摘要 本文根據網絡發(fā)展的趨勢和傳送業(yè)務的變化,分析了光傳送網技術所面臨的挑戰(zhàn)以及新的要求,闡述了ASON技術的發(fā)展趨勢,提出了ASON的應用策略。
隨著信息技術的不斷發(fā)展與成熟和社會的不斷進步,電信用戶及收入的發(fā)展正逐步呈現出移動通信業(yè)務超過固定通信業(yè)務、寬帶業(yè)務超過窄帶業(yè)務、數據業(yè)務超過話音業(yè)務的態(tài)勢。據統(tǒng)計,全球寬帶用戶從2002年底6200萬發(fā)展到2003年底的1.008億,增長62.8%;中國寬帶用戶數從2002年底的392.5萬發(fā)展到2003年底的1209萬,增長208%,2004年上半年寬帶用戶數達1500萬,到2007年,所有的企業(yè)到消費者之間的網絡數據流、70%的企業(yè)間的網絡數據流都將由互聯(lián)網承載。美國市場調查機構Yankee Group指出,2008年全球寬帶用戶將增長至3.25億,是2003年底的2倍。這一趨勢的產生,使得光傳送網面臨著來自網絡發(fā)展、傳送業(yè)務種類變化的挑戰(zhàn)。
1、網絡發(fā)展的趨勢
由于采用不面向連接的工作方式,簡化了信令,克服了節(jié)點設備復雜化,與傳送網技術的發(fā)展相匹配等因素,IP技術將是下一代電信網的核心技術。這已經是電信業(yè)的主流觀點。比較一致的看法是下一代電信網是基于統(tǒng)計復用分組交換的數字通信技術為核心技術的通信網,更確切地說,是基于IP分組的數字通信技術為核心技術的通信網。這對光傳送網技術提出了新的要求。
2、傳送業(yè)務的變化
隨著社會和經濟的不斷發(fā)展,人們已不再滿足于簡單的、點到點、固定的話音通信,通信需求愈來愈呈現出業(yè)務類型多樣化和業(yè)務流向不確定的特點。首先是客戶群的變化?,F在,光傳送網的客戶群主要有3種,大眾客戶,他正呈現出多樣化、個性化、即時化、娛樂化等特征,已經由單一的電話通信轉向了多手段、多模式、個性化的雙向互動性交流;企業(yè)、行業(yè)、政府等客戶,他們主要有海量、快速、安全、服務質量透明等特征,具體需求已由簡單溝通轉向了互動性強的信息交互、內部信息的快速流動、信息安全備份等方面;ISP、ICP等運營商的客戶,他們的需求特征主要有質量高、覆蓋廣、可管理等,使用要求也已由簡單的線路租用需求逐漸轉向虛擬網絡資源的需求,包括帶寬資源及對租用資源的調度和管理能力等,特別需要擁有對租用網絡資源的控制能力。
除了傳統(tǒng)的通信業(yè)務外,對光傳送網來講,比較富有挑戰(zhàn)性的業(yè)務主要有光虛擬專用網(OVPN)業(yè)務、按需提供(BOD)業(yè)務、SLA業(yè)務和三重播放(Triple-Play)業(yè)務。OVPN是VPN技術向光域的延伸,它將光網絡中的某一部分資源為大客戶(如跨國、跨地域的公司專用網、政府和服務提供商)專用,使用這項業(yè)務,用戶可以直接管理運營商分配給他的網絡資源及網絡服務,根據自己的使用需要,動態(tài)調整使用帶寬;BOD的出現主要因為用戶業(yè)務量,特別是Internet流量實時變化,造成網絡帶寬流量的要求需求隨時間變化,而BOD則利用網絡智能帶來的動態(tài)調配能力,使運營商能夠根據業(yè)務需要實現對業(yè)務帶寬動態(tài)的無損傷的調整,進而保證運營商能夠有效地應對不可預測的高突發(fā)的業(yè)務需求,對于用戶來講可以有效地節(jié)約費用,對于運營商來講,可以有效地利用網絡資源,極大地提升運營效益;SLA業(yè)務是指運營商和客戶之間達成的就客戶支付一定的費用而要求運營商保證特定的業(yè)務性能和可靠度的一項協(xié)議,客戶所支付費用的多少是決定運營商提供何種等級服務質量的重要因素,SLA業(yè)務規(guī)定了對業(yè)務質量、優(yōu)先權、響應性等的普遍理解,它可以覆蓋客戶和運營商之間關系的很多方面。一個完整的SLA業(yè)務就是一份合法的合同協(xié)議,其中指明了當事人雙方(即運營商和客戶)、運營商應提供的應用和業(yè)務、違反協(xié)議條款的懲罰措施、費用、服務質量的衡量標準、條款的修正、報告(包括生成報告的周期和報告的具體細節(jié))及當事人雙方的職責等,同時還說明了客戶商對客戶在工作負載和資源使用方面的要求。SLA業(yè)務包括了許多客觀的、可測量的參數,運營商必須向客戶保證這些參數,為了向客戶證明業(yè)務提供商滿足了他們的承諾,運營商應將這些參數報告給客戶;三重播放業(yè)務是一項整合數據、話音與視頻的三合一服務,體現了服務的差異性,主要由IP數據流量傳送,這使得IP數據流由多種業(yè)務組成,各種業(yè)務對時延、抖動、丟包率以及冗余的要求都各不相同,它具有很強的突發(fā)性,這項業(yè)務可以有效地提高運營商的收入,因為數據和視頻業(yè)務的收入是話音業(yè)務的數倍,而且,具有很大的市場潛力,據統(tǒng)計,有17%的用戶渴望在一個業(yè)務包中涵蓋所有的電信和娛樂業(yè)務,即包括語音、視頻、高速因特網接入和無線業(yè)務;另外14%的用戶渴望在一個業(yè)務包中涵蓋語音、視頻和高速因特網接入業(yè)務。因此,它能夠最大限度地發(fā)揮寬帶效率,極大地降低運營者的整體投資、運營和維護成本。對寬帶最終用戶而言,運營者能夠通過綜合的業(yè)務提供能力給最終用戶一個整體的寬帶業(yè)務體驗,從而能夠極大地豐富人們的生活。
面對上述挑戰(zhàn),要求光傳送網由主要支撐話音業(yè)務轉變?yōu)橹饕螖祿I(yè)務;由窄帶業(yè)務為主變?yōu)閷拵I(yè)務為主;支撐的業(yè)務由單一業(yè)務變?yōu)楦鞣N業(yè)務。更重要的是傳輸帶寬成為一種可運營的業(yè)務。在未來的市場競爭中,誰能夠按用戶要求,迅速提供業(yè)務,特別是基于SLA業(yè)務,誰將立于不敗之地。這就要求光傳送網具有以下功能。
(1)能夠提供各種接口;
(2)能夠進行帶寬細分;
(3)能夠進行QoS細分;
(4)能夠快速進行電路配置與調度;
(5)能夠進行端到端監(jiān)測。
關鍵在于要求光傳送網能夠很好地支持多業(yè)務傳送,并具有智能。為此,除了有效地提高SDH技術傳送數據業(yè)務的能力外,還必須使用自動交換光網絡(ASON)技術。
自從20世紀90年代提出ASON的概念以來,在業(yè)界同仁的共同努力下,ASON技術已取得了長足的進步,已開始在各國的電信網中使用,它的發(fā)展趨勢如下。
采用網狀網結構與環(huán)網相比,它具有以下優(yōu)點。
(1)支持多種保護和恢復方式;
(2)可以根據用戶業(yè)務等級提供傳送業(yè)務;
(3)網絡資源利用率較高;
(4)不受節(jié)點瓶頸和多重失效問題的影響;
(5)網絡生存性較高;
(6)可擴展性較強,可以根據業(yè)務需求,靈活增加節(jié)點;
(7)擴容升級靈活,可以分斷面進行擴容;
(8)容易實現端到端的電路調度和保護,可快速提供各種業(yè)務;
(9)保護恢復前后時延變化量小,這一點對數據業(yè)務來講,尤為重要;
3.1 積極開發(fā)控制平面
(1)優(yōu)化傳送平面和控制平面的接口(CCI),既可以采用外置式,也可以使用內嵌式,內置方式通過設備上插單盤的方式實現;而外置方式的控制單元不插在設備的單盤區(qū),而是外置單板服務器,隨設備子架一起安裝在機柜中。兩種實現方式比較而言,內置式在設備整體性方面有一定優(yōu)勢,但是占用了設備子架所提供的槽位,若采用主備方式則占用兩個槽位。外置式在處理能力方面更加強大,更適合構建ASON;
(2)實現分布式智能:前期往往采用集中式,但隨著技術的發(fā)展,已經開始向分布式智能發(fā)展,與集中式相比,分布式消除了通信瓶頸,做到了多個網元同時計算恢復業(yè)務,有效地減少恢復時間,分布式的最大優(yōu)點是使網絡變得更加安全可靠,因為,任意一個節(jié)點的控制平面出現問題,不會影響整網;
(3)研發(fā)控制協(xié)議,其關注的重點從域內轉移到域間,從協(xié)議類型本身到拓展部分協(xié)議的理解,特別是域間保護恢復技術;
(4)提高控制平面的性能,特別是業(yè)務發(fā)現和資源發(fā)現的支持能力有待改進??刂破矫娴男阅茏钪匾牟糠质蔷W絡和業(yè)務的恢復時間,除了恢復時間之外,更重要的是產生這個恢復時間背后的條件,如故障類型、業(yè)務數量、信令的傳送方式、節(jié)點的數量等,特別是網絡結構比較復雜的網狀連接拓撲、業(yè)務承載量比較大、端到端多條鏈路同時失效情況下的系統(tǒng)恢復速度;
(5)保證智能的可控性,使整個網絡的功能和性能始終處于在運維部門“可管理”和“可運維”的范圍內。
3.2 提高網管平面的性能
網管平面除了實現對傳送平面的管理(傳統(tǒng)傳輸設備網管已經具備的能力,主要由配置、故障、性能、安全、計費等五大功能組成),主要對控制平面的管理,重點解決如何靈活、準確、快捷地通過網管平面查詢、修改與控制平面相關的鏈路的連接、鏈路的屬性、鏈路的各種參數以及如何建立可定制、可使用的維護電路報表機制和如何將網絡規(guī)劃、優(yōu)化工具和ASON節(jié)點設備實際的路由算法、現網實際狀態(tài)有機地結合起來,使得整個網絡的功能、性能、生存性有一個很好的模擬環(huán)境,另一個需要重點解決的問題是對增值業(yè)務的管理(尤其是OVPN、BOD、SLA等項業(yè)務)。
3.3 改善傳送平面的性能
為實現ASON網絡的高生存性、高擴展性、靈活性和智能性,ASON傳送平面在組網能力、硬件能力和軟件能力等方面與傳統(tǒng)的SDH設備完全不同,ASON必須同時具有DXC和MADM的功能,支持不同的網絡拓撲,網狀網、多環(huán)套接、環(huán)網、鏈,同時支持VC4、VC12的業(yè)務匯聚,也要支持LCAS、VCAT、GFP、二層交換、MPLS、VPN等功能,未來還要能支持L2交換,支持多光口,保證節(jié)點連通度足夠大。還能夠提供不同QoS級別的業(yè)務,從最高級別的保護和恢復相結合的業(yè)務,到保護業(yè)務、恢復業(yè)務、不保護業(yè)務、額外業(yè)務,充分實現傳輸帶寬的靈活應用。此外,高階矩陣應在160Gbit/s以上,保證容量突增時仍保持矩陣容量無需更換,單級大方形矩陣保證無阻塞,并有效支持IPTV等廣播業(yè)務。交叉矩陣是ASON傳送平面的核心部分,交叉能力已不是衡量傳送平面的唯一指標,關鍵在于交叉芯片的算法以及在邏輯上是否真正的無阻塞,因此,傳送平面應具有多播嚴格無阻塞特性。這么做的主要原因是:首先,ASON是基于格狀網絡構建的,較以往的環(huán)網結構來說,ASON節(jié)點設備上要提供更多的光接口,要有更強的業(yè)務調度和疏導能力。其次,采用多播嚴格無阻塞的交叉矩陣對于ASON網絡的恢復時間性能有顯著提高。與之相比,雖然傳統(tǒng)的3級CLOS矩陣方式具有重構無阻塞特性,但在網絡發(fā)生故障時,ASON節(jié)點設備的交叉連接需要進行內部路由搜索,延長了全網恢復時間。最后,采用多播嚴格無阻塞矩陣可以更好地支持ASON網絡中的廣播業(yè)務。若采用重構無阻塞交叉矩陣,在廣播業(yè)務達到25%以上時,會顯示出阻塞特性。此外,Bit Sliced方式是業(yè)界最新的多播嚴格無阻塞交叉連接矩陣實現技術,該矩陣方式可以通過單級方式實現大容量的交叉能力,能夠極大地降低ASON節(jié)點的設備成本,增強ASON節(jié)點設備的組網能力,更易于實現對多播等新業(yè)務的支持。此外,交叉連接功能還應包括光纖、波長組和波長等不同級別的空分交叉、分插復用、甚至波長轉換、信號再生等功能。涉及的技術包括大容量光交叉連接矩陣——有基于光交叉的,也有基于電交叉、光互連的,目前主要使用的有機械式開關、波導開關、液晶開關、微電子機械開關(MEMS)等,通常交叉規(guī)模在32×32以下,個別廠商曾推出過1000×1000以上端口的開關矩陣,但沒能商用,價格阻礙是主要因素。子速率匯聚也是不可缺少的。
為實現ASON的功能,傳送平面必須具備配合控制平面完成業(yè)務和鄰居的自動發(fā)現能力、傳送平面鏈路和網元的狀態(tài)通告能力、信號監(jiān)控和故障檢測能力、光層的故障保護恢復能力以及路徑的動態(tài)配置和拆除能力向用戶提供基于SLA的業(yè)務,不僅僅局限于提供不同優(yōu)先級的電路,同時還包括要求運營商向用戶提供電路的參數,為此,實現端到端業(yè)務調度和質量監(jiān)測,就顯得十分重要。目前,實現端到端業(yè)務質量監(jiān)測的難點主要在光層面上,為了解決這個問題,過去采用在DWDM信道中傳遞并能在網絡節(jié)點處測量的低頻幅度調制來進行監(jiān)測或者在數據傳輸信道中增加一個“監(jiān)控波長”的方法,但這兩種方法的缺點都在于不能提供某一特定信道的信息,而且它們自身都有可能成為噪聲源。最近,人們又研究了光性能監(jiān)測器(OPM),以實現光性能的在線監(jiān)測,它是從光纖中抽取出少量的光功率,并根據波長將信號分別輸入單獨的信道中——即對傳輸信號進行解復用。它可以直接測量出每一信道的光功率、波長和信噪比(SNR),并根據測試結果推導出許多參數,包括信道波長漂移、ASE噪聲、放大器的增益和增益偏斜、以及信道信號的Q值。它既可以采用法布里—珀羅干涉儀,也可以采用基于衍射光柵的光譜分析儀,并結合光電探測器陣列來實現解復用。
盡管ASON技術發(fā)展很快,但在發(fā)展過程中還需要解決以下一些問題。
(1)與現有光網絡和客戶設備的配合,以實現電路的端到端配置和測試,其中一個解決辦法是采用“智能代理”策略。如客戶設備(或現有光網絡設備)通過一個簡單易行的接口接入UNI-C,UNI-C再通過標準的UNI-N接口接入ASON,這樣,就能夠做到對現有客戶設備(或現有光網絡設備)的改動降到最低;
(2)保證網絡的穩(wěn)定與安全性;
(3)網絡和設備標準化問題,由于ASON標準由多個標準化組織負責完成,因此,標準之間的溝通與協(xié)調變得更加重要;標準化的進程有待于加快,據稱,迄今為止,ITU-T的ASON標準成熟度只有70%,還有30%的內容要進一步明確;
(4)測試設備的研發(fā)進度落后于設備,雖然現階段的ASON/GMPLS測試儀表具備了一定的功能,可以為ASON測試提供必要的手段,但在功能和穩(wěn)定性方面還需要進一步完善,還不能穩(wěn)定可靠地驗證ASON各種協(xié)議的有效性和一致性;
(5)各項功能,特別是流量工程、保護/恢復及對新業(yè)務支持等功能的有效性有待于實際網絡的檢驗,主要原因在于,還沒有建立ASON網絡評估指標體系,ASON可靠性和長期穩(wěn)定性的驗證有很大難度;
(6)盡管OIF互通試驗給運營商和用戶帶來了信心,但要真正實現ASON完全的互聯(lián)互通還需要時日,主要的難點集中在路由(尤其是分層路由)和邏輯信息拓撲抽象上。
4.1 支撐所傳送的各種業(yè)務
通過控制平面和管理平面,ASON可以有效地支持OVPN業(yè)務;通過虛級聯(lián)+LCAS+GFP+ASON,光傳送網能夠很好地支持不同速率的BOD業(yè)務,交換連接(SC)和軟永久連接(SPC)均可作為BOD業(yè)務連接實現方式,并且由于SC和SPC業(yè)務連接的發(fā)起方式不同,更加豐富了BOD業(yè)務的實現方式,不僅客戶端可以利用SC連接方式直接發(fā)起B(yǎng)OD業(yè)務建立和調整,而且也可以由實現BOD業(yè)務的網管發(fā)起建立和調整;對于SLA業(yè)務來講,ASON可以方便地對業(yè)務電路的優(yōu)先級進行劃分,客戶要求可以采用“業(yè)務等級”來表述,在ASON中,業(yè)務等級主要是通過映射到不同恢復、保護選項和相關連接的優(yōu)先級來實現的,例如建立優(yōu)先級、保持優(yōu)先級(是否可以預空閑)、恢復優(yōu)先級。建立優(yōu)先級主要是指業(yè)務的建立響應時間,分別為在日、小時或分鐘內建立業(yè)務連接;所謂保持優(yōu)先級(是否可以預空閑)主要是指在出現其他系統(tǒng)故障時系統(tǒng)是否會被空閑出來承載更重要的業(yè)務,業(yè)務連接本身有沒有保護;恢復優(yōu)先級則是考慮系統(tǒng)出現故障時的恢復時間和恢復等級(如恢復業(yè)務百分比);ASON通過故障的快速檢測和定位技術、恢復算法、恢復路由的計算一級保護、恢復策略的選擇,來實現SLA業(yè)務,恢復算法有集中式算法和分布式算法兩種。
4.2 網絡的發(fā)展策略
關于ASON的發(fā)展策略,業(yè)界已討論了很長時間,主要有兩種觀點,一個是首先在骨干網中使用,另一個是首先在城域網中使用。這兩種觀點的共同特點是要根據ASON技術發(fā)展的情況,結合業(yè)務發(fā)展的需要,因地制宜地使用ASON技術??紤]到ASON技術發(fā)展需要有一個逐步成熟、各項功能有一個逐步完善的過程,實際使用ASON技術的時候,可以根據業(yè)務發(fā)展和網絡建設的需要,逐步增加ASON技術的各種功能。運營商也可以根據不同區(qū)域、不同情況,采用不同的控制平面和路由算法,域間采用固定連接,待域間路由協(xié)議成熟后再在域間引入路由選擇機制。這個方案存在一定的風險性,要求廠商的設備必須保證自己的E-NNI可以升級到符合標準的接口,保證網絡能夠實現互聯(lián)互通和互操作。
4.3 與數據網的協(xié)調
對于IP數據網來講,若提供電信級業(yè)務,還需要繼續(xù)彌補其在安全和QoS方面存在的缺陷。更重要的是要合理地協(xié)調解決好與光傳送網的配合問題。
保護和恢復問題:IP路由器和光傳送網都具有保護、恢復功能,問題在于如何使用。如果僅在單一的IP層面進行保護恢復,將導致網絡利用率急劇下降,這是因為足夠的帶寬是保證電信級IP網實現保護恢復的基本前提,為了保證在故障過程中所有業(yè)務依然保持原有QoS水平,網絡帶寬必須有足夠的冗余,在現有IP網單層保護恢復機制下,全網帶寬冗余度最少要達到50%,否則就要損失低等級業(yè)務的QoS水平。為了保證網絡業(yè)務提供的可用率,目前各大運營商網絡采用了超額提供網絡帶寬的方法,造成IP網極度輕載,骨干網鏈路帶寬利用率只有10%~30%,極大地浪費了網絡能力。相反,通過光傳送網為IP網鏈路保護恢復,則可以提高鏈路帶寬資源利用率,實現IP網與傳送網綜合建設成本的降低。IP網節(jié)點的可用率要遠高于鏈路,鏈路故障是影響全網安全性的薄弱環(huán)節(jié),因此,如果鏈路具備一定的保護恢復能力,則全網的安全性將會大為改善。據統(tǒng)計,采用光傳送網的保護恢復,可以使IP網對有保護的高等級業(yè)務的可用率由兩個9提高到4個9,而對于無保護的低等級業(yè)務則由54%提高到98.5%。不僅可以使高等級業(yè)務接近滿足PSTN 5個9的指標要求,還可以用無保護的低等級業(yè)務提供類似中小企業(yè)VPN等服務,使網絡資源收益最大化。因此,針對網絡定位于提供基本的、沒有必要保障嚴格QoS的上網業(yè)務,不必考慮故障恢復所需的額外帶寬,因此其帶寬利用率可以達到很高的水平,可以采用IP網內路由協(xié)議為主采取保護恢復機制,同時還必須合理設計和優(yōu)化其網絡物理拓撲,保證網內各路由器間鏈路的物理路由不相關性,以避免光纖中斷等單個物理層故障導致IP網發(fā)生多處鏈路故障,從而引起路由劇烈震蕩。對于承載有QoS保證的SLA業(yè)務,采用光傳送網的保護恢復將會提高線路資源的利用率,進而有效地節(jié)省了綜合網絡建設成本,在目前采用VC-4(155Mbit/s)顆粒的網絡情況下,大約可節(jié)省40%的綜合成本。其主要的缺點是不能保證路由器故障時的業(yè)務全修復,隨著骨干路由器可用率的不斷提高,再加上MPLS本身具有流量分類QoS機制,這個缺點將不會對全網安全性造成顯著的影響??傊?,從故障恢復的速度來說,光網絡的保護和恢復機制優(yōu)于IP網絡,特別是對于一些點到點的、業(yè)務量非常大的場合,采用保護方式優(yōu)點比較明顯,可以在很短的時間(小于50ms)內應對光纖切斷等故障,而且無須高層協(xié)議和信令的介入。但是對于諸如OXC節(jié)點癱瘓等故障。光層的保護和恢復機制無法處理,必須依靠IP層的保護和恢復機制參與。因此在一個規(guī)模大、節(jié)點數量多的網狀(Mesh)IP光網絡中,采用光網絡和IP層聯(lián)合恢復機制是必要的。按照對故障最先發(fā)現最先處理的原則,首先從光網絡層進行保護,若在某個確定的計時期間內無法恢復再轉由IP層進行恢復是較為可行的一種方法。
功能配合問題:光傳送網和IP路由器在功能上有許多地方有重疊,特別是光傳送網已具有1層和2層的功能。而核心路由器的成本遠遠高于同等容量的光交叉設備(一般是5倍),此外,由于IP網絡的層疊(多跳),造成大約有60%的轉接業(yè)務在昂貴的3層中進行傳送。現在,軟件和硬件的成本隨著網絡層次的提高而不斷增加,并不是所有的業(yè)務都需要在3層進行處理,即使需要,也不一定要在每一個節(jié)點對所有的IP包進行。因此,由光傳送網的1層或2層進行端到端的數據傳送,可以大大節(jié)省網絡的硬件和運維成本。同時由于網絡層次的減少,將大大地減少網絡的時延,提高網絡的可靠性。
5、結束語
總之,隨著國內電信市場的逐步開放,使得國內電信市場競爭的日趨激烈,迫使國內電信運營商不斷提高服務水平,以保證立于不敗之地,這就為ASON技術的發(fā)展提供了廣闊的前景。
來源:中國聯(lián)通網站