姚宝富 黄荣哲 深圳市数据通信局
    
    
    
     1 引言-下一代光网络的要求
    
     Internet网上各种形式的数据业务量的爆炸性增长，推动了通信信息技术和网络技术的迅速发展，给当今通信网络的容量、速度、质量以及服务种类等提出了很高的要求，促进了宽带骨干通信网和宽带城域网的大规模建设，并给整个通信网络的体系架构、技术模式、实现方式等诸多方面都带来了深远的影响。
    
     光网络由于其具有的一系列特点，使其在通信网中居于相当重要的地位，它是通信基础网络的核心。在全球，几乎80％以上的信息量是通过光纤网络来传输的。近几年来，由于DWDM技术的发展和成熟，光纤带宽的潜力得到了进一步挖掘。我们知道，光网络只有通过适当的、合理的、科学的体系结构互联以后才能组成真正理想的网络体系结构，以提供高速、宽带、高质量的业务。伴随着光器件技术和光信号处理技术的发展，在光传输层已经提供了联网能力。因此，光网络的研究和建设已经成为近期网络发展和建设的重点。目前，世界上一些组织和研究机构正在积极地研究光网络，主要目的就是设计和实现下一代光网络。
    
     下一代光网络应该具备怎样的特点呢？总汇目前业界的看法，下一代光网络应该具备以下一些主要功能：
    
     （1）高速度、大容量：能提供很大容量的带宽，无论距离多远，都能快速移动大量的数据，满足应用的要求，而且易于升级现有网络到未来更高的传输速率；
    
     （2）开放的体系结构和标准接口，且网络体系结构尽量简单；
    
     （3）强大的业务提供能力，可以提供不同质量的QoS；
    
     （4）具有提供业务的灵活性和快速性：可以适应突发的和未预见的业务巨浪，带宽的分配是基于用户实际需求快速、动态的提供；
    
     （5）能简单有效地对宽带信号进行多播和广播；
    
     （6）具有快速的网络恢复和自愈能力；
    
     （7）对所有类型的数字信号和协议透明，以便于使大量不同的网络类型和业务可以同时适应，或随着时间的推移逐步应用。
    
    
     2 ASON的产生和发展
    
     目前，光网络的发展主要是利用DWDM技术向更大的容量迈进，但是，伴随着光分插复用（OADM）和光交叉连接（OXC）技术的逐步成熟，原来被认为只是提供带宽传送的波长本身也能成为组网（分插、交换、路由）的资源。同时，在向大容量进军的同时，如何有效的运行、管理和维护如此大规模的网络已经逐渐被人们关注。目前，光网络的管理与控制仍然采用类似于SDH网络的传统模式，光网络只作为简单的传送介质，支持通信业务的发展。这种传统的传输业务与通信业务分别控制与管理的模式，使当前宽带通道的提供仍然采用静态配置方式，不能及时提供各类业务所需要的带宽。另外，它也不能动态利用包括PDH、SDH/SONET、DWDM等多种网络资源，影响了网络组织的灵活性、网络的可靠性及新业务的可扩展性。
    
     随着IP业务爆炸性的增长及IP业务量本身的不确定性和不可预见性，使得对网络带宽的动态分配要求越来越迫切。这种快速变化的业务环境要求具有很强动态性能的新型光网络，以适应新业务的需求。传统主要靠人工配置网络连接的方法已很难适应现代网络和快速新业务提供的需求。另外，在当前竞争激烈的通信市场上，提供"即时服务"已经成为电信运营商区别于其他竞争者的关键优势。因此，人们正在考虑在未来核心光网络中引入动态和自动化程度更高的网络配置方式，或称"自动交换"，以满足数据/互联网的无法预测的动态特性。这将充分提高网络的资源利用率，从而降低网络成本。为此，ITU-T等国际标准化机构提出自动交换光网络（ASON）的概念作为下一代光网络的标准草案。
    
     ASON这一概念的提出，是光传送网的一大突破，它将交换功能引入了光层，促进了通信网两大技术--传输和交换的进一步革新和融合。ASON的含义是自动交换光网络，其实，"SON"还有如下解释：Smart Optical Network（智能的光网络）、Software-based Optical Network（基于软件的光网络）、Service-oriented Optical Network（面向业务的光网络）等等。这些含义实际上对应于技术的不同层面。例如，"交换"强调的是硬件，指网络节点由大容量、无阻塞和透明的光交叉连接（OXC）设备组成；而"智能"强调的是分布式控制，包括网络邻居自动发现、拓扑自动发现、分布式路由计算和光通路管理（建立、拆除和恢复）等；"基于软件"强调的是可重构性和可编程性；"面向业务"强调的是网络管理，包括虚拟专用网（VPN）、服务水平协议（SLA）、流量工程（TE）、安全认证、计费接口等等。
    
     ASON是一个智能化的光网络，它采用客户/服务器（Client/Server）的体系结构，具有定义明确的接口，让客户端从光网络（服务器）请求服务。自动交换光网络具有流量工程的能力，也即可以使网络资源可以按照用户的需求快速动态的分配，同时具有快速的网络恢复和自愈能力，能够保证网络的可靠性和提供灵活的路由功能。现有的光通信系统大都采用电路交换技术，而发展中的自动交换光网络凭借其"智能"交换技术为用户提供了交叉连接、交换和路由等强大的功能，从而实现了网络的高速率和协议透明性。另外，随着光网络的规模在迅速扩展，光传送网的角色从原来的大容量带宽传送转变为提供端到端的服务连接。
    
     近年来，ITU-T等国际标准化组织纷纷推出自动光交换网络的体系结构和相应的接口标准。目前，已提出自动交换传送网络（ASTN）需求建议G.807/Y.1302，自动交换光网络体系结构建议草案G.ASON，ASON体系结构和有关协议草案等，以及与此课题相关的光传送网（OTN）的网络节点接口建议G.709，光传送网体系结构建议G.872等。
    
    
    
     3 ASON的网络体系结构
    
     ASON网络体系主要由智能光传输设备、智能光交换设备和智能光终端设备组成，并通过专门的智能化的分布式控制软件平台完成ASON内的自动连接和交换的控制。ASON通过将网元智能化，改集中式管理为分布式管理，将原来网管的许多功能下放到各网元中，从而实现了网络的实时可管理性。使许多原来需要人工参与的工作使得网络本身去完成，这极大地增强了整个网络的服务效率，使ASON能够给用户提供灵活、快速的服务。图1是ASON的网络体系结构图。
    
    
    
     图1 ASON网络体系结构图
    
     ASON网络在总体功能上，可以由传送平面（TP：Transport Plane）、控制平面（CP：Control Plane）、管理平面（MP：Management Plane，也称业务平面）组成。传送平面（TP）包括传送网元（交换和链路），它们承载所交换的实体，如光连接，传送与转发网内、外客户的数据，传输平面中端到端的连接是在ASON控制平面（CP）的控制之下建立的。控制平面主要涉及连接的建立以及支持这种连接所需要的处理，例如路由域内邻居的发现/链路管理、信令、路由、寻址以及网络通道的提供和保护等。通常，控制平面是采用IP技术实施，管理平面为网络提供商与管理部门提供对网络与设备的管理。显然，这三个平面是相互关联的。
    
     IP和光传输网络的控制平面可以松散地耦合，也可以紧密地结合在一起。这种结合决定了光网络通过用户网络接口（UNI）通道的拓扑和路由信息的详细程度；IP路由器在光网络中选择特殊的连结通道的控制级别，以及在路由器之间动态提供光通道的有关策略，这包括接入控制和安全的问题等。由此有两种互联模型，即重叠模型和对等（或集成）模型。ASON体系结构属于客户/服务器（Client/Server）模型或者说重叠网络模型。这种模型显著的特点是在客户网络与提供商域之间存在清晰易辨的边界。客户/提供商的分离直射现今的网络的实际现状，即网络中第三层和第一层的设备的所有权可能属于不同的组织。这种客户/提供商域的分离要求在各自域运行不同的路由协议实例，因此，在运营商及其客户之间没有必要共享网络拓扑信息。ASON提供包括SDH/SONET、波长和未来的光纤连接的动态连接能力，并能按实际需要安排带宽。IP业务可以在SDH/SONET、波长、光纤连接的基础上实施。它能提供多种业务、便于发展新业务（包括虚拟专用网），有较好的组网灵活性。发展这种模型在很大程度上是基于这样一个事实：当前很多电信运营商的光传输网部分与业务交换网部分是分属于两个或多个不同运营商，并且光传输网运营商可能要为多个业务交换网运营商服务，它们愿意与业务交换网运营商在设备与功能划分上有明确的界限，不希望把自己内部网络信息提供给其他人共享。
    
    
    
     4 向ASON的演进及策略
    
     ASON等新协议、新技术的标准正在紧锣密鼓的制定当中。ASON使光网络从传统的"管道网络"向"服务网络"演变。这种演变不是对以前所建网络的抛弃，而是一个新技术与现有光网络平滑结合，无缝融合的革新过程，达到既建立起新的网络体系结构，又充分利用现有资源，保护用户原有的投资。
    
     ASON被提出之初，通常认为应该采用分布式方式来实现。但随着时间的推移，特别是在考虑目前网络的现状和演进策略时，先采用集中智能实现ASON功能，待分布式智能技术（例如GMPLS信令）和设备成熟和标准化后再逐步采用分布式智能控制策略被逐渐提出，并开始为越来越多的设备生产商和运营商接纳。这样既使运营商可以迅速获得新网络体系和新技术带来的裨益，又最大限度地减少初期投资成本，从而最终获得竞争优势。例如：在ASON的实现中，运营商可以根据实际需要，通过网管系统提供标准的UNI （例如OIF-UNI）接口给业务层，从而实现两个层面的协同工作，提供带宽的动态自动配置等自动光网络功能。这样，全网络现有的设备都可以被纳入智能光网范畴。这种方案再次拓展了最初的自动交换光网络概念，使运营商可以提供由2Mb/s、34Mb/s、155Mb/s直到10Gb/s甚至波长的动态灵活配置。目前，LUCENT、阿尔卡特、CIENA等公司都能提供类似自动交换光网络解决方案。
    
     ITU-T目前还没有明确定义运行于ASON接口之上的协议。基于IP的协议如GMPLS（Generalized MPLS）等，它们的出现正是为了光层的控制，这使得ASON体系结构可能从IETF正在进行的协议设计工作中获益。随着GMPLS技术的成熟，可以预见ASON和GMPLS这两种方式将会在很大程度上并存和融合。在最终的ASON中，带宽配置的工作可能会由信令网来实现，当然现存网络的带宽配置仍可以通过网管系统来实现。如果全网实现了GMPLS，网管系统将演变成网络资源的管理监控系统，提供诸如网络性能、故障处理和资源监控等功能。可以说，在未来传输网中引入信令并不是说要取消网管的作用，相反，这两者实际上是相辅相成的，信令方式的出现主要代替传统电路配置工作，当然其革命性的创举是实现了一个全新的网络体系结构。而网络管理系统将最终成为网络监控与资源管理系统，并在未来自动交换光网络中发挥必不可少的重要作用。
    
    
    
     5 存在问题及挑战
    
     ASON面临的主要挑战是如何把粗颗粒的WDM技术和光交换的优势结合起来，形成一个大吞吐量的光网络平台来有效地支持分组业务。对于ASON的发展来说，目前还存在着许多亟待解决的问题。
    
     首先，ASON的标准还不是很完善，还在不停的发展过程中。如ASON的网络管理、网络的互连和互操作、光性能的监视和测试、波长路由协议、光分组格式等标准和协议大部分虽然已由ITU-T、IETF等标准化组织提出，但是目前还不是很完善；
    
     其次，毫无疑问，光交换节点设备OXC是构成下一代光网络的关键硬件，但目前的OXC要么不能处理比波长粒度更小的带宽单元；要么能够处理比波长粒度更小的带宽单元，但是交换容量无法满足未来潜在市场的巨大容量需求。而且，其技术稳定性和成本也不是十分明晰；
    
     第三，自动交换光网络中的关键技术DWDM技术还不是十分完善，它涉及到的光转发技术、合/分波技术、光放大技术、光监控技术以及网管技术都还在不断的发展过程中，而且，随着单波长速率和复用波长数量的不断增加，一些物理效应对信号质量的损伤不可避免，而且对光子器件也提出了更高的要求，从而阻碍ASON实用化的进程；
    
     第四，如何实现不同质量的QoS、信令的可扩展性以及网间互联问题等还有待改进；
    
     第五，技术竞争和市场竞争都是复杂的事情，网络功能的增强一般是以增加复杂性和成本为代价的，要取得较好的性价比不是容易的事情；
    
     最后，是兼容现有网络、充分利用已铺设的光纤资源，还是开拓全新的建网思想，业内对此观点也不是十分统一。
    
    
    
     6 结束语
    
     一项产业的发展，技术是推动力，市场是牵引力。光通信技术已经经历了30年的发展，近年来，微电子技术、光电子技术、计算机技术以及软件技术的飞速发展和进步，为ASON的产生和发展创造了良好的技术条件，而以IP为主流的数据业务爆炸性地增长则是发展ASON的市场需求。我们完全有理由认为ASON的演变和发展结果将在很大程度上决定电信网和信息业的未来大格局。我们相信尽管实现ASON的完全自动交换和智能化还需要很长的一段发展时间，但实现光网络的完全自动交换和智能化终将是下一代光网络的未来发展的方向。