引言

當(dāng)前，世界正處在資訊爆炸的時(shí)代，Internet是這個(gè)時(shí)代最重要的催生力量之一，是最具時(shí)代代表性和象征性的產(chǎn)物，也是引領(lǐng)人們繼續(xù)向信息高速公路大步邁進(jìn)的承載體，它有以下特點(diǎn)：

(a)數(shù)據(jù)流量激增：由于出現(xiàn)了許多新應(yīng)用，吸引更多用戶，產(chǎn)生更多數(shù)據(jù)量，用戶的平均在線時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)；

(b)對(duì)服務(wù)質(zhì)量要求越來(lái)越高：在網(wǎng)絡(luò)通信中，數(shù)據(jù)量小、時(shí)效性要求不高的內(nèi)容所占比例越來(lái)越小，讓位給一些數(shù)據(jù)量巨大、對(duì)服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求較高的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，例如音頻流、視頻流、基于分組的語(yǔ)音和視頻會(huì)議、聯(lián)網(wǎng)游戲、客戶/服務(wù)器服務(wù)等。

這些特點(diǎn)對(duì)傳送網(wǎng)的傳輸性能、交換性能、管理性能、靈活組網(wǎng)能力、自動(dòng)保護(hù)/恢復(fù)等功能提出了更高要求，要求現(xiàn)有傳送光網(wǎng)絡(luò)更加智能化。

光纖通信技術(shù)從同步數(shù)字系列(SDH)發(fā)展到密集波分復(fù)用(DWDM)，又即將過(guò)渡到全光網(wǎng)絡(luò)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也從最原始的點(diǎn)到點(diǎn)系統(tǒng)發(fā)展到光分插復(fù)用設(shè)備(OADM)環(huán)，即將發(fā)展到網(wǎng)狀光網(wǎng)絡(luò)與光傳送網(wǎng)(OTN)域之間互聯(lián)，其巨大的通信帶寬和相對(duì)低廉的價(jià)格顯示出強(qiáng)大的傳輸潛力和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。為了進(jìn)一步挖掘光網(wǎng)絡(luò)的潛力，2000年3月，ITU-T提出將自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)作為智能光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向，此概念一經(jīng)提出，立即受到國(guó)際學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注和認(rèn)同。

ASON在傳輸網(wǎng)中引入控制平面，大大提高了傳送網(wǎng)絡(luò)的智能化，縮短業(yè)務(wù)建立時(shí)間，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)連接管理和故障恢復(fù)能力，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)建立/拆除自動(dòng)化，提供更豐富、功能更強(qiáng)大的業(yè)務(wù)類(lèi)型，開(kāi)放性和擴(kuò)展性?xún)?yōu)良，組網(wǎng)形式多元化，靈活便利，能實(shí)時(shí)建立符合服務(wù)等級(jí)協(xié)定(SLA)要求的連接。ASON網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)不僅對(duì)傳送網(wǎng)發(fā)展有重要而深遠(yuǎn)的影響，還將為多業(yè)務(wù)光纖傳輸平臺(tái)(MSTP)和下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)開(kāi)辟更廣闊的道路。

1、ASON體系架構(gòu)及路由和波長(zhǎng)分配(RWA)環(huán)境

1.1　ASON體系架構(gòu)

ASON以各種傳送技術(shù)為基礎(chǔ)，支持目前傳送網(wǎng)提供的各種速率和信號(hào)特性(格式、比特率等)的業(yè)務(wù)。ASON結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是支持具有不同業(yè)務(wù)種類(lèi)特性的客戶網(wǎng)元(如IP路由器、ATM交換機(jī)等)，向光網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)申請(qǐng)具有各種不同SLA的帶寬資源，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)分布模式動(dòng)態(tài)變化的需求，通過(guò)信令系統(tǒng)或管理平面自主建立或拆除光通道，無(wú)須人工干預(yù)。

客戶以業(yè)務(wù)等級(jí)表述對(duì)連接可靠性的不同要求。在ASON中，業(yè)務(wù)等級(jí)主要通過(guò)映射到不同恢復(fù)、保護(hù)選項(xiàng)和相關(guān)連接的優(yōu)先級(jí)實(shí)現(xiàn)，例如建立優(yōu)先級(jí)、保持優(yōu)先級(jí)(能否預(yù)空閑)、恢復(fù)優(yōu)先級(jí)。ASON能很方便地劃分業(yè)務(wù)電路的優(yōu)先級(jí)，可提供有SLA保證的傳輸業(yè)務(wù)電路，按服務(wù)等級(jí)制定相應(yīng)的資費(fèi)政策，優(yōu)化資源的使用和配置。

ASON技術(shù)能使原來(lái)復(fù)雜的多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單和扁平化，光網(wǎng)絡(luò)層可以直接承載業(yè)務(wù)，在減少網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)的同時(shí)，可避免傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)升級(jí)受到多重限制。

ASON的優(yōu)勢(shì)集中體現(xiàn)在組網(wǎng)應(yīng)用的動(dòng)態(tài)、靈活、高效和智能化方面。支持多粒度、多層次的智能，提供多樣化、個(gè)性化的服務(wù)是ASON的核心。ASON由控制平面、管理平面和傳送平面組成。

1.2　ASON的演進(jìn)結(jié)構(gòu)

技術(shù)背景不同，IP層與光傳送層融合的思路也不同。目前主要有兩種基本網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)結(jié)構(gòu)：重疊模型和集成模型。

(a)重疊模型

重疊模型又稱(chēng)客戶-服務(wù)者模型，基本思路是光傳送層特定的控制智能完全由光傳送層獨(dú)立實(shí)施，無(wú)須客戶層干預(yù)，客戶層和光傳送層成為兩個(gè)基本獨(dú)立的智能網(wǎng)絡(luò)層。

(b)集成模型

集成模型又稱(chēng)對(duì)等模型或混合模型，基本思路是將IP層用于MPLS通道的選路，信令略作修改后直接用于光傳送層的連接控制。

無(wú)論采用哪種模型，傳送網(wǎng)的性質(zhì)都改變不大，都為接入設(shè)備所產(chǎn)生的流量矩陣提供傳輸和交換服務(wù)。
2、ASON的RWA問(wèn)題

2.1　光技術(shù)的進(jìn)步

目前，光技術(shù)已能在網(wǎng)絡(luò)的端到端之間傳輸光信號(hào)，從整體上消除了對(duì)電再生的需要。光網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商可以利用以下網(wǎng)絡(luò)功能，使傳輸網(wǎng)絡(luò)更靈活(IP/MPLS也可使用這些功能)：a)OADM可以將一個(gè)給定的波長(zhǎng)插入光纖，或移出光纖；b)波長(zhǎng)路由可將輸入光纖的波長(zhǎng)路由到輸出光纖；c)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換可將一種波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為另一種波長(zhǎng)，有無(wú)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換能力將影響RWA問(wèn)題的解決方法；d)光交換可以從一個(gè)光纖到另一個(gè)光纖進(jìn)行波長(zhǎng)交換。為了理解方便，它們都以靜態(tài)形式予以說(shuō)明，但實(shí)際上都有動(dòng)態(tài)行為(是隨時(shí)間參數(shù)變化的函數(shù))。

這些功能元素的出現(xiàn)使得上述網(wǎng)絡(luò)功能無(wú)須光/電轉(zhuǎn)換，就可直接在廣域執(zhí)行。目前交換矩陣功能十分有限，光轉(zhuǎn)發(fā)器不支持所有光波長(zhǎng)的全轉(zhuǎn)換，因此分配光鏈路建立光路徑時(shí)，仍須考慮波長(zhǎng)連續(xù)性限制。當(dāng)執(zhí)行客戶請(qǐng)求時(shí)，這些限制引入了潛在的擁塞問(wèn)題。

總的來(lái)說(shuō)，光技術(shù)的進(jìn)步使光波長(zhǎng)在光域的分插復(fù)用、路由、轉(zhuǎn)換和交換成為可能，這是RWA出現(xiàn)的關(guān)鍵，但在某種情況下，是否具備其中某些功能，也成為選擇RWA的限制條件。

2.2　RWA問(wèn)題

光路徑的定義是用于連接客戶的光通路，即光通道源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的通路。一條光路徑可以使用該通路的一個(gè)或幾個(gè)波長(zhǎng)。

路由是控制面的一種功能，用于選擇路徑和建立連接，此連接往往穿越一個(gè)或幾個(gè)傳送網(wǎng)。在傳統(tǒng)IP/MPLS網(wǎng)絡(luò)中，路由過(guò)程只尋找最優(yōu)化路徑。在光域中，將路由過(guò)程稱(chēng)為RWA問(wèn)題，它與傳統(tǒng)的IP/MPLS中的路由過(guò)程有很大區(qū)別，為了選擇光路徑來(lái)滿足流量工程要求，它必須找到光路徑中物理節(jié)點(diǎn)和鏈路(路由子問(wèn)題)，同時(shí)找到該光路徑鏈路上的一個(gè)或幾個(gè)波長(zhǎng)(波長(zhǎng)分配子問(wèn)題)，才能優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源。

兩個(gè)子問(wèn)題的解決方法結(jié)合起來(lái)，就是一個(gè)給定流量矩陣所需波長(zhǎng)數(shù)目最小化的解決方案。要解決這兩個(gè)問(wèn)題相當(dāng)困難，需要用試探法。

在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和規(guī)劃過(guò)程中，RWA問(wèn)題應(yīng)最先考慮，因此大多數(shù)解決RWA問(wèn)題的算法都基于集中式體系架構(gòu)，這種架構(gòu)的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫穷A(yù)先知道的。解決RWA問(wèn)題需要流量矩陣，可通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得到。在此階段并沒(méi)有考慮動(dòng)態(tài)問(wèn)題，若客戶需求是動(dòng)態(tài)的，就有可能出現(xiàn)擁塞，再也沒(méi)有可用波長(zhǎng)來(lái)滿足客戶請(qǐng)求。

RWA問(wèn)題的解決方法依賴(lài)光網(wǎng)絡(luò)是否擁有波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換能力。不具備波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換能力的波長(zhǎng)路由網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為選擇性波長(zhǎng)(WS)網(wǎng)絡(luò)，在這種網(wǎng)絡(luò)中，只有當(dāng)源-宿之間的所有鏈路中都能同時(shí)找到可用的相同波長(zhǎng)時(shí)(波長(zhǎng)連續(xù)性約束)，才能建立連接。它對(duì)波長(zhǎng)的要求較高，出現(xiàn)擁塞的概率也較高。具備波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換能力的波長(zhǎng)路由網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為可交換波長(zhǎng)(WI)網(wǎng)絡(luò)，在這種網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)路由器都配備波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，路徑的各個(gè)鏈路都可使用不同的波長(zhǎng)建立光路徑。

2.3　路由子問(wèn)題

處理路由子問(wèn)題有固定路由、固定可選路由和自適應(yīng)路由3種方法。

固定路由方法針對(duì)一個(gè)源-宿地址對(duì)，選擇預(yù)先計(jì)算設(shè)定的路由，每次所選擇的路由都是固定不變的。在固定路由情況下，每次路由申請(qǐng)時(shí)，執(zhí)行路由選擇功能的單元可以通過(guò)所申請(qǐng)的源-宿地址對(duì)，查詢(xún)到預(yù)先計(jì)算設(shè)定的路由，盡管網(wǎng)絡(luò)中各鏈路的負(fù)荷(甚至鏈路的狀態(tài))都與預(yù)先計(jì)算時(shí)不盡相同，但固定路由機(jī)制忽略這些不同，每次選擇的路由都固定不變。

固定可選路由方法設(shè)定一系列預(yù)先計(jì)算的光路徑與一個(gè)源-宿地址對(duì)對(duì)應(yīng)，根據(jù)某種判斷法則，從它們中間選擇一條路徑。在固定可選路由情況下，執(zhí)行路由選擇功能的單元通過(guò)查詢(xún)獲得預(yù)先計(jì)算設(shè)定的一系列路由，然后通過(guò)某種判斷準(zhǔn)則，從這些路徑中選擇一條路徑作為路由判定的結(jié)果。

自適應(yīng)路由方法以某種判斷準(zhǔn)則(如最短路徑或最小擁塞路徑(LCP))為依據(jù)，再根據(jù)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀況，動(dòng)態(tài)選定光路徑。LCP選擇可用波長(zhǎng)最多的鏈路組成光路徑。

建立在固定路由上的路由選擇方法降低了復(fù)雜性，但與自適應(yīng)路由相比還存在缺點(diǎn)，可能會(huì)因?yàn)閷?duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況考慮不周，導(dǎo)致連接擁塞較嚴(yán)重。固定路由實(shí)現(xiàn)起來(lái)最簡(jiǎn)單，自適應(yīng)路由能大大提升整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能，固定可選路由則提供對(duì)計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)和網(wǎng)絡(luò)性能的折中選擇。

2.4　波長(zhǎng)分配子問(wèn)題

一旦源節(jié)點(diǎn)為接入連接選定路由，就需要一個(gè)分布式預(yù)留防議，在選定路由的各鏈路預(yù)留合適的波長(zhǎng)。對(duì)波長(zhǎng)分配子問(wèn)題有許多判決準(zhǔn)則：隨機(jī)(random)、首次合適法(first-fit)、最少使用法(1east-used)、最多使用法(most-used)、最小乘積法(min-product)、最少負(fù)荷法(1east-loaded)、最大和法(max-sum)及相對(duì)容量損失法(relative capacity loss)等，每個(gè)判決準(zhǔn)則都能與不同的路由機(jī)制結(jié)合使用。

2.5　RWA綜合考慮

路由功能包括網(wǎng)絡(luò)信息分發(fā)和受約束路徑計(jì)算兩部分。前者在考慮可測(cè)量性的同時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中分發(fā)拓?fù)湫畔⒑涂捎玫木W(wǎng)絡(luò)資源信息，后者則致力于提供選擇路徑的優(yōu)化機(jī)制。受限路由是一種流量工程工具，根據(jù)QoS需求選擇路徑，目的是提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的利用率。路徑選擇機(jī)制依賴(lài)可用網(wǎng)絡(luò)信息的準(zhǔn)確性、輸入需求和內(nèi)部算法。不正確的路徑計(jì)算結(jié)果將影響連接，因此路徑計(jì)算是關(guān)鍵，必須確保高效正確。

2.6　不精確網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息下的路由

以下幾種因素會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息的不確定性：分層網(wǎng)絡(luò)中拓?fù)錉顟B(tài)的聚合、傳輸時(shí)延及觸發(fā)策略(建立觸發(fā)策略的目的是減少信令消息的數(shù)量，這些信令用于更新網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù))。為了在動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中正確實(shí)現(xiàn)路由和波長(zhǎng)分配，必須找到新的路由機(jī)制，在選擇光路徑時(shí)，必須考慮網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息的不精確性。在IP域，對(duì)路徑選擇過(guò)程中不精確路由信息的影響已進(jìn)行廣泛分析，并提出了一些機(jī)制來(lái)解決問(wèn)題，然而，旨在解決光網(wǎng)絡(luò)中相似問(wèn)題的卻不多。

考慮到擁塞的可能性，選擇光路徑時(shí)，人們對(duì)小精確路由信息進(jìn)行研究，給出了仿真結(jié)果。將拓?fù)湫畔⒏�新間隔增加到1Os，會(huì)產(chǎn)生一定程度的不確定性，仿真結(jié)果證實(shí)，不精確路由信息下的路由過(guò)程會(huì)增加固定拓?fù)涞膿砣�率。其他一些仿真�?shí)驗(yàn)發(fā)明，鏈路上的光纖數(shù)目發(fā)生變化也會(huì)影響擁塞率。要開(kāi)發(fā)在不精確全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息下能工作的新RWA算法，就必須考慮WDM網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)態(tài)連接管理。

通過(guò)修改光路徑控制機(jī)制，能解決路由不精確問(wèn)題，可以采用基于目的地址路由方法的分布式光路徑控制機(jī)制。該機(jī)制根據(jù)目的節(jié)點(diǎn)選擇物理路由和波長(zhǎng)，增加了中間節(jié)點(diǎn)的重路由能力，避免了光路徑中間節(jié)點(diǎn)所選波長(zhǎng)不可用情況下的連接擁塞。這種機(jī)制的主要缺點(diǎn)是在建立過(guò)程中實(shí)時(shí)執(zhí)行重路由，波長(zhǎng)使用率退化與中間節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)直接成比例，中間節(jié)點(diǎn)又必須重路由，信令總的使用量沒(méi)有減少，RWA判決是基于目的節(jié)點(diǎn)維護(hù)的全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，它必須及時(shí)更新。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員提出了基于旁路的光路由(BBOR)路由算法，假設(shè)最普遍最重要的不精確性來(lái)源于更新過(guò)程。為了保證網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息正確更新，路由協(xié)議必須包括一種更新機(jī)制。一般來(lái)說(shuō)，更新機(jī)制通過(guò)一個(gè)觸發(fā)策略實(shí)現(xiàn)，該策略定義了何時(shí)一個(gè)更新消息必須以洪泛形式傳播整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它既可以基于階段性更新，也可以基于某個(gè)極限值。由更新機(jī)制引入的精確性損失，主要是為了減少更新報(bào)文的數(shù)量。BBOR是一種新的動(dòng)態(tài)源路由機(jī)制，建立在不精確全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息基礎(chǔ)上，用于計(jì)算不具備波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換能力ASON的動(dòng)態(tài)顯式光路徑，目的是降低在不精確路由信息下執(zhí)行路由和波長(zhǎng)分配判決所引入的連接擁塞概率。BBOR主要包括兩大部分：一個(gè)是用于RWA問(wèn)題的觸發(fā)策略，目的是解決信令的路由問(wèn)題，另一個(gè)是為了抵消路由不精確性結(jié)果的旁路路由算法，其中的不精確性是路由信令減少所引起的。BBOR的主要特征是：當(dāng)根據(jù)不精確路由信息計(jì)算所得的路徑上出現(xiàn)波長(zhǎng)不可使用問(wèn)題時(shí)，建立連接的消息有可能被中間節(jié)點(diǎn)拒絕，該路徑上的幾個(gè)節(jié)點(diǎn)可以把建立消息重路由到不同的路徑(旁路路徑)。BBOR以一種與保護(hù)和恢復(fù)路由算法相似的方式運(yùn)行。

路由機(jī)制能有效減少基于電路交互的光核心網(wǎng)絡(luò)中不精確路由的影響。光核心網(wǎng)絡(luò)建立在包交換基礎(chǔ)上，光路徑選擇過(guò)程中必須考慮可用帶寬。要解決這個(gè)問(wèn)題，應(yīng)重新定義路由機(jī)制。

3、結(jié)束語(yǔ)

ASON是構(gòu)建新一代光網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)之一，其先進(jìn)技術(shù)和組網(wǎng)思路帶來(lái)的好處非常明顯。這種新網(wǎng)絡(luò)體系將為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和服務(wù)提供商帶來(lái)新的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)點(diǎn)，創(chuàng)造巨大的市場(chǎng)機(jī)遇。

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