| 摘要：介绍了智能光网络产生的主要原因和背景及国际标准化组织的相应控制面等标准协议制定工作的最新动态，提出了电信运营商在构建新一代光传输网络时可以采取的相应策略。
关键词：智能光网络；GMPLS；ASON/ASTN
1 智能光网络的基本概念
智能光网络最初的思路来源于几年前的“IP over WDM"网络模型，是对该模型的进一步优化。近几年来，随着IP等数据业务在骨干网上的爆炸性增长，WDM技术被广泛地应用到网络中来，“IP
over WDM"组网模型被提出，这种模型认为IP等数据包通过相应的封装技术（例如：POS、GFP）就可以直接由WDM或OTN网络传送，从而省去了ATM甚至SDH/SONET层面，同时，只需过度建设(overbuild)超大容量的光传输网，IP业务的业务质量（QoS）就可以得到保证。然而，这种网络模型被证明是一种价格昂贵的建网方式,其主要原因是IP路由器的POS（Packet
over SDH/SONET）接口和WDM系统的波长转换器（OTU）价格都较昂贵，采用过度建设（Overbuild）的策略将使网络成本居高不下。同时，尽管IP数据业务所占用的带宽已经在某些运营商的网络中超出了传统的语音业务所占用的带宽，可是从业务收入角度来说，语音业务的收入仍然是运营商最主要的收入来源。因此，有必要建立一个新的网络体系结构来更经济有效地支持未来大容量的数据业务。IP数据业务量具有突发性和不确定性，这为通过对光网络带宽实行动态分配和调度以实现有效的网络优化提供了契机，对于同样的网络业务需求，这种优化可以减少全网中所需光接口（POS接口和OTU接口等）和相应波长的数目，既大规模降低建网成本，又提高带宽利用率。所以，一种可以实现动态自动完成网络带宽分配和调度的新型网络体系结构-“智能光网络”应运而生。
智能光网络的诞生还有其另外一个背景。即运营商急需寻找到一条能够帮助其在多厂商多运营商环境下提高工作效率的技术手段。目前广泛采用的SDH/SONET技术可以提供网络配置监控和网络保护等重要功能，同时，SDH/SONET技术也尝试通过提供标准的接口实现统一的网络管理。这种标准管理接口的技术已投入使用，并且可以提供统一的网管平台。举例来说，目前阿尔卡特公司的网管系统可提供一个统一的网络层管理器，对其DWDM、复用器、光中继器和交叉连接系统等设备在内的所有网元进行统一管理。通过此种方式，运营商可以实现在一个统一平台上用简单快捷的点击方式(point
and click)来配置管理全网络，从而实现高效率的网络运营维护，降低运营成本。但是，尽管市场需要这样的统一网管的解决方案，但是部分厂商依然想避免在网管系统上做过多投资，他们往往更注重网元本身的开发。这种情况在北美
SONET 市场上尤为突出，例如，目前在SONET网中采用的还主要是网元层管理系统，其建立端到端的交叉连接往往需要手工操作，这是一件极其耗时费力，容易出错的工作，当然，如果采用SDH强大的网络层管理系统，这个难题就可以解决。但是，在多厂商多技术网络环境下，即便是功能强大、接口丰富的SDH网管系统，由于厂商之间的协调和运营商本身运营维护机制等诸多因素，要最终实现系统集成，业务快速配置也较为困难。随着电信市场激烈竞争的加剧，快速提供服务已经成为运营商未来制胜的关键优势之一。因此，人们开始提出可以借鉴交换网络中的通用信令协议的模式来最终实现在多厂家多技术网络环境中用统一的控制方式配置通道和带宽，“智能光网络”技术的重要任务就是定义一个通用标准的控制面来高效地控制网络资源。
传统的传送网络中通常只涉及对信号的传送、复用、交叉连接、监控和保护恢复，是一个静态的网络，而智能光网络将引入动态交换的概念，特别是引入业务层与传送层之间的自动协同工作机制，这种创新的体系结构代表了新一代光网络的重要发展趋势。特别是这种概念正由最初的只针对IP和OTN进一步拓展到针对业务层面（IP/ATM等不同业务）和传送层面（SDH/SONET/OTN），成为一个更通用的网络结构。
2 智能光网标准化工作和相应技术
2．1 网络模型
智能光网络将使业务层和光传送层实现融合，对其最终要实现的网络模型和演进结构，在智能光网络概念诞生之初，业界也有较为热烈的争论。争论的焦点是网络的融合到底以什么结构来实现。当时主要有两个网络模型，即重迭模型（Overlay
Model）和对等模型（Peer Model）。重迭模型（Overlay Model）将业务层和传送层之间的关系明确地定义为客户/服务者结构。对等模型（Peer
Model）也称为集成模型。在该模型中，网络中所有的网元（路由器、光交叉系统）都处于对等的关系，网元都有清楚全网的资源状况。可以说这两个模型分别代表了光传输界和数据界对智能光网络的不同理解。随着讨论的深入，人们开始建立第三种网络模型，即混合模型（Hybrid
Model），这种模型希望改善两个模型中的缺限，并建立更通用的网络模型。
2.1.1 重迭模型
重迭模型是由光互联论坛（OIF）和ITU等国际标准组织所提倡的网络模型。在这个模型中IP业务层和光层是完全独立的两层，这两个层面拥有各自独立的控制面，它们通过一个公共的用户网络接口（UNI）协议来完成互联，而边缘客户层设备和核心网络层设备之间不交换网络内部信息（例如光网络拓扑信息等），实施独立选路。由客户层设备提出传输带宽请求，光层如果有容量，连接将被建立。针对不同的服务等级协议（SLA），通过UNI协议，甚至还可以在提出连接请求的同时也随路提供诸如合同标识（Contract
ID），所需业务质量等级等信息。例如可以要求光层提供高可靠性的保护连接（SNCP或快速恢复）或者提供没有任何保护的连接服务。
重迭模型将业务层和光网络层功能分隔得比较明晰、简单，为光层未来支持多业务信号（不仅限于IP路由器）奠定了基础。同时，通过UNI协议完成连接请求，屏蔽运营商光网络的拓扑细节，这也符合运营商实际运营需要。另外，这个模型可以实现两层各自发展互不制约，且允许子网分割，为运营商充分利用现有资源和未来引入新技术铺平了道路。
然而，重迭模型的缺陷在于分离的控制平台之间造成功能的重复，使业务层面的路由不能有效地利用下层光传送层的拓扑资源，从而造成资源浪费，并且，分层的控制面在协同工作的具体实施方面也有一定的复杂性。同时，网络的点到点连接由边缘设备来建立，这会最终产生大量控制信息，从而限制了网络边缘设备的数量，使这种结构难以扩展。
2.1.2 对等模型
对等模型是由IETF提出的网络结构。在这个模型中，IP业务层和光网络层是对等的，即在两个层面上运行同一个路由协议，采用统一集成的控制面，IETF将这种控制面称之为GMPLS(Generalized
MPLS)技术，这是对传统的MPLS和MPlambdaS的路由、信令协议和控制机制的进一步拓展。边缘设备可以看到网络的拓扑，对于路由协议，每个边缘设备只需与相邻的光交叉机而不是其它边缘设备相关连，这使得路由协议能够扩展到支持大规模的网络。另外，统一的控制面也简化了带宽指配过程，能够实现充分利用全网资源，实现网络优化。
然而，对等模型也有相应的缺陷。首先，为实现全网的统一控制，需要在网络中交换大量的状态和控制信息，为此而造成的网络性能影响还不是很清楚。其次，两个层面的技术也会互相牵制，另外，运营商往往不愿意向客户公开其内部网络信息（例如拓扑信息等），同时，运营商希望网络尽量保持稳定，对于全网范围内的业务配置、保护恢复等有全面的管理，因此，如果网络动态程度过高，对运营机制会是一个挑战。
2.1.3 合模型
可以说，重迭模型是对等模型的功能子集，只要将对等模型中交换的路由拓扑信息屏蔽，同时保持其信令功能就可以实现重迭模型。因此，可以说两者在本质上是一致的。混合模型的出现即是要将两个模型进行有机的结合。在混合模型的情况下，运营商可以对自己内部的IP网和光网络采取对等模型构建，而对于要连接的其它运营商网络和其他客户层信号可以采用重迭模型来构建。
2．2 标准化工作概况
为了实现自动光交换、带宽按需分配，智能光网络需要有一套通用的标准化网络框架结构和相关标准接口协议。如果由厂家来开发自己独有的控制面，那么智能光网络要达到的目标将无法实现。可以说，标准化工作是智能光网络技术最终成功的关键。
众多的国际标准化组织和机构都在积极参与智能光网相应体系结构和协议的研究与制定工作。其中最主要的方案包括：光互联网论坛(OIF)的光UNI和光NNI协议，Internet工程任务小组IETF的通用多协议标记交换GMPLS和国际电联ITU-T提出的自动交换光网络(ASON)。下面对这三家组织的工作情况作一些介绍。
2.2.1 光互联论坛（OIF）
OIF成立于1998年，它的宗旨是开发网络中光层和已经在开放系统互连（OSI）参考模型中定义的其它层之间能够协同工作的协议。OIF推崇重迭网络模型，其将主要工作致力于制定网间信令，例如O-UNI/O-NNI接口协议。OIF-UNI
1.0信令协议已经在2001年制定完成，并在美国亚特兰大的SuperComm 2001展会上实现了25家厂商互连互联测试（值得一提的是阿尔卡特公司是其中唯一一家同时提供光网产品、数据产品和相应网管产品的厂商）。目前，该组织开始着手制定OIF-UNI
2.0和E-NNI协议。
2.2.2 IETF
IETF以往的工作主要制定数据链路和网络层协议，目前其在IP光网络的工作主要集中在研究改进现有协议，从而使之能进一步拓展到不同的物理层上仍能有效运行。该组织在1999年提出了多协议波长交换MPLambdaS，并与2001年正式提出开发面向光网络的通用的MPLS协议，即GMPLS。GMPLS拓展了传统的MPLS和MPLambdaS，可以支持多种类型的交换，包括TDM(例如SDH时分交换)、波长和空间交换（端口交换、光纤交换等），这样网络中节点所作出的转发决定是基于时隙、波长或者物理端口和光纤编号。IETF最初的智能光网络模型主要基于对等网络模型（Peer
Model）,并从NNI接口协议入手，其主要包括路由协议（RSVP/CD-LDP）、信令协议（OSPF/IS-IS）以及链路管理协议（LMP）。由于考虑到运营商和实际网络实现的需求，该组织也正致力于使GMPLS不仅支持对等模型，而且也支持重迭模型。为此，IETF开始考虑借鉴OIF组织在UNI协议上的工作，使其GMPLS协议族更具完整性。IETF的GMPLS协议族目前已逐步稳定完善，可以逐步在设备上安装了。例如在2002年的SupperComm上，阿尔卡特公司已经成功地展示了能够支持GMPLS协议的产品1674LambdaGate。
2.2.3 ITU-T
作为国际电信标准的制定组织，ITU-T多年来致力于光传送网（OTN）的标准制定工作。该组织在2000年3月的会议上决定开始有关自动交换光网络（ASON）的研究，其目标是实现高效率的光传输层面上的智能标准化。ITU-T的智能光网络标准被称为G.ason/G.astn。目前ITU-T的工作还主要停留在定义和制定体系结构的阶段，其采用重迭模型构建的网络主要由四类构件组成。
（1） 求代理（RA）：其可通过光连接控制器（OCC）协商请求接入传送面内的资源；
（2） 连接控制器（OCC）：其负责完成连接请求的接受、发现、选路和连接功能；
（3） 管理域：所包含的实体示例不仅包含在管理域，而且也分布在传送面和管理面；
（4） 接口：有用户网络接口（UNI）、内部网络节点接口（I-NNI）、外部网络节点接口（E-NNI）、连接控制接口（CCI）、网管接口（NMI）、物理接口（PI）。
该组织制定相应接口协议的工作才刚开始。其相应协议已统一在G.8070(ASTN)/G.8080(ASON)系列协议族中。在具体协议的制定工作上，IETF和OIF等组织的工作已经开始被考虑作为其标准协议制定的借鉴基础之一，例如在信令协议方面的G.7713.2
(RSVP)、G.7713.3(CR-LDP)就是基于GMPLS中的相应协议。同时，ATM技术中的PNNI信令也被作为另一种选择（G.7713.1）。ITU-T在协议方面的标准制定工作预计将在2003年底前完成。
2．3 智能光网络控制面、信令和路由技术
2.3.1 控制面
控制面是智能光网络技术的核心部分。智能光网络通过控制面技术来实现对带宽的动态分配、端到端的保护和恢复以及实现数据网元和光层网元之间的协同工作。控制面不是要代替目前的网管系统，它的主要工作是实现对业务呼叫和连接的有效实时配置和控制，而未来的网管系统将提供性能监测和管理，两者是相辅相成的。控制面本身的体系结构应该是可靠、易扩展和高效率的。其主要实现的功能包括资源发现、状态信息发布、路由选择和连接管理。由于控制面的引入，使光网络中原本固定静态的连接逐步演变成三种类型：永久性连接（PC）、软永久性连接（SPC）和交换连接（SC）。软永久性连接（SPC）和交换连接（SC）都可以由控制面中的信令和路由技术来实现，唯一的差别是软永久性连接是在网络边缘有永久连接，利用网络内部的交换连接来提供网络边缘的永久连接之间的端到端连接。在未来的智能光网络中将由控制面快速有效地配置软永久性连接和交换连接。
控制面中的功能块之间的通信将通过标准的接口信令方式来实现。可以说，智能光网络的具体实施的关键是对接口的定义和具体接口之间的协议方案。图1中显示了不同接口在网络中所处的位置。这些接口可以灵活地支持不同的网络模型和网络连接。
图1 智能光网络中的接口类型
2.3.2 用户网络接口（UNI）
UNI是用户与网络间的接口，是重迭网络模型的重要标志，是不同域、不同层面之间的信令接口。通常在这个接口传递的基本信息应包括呼叫控制、资源发现、连接控制和连接选择。UNI不支持选路功能。其所完成的主要任务包括：连接的建立、连接的拆除、状态信息交换、自动发现和实现用户业务传送。目前在业界标准协议制定得最为完善和成熟的是OIF的UNI协议，它不仅制定了一整套切实可行的UNI信令协议（RSVP或LDP）、控制信道的实现（随路信令、非随路信令和准随路信令）和维护以及相应帧封装标准，而且还提供了一套业务发现和拓扑发现机制。同时，该信令中还可以提供相应的重要参数：
与服务有关的特征参数：主要指信号类型、级连方式、透明性要求、连接类型（单向、双向）和服务等级（如业务分类CoS）等；
与路由有关的特征参数：主要指对路由是否可以共享物理资源方面的要求；
与政策有关的特征参数：主要指合同标识。
2.3.3 网络节点接口（NNI）
为了避免将子网络内部信息暴露给外部不可信的子网络，网络节点接口NNI被分为两种类型，即外部网络节点接口（E-NNI）和内部网络节点接口（I-NNI）。
外部网络节点接口（E-NNI）
E-NNI是网络与外部网络之间的控制面双向信令接口，是网络与外部不可信网络实体（Untrusted Network Entity）的控制面通信接口。这种情况通常发生在不同运营商网络之间的互联上。E-NNI接口信令将屏蔽网络内部的拓扑等信息，其传送的主要信息包括呼叫控制、资源发现、连接控制、连接选择和连接选路。通过这个接口信令，智能光网络可以被划分成几个子网管理域，E-NNI可以实现这几个域间的端到端的连接控制。
内部网络节点接口（I-NNI）
I-NNI是指同一网络内部或网络与可信网络实体（Trusted Network Nntity）之间的控制面双向信令接口。这种情况通常发生在同一运营商网络内部的互联上。I-NNI将提供网络内部的拓扑等信息，其所传递的信息将被用来进行选路和路由。其传送的主要信息包括资源发现、连接控制、连接选择和连接选路。通过这个接口信令，智能光网可以实现域内的端到端的连接控制。
2.3.4 信令协议和路由协议
要在智能光网络中引入控制面机制，需要在以上接口之间采用标准的信令和路由协议，只有通用标准的协议才能真正发挥智能光网络的效用。信令和路由协议的制定可以借鉴业界已有的标准协议，例如MPLS协议族，但是这些现有的协议需要进一步扩展以适于控制光网络。
首先，需要用通用的方法来描述光网络和业务，制定标准的信令参数。（1）定义相应地址规范：因为由于光网络的引入，应对不同路由的光缆，光缆中不同的光纤，光纤连接的不同端口，以及光纤中不同的波长、子波长等有个明确的地址规范。（2）带宽特性和光通道属性：信号类型、容量、优先级和保护恢复要求。（3）CoS支持：保护的类型、恢复的优先级、是否允许强占（Pre-emption）、通路发现和可用速率等。这些主要参数的意义、规范和用法必须定义明确。（4）带宽操作：创建、拆除和协商。
其次，需要对现有信令和路由协议进行修改和扩展。例如IETF的GMPLS协议族。（1）扩展了RSVP-TE/CR-LDP信令协议，允许LSP通过光网络预留资源或规定相应的显式通道，同时利用RSVP实现光网络的流量工程能力。（2）扩展OSPF/IS-IS等路由协议来传递在光网络中计算LSP时所需要的链路状态拓扑、资源可用信息和策略信息（例如光链路类型、带宽颗粒，保护类型，光纤标识等）。(3)为了配合未来全光交叉机，新的链路管理协议（LMP）被用来处理透明光层的链路管理。
另外，为了有效地传递信令和路由信息需要建设一个可靠、有扩展性的信令网。信令网可以通过带内信道传送，也可以通过带外一个或多个专门的信道传送，即网络运营商可以建立一个独立的信令网。对于使用了带内信令方式（如SDH的DCC通道）的信令网，其关键是必须保证与现有光网络兼容，例如不能因为信息穿越现有网络中的设备后而发生中断。同时，对于信令网来说，必须保证信令链路本身的失效不会影响相应业务。
最后，对于路由连接的具体信令实现过程，针对光网络的特点，可以通过分级信令流、源信令流和步进信令流方式实现。
2．4 智能光网络恢复技术
基于网格状网的网络快速恢复技术可以为运营商带来更灵活的网络结构，更多样的业务保护策略（例如Protection-on-Demand）和更可靠的业务生存能力，同时，也可以为运营商降低网络总体成本提供支持。因此，保护和恢复是智能光网络技术的重要研究课题之一。
网络恢复技术的最终目标是要实现在网络发生故障时，业务可以在没有预先配置专门备用容量的前提下，实现业务的快速自动恢复。在智能光网络中，网络恢复技术的标准协议还在制定中，但通常认为恢复技术可以通过标准信令实施重路由（Rerouting）的方式来实现，可是这种方式将面临着几个急需解决的难点：
快速故障检测和定位技术，特别是未来全光层面时如何利用LMP来实现故障定位，这直接关系到恢复速度的快慢；
共享风险链路组（SRLG:Shared Risk Link Group）的定义：SRLG是指光网络中共享某些物理资源的链路，例如共享物理节点、光缆等，这种共享意味着一旦共享资源发生故障，这些链路将同时发生故障，因此在对某些业务选路时，应避免出现SRLG。特别是在网络恢复和保护中，主用和备用路由应保证物理资源的分离。目前，如果采用全分布式的方式来构建控制面信令，节点在选路时要维持一个完整的物理资源数据库几乎是不可能的，可以说，集中式的网络资源数据库方式可能是一个切实可行的方法；
业务分等级和强占（Pre-emption）的实现：以分布式信令的方式要实现在网络快速恢复时实施强占还是比较困难的；
回归主用路由：运营商通常希望保持其业务主用路由的稳定性，但由于采用分布式的方式实现的重路由可预测性较差，因此，当故障修复后，再回归至原主用路由将较麻烦。
3 构建新一代光网络的策略
在构建新一代光网络的策略方面，可以采取分两步走的方式。
第一步：在现有网络中引入智能光网络集中控制系统，向外提供标准的UNI，实现流量工程和带宽按需自动配置。图2显示了第一步实现的智能光网络体系结构。可以在现有光传输网的层面选择几个核心大节点配置大型交叉连接系统，这种方式可以首先屏蔽现有网络的多厂商环境，构建一个基于网格状网的灵活、强大的智能核心层，或者保持现有传输网不做变动。通过在集中的管理系统上配置智能控制系统（例如阿尔卡特的1355BonD），借助其所提供的标准OIF-UNI，可以实现与数据业务层的自动互联，构建重迭结构的智能光网络。这种方式的主要好处是：（1）兼容现有网络；（2）实现带宽自动按需配置；（3）投资省，见效快，特别是和流量工程工具结合使用后，可以实现节省30%的网络成本；（4）标准化程度高，风险较低，也符合现有运营体制；（5）可以提供丰富多彩的智能光网络业务，实现对波长或子波长（从2Mbit/s到10Gbit/s）的动态带宽配置。
图2 智能光网演进第一步
尽管这种方案还没有全面解决多厂商互联的问题，但OIF-UNI接口信令也为多厂商、多运营商环境下的互操作提供了可能。图3显示了可能的信令互通的方案。
图3 多厂商、多运营商环境下的互操作
第二步：待智能光网络技术，特别是NNI信令协议最终实现标准化，例如GMPLS/G.ason等技术的进一步成熟，可以在网络中建立信令机制，这样一来带宽配置的工作可以最终由信令网来实现。但对于现存网络的带宽配置仍可以继续由集中控制系统来实现。可以说，未来两种方式将并存，只有这样才可能保证全网的端到端配置。如果最终全网实现了GMPLS/G.ason，网管系统将演变成网络资源的管理监控系统和业务的政策服务器，提供诸如网络性能，故障处理和资源监控等功能，将继续在未来智能光网络中发挥必不可少的重要作用。图4显示了这一步的情况。
图4 智能光网络演进第二步(点击看大图）
4 结论
智能光网络技术是构建下一代通信网络中的核心技术之一，其创新的网络体系结构将对通信网络技术带来深远的积极影响，也为我们描绘了一个美好的未来。目前困扰智能光网络技术得到广泛应用的主要原因是其协议的标准化工作仍在进行中，产品成熟程度还有待检验。在回顾分析了该技术的产生原因、技术背景和业界动态后，本文提出了分步走的网络演进策略：（1）网络智能先集中后分布；（2）利用集中控制系统先建设UNI，建立智能光网络体系结构，然后逐步引入标准NNI协议构建控制面。这种策略可以帮助运营商通过一个最经济有效、灵活先进和安全稳妥的方式向最终实现智能光网络挺进。 |
