基于信令控制的ASON分布式连接管理技术

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基于信令控制的ASON分布式连接管理技术

    近年来，以IP为主的数据业务已经逐渐超过了传统的话音业务成为运营商网络的主要业务来源和新的利润增长点。同时数据业务的不确定性和突发性特点也给当前的SDH骨干传送网络带来了巨大的挑战，传统的以静态配置和人工维护为主的业务提供方式已经很难适应数据业务的多变性和灵活性需求。因此目前的光网络技术正向着更易于管理和控制，更加灵活和智能化，并具有更好的网络生存性方向发展。


    正基于此，自动交换光网络(ASON)技术自提出以来受到了通信业界的广泛关注和认同，并在短短的几年内迅速发展成为下一代光网络的发展方向。


    通过增加一个控制平面，自动交换光网络技术将交换功能引入光层，实现了传送与交换在光层的融合，控制平面的核心任务在于取代传统的管理平面对来自于客户端的各种呼叫和连接请求进行动态的处理，因此在控制平面的诸多功能中，基于信令的分布式连接控制和管理是最关键的。通过分布式连接控制和管理，光网络能够实时、快速地处理用户的请求，进行动态的光路提供和光网络资源管理，从而自动地完成多种类型的连接提供。


1 ASON

1.1 网络结构与控制接口
    ASON是一种具有智能的新型光联网方案，其总体结构满足自动交换传送网对光传送网的一般要求。从网络总体结构上来看，ASON由控制平面、管理平面、传送平面组成，其中控制平面是ASON最具特色的核心部分，它由路由选择、信令控制以及资源管理等功能模块和传送控制信令信息的信令网络组成，完成呼叫控制和连接控制等功能，并通过分布式的连接管理机制实现光通道的动态建立和拆除，以及进行网络资源的动态分配。


    ASON控制平面包括用户网络接口(UNI)、网络节点接口(NNI)等重要的控制接口。UNI是用户和网络之间的信令接口，通过UNI接口用户可以向网络发出业务请求并可得到相应的网络服务。目前光互联论坛(OIF)已经完成了UNI接口信令标准UNI1.0的第二个版本，在这一版本中，UNI不仅能够提供SDH/SONET各种速率等级的业务接入，而且定义了千兆以太网业务接口，并完备了各种信令流程。
在核心光网内部的网间接口称为NNI，被分为两种类型，内部网络节点接口(I-NNI)和外部网络节点接口(E-NNI)。I-NNI是指处在同一管理域内的各光子网之间的信令接口，实现域内的端到端的连接控制，在这一接口上可以使用设备厂商的私有标准。E-NNI是处在不同管理域的网络和网络之间的信令接口，能够完成不同管理域间的端到端的连接控制，目前E-NNI接口的路由和信令标准已基本完成。

1.2 分布式的光路连接管理
    传统光网络的连接配置采用静态的手工配置方式，连接配置时间长，开销很大。相对于传统光网络，ASON定义了全新的连接提供方式和控制方法，通过分布式的信令控制来实现动态的连接提供，使光网络具有了充分的灵活性，给网络运营商带来了相当可观的商业利润，并为各种新业务的提供和开展创造了条件。


    光路连接的分布式管理是指光网络的连接提供和带宽管理是通过各光节点之间控制信令交互而自动完成的，不再依靠传统的手工配置。这一功能通过控制平面的分布式连接管理模块(DCM)实现，该模块基于各种控制协议实时的管理和控制光路连接，与路由模块和资源管理模块相互协作完成呼叫和连接的动态认证、建立、维护和拆除，是控制平面的核心。


    DCM主要由呼叫控制器(CallC)和连接控制器(CC)组成，CallC和CC负责完成各种信令功能，分别实现ASON中分离的呼叫处理和连接处理两个过程，并可实现各种认证策略。基于分布式的连接管理策略，光网络可以灵活地配置各种动态业务，自动建立各种类型的连接。


2 ASON连接管理策略

2.1 连接类型
    在ASON中，连接不再是全部由管理控制实现的固定连接，将包括3种类型，它们分别是交换式连接(SC)、永久连接(PC)和软永久性连接(SPC)。


    交换连接是由控制平面发起的一种全新的动态连接方式，这种连接的发起和维护都是由控制面来完成的，控制面通过UNI接口接收到用户方面的连接请求，再经过控制面的处理后在传送面中为客户请求提供一条可满足用户需求的光通道。交换连接实现了连接的自动化，满足快速、动态并符合流量工程的要求。这种类型的连接集中体现了自动交换光网络的智能性的要求，是ASON最终的实现目标。


    永久连接是由网管系统指配的连接类型，其发起和维护都是由管理面来完成的，沿袭了传统光网络的连接建立形式。连接路径由管理平面根据连接要求以及网络资源利用情况预先计算，然后沿着连接路径通过传送平面网络管理接口(NMI-T)向网元发送交叉连接命令，进行统一指配，最终完成通路的建立过程。


    软永久性连接介于SC和PC之间，是一种分段的混合连接方式。软永久性连接中，UNI上的连接资源配置由管理平面完成，而连接的网络部分由控制平面控制完成。软永久连接是从永久连接到交换连接的一种过渡类型的连接方式。

2.2 呼叫与连接控制
    呼叫控制是一个或多个用户应用和光网络之间的信令过程，用于控制一系列连接的建立、释放、修改和维护过程。而连接控制将负责个体连接的控制，和链路控制具有紧密的联系。整个连接的控制过程将包括利用协议实现与连接相关的建立和释放过程以及对该连接状态的维护。


    在ASON中，呼叫控制和连接控制可以分开处理，好处是可以减少中间连接控制节点过多的呼叫控制信息，去掉解码和说明全部消息及其参数的沉重负担。于是呼叫控制可以仅仅在网络的入口或网关和网络边界处提供，中间节点只需提供必要的规程来支撑交换连接即可。呼叫和连接控制器的分离是ASON一个重要的结构性原则，它允许一个呼叫对应多个连接，同时也允许一个呼叫可不对应任何连接，这是一种在恢复过程中可能很有用的临时状态。


3 基于信令控制的连接管理
    在ASON的3种连接类型中，由控制平面控制完成的交换连接和软交换连接体现了光网络的智能性特点，是智能光网络区别于传统静态光网络的重要特征。为了实现这种动态的交换式连接，ASON定义了新的连接管理结构和控制机制，通过信令控制实现业务的快速配置和资源的动态管理，实现了分布式的连接管理。

3.1 功能结构
    ASON分布式连接管理过程的网络参考模型如图1所示。






    图中的USN和NSN分别表示用户子网和光网络子网，ARA和ZRA分别代表主叫用户和被叫用户的控制信令代理，起到了UNI客户端(UNI-C)的作用。ASC、ISC和ZSC表示同一管理域内的各光网络子网的子网控制器，同样具有连接控制和管理的功能，其中和用户相接的控制器具有
UNI网络端(UNI-N)的作用。用户端的控制信令代理和光网络的子网控制器通过各种控制信令的交互，实现了ASON的交换连接功能。


    网络为呼叫请求建立连接的性能依赖于很多参数。影响信令性能的主要因素包括用于传送信令消息的数据通信网的容量，被交换的传送网的规模，平均时间内的呼叫请求总数，信令消息的平均长度和完成一个呼叫请求的时间等。

3.2 呼叫和连接控制的实现
    基于上述的网络模型，可以实现呼叫和连接的分布式管理。在ASON中，呼叫和连接是分离的，因此呼叫处理和连接处理应该是逻辑上分离的两个处理过程。呼叫和连接的管理都包括建立、修改、状态查询和拆除等基本的分布式信令处理过程。


    用户的呼叫请求将通过用户端的信令代理和各光子网控制器的呼叫控制模块处理完成的。首先由ARA发出呼叫请求，与ARA相连的主叫UNI-N所包含的CallC验证该请求接入权限的处理过程被发起(这一过程可能包括对有效性和完整性的检查以及有策略控制器所控制的各种约束)。通过验证后，该呼叫请求将被送到被叫方UNI-N的CallC并接受同样的呼叫验证。如果呼叫被下游控制器所接受，主叫方CallC向本地的连接控制器发起一个连接建立请求以继续呼叫建立过程。连接建立请求处理过程成功，也就标志着呼叫建立请求的成功，用户数据就可以开始传输了。如果连接请求处理过程失败了，系统会向用户发出呼叫拒绝通知。


    连接请求过程是相应的呼叫建立过程所触发的，主要由用户端的信令代理和各光子网控制器的连接控制模块进行处理。首先ARA的CC发出连接请求，在AUSN和ANSN-1之间协商建立链路连接(LC)，然后ASC-1和ISC-1协商建立两者间的LC。当ASC-1的入口和出口子网连接点(SNP)都确定了，可以在本子网内建立子网连接。这一过程一直继续到ZRA，最后向源节点返回确认消息，连接建立过程完成。


    一个呼叫可能对应多个连接，因此一个呼叫的建立过程将触发多个连接的建立过程。呼叫和连接处理过程的分离在不同的情况下有不同的实现方式。图2描述了一个SC的建立过程，其中的网络结构是对图1所示结构的简化。






    在图2中，呼叫和连接通过多个信令过程建立起来，所交互的信息包括呼叫请求消息，呼叫接受指示消息，UNI和网络上的连接请求消息和确认消息等。这里定义的消息只是功能性的，需要通过具体的协议来实现。当呼叫所对应的各个连接被成功地建立起来，该呼叫建立成功，并可以开始用户数据的传输。这里所示的呼叫和连接过程是功能上的分离，在具体实现时，可根据具体的情况通过同一个协议消息实现，也可以使用不同的协议消息分别实现。

3.3 信令协议的标准化
    目前ASON控制协议的定义和标准化已经进入了实质性阶段，ITU和OIF等各标准化组织都在致力于这一方面的工作。ITU在G.ASON系列建议中对ASON的总体框架、功能规范和信令流程给出了明确的描述，而OIF也已经完成了关于UNI信令标准UNI1.0和E-NNI的路由及信令标准，各大设备提供商也已经推出了支撑UNI和E-NNI标准的各种智能光网络产品。


    总体说来，ASON的信令协议目前存在两种实现方案：一种是基于IP/GMPLS体系结构的实现，这是一种被人们普遍认同并广泛研究的一种方法，并且IETF也有专门的工作组对通用多协议标签交换(GMPLS)和IP over Optical进行深入的研究和定义，很多设备制造商的产品也宣称支撑GMPLS；另一种是基于ATM/PNNI协议的解决方案，这是由于现在很多运营商都在建设和维护着ATM网络，因此涉及到原有ATM网络的升级问题，在私有网络-网络接口(PNNI)基础上提出的光交换路由协议(OSRP)被一些设备制造商支撑以实现光节点的智能控制。在基于IP/GMPLS结构中，连接的分布式管理可通过路由受限-标记分配协议(CR-LDP)和资源预留协议-流量工程(RSVP-TE)协议扩展完成，而相对于新的标记分配协议(LDP)，资源预留协议(RSVP)在现有的IP网络中已经得到了广泛应用并被证明是有效和可靠的，因此经过扩展的RSVP得到了更多厂商的支撑，成为ASON信令协议的主流方向。


4 结论
    新的业务需求推动了光网络向智能化的方向发展，而光网络的智能化又必将会使得更多的新业务提供成为可能，ASON技术作为市场驱动和业务需求所产生的新型光网络技术，已经成为下一代光网络的发展方向。信令协议的引入使得人们可以通过控制平面实现光网络的动态业务提供和资源管理，从而保证了ASON网络良好的灵活性和出色的网络性能。从最初的UNI功能测试到多运营商全球网络UNI和E-NNI互通测试，ASON技术实际上已经向商用化和大规模应用迈出了坚实的脚步