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摘要 本文根据网络发展的趋势和传送业务的变化，分析了光传送网技术所面临的挑战以及新的要求，阐述了ASON技术的发展趋势，提出了ASON的应用策略。
随着信息技术的不断发展与成熟和社会的不断进步，电信用户及收入的发展正逐步呈现出移动通信业务超过固定通信业务、宽带业务超过窄带业务、数据业务超过话音业务的态势。据统计，全球宽带用户从2002年底6200万发展到2003年底的1.008亿，增长62.8%；中国宽带用户数从2002年底的392.5万发展到2003年底的1209万，增长208%，2004年上半年宽带用户数达1500万，到2007年，所有的企业到消费者之间的网络数据流、70%的企业间的网络数据流都将由互联网承载。美国市场调查机构Yankee Group指出，2008年全球宽带用户将增长至3.25亿，是2003年底的2倍。这一趋势的产生，使得光传送网面临着来自网络发展、传送业务种类变化的挑战。
1、网络发展的趋势
由于采用不面向连接的工作方式，简化了信令，克服了节点设备复杂化，与传送网技术的发展相匹配等因素，IP技术将是下一代电信网的核心技术。这已经是电信业的主流观点。比较一致的看法是下一代电信网是基于统计复用分组交换的数字通信技术为核心技术的通信网，更确切地说，是基于IP分组的数字通信技术为核心技术的通信网。这对光传送网技术提出了新的要求。
2、传送业务的变化
随着社会和经济的不断发展，人们已不再满足于简单的、点到点、固定的话音通信，通信需求愈来愈呈现出业务类型多样化和业务流向不确定的特点。首先是客户群的变化。现在，光传送网的客户群主要有3种，大众客户，他正呈现出多样化、个性化、即时化、娱乐化等特征，已经由单一的电话通信转向了多手段、多模式、个性化的双向互动性交流；企业、行业、政府等客户，他们主要有海量、快速、安全、服务质量透明等特征，具体需求已由简单沟通转向了互动性强的信息交互、内部信息的快速流动、信息安全备份等方面；ISP、ICP等运营商的客户，他们的需求特征主要有质量高、覆盖广、可管理等，使用要求也已由简单的线路租用需求逐渐转向虚拟网络资源的需求，包括带宽资源及对租用资源的调度和管理能力等，特别需要拥有对租用网络资源的控制能力。
除了传统的通信业务外，对光传送网来讲，比较富有挑战性的业务主要有光虚拟专用网（OVPN）业务、按需提供（BOD）业务、SLA业务和三重播放（Triple-Play）业务。OVPN是VPN技术向光域的延伸，它将光网络中的某一部分资源为大客户（如跨国、跨地域的公司专用网、政府和服务提供商）专用，使用这项业务，用户可以直接管理运营商分配给他的网络资源及网络服务，根据自己的使用需要，动态调整使用带宽；BOD的出现主要因为用户业务量，特别是Internet流量实时变化，造成网络带宽流量的要求需求随时间变化，而BOD则利用网络智能带来的动态调配能力，使运营商能够根据业务需要实现对业务带宽动态的无损伤的调整，进而保证运营商能够有效地应对不可预测的高突发的业务需求，对于用户来讲可以有效地节约费用，对于运营商来讲，可以有效地利用网络资源，极大地提升运营效益；SLA业务是指运营商和客户之间达成的就客户支付一定的费用而要求运营商保证特定的业务性能和可靠度的一项协议，客户所支付费用的多少是决定运营商提供何种等级服务质量的重要因素，SLA业务规定了对业务质量、优先权、响应性等的普遍理解，它可以覆盖客户和运营商之间关系的很多方面。一个完整的SLA业务就是一份合法的合同协议，其中指明了当事人双方（即运营商和客户）、运营商应提供的应用和业务、违反协议条款的惩罚措施、费用、服务质量的衡量标准、条款的修正、报告（包括生成报告的周期和报告的具体细节）及当事人双方的职责等，同时还说明了客户商对客户在工作负载和资源使用方面的要求。SLA业务包括了许多客观的、可测量的参数，运营商必须向客户保证这些参数，为了向客户证明业务提供商满足了他们的承诺，运营商应将这些参数报告给客户；三重播放业务是一项整合数据、话音与视频的三合一服务，体现了服务的差异性，主要由IP数据流量传送，这使得IP数据流由多种业务组成，各种业务对时延、抖动、丢包率以及冗余的要求都各不相同，它具有很强的突发性，这项业务可以有效地提高运营商的收入，因为数据和视频业务的收入是话音业务的数倍，而且，具有很大的市场潜力，据统计，有17%的用户渴望在一个业务包中涵盖所有的电信和娱乐业务，即包括语音、视频、高速因特网接入和无线业务；另外14%的用户渴望在一个业务包中涵盖语音、视频和高速因特网接入业务。因此，它能够最大限度地发挥宽带效率，极大地降低运营者的整体投资、运营和维护成本。对宽带最终用户而言，运营者能够通过综合的业务提供能力给最终用户一个整体的宽带业务体验，从而能够极大地丰富人们的生活。
面对上述挑战，要求光传送网由主要支撑话音业务转变为主要支撑数据业务；由窄带业务为主变为宽带业务为主；支撑的业务由单一业务变为各种业务。更重要的是传输带宽成为一种可运营的业务。在未来的市场竞争中，谁能够按用户要求，迅速提供业务，特别是基于SLA业务，谁将立于不败之地。这就要求光传送网具有以下功能。
（1）能够提供各种接口；
（2）能够进行带宽细分；
（3）能够进行QoS细分；
（4）能够快速进行电路配置与调度；
（5）能够进行端到端监测。
关键在于要求光传送网能够很好地支持多业务传送，并具有智能。为此，除了有效地提高SDH技术传送数据业务的能力外，还必须使用自动交换光网络（ASON）技术。
3、ASON技术的发展趋势
自从20世纪90年代提出ASON的概念以来，在业界同仁的共同努力下，ASON技术已取得了长足的进步，已开始在各国的电信网中使用，它的发展趋势如下。
采用网状网结构与环网相比，它具有以下优点。
（1）支持多种保护和恢复方式；
（2）可以根据用户业务等级提供传送业务；
（3）网络资源利用率较高；
（4）不受节点瓶颈和多重失效问题的影响；
（5）网络生存性较高；
（6）可扩展性较强，可以根据业务需求，灵活增加节点；
（7）扩容升级灵活，可以分断面进行扩容；
（8）容易实现端到端的电路调度和保护，可快速提供各种业务；
（9）保护恢复前后时延变化量小，这一点对数据业务来讲，尤为重要；
（10）实现ASON的必由之路。
3.1 积极开发控制平面
（1）优化传送平面和控制平面的接口（CCI），既可以采用外置式，也可以使用内嵌式，内置方式通过设备上插单盘的方式实现；而外置方式的控制单元不插在设备的单盘区，而是外置单板服务器，随设备子架一起安装在机柜中。两种实现方式比较而言，内置式在设备整体性方面有一定优势，但是占用了设备子架所提供的槽位，若采用主备方式则占用两个槽位。外置式在处理能力方面更加强大，更适合构建ASON；
（2）实现分布式智能：前期往往采用集中式，但随着技术的发展，已经开始向分布式智能发展，与集中式相比，分布式消除了通信瓶颈，做到了多个网元同时计算恢复业务，有效地减少恢复时间，分布式的最大优点是使网络变得更加安全可靠，因为，任意一个节点的控制平面出现问题，不会影响整网；
（3）研发控制协议，其关注的重点从域内转移到域间，从协议类型本身到拓展部分协议的理解，特别是域间保护恢复技术；
（4）提高控制平面的性能，特别是业务发现和资源发现的支持能力有待改进。控制平面的性能最重要的部分是网络和业务的恢复时间，除了恢复时间之外，更重要的是产生这个恢复时间背后的条件，如故障类型、业务数量、信令的传送方式、节点的数量等，特别是网络结构比较复杂的网状连接拓扑、业务承载量比较大、端到端多条链路同时失效情况下的系统恢复速度；
（5）保证智能的可控性，使整个网络的功能和性能始终处于在运维部门“可管理”和“可运维”的范围内。
3.2 提高网管平面的性能
网管平面除了实现对传送平面的管理（传统传输设备网管已经具备的能力，主要由配置、故障、性能、安全、计费等五大功能组成），主要对控制平面的管理，重点解决如何灵活、准确、快捷地通过网管平面查询、修改与控制平面相关的链路的连接、链路的属性、链路的各种参数以及如何建立可定制、可使用的维护电路报表机制和如何将网络规划、优化工具和ASON节点设备实际的路由算法、现网实际状态有机地结合起来，使得整个网络的功能、性能、生存性有一个很好的模拟环境，另一个需要重点解决的问题是对增值业务的管理（尤其是OVPN、BOD、SLA等项业务）。
3.3 改善传送平面的性能
为实现ASON网络的高生存性、高扩展性、灵活性和智能性，ASON传送平面在组网能力、硬件能力和软件能力等方面与传统的SDH设备完全不同，ASON必须同时具有DXC和MADM的功能，支持不同的网络拓扑，网状网、多环套接、环网、链，同时支持VC4、VC12的业务汇聚，也要支持LCAS、VCAT、GFP、二层交换、MPLS、VPN等功能，未来还要能支持L2交换，支持多光口，保证节点连通度足够大。还能够提供不同QoS级别的业务，从最高级别的保护和恢复相结合的业务，到保护业务、恢复业务、不保护业务、额外业务，充分实现传输带宽的灵活应用。此外，高阶矩阵应在160Gbit/s以上，保证容量突增时仍保持矩阵容量无需更换，单级大方形矩阵保证无阻塞，并有效支持IPTV等广播业务。交叉矩阵是ASON传送平面的核心部分，交叉能力已不是衡量传送平面的唯一指标，关键在于交叉芯片的算法以及在逻辑上是否真正的无阻塞，因此，传送平面应具有多播严格无阻塞特性。这么做的主要原因是：首先，ASON是基于格状网络构建的，较以往的环网结构来说，ASON节点设备上要提供更多的光接口，要有更强的业务调度和疏导能力。其次，采用多播严格无阻塞的交叉矩阵对于ASON网络的恢复时间性能有显著提高。与之相比，虽然传统的3级CLOS矩阵方式具有重构无阻塞特性，但在网络发生故障时，ASON节点设备的交叉连接需要进行内部路由搜索，延长了全网恢复时间。最后，采用多播严格无阻塞矩阵可以更好地支持ASON网络中的广播业务。若采用重构无阻塞交叉矩阵，在广播业务达到25%以上时，会显示出阻塞特性。此外，Bit Sliced方式是业界最新的多播严格无阻塞交叉连接矩阵实现技术，该矩阵方式可以通过单级方式实现大容量的交叉能力，能够极大地降低ASON节点的设备成本，增强ASON节点设备的组网能力，更易于实现对多播等新业务的支持。此外，交叉连接功能还应包括光纤、波长组和波长等不同级别的空分交叉、分插复用、甚至波长转换、信号再生等功能。涉及的技术包括大容量光交叉连接矩阵——有基于光交叉的，也有基于电交叉、光互连的，目前主要使用的有机械式开关、波导开关、液晶开关、微电子机械开关（MEMS）等，通常交叉规模在32×32以下，个别厂商曾推出过1000×1000以上端口的开关矩阵，但没能商用，价格阻碍是主要因素。子速率汇聚也是不可缺少的。
为实现ASON的功能，传送平面必须具备配合控制平面完成业务和邻居的自动发现能力、传送平面链路和网元的状态通告能力、信号监控和故障检测能力、光层的故障保护恢复能力以及路径的动态配置和拆除能力向用户提供基于SLA的业务，不仅仅局限于提供不同优先级的电路，同时还包括要求运营商向用户提供电路的参数，为此，实现端到端业务调度和质量监测，就显得十分重要。目前，实现端到端业务质量监测的难点主要在光层面上，为了解决这个问题，过去采用在DWDM信道中传递并能在网络节点处测量的低频幅度调制来进行监测或者在数据传输信道中增加一个“监控波长”的方法，但这两种方法的缺点都在于不能提供某一特定信道的信息，而且它们自身都有可能成为噪声源。最近，人们又研究了光性能监测器（OPM），以实现光性能的在线监测，它是从光纤中抽取出少量的光功率，并根据波长将信号分别输入单独的信道中——即对传输信号进行解复用。它可以直接测量出每一信道的光功率、波长和信噪比（SNR），并根据测试结果推导出许多参数，包括信道波长漂移、ASE噪声、放大器的增益和增益偏斜、以及信道信号的Q值。它既可以采用法布里—珀罗干涉仪，也可以采用基于衍射光栅的光谱分析仪，并结合光电探测器阵列来实现解复用。
尽管ASON技术发展很快，但在发展过程中还需要解决以下一些问题。
（1）与现有光网络和客户设备的配合，以实现电路的端到端配置和测试，其中一个解决办法是采用“智能代理”策略。如客户设备（或现有光网络设备）通过一个简单易行的接口接入UNI-C，UNI-C再通过标准的UNI-N接口接入ASON，这样，就能够做到对现有客户设备（或现有光网络设备）的改动降到最低；
（2）保证网络的稳定与安全性；
（3）网络和设备标准化问题，由于ASON标准由多个标准化组织负责完成，因此，标准之间的沟通与协调变得更加重要；标准化的进程有待于加快，据称，迄今为止，ITU-T的ASON标准成熟度只有70%，还有30%的内容要进一步明确；
（4）测试设备的研发进度落后于设备，虽然现阶段的ASON/GMPLS测试仪表具备了一定的功能，可以为ASON测试提供必要的手段，但在功能和稳定性方面还需要进一步完善，还不能稳定可靠地验证ASON各种协议的有效性和一致性；
（5）各项功能，特别是流量工程、保护/恢复及对新业务支持等功能的有效性有待于实际网络的检验，主要原因在于，还没有建立ASON网络评估指标体系，ASON可靠性和长期稳定性的验证有很大难度；
（6）尽管OIF互通试验给运营商和用户带来了信心，但要真正实现ASON完全的互联互通还需要时日，主要的难点集中在路由（尤其是分层路由）和逻辑信息拓扑抽象上。
4、ASON的应用策略
4.1 支撑所传送的各种业务
通过控制平面和管理平面，ASON可以有效地支持OVPN业务；通过虚级联+LCAS+GFP+ASON，光传送网能够很好地支持不同速率的BOD业务，交换连接（SC）和软永久连接（SPC）均可作为BOD业务连接实现方式，并且由于SC和SPC业务连接的发起方式不同，更加丰富了BOD业务的实现方式，不仅客户端可以利用SC连接方式直接发起BOD业务建立和调整，而且也可以由实现BOD业务的网管发起建立和调整；对于SLA业务来讲，ASON可以方便地对业务电路的优先级进行划分，客户要求可以采用“业务等级”来表述，在ASON中，业务等级主要是通过映射到不同恢复、保护选项和相关连接的优先级来实现的，例如建立优先级、保持优先级（是否可以预空闲）、恢复优先级。建立优先级主要是指业务的建立响应时间，分别为在日、小时或分钟内建立业务连接；所谓保持优先级（是否可以预空闲）主要是指在出现其他系统故障时系统是否会被空闲出来承载更重要的业务，业务连接本身有没有保护；恢复优先级则是考虑系统出现故障时的恢复时间和恢复等级（如恢复业务百分比）；ASON通过故障的快速检测和定位技术、恢复算法、恢复路由的计算一级保护、恢复策略的选择，来实现SLA业务，恢复算法有集中式算法和分布式算法两种。
4.2 网络的发展策略
关于ASON的发展策略，业界已讨论了很长时间，主要有两种观点，一个是首先在骨干网中使用，另一个是首先在城域网中使用。这两种观点的共同特点是要根据ASON技术发展的情况，结合业务发展的需要，因地制宜地使用ASON技术。考虑到ASON技术发展需要有一个逐步成熟、各项功能有一个逐步完善的过程，实际使用ASON技术的时候，可以根据业务发展和网络建设的需要，逐步增加ASON技术的各种功能。运营商也可以根据不同区域、不同情况，采用不同的控制平面和路由算法，域间采用固定连接，待域间路由协议成熟后再在域间引入路由选择机制。这个方案存在一定的风险性，要求厂商的设备必须保证自己的E-NNI可以升级到符合标准的接口，保证网络能够实现互联互通和互操作。
4.3 与数据网的协调
对于IP数据网来讲，若提供电信级业务，还需要继续弥补其在安全和QoS方面存在的缺陷。更重要的是要合理地协调解决好与光传送网的配合问题。
保护和恢复问题：IP路由器和光传送网都具有保护、恢复功能，问题在于如何使用。如果仅在单一的IP层面进行保护恢复，将导致网络利用率急剧下降，这是因为足够的带宽是保证电信级IP网实现保护恢复的基本前提，为了保证在故障过程中所有业务依然保持原有QoS水平，网络带宽必须有足够的冗余，在现有IP网单层保护恢复机制下，全网带宽冗余度最少要达到50%，否则就要损失低等级业务的QoS水平。为了保证网络业务提供的可用率，目前各大运营商网络采用了超额提供网络带宽的方法，造成IP网极度轻载，骨干网链路带宽利用率只有10%～30%，极大地浪费了网络能力。相反，通过光传送网为IP网链路保护恢复，则可以提高链路带宽资源利用率，实现IP网与传送网综合建设成本的降低。IP网节点的可用率要远高于链路，链路故障是影响全网安全性的薄弱环节，因此，如果链路具备一定的保护恢复能力，则全网的安全性将会大为改善。据统计，采用光传送网的保护恢复，可以使IP网对有保护的高等级业务的可用率由两个9提高到4个9，而对于无保护的低等级业务则由54%提高到98.5%。不仅可以使高等级业务接近满足PSTN 5个9的指标要求，还可以用无保护的低等级业务提供类似中小企业VPN等服务，使网络资源收益最大化。因此，针对网络定位于提供基本的、没有必要保障严格QoS的上网业务，不必考虑故障恢复所需的额外带宽，因此其带宽利用率可以达到很高的水平，可以采用IP网内路由协议为主采取保护恢复机制，同时还必须合理设计和优化其网络物理拓扑，保证网内各路由器间链路的物理路由不相关性，以避免光纤中断等单个物理层故障导致IP网发生多处链路故障，从而引起路由剧烈震荡。对于承载有QoS保证的SLA业务，采用光传送网的保护恢复将会提高线路资源的利用率，进而有效地节省了综合网络建设成本，在目前采用VC-4（155Mbit/s）颗粒的网络情况下，大约可节省40%的综合成本。其主要的缺点是不能保证路由器故障时的业务全修复，随着骨干路由器可用率的不断提高，再加上MPLS本身具有流量分类QoS机制，这个缺点将不会对全网安全性造成显著的影响。总之，从故障恢复的速度来说，光网络的保护和恢复机制优于IP网络，特别是对于一些点到点的、业务量非常大的场合，采用保护方式优点比较明显，可以在很短的时间（小于50ms）内应对光纤切断等故障，而且无须高层协议和信令的介入。但是对于诸如OXC节点瘫痪等故障。光层的保护和恢复机制无法处理，必须依靠IP层的保护和恢复机制参与。因此在一个规模大、节点数量多的网状（Mesh）IP光网络中，采用光网络和IP层联合恢复机制是必要的。按照对故障最先发现最先处理的原则，首先从光网络层进行保护，若在某个确定的计时期间内无法恢复再转由IP层进行恢复是较为可行的一种方法。
功能配合问题：光传送网和IP路由器在功能上有许多地方有重叠，特别是光传送网已具有1层和2层的功能。而核心路由器的成本远远高于同等容量的光交叉设备（一般是5倍），此外，由于IP网络的层叠（多跳），造成大约有60%的转接业务在昂贵的3层中进行传送。现在，软件和硬件的成本随着网络层次的提高而不断增加，并不是所有的业务都需要在3层进行处理，即使需要，也不一定要在每一个节点对所有的IP包进行。因此，由光传送网的1层或2层进行端到端的数据传送，可以大大节省网络的硬件和运维成本。同时由于网络层次的减少，将大大地减少网络的时延，提高网络的可靠性。
5、结束语
总之，随着国内电信市场的逐步开放，使得国内电信市场竞争的日趋激烈，迫使国内电信运营商不断提高服务水平，以保证立于不败之地，这就为ASON技术的发展提供了广阔的前景。
