21、自动交换光网络（ASON）技术：原理、应用与管理

自动交换光网络（ASON）技术：原理、应用与管理

1. ASON流量模型选择

在模拟ASON流量模式时，泊松模型的流量模式具有方差近似于均值的特征。然而，Engset模型最接近模拟的流量模式，因此被选为模拟ASON流量的候选模型。

从图中右侧可知，当考虑均值和方差值的95%置信区间时，Engset模型会导致更高的阻塞概率。这是因为这些参数是从模拟的ASON流量模式中推导出来的。对于相同数量的可用信道，Engset模型总是导致更高的阻塞概率，这意味着在保证所需QoS时，会有一些信道被过度配置。

虽然没有精确的ASON电信流量模型，但基于Engset模型设计ASON是最佳选择。不过，Engset模型的适用性是在特定条件下考虑的。模型识别是在较小的模型参数值范围内进行的（流量在2到6厄朗之间，峰值在0.65到0.84之间），且所研究系统中的流量强度约为几个厄朗，而在电话网络中该模型成功应用时，流量强度为数十或数百厄朗。在ASON环境中，很可能只会自动请求少数信道。

综上所述，应用Engset模型对ASTN/ASON进行建模和定尺寸会导致网络略有过度定尺寸，但在没有精确模型的情况下，这是一个不错的近似方法。

2. ASON的潜在好处

2.1 新兴网络应用中的机会与对网络资源的影响

在相关项目中，研究了一系列新兴应用，包括银行部门、灾难恢复、视频服务交付、网格应用和医疗保健服务等。银行部门是最有潜力的ASON客户之一。目前，银行是电信运营商的重要客户，他们使用永久连接或VPN进行在线数据交换、管理和备份等。银行可能会保留至少低容量的受保护永久连接，但使用高容量的交换连接对他们来说更方便和经济，特别是在备份方面。

以一个典型银行为例，它通常由总部、数十个分支机构、数百个本地办事处和自动取款机组成，整个系统由至少一个备份中心保护。聚焦于国家核心网络交换STM - 1，通过统计数据估算总部与分支机构之间的交换负载。假设一个假设的欧洲国家有70家银行，所有银行总部都在首都，每家银行平均有34个分支机构。每个分支机构有一定数量的客户账户，需要传输的数据量较大。

经过计算，在特定情况下，应用Engset模型可知，32个STM - 1共享电路足以确保拥塞概率低于0.2%。而如果每个源通过专用永久STM - 1连接，则729个源总共需要46个STM - 16流。这种巨大的节省使得在传输网络中引入交换能力从降低网络成本的角度来看具有吸引力，同时也为服务提供开辟了新视角。

2.2 ASON在多层生存性中的应用

在IP/OTN多层网络中，传统上会提前为IP层提供备用容量以防止问题（如路由器故障）。但ASON功能通过根据当前情况动态建立或拆除路由器之间的光路，为绕过向IP层统计分配备用容量提供了机会。

在静态技术方面，研究了三种选择：
- 双重保护：光学层恢复方案也保护IP/MPLS层备用资源，导致光学资源浪费，因为IP/MPLS层的备用容量在光学层再次受到保护。
- 避免双重保护：将备用IP/MPLS容量作为无保护流量在光学层上路由，而工作IP/MPLS容量在光学层上使用某种形式的保护或恢复进行路由。
- 公共池概念：将IP/MPLS备用资源作为无保护的可抢占流量（额外流量）支持在光学层备用资源的公共池中。

在动态技术方面，研究了两种选择：
- ASON全局重新配置策略：计算并假设所有故障情况下的最佳条件。
- ASON本地重新配置策略：只允许对现有链路进行容量升级/降级。

从成本比较结果来看，ASON本地重新配置是最具成本效益的多层弹性方案。从双重保护到IP备用不保护再到公共池，成本呈下降趋势，因为OTN资源对IP备用资源的支持越来越有效。ASON全局重新配置需要在光学层安装更多的容量和设备，因此比本地重新配置更昂贵。主要成本差异在于支路成本，ASON本地重新配置需要更少的IP路由器线卡，从而节省了大量成本。

3. 网络演进的一些指导原则

随着数据导向应用的增加，传输网络需要演进以降低成本和运营费用，并满足新的新兴需求。以下是一些初步的指导原则：
- 灵活的连接配置 ：ASON应能够随时支持永久、软永久和交换连接。从演进角度看，除永久连接外，软永久连接似乎是网络生成的信令和路由协议的首个应用。如果要加快电路配置速度，软永久电路似乎是保持网络运营商对当前部署技术的NMS投资的首个市场机会，且从商业角度看，软永久电路对当前商业模式的影响比交换连接小。
- 连接类型 ：下一代光网络预计将提供单向和双向点对点连接。单向点对多点连接可能稍后提供，并且可以通过不同的单向请求生成。在不久的将来，光层的容量可能保持双向，之后可能会引入单向线路系统。
- UNI、NNI和PNNI ：如果短期内软永久连接的市场份额最大，应首先重点发展NNI，而不是UNI。这也可以进一步研究计费和安全问题。由于在同一网络元素上运行不同协议似乎是可行的，网络运营商可以自由选择最适合其需求的协议套件。
- 恢复 ：光恢复似乎可以降低成本（与1 + 1保护相比，节点端口减少约30%），因此被提议作为向下一代光网络演进的驱动因素之一。一个简单灵活的多层恢复方案，结合有限数量的重新配置以应对IP路由器故障，以及像ASON本地重新配置这样的光层恢复方案，是在IP/MPLS - over - OTN多层网络中提供弹性的有吸引力的解决方案。
- ASON网络的流量模型 ：经典的电信流量理论似乎适用于ASON定尺寸。虽然经典模型不能实现精确的定尺寸，但会导致悲观的定尺寸，这是可以接受的，因为能提供比预期更好的QoS。

4. ASON管理

4.1 ASON管理的挑战

将控制平面（CP）引入传输网络对新网络的管理理念产生了深远影响。在ASON中，由于存在CP，网络资源不仅可以通过管理接口进行配置，还可以通过用户网络接口（UNI）进行配置。UNI不仅为客户端提供创建和拆除光层连接（OLC）的手段，客户端还可以通过UNI查询连接状态，并且有关连接状态的通知也通过该接口传达。

由于管理和信令接口都可以访问相同的网络资源，因此管理和CP之间的互操作性是一个重要问题。相关问题可以总结如下：
- CP与管理平面的并发 ：如何避免CP和管理平面之间的冲突？
- CP与ASTN功能的共存 ：传输网络中实现的功能（如永久连接）会怎样？是否仍然需要它，如果需要，例如永久连接设置方案如何与软永久和交换方案共存？
- 迁移问题 ：从管理角度看，如何支持从传统传输网络向支持ASTN的网络迁移？

4.2 LION管理方法

LION管理方法基于这样一个事实：只有当管理概念支持从现有传输网络解决方案迁移时，ASTN概念才会被引入网络。原因是供应商和网络运营商在现有传输网络及其管理的开发和基础设施方面进行了大量投资，因此解决方案应尽可能重用现有解决方案和管理基础设施。

对于SDH、SONET和OTN等传输网络，已经存在或正在开发各自的管理信息模型，ASTN CP可以用于控制这些网络。因此，ASTN信息模型的设计应允许重用现有规范，并以模块化方式将ASTN CP的管理功能与OTN、SONET或SDH传输网络的管理功能相结合。

LION方法明确将ASTN管理功能与底层传输网络管理功能分开：
- 为CP功能开发单独的信息模型。
- 重用现有的信息模型来描述传输网络。

这种分离允许开发一个通用的ASTN管理接口，可应用于任何类型的传输网络，并且可以重用为传输网络的监督和配置实现的管理功能。特别是，LION认为ASTN的软永久和交换设置机制必须与永久设置方案共存。

以下是LION管理方法的优势总结表格：
| 相关方 | 优势 |
| ---- | ---- |
| 供应商 | 可以重用已经开发的管理功能实现 |
| 网络运营商 | 管理功能可以与现有传输网络的知名程序保持一致，从而最小化调整运营流程的需求 |

5. 管理信息模型

管理信息模型通常描述管理网络所需的所有信息和功能，它由一组结构化的被管理对象组成。对于ASTNs，管理功能的主要重点是OLC的配置和监督，其他管理功能实际上只是为了支持这一任务。因此，信息模型最重要的方面是能够从管理角度表示OLC及其驻留在网络元素中的支持资源。

现有的不同技术的传输网络管理接口或多或少直接源自一个称为M.3100的技术无关接口规范。该规范描述了如trail（表示受监督的端到端连接性）和connections（对组成trail的各个部分进行建模）等对象。由于M.3100是面向连接网络建模的广泛接受的基础，因此ASTN信息模型的设计基于M.3100。

一个支持ASTN的光节点被认为由CP网络元素（CpNE）和传输网络元素（TnwNE）组成，整个网络由CP网络和传输网络组成。ASTN信息模型仅包括属于CP网络的资源。

从操作角度看，ASTN网络中最重要的资源是端到端连接性，称为AstnTrail。AstnTrail表示一个交换或软永久受监控的OLC，它提供由CpNEs控制的一对TnwNEs之间的端到端数据传输功能，并监督信号的质量和完整性。AstnTrail由多个AstnConnections组成。

AstnConnection提供由CpNEs控制的一对TnwNEs之间的数据传输功能和NNI信号传输功能。交换或软永久OLC（AstnTrails）由多个AstnConnections组成，每个AstnConnection对象在相应的传输网络MIB中有一个相关的传输网络连接对象。

NniTrail提供由CpNEs控制的一对TnwNEs之间的受监控数据传输功能，与相关的传输网络trail对象不同，它使用ASTN机制（如LMP）在每个链路基础上进行监督，而不是传输层的trail监控机制。NniTrail为一个或多个AstnConnections提供服务。

为了将AstnTrail与特定客户端关联起来，引入了ClientConnection对象，它提供一对ASTN客户端 - 网络元素之间的端到端数据传输功能。

trail对象由trail终止点（TTPs）终止，连接由CTPs终止。AstnCrossConnection对光节点的灵活性进行建模，可以连接AstnCTPs彼此以及与AstnTTPs。

显然，CP和传输平面并非完全独立。通过CP配置的trail（AstnTrails）会绑定传输网络中的资源，因此应该对传输网络的管理系统可见。这意味着每次在CP中通过软永久或交换方案建立AstnTrail时，都必须在传输网络级别创建相应的TNW trails和连接。

更一般地说，每个AstnTrail、AstnConnection和NniTrail对象在相应的传输网络MIB中有一个相关的传输网络trail对象，这通过这些对象之间的相互指针关系进行建模，这样可以轻松推断出哪个传输网络资源支持哪个CP资源，这对于查找故障的根本原因和评估传输网络中故障的影响非常重要。

以下是设置软永久OLC的操作步骤：
1. 管理系统调用ControlPlaneNetworkElement的setupSoftpermanentOLC方法。
2. 在方法调用中，必须指定所需连接的源和宿的UniPort对象等参数。对于具有复用能力的端口（如WDM端口），还必须指定端口内要使用的信道（如波长），这些信息将用于创建AstnTTP对象。
3. 作为可选参数，操作员可以指定路径应采用的一些或所有中间跳，通过指定一组出端口来实现，然后路由协议将决定该组内的哪个端口（和信道）将用于连接。
4. 必须给出连接所需的交换类型，因为节点（和端口）可能支持多种交换类型。同时，在设置请求中必须指定光层连接所需的编码类型，管理系统需要检查涉及的端口是否支持所需的OLC编码类型。
5. 在设置请求中，管理系统在名为activatorId的参数中给出其标识符，该参数将进入AstnTrail的一个属性，以便区分软永久连接和交换连接。

我们要求永久、交换和软永久连接可以共存，这有几个含义：
- 轨迹对象必须携带其所有权信息，并定义谁以何种方式允许访问资源的规则（例如，获取信息、修改或拆除OLC）。

以下是ASTN信息模型中部分资源的关系图（mermaid格式）：

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    ControlPlaneNetwork --> ControlPlaneNetworkElements
    ControlPlaneNetwork --> AstnTrails
    ControlPlaneNetwork --> AstnConnections
    ControlPlaneNetwork --> NniTrails
    ControlPlaneNetwork --> ClientConnections
    ControlPlaneNetworkElement --> UserNetworkInterface
    ControlPlaneNetworkElement --> networkNodeInterface
    UserNetworkInterface --> AstnTTP
    networkNodeInterface --> AstnTTP
    ControlPlaneNetworkElement --> routingTable
    ControlPlaneNetworkElement --> AstnFabric
    AstnFabric --> AstnCrossConnections

综上所述，ASON在流量建模、应用场景和管理等方面都有其独特的特点和优势。通过合理选择流量模型、充分利用其在新兴应用中的潜力以及采用有效的管理方法，可以更好地发挥ASON的作用，推动网络的发展和演进。

6. ASON信息模型资源结构与连接共存规则

为了更清晰地理解ASTN信息模型的结构，我们可以通过一个UML图来展示其资源之间的包含关系。这个图展示了各个管理对象之间的层次结构，有助于我们了解它们是如何相互关联的。

从图中可以看出，ControlPlaneNetwork包含了ControlPlaneNetworkElements、AstnTrails、AstnConnections、NniTrails和ClientConnections等对象。ControlPlaneNetworkElement则包含了UserNetworkInterface和networkNodeInterface，用于模拟UNI和NNI，这些接口又包含了AstnTTP等对象。同时，ControlPlaneNetworkElement还有一个routingTable对象，方便管理系统访问路由表，AstnFabric则模拟了交换结构，其中创建了AstnCrossConnections。

资源对象	包含关系	功能描述
ControlPlaneNetwork	包含ControlPlaneNetworkElements、AstnTrails等	整体的控制平面网络，涵盖多种管理对象
ControlPlaneNetworkElement	包含UserNetworkInterface、networkNodeInterface等	控制平面网络元素，管理接口和路由表等
UserNetworkInterface	包含AstnTTP	模拟UNI，提供与客户端的接口
networkNodeInterface	包含AstnTTP	模拟NNI，实现网络节点间的接口
routingTable	属于ControlPlaneNetworkElement	供管理系统访问路由信息
AstnFabric	属于ControlPlaneNetworkElement	模拟交换结构，创建AstnCrossConnections
AstnCrossConnections	由AstnFabric创建	实现光节点的灵活连接

由于要求永久、交换和软永久连接可以共存，这就需要在管理上进行明确的规则定义。轨迹对象必须携带其所有权信息，并且要制定详细的规则来规定谁可以以何种方式访问资源。例如，不同类型的连接在获取信息、修改或拆除OLC方面可能有不同的权限。

以下是一个简单的mermaid流程图，展示了在连接共存情况下，对OLC进行操作的基本流程：

graph TD
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(请求操作) --> B{检查连接类型}
    B -->|永久连接| C(按永久连接规则处理)
    B -->|交换连接| D(按交换连接规则处理)
    B -->|软永久连接| E(按软永久连接规则处理)
    C --> F(执行操作)
    D --> F
    E --> F
    F --> G(反馈操作结果)

7. ASON技术的综合优势与未来展望

综合来看，ASON技术在多个方面展现出了显著的优势。在流量建模方面，虽然Engset模型会导致网络略有过度定尺寸，但在缺乏精确模型的情况下，它是一个可靠的近似方法，能为网络规划提供有效的参考。在应用场景中，无论是新兴网络应用如银行部门的数据传输，还是多层生存性方面的应用，ASON都能通过灵活的连接配置和高效的资源利用，实现成本的降低和服务质量的提升。

在管理层面，LION管理方法通过将ASTN管理功能与底层传输网络管理功能分离，不仅实现了对现有管理基础设施的重用，还开发出了通用的管理接口，适用于各种类型的传输网络。管理信息模型基于广泛接受的M.3100规范，清晰地定义了各个管理对象及其关系，为网络的配置和监督提供了有力的支持。

展望未来，随着数据导向应用的持续增长，ASON技术有望在传输网络的演进中发挥更加重要的作用。它可以进一步优化网络资源的分配，提高网络的灵活性和可靠性，以满足不断变化的业务需求。同时，随着技术的不断发展，我们可以期待ASON在更多领域得到应用，为网络通信带来更多的创新和突破。

以下是对ASON技术优势的总结表格：
| 优势领域 | 具体优势 |
| ---- | ---- |
| 流量建模 | Engset模型接近模拟流量模式，可提供有效近似 |
| 应用场景 | 在新兴网络应用和多层生存性方面实现成本降低和服务提升 |
| 管理方法 | 分离管理功能，重用现有设施，开发通用接口 |
| 信息模型 | 基于M.3100规范，清晰定义管理对象关系 |

总之，ASON技术凭借其独特的原理、广泛的应用和有效的管理方法，已经成为传输网络发展中的重要力量。我们有理由相信，在未来的网络建设中，ASON将继续发挥其优势，推动网络技术不断向前发展。