自动交换光网络分级路由技术的研究

2019-11-05 00:33:36

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供稿：网友

　　摘要：路由技术是自动交换光网络(ASON)的核心技术之一.文章在分析ASON的层网络结构、路由结构以及路由功能部件相互作用的基础上，重点讨论了ASON的分级路由技术，包括分级路由的网络结构及其具体的操作步骤.
　　
　　要害词：自动交换光网络；层网络；子网划分；分级路由；路由域
　　
　　自动交换光网络（ASON）是下一代网络（NGN）的核心传送技术.该技术在传统的光网络（如SDH、DWDM、OTN等）的基础上，通过引入控制平面使其具有智能的功能，即光传送网能够根据用户的呼叫请求,在控制平面的路由与信令机制的引导下，按照用户的业务要求（如服务等级协定SLA），自动完成源端用户与目的端用户之间光传输通道的建立.在实现光传送网自动交换的过程中，路由技术是ASON的核心技术之一.为了在一个路由域内或多个路由域之间建立一个连接，可以采用分级路由、源路由和逐步路由3种基本的路由算法.这3种路由算法均可以通过对动态通道的控制来实现跨越多个路由域的端到端通道的快速连接建立.由于在ASON的传送平面内采用分层的体系结构，因此，为了实现路由选择，我们可以采用分级路由方式，实现ASON传送平面内支持端到端业务的网络连接（NC）.本文在分析说明ASON的层网络结构以及ASON路由结构的基础上，重点讨论ASON分级路由技术的实现方式.
　　
　　1 ASON的层网络结构
　　由G.805建议可知，传送网是分层的，即由垂直方向连续的传送网络层（即层网络）叠加而成，从上至下依次为电路层、通道层和传输媒质层，因此，ASON的传送平面也采用分层的方式.另外，由G.8080建议，我们还可知，实现ASON分级路由的要害功能部件连接控制器(CC)工作于ASON传送平面层网络中的子网内.因此，深刻理解ASON的层网络结构，是我们正确分析ASON分级路由实现方式的前提和基础.
　　
　　层网络（LN）是一种拓扑元件，由描述非凡特征信息的生成、传送和终结的传送实体以及传送处理功能所组成.为了选路和治理，一个LN可以进行功能分割形成若干个子网，子网是用来实现非凡特征信息选路的拓扑元件.子网还可以进一步分割成较低等级的子网和子网链路以及子网点组(SNPP)链路，对链路的递归分解的最低等级是传输媒质.较低等级的子网还可以继续往下分割，直至单个物理节点中的矩阵为止.矩阵也是一种拓扑元件，它代表了对子网进行递归分割的最终限制，包含在单个网元内，例如ASON中的光连接控制器互换(OCC)就可以看成最低等级的子网.LN、子网和子网链路等网络拓扑元件的逻辑组合构成了ASON传送平面的逻辑拓扑结构.
　　
　　在ASON的LN中，子网和子网链路由连接点(CP)、终端连接点(TCP)、子网点(SNP)和子网点组（SNPP）这些参考点来界定.其中，CP是一种元件的输出节点与另一种的输入节点相结合的点，它的基本功能是连接功能.TCP由共处一地的一对“单向TCP”组成，代表了路径终端与双向连接的结合.SNP代表一个实际或潜在的CP或连接终端点（CTP），或者表示一个实际或潜在的TCP或路径终端点（TTP）.一个SNP和其它SNP之间的不同关系则形成链路连接（LC）和子网连接(SNC).LC表示不同子网中的两个SNP之间的一种静态连接关系，即子网链路，其功能是描述一对子网之间能够实现路由选择的网络拓扑关系和可用的传送容量.子网之间可以有多条链路.SNC表示同一子网边界的两个SNP(或多个分布连接的SNP)之间的一种动态连接关系.SNC可以由更小的子网连接和链路连接串联而成，最小的SNC是网元中的矩阵连接，其主要功能是实现子网内信息的透明传输.为实现选路，一个SNP还可以和其它的SNP组合在一起，形成SNPP.一个SNPP还可以进一步细分成更小的SNPP，表示不同的路由，甚至可以表示不同的波长.在不同子网上的SNPP之间的连接形成一条SNPP链路.最后，由一系列链路连接和子网连接串联形成跨越整个LN的网络连接，实现LN中信息端到端的透明传送.既然如此，那么如何在ASON的LN中建立端到端的网络连接呢？这与ASON的路由结构及路由域有密不可分的关系.
　　
　　2 ASON的路由结构
　　通常，运营商根据特定的运营策略（如基于地理、治理和技术等方面的考虑）将他们的网络分成几个部分.从选路的角度来说，这些部分可以看成是路由域，以便提供路由服务.在ASON中，路由域与子网之间存在这样的关系：一个路由域存在于一个单个的LN中，并且由一组子网、连接子网的SNPP链路和表示该路由域出口的SNPP链路终端点的SNPP来定义.一个路由域可以包含若干个更小的由SNPP链路互连的路由域.路由域细分的最小限制是在一个路由域中只包含两个子网和一条链路.当一条SNPP链路跨越一条路由域的边界时，共享公共边界的所有路由域使用一个公共的确定该SNPP链路终端点位置的SNPP标识符（SNPP ID）.ASON的路由域是通过其路由结构来实现选路功能的.ASON的路由结构由路由控制器（RC）、路由信息数据库（RDB）、链路资源治理器（LRM）、CC和协议控制器（PC）等执行路由功能的部件组合形成.其中，RC的作用是响应CC为了建立连接而对通道或路由信息的请求，包括与对等的RC交换路由信息，这种信息可以是端到端的，也可以是下一跳的，并在查询RDB以后对路由查询（通道选择）作出回答；为达到网络治理目的，RC也负责回送治理网络所需要的拓扑信息（SNP和它们的属性）.RC是与协议无关的.RC内保存有它所管辖路由域内的路由信息，根据这些信息负责该路由域内的路由.该信息包括给定LN中相应终端系统地址的拓扑(SNPP、SNP链路连接)和SNP地址(网络地址)信息，也可以保持同一LN中其他子网络（对等子网）的地址信息，以及一个有关SNP状态的数据库，以供实施受限的选路方式.有了这些信息后，RC就可以在两个或者多个SNP之间确定一条路由（还需考虑某些选路限制）.具体的选路信息可有不同的程序，例如，按可达性来提供，则应有距离矢量（地址和下一跳）的信息；按网络拓扑，则应有链路状态（地址和拓扑位置）信息.
　　
　　RDB保存有本地拓扑、网络拓扑、可达性和其它路由信息，这些信息可能是经路由信息交换以后的更新结果，也可能还包括含有配置的信息.RDB可以包含多个路由域的路由信息.RDB是与协议无关的.
　　
　　LRM的主要作用是向RC提供所有相关的SNPP链路信息，并将其控制的链路资源的任何状态改变告知RC，同时还负责对SNPP链路进行治理，其中包括SNP链路连接的分配和拆除，提供拓扑和状态信息.目前主要使用两种LRM元件，即LRMA（A端链路资源治理器）和LRMZ（Z端链路资源治理器），而SNPP链路由一对LRMA和LRMZ元件来治理，每一个分别治理链路的一端，而申请分配SNP链路连接的请求只由LRMA负责.LRM也是与协议无关的.
　　
　　CC负责路由控制器、链路资源治理器以及对等的或下一级CC之间的协调工作，以便实现连接的建立和释放、现有连接参数的修改、治理和监控等功能.CC服务于传送平面内的一个单独的子网，并在该子网和控制平面之间提供一个连接控制接口（CCI），直接创建、修改和删除SNC. PC处理与协议有关的消息，具体是何种消息，则取决于交换信息的参考点（例如，E-NNI、I-NNI），PC还会把选路原语传向RC.
　　
　　3 ASON分级路由的实现方式
　　ASON的分级路由方式工作于子网内.该子网与ASON传送平面的LN内子网的划分一致.为了使ASON的控制平面与传送平面内子网的划分对应，从而便于选路和治理，在ASON控制平面内的CC、RC和LRM等路由控制元件也按子网进行划分，即它们只负责各自所属的子网的路由选择.在这里，CC的实现是基于分布式的实现方式，即采用节点联合模型方式来实现，通过不同等级CC之间的交互通信来实现分级路由方式，而通过分级路由方式，即通过控制平面的呼叫控制和路由选择可以实现ASON传送平面中的链路连接以及子网连接，最终实现ASON传送平面内支持端到端业务的网络连接.分级路由的网络拓扑结构及信令流程如图1所示.
　　
　　　

　　
　　该网络拓扑将基本传送平面的资源用控制平面的多个实体表示.该LN（记为子网A）分为若干个子网，记为子网B、C、F等及它们之间的连接链路.子网B和C又分别进一步分为更小的子网，其中子网B分为子网D和E等及它们之间的连接链路，子网C分为子网G和H等及它们之间的连接链路.子网之间呈等级关系或“父”与“子”的关系（即包含关系）.在这里，子网A为高级子网（“父”），子网B和C为低级子网（“子”）；在子网B和C中，也可以分为“父”与“子”两级子网，即子网B和C为“父”级子网，子网D、E以及G、H分别为两个子网的“子”级子网，依此类推，递归构成了LN内子网之间的等级关系.在这里，子网D、E、F、G和H是该LN最低等级的子网，不能再细分.在一个LN中，子网的形成以及它们之间的等级关系通过一些设备节点来实现，这些设备节点之间的等级关系决定了子网之间的等级关系.在子网等级中的每个子网与一个独立的设备节点相关联，该设备节点包含一个本级的RC及若干个CC和LRM，例如，子网A（“父”）中的设备节点A，子网B和C（“子”）中的设备节点B、C，因此，该设备节点在该子网中是一个独立的具有路由功能的节点.该设备节点的主要功能是将一个LN划分为一系列的子网，其中，RC包含有本级子网的拓扑信息（SNP及SNP连接链路），使每个子网都能实现它自己的动态连接控制，该RC不包含其它子网（该层之上、之下或同层的其它子网）的拓扑信息；LRM包含有本级子网内各较小子网之间的链路连接信息，主要负责对SNP链路的分配和治理.而最低等级子网（该子网不能再细分）中的设备节点只包含一个CC，主要任务是通过与上一级CC的交互实现两个子网之间的连接控制.由此可见，子网D、E、F、G和H之间的连接构成了该LN的一个传送实体.
　　
　　一般来说，上一等级的设备节点和相应下一等级的设备节点之间可以进行交互通信，相同等级的设备节点之间不进行交互通信.在图1所示的分级路由方式中，通过CC之间的交互通信，可以建立一个跨越LN的端到端的连接（D－E－F－G－H），其具体的操作过程如图2所示.
　　
　　

　　
　　分级路由的具体操作步骤如下：
　　
　　(1) 当网络呼叫控制器（图中没有画出）发出一个连接请求消息到达CCA时，CCA在子网A的边缘指定一对SNP（A端和Z端）.
　　
　　(2) CCA向RCA发送在A、Z两端建立链路连接所需路由消息（包括所要经由的链路和相关子网的消息）的请求，CCA使用Z端的SNP询问RCA ，RCA向CCA返回一组链路和相关子网的路由信息，即子网B、C和F以及它们之间的连接链路.
　　
　　(3) CCA根据得到的子网B、C和F以及它们之间连接链路的路由消息向本地LRMA请求链路连接，LRMA可按任何顺序（如图2中的3a或3b）向CCA返回子网B与F，F与C之间的链路连接信息（包含连接链路和SNP）.当子网之间的连接链路被指定一对SNP时，即实现了链路连接，它们之间建立的过程与顺序无关.
　　
　　(4) CCA向CCB、CCC和CCF分别传送一对SNP（A端和Z端），下一级子网B、C可以请求子网连接，此操作过程循环递归重复地进行，直到所有的下一级子网请求子网连接.这些操作顺序不固定，唯一的要求是在创建子网连接之前能够获得链路连接.
　　
　　(5) 子网B中的CCB使用该子网Z端的SNP询问RCB，RCB向CCB返回子网D、E及它们之间的连接链路消息，于是，在该子网中指定的一对SNP（A端和Z端）之间决定一条路由；按照同样的操作，RCC在子网C中指定的一对SNP（A端和Z端）之间决定一条路由.
　　
　　(6) CCB根据得到的子网D和E以及它们之间连接链路的路由消息向LRMB请求链路连接，LRMB可按任何顺序（如图2中的6a或6b）向CCB返回子网D和E之间的链路连接信息；同样，下一级子网C中的链路连接可从LRMC中按任何顺序（如图2中的6a或6b）获得.
　　
　　(7) 最低等级子网D、E、F、G和H中的CC通过CCI控制传送平面中相应的OXC设备完成链路连接和子网连接，最后形成端到端的网络连接（D－E－F－G－H）.在这里，最底层的交换不包括任何路由或链路配置部件，仅提供必要的子网连接.
　　
　　(8) 当完成本连接的建立后，最低等级子网D、E、F、G和H中的CC将向源节点A的CCA返回连接建立成功的证实信号（如图2中的步骤8a、8b及9a、9b和9c），最后，源节点A的CCA将向用户网络返回连接建立成功的证实信号（如图2中的步骤10）.
　　
　　4 结束语
　　我们在分析ASON的LN结构及路由结构的基础上，对ASON的分级路由技术进行了深入的讨论.通过讨论，我们发现ASON的分级路由技术建立在ASON的LN结构之上，这与ATM网络中的PNNI技术十分相似，PNNI也是一种分层的网络技术.因此，在我们探讨ASON的相关问题时，假如能将其与现有的网络技术进行比较与分析，那么，我们才能够从本质上熟悉和把握ASON的核心技术.
　　
　　参考文献：
　　
　　［1］李新欣，李文耀.ASTN/ASON层网络结构及相关问题的探讨 [J].光通信研究，2003(3):16-19.
　　
　　［2］ITU-T Recommendation G.805-2000,Generic functional architecture of transport networks [S].
　　
　　［3］ITU-T Recommendation G.807/Y.1302-2001,Requirements for automatic switched transport networks (ASTN) [S].
　　
　　［4］ITU-T Recommendation G.8080/Y.1304-2001,Architecture for the automaticswitched optical networks (ASON) [S].
　　
　　［5］ITU-T Recommendation G.7715/0Y1706-2002,Architecture and requirements for routing in the automatically switched optical network [S].

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