发展方向。华为公司开发的ASON设备采用先进的分布式方案，其主要的优点包括：更高的可靠性，更好的业务恢复性能，同时分布式方案系统是今后ASON网络互联互通的基础，只有采用分布式ASON才能保证以后不同厂家设备或不同运营商之间设备良好的互联、互通。集中式和分布式ASON的比较参考下图：HUAWEI’SASONNetworkRealizationmethod-DistributedDistributedASONAdvantageofDistributedDistributedASONAdvantageofDistributedASON:PowerfulNetworkSecurity-highnetworkReliabilityRapidRestoration-LowriskHighscalability-goodmaintainabilityMainstreamoftheindustry-goodexpansionandcompatibility….CentralizedASON图3一1分布式ASON优势3.5资源和拓扑发现资源是指有多少网络节点，各个节点之间有多少路由。另外需要对这些资源定义为软件可量化的信息，如：带宽，保护类型，时隙占用，告警，链路，通道等。拓扑是指一个网络图，就像一个地图，包含了网络中所有从每一个地方到另一个地方可走的路由，以及这些路由的相关属性。3.5.1控制链路发现智能特性工作的基础是能够自动建立网络控制链路。智能网元启动后，首先要和相邻的网元建立控制通道，以便于相互之间进行通讯。每个协议实体之间都会建立相应的控制通道。控制通道的建立通过OSPF协议实现，每个智能网元都可以自动发现与自己相邻的邻居网元。智能特性能需要网元自动发现网络的数据链路。智能网元启动后，控制平面软件模块首先与传送平面软件交互信息，然后将本地带宽信息生成相应的数据链路。这些数据链路的信息包括：对端节点ID、本端TE链路所在板位和光口、最大链路带宽、最大无级联带宽、最大标准级联带宽、最大连续级联带宽、最大虚级联带宽等等。3.5.3数据链路校验当数据链路建立后，LMP协议会对该链路进行校验，以保证可以在该链路上建立业务。校验包括链路属性一致性校验和链路的连通性校验。3.5.4信息洪泛和更新当控制平面软件建立了本地的控制链路信息和数据链路信息后，这些链路信息会交给OSPF模块。OSPF模块把这些信息扩散到网络中的其它网元，同时接收从网络中其它网元发送来的TE链路信息，通过这些信息，各节点生成整个网络的业务拓扑图。如果本地业务信息发生变化，OSPF模块将这些信息洪泛到网络中的其他节点。洪泛同步后，网络内每一个网元都获得了变化后各个节点的TE链路信息，生成新的业务拓扑。为了减少网络中洪泛的数据量，洪泛是增量式的，即只洪泛那些有变动的信息，来减少网络的信息流量。R1R415km40km70km40km80km20kmR220kmResourceAutomaticDiscoveryR1R415km40km70km40km80km20kmR220km20km10km|20kmEachNodecansearchtheneighborNEautomatically;EachNEcanbuildthetopologybyit'self.PeriodicNeighborSearchingandfloodingspreadtheNewvariableinformation.UpdatetheNetworktopology.图3-2资源和拓扑自动发现3.6智能光网络中业务建立的过程以错误!未找到引用源。说明在智能光网络中建立一条业务的过程：图3-3业务建立过程图根据路由协议，各设备节点在本地建立一个路由数据库

ISP向光网络节点提出业务需求及其属性，如建立一条从A到C的业务，属性包括带宽、SLA等；接入的光网络节点根据需求计算路由，在图例中就是节点A计算到节点C的路由，最终结果是A->B->C；然后根据信令协议建立一条业务路径，过程如1->2->3->4->5->6->7->8。最终建立一条连接，以后业务就沿着该连接进行传输。这样一条业务就在智能光网络中建立了。3.7华为公司采用的相关技术如错误!未找到引用源。，我司在域内采用的路由协议是OSPF-TE，域间的路由协议是DDRP，在运营商之间采用的是BGP；而信令协议采用的是RSVP-TEoE-NNI路由=BGPE-NNI信令=RSVP-TEE-NNI路由=DDRPl-NNI信令=l-NNI路由=OSPF-TE图3-4华为公司的ASON网络互联方案华为技术有限公司智能光网络解决方案4.1华为的智能光网络的整体解决方案考虑到骨干层的网络结构以及其地位的重要性，华为技术有限公司认为城域骨干和长途骨干网络智能化是一个比较合适的切入点，这样给运营商的运营、维护、安全带来很多益处。在完成骨干层光网络的智能化后，逐步向汇聚层和接入层扩散。目前华为公司已经提供全网智能化的解决方案（全网MESH化），即提供骨干层、汇聚层、接入层全系列的智能光网络设备。同时，这一系列智能光网络设备可以很好地融合到现有传统网络中，具体方式参考错误!未找到引用源。华为光网络整网解决方案波长STM-NPOS155MATMGE/FE/10M2M34M/45MV.35/V.24/DDNSHDSLInternet接入•波长STM-NPOS155MATMGE/FE/10M2M34M/45MV.35/V.24/DDNSHDSLInternet接入•小区接入•SOHO•网吧局间互联•PSTN/VOIP•G网/C网/3GPHS•ATM•GSR/L3基站接入•GSM•GPRS•CDMA•3G智能小区•公共场所专线•企业内部互联•行业集团互联•政府互联图4-1华为光网络的解决方案4.2智能光网络的功能特性4.2.1Mesh组网Mesh组网是OptiXOSN9500智能光交换系统的主要组网方式之一，这种组网方式具有灵活、易扩展的特点；和传统组网方式相比，Mesh组网不需要预留50%的带宽，在带宽需求日益增长的情况下，节约了宝贵的带宽资源；而且在这种组网方式下，一般保护路径＞=2，提高了网络节点的安全性，最大程度上地利用整网资源。路径保护恢复：路径保护就是当业务路径出现故障时，如错误!未找到引用源。，C-G之间的业务路径断开时，为了达到保护业务的目的，预先或实时重新计算一条从D到H的路径。这种保护方式称为路径恢复方式。图4-2路径恢复-Mesh组网链路保护恢复：链路保护恢复就是当业务路径出现故障时，如错误!未找到引用源。，C-G之间的业务路径断开时，为了达到保护恢复业务的目的，只重新计算从C到G的路径，而其余的路径不变。这种保护方式称为链路保护恢复。图4-3链路恢复-Mesh组网4.2.2端到端的业务配置在智能光网络中，真正实现了端到端的配置，配置过程的步骤如错误!未找到引用源•：从网管选择源节点和目的节点R2和R4输入业务的带宽和业务级别从节点A发出路由和信令信息，并且建立业务连接图4-4端到端的业务配置和传统EMS端到端配置相比，这是分布式的配置方式，网管下发命令到入口网元，然后入口网元实现路由的计算和连接的建立等，提高了配置的安全性和可靠性。该方式充分利用了各个网元的自动路由和信令功能，减少了运营商的运营和维护成本，提高可靠性。4.2.3SLA光网络的发展从以前的仅提供传输通道的配套网逐渐向业务运营网演变。实施了智能特性的光网络能为用户提供多种高质量的带宽应用及服务。从保护的角度将业务分成多种级别（钻石业务、金级业务、银级业务、铜级业务、铁级业务等），不同级别的业务，费用不同，这样可以更灵活地满足多种不同用户的需求。业务的类别如下：钻石业务：提供永久1+1保护，保护时间：0~50ms金级业务：提供1：1保护和重路由恢复，保护时间：0~50ms；恢复时间：100ms~数秒银级业务：实时自动重新计算路径，恢复时间：100ms~数秒铜级业务：不提供保护铁级业务：在网络资源紧张下，能被更高级别的业务抢占4.2.4传统和智能网络及业务的良好融合智能光网络是从传统SDH网络发展来的，现网绝大部分是传统SDH设备，ASON设备可能是逐步引入现有网络中。这是一个逐渐优化、变更的过程，所以必须考虑ASON网络和现有传统网络的良好融合问题。华为公司