智能交换光网络（ASON）

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自动交换光网络(ASON)是下一代智能光网络。迅速增长并日趋普及的全球互联网成为了当今通讯发展的最主要驱动力。甚至可以保守的估计，互联网的流量还将会在今后的若干年中以每六个月翻一番的速度扩张，这个速度远远超过了集成电路规模增长的摩尔定律。互联网业务量爆炸式的增长速度造成了在全球范围内以互联网为主的数据传输业务量早已超过传统的语音传输业务量，并且这个差距还会继续以指数级增大。

利用波分复用(WDM )技术，目前已经可以在实验室中做到单根光纤10Tbps的传输速度。很明显互联网上的数据传输流量限制不是由于传输线路造成的，而是由于数据在网络节点交换时进行光-电-光转换过程中的“电子瓶颈”造成的。归根结底，造成这一结果的原因是在引入了WDM 技术后，光通信带宽的增长速度比按照摩尔定律增长的集成电路规模的增长速度要快。

与此同时，光网络的成本结构也在不断的发生变化。在过去，WDM 技术出现之前，光网络的成本主要集中在光纤、放大器和信号再生器上，而节点上电子交换设备的成本相比之下非常小。但是在WDM 技术出现之后，巨大的传输带宽使传输成本大大降低，相比之下节点上电子交换设备的成本显得十分突出。因此引入节点数据的全光交换以降低成本就显得十分必要了。

在网络节点处将光信号转化为电信号在绝大多数情况下是没有必要的。这是因为这种转换只有当光信号到达目的节点时才有意义，而这只是少数情况。对于绝大多数情况来说，光信号只是经过这个节点，不需要进行光电转换。因此在这些节点采用全光交换不但可以消除光电转换中的“电子瓶颈”，还可以省去很多节点处的电子交换设备，降低了节点上的成本。这就是建设全光网络的初衷。为了实现全光交换，光网络的节点必须具有像IP 路由器一样的“智能”， 因而我们需要一个自动交换光网络(ASON: Automatic Switched Optical Network)。本文将对建立ASON 的一些基本问题进行概述。

1、传统光网络的缺点

在过去，网络的光层仅仅被看作是一个简单的传输工具。它的主要功能就是为各个电层设备(例如IP 路由器、ATM交换设备和SDH 数字交叉设备等)提供静态高容量的连接(例如2.5Gbps,10Gbps等)。这种光传输网络被用于提供带宽服务(PBS: Provisioned Bandwidth Service)。而对于网络管理员来说，这是一个费时且辛苦的工作，它需要耗费大量人工进行资源的配置。同时在很多情况下，还需要对光网络的结构进行重新设计。在传统光网络中，“智能”完全体现在电层，而光层仅仅好比是一些固定的大粗管道，为数据传输提供通道。总而言之，传统光网络的控制平面是通过网络管理实现的，这种结构必然会带来下述一些局限： 联互通困难，往往需要花费大量时间进行联调和测试。

传统光网络实行的是集中式网管，由中心网管来统一管理网络的所有资源。当网络的规模扩大时，中心网管的负担会越来越重，难以对网络状态变化做出快速、准确的反应。此外采用集中式网管的系统生存性也有问题，一旦中心网管出故障或者遭到恶意的攻击，可能会造成全网瘫痪。同时网络的故障恢复时间非常长——一般需要花费几分钟、几小时或者甚至几天、几星期,且故障恢复需要人工干预。

传统光网络中光通道的配置需要网络管理员人工干预，而网络中的业务需求则是不断变化的，这样就不能实时的、动态的改变光网络的逻辑拓扑结构以适应不断变化的业务需求。

传统光网络中网络设备的互操作性差，不同网络运营商设备的互联互通困难，往往需要花费大量时间进行联调和测试。

传统光网络限制了网络的可扩展性，同时它使信息服务种类的增加变得非常困难。

2、自动交换光网络(ASON)的特点

为了适应当今网络高速发展的要求，人们已经对“智能”的实现需要从电层转变到光层这一趋势达成了共识。近些年来，在光网络领域中出现的两大技术使电子交换设备动态向光网络申请宽带宽资源成为了可能，也使人们渐渐看到了光网络光明的发展前景。首先，经过多年的广泛研究，WDM 技术在光网络中日趋成熟，全光交叉连接设备(OXC: Optical Cross Connects)和全光分插复用设备(OADM: Optical Add-Drop Multiplexer)已经达到了实用的程度。随着OXC 和OADM 的发展，光信号可以根据其波长直接在光网络中路由，而不需要进行光-电-光的转换，这样便省去了节点处的电子交换设备。其次，效仿IP 路由器和ATM 交换设备的工作方式，并考虑到在光网络中，路由的选择与光传输距离、备用路由和原路由分集等因素有着直接关系，对其进行了改进，使客户终端可以在任何时间任何地点动态申请占用或申请撤销一个带宽资源。这种智能光传输网络被用于提供带宽服务(BODS: Bandwidth on Demand Service)。之所以称这种光传输网络具有“智能”，是因为它利用了现有的Internet 网络控制协议 (例如GMPLS: Generalized Multiple Protocol Label Switching 和OSPF: Open Shortest Path First)控制光信息通道的建立和拆除，而不需要人工的参与。

自动交换光网络(ASON)存在以下几方面优势：

能够快速、高质量的为用户提供各种带宽服务与应用：自动交换光网络使得业务供应商可以在几分钟甚至几秒钟内迅速的为用户提供一个波长通道，实现“光拨号”。还可以基于ASON 技术开发“波长批发”、“波长出租”及“光VPN”(虚拟专用网：Virtual Private Network) 等各种业务，有效的将光纤的物理带宽转化为最终用户带宽，从而使得网络运营商能够迅速开通各种增值业务。

更好的网络性能：由于OXC 和OADM 的引入，光信号可以在光层进行路由，这样可以最大限度的降低由IP 路由器带来的信号延时和信号抖动。这有利于保证服务质量(QoS: Quality of Service) 。

实时、动态的流量工程控制：这是ASON 的一个主要特性，它允许网络根据当前客户层的业务需求，实时、动态的调整网络的逻辑拓扑结构以避免拥塞，实现资源的“按需分配”(Bandwidth on Demand)。

快速、有效的网络保护和恢复机制：当网络发生故障时，ASON的管理平面和控制平面相配合以保证故障信息能够及时、准确的在网络中传播，备用或恢复路由可以快速启动，从而增强了网络的生存性。

良好的设备互操作性和网络可扩展性：通过定义统一的、标准的网络接口，不同网络运营商的设备可以很容易的实现互联互通；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，可进一步减轻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。

ASON 这种能够根据网络中光层拓扑情况动态改变路由的能力造就了一个高效和高响应的传输网络，它为新型宽带网络服务铺平了道路。

3、ASON的体系结构

ASON中第一次引入了单独的控制面从而使光网络具备了智能。其体系结构主要表现在ASON的3种平面和3种连接类型上。

3.1 ASON的3种平面

从功能平面讲，ASON由控制平面、传送平面、和管理平面组成。ASON引入了控制平面，使整个光网络发生了根本性的变化。图1是ASON的体系结构图。

控制平面：完成对连接的建立和删除以及其他操作的控制功能。控制平面包括一系列实现路由和信令等特定功能组件，用于连接的建立和释放等。控制平面可以在管理平面的控制下实现连接的建立，也可以独立与控制平面自己完成连接的建立和释放等功能。传送平面：负责数据业务的传送。传送平面与控制平面和管理平面都有通信接口，通过这些接口，管理平面和控制平面就可对传送资源进行控制和管理。传送平面还可以提供控制平面和管理平面的通信信道。

管理平面完成传送平台、控制平面和整个系统的维护功能，主要面向网络管理者，着重对网络运行情况的掌握和网络资源的优化配置，负责所有平面间的协调和配合。管理平面对于整个网络拥有比控制平面更高的权限，管理平面可以划分管理平面和控制平面个子使用的网络资源。在某些情况下，管理平面可以强制拆除控制平面简历的连接。

3.2 ASON的3种连接

在ASON中存在着3种不同类型的连接：永久连接(provisioned connection)、软永久连接(soft-permanent connection)、交换连接(switched connection)。不同类型的连接是为了在不同的应用条件下提供不同类型的连接的目的。

永久性连接是从管理面直接配置传送面资源来建立连接的，这种连接的发起者和配置者都是管理平面，一旦建立连接，在没有管理平面的相应拆除命令情况下连接就一直存在。

和永久性连接相反，交换式连接的建立是由控制平面的请求来产生的，对传送平面资源的配置也是由控制平面来完成的。这种连接是应用户的请求而建立的，一旦用户拆除请求，那么这条连接就在控制面的控制下自动拆除了。

软永久性连接是介于这两种连接之间，这种连接建立的请求也是从管理平面发出的，但对传送网资源的配置却是由控制平面完成的。这种连接的拆除也是在管理平面的命令下完成的。

交换式连接的引入是整个ASON 的核心所在。正是由于有了交换式连接的引入，光网络才有了智能，从而可以根据用户的要求自动提供所需的光通道。而交换式连接是在控制平面的控制之下实现的。