智能光網(wǎng)中MSTP的前景

摘要：網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的不斷發(fā)展，促使交換網(wǎng)和傳送網(wǎng)技術(shù)、結構、功能彼此滲透、不斷融合，這就需要在光網(wǎng)絡(luò )中實(shí)現靈活高效的智能控制，在接入平臺上提供豐富快捷的接入手段。多業(yè)務(wù)傳輸平臺(MSTP)和自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò )(ASON)分別代表了不同層次網(wǎng)絡(luò )邊緣設備的融合和傳送網(wǎng)的智能化發(fā)展趨勢，有效整合這些技術(shù)，形成智能化的MSTP技術(shù)，可滿(mǎn)足未來(lái)網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的需要。文章討論了智能化的MSTP設備的構造模型：對等模型和重疊模型，并給出了一個(gè)為滿(mǎn)足數據和多媒體業(yè)務(wù)的帶寬動(dòng)態(tài)變化需求，利用自動(dòng)連接功能和鏈路容量調整(LCAS)協(xié)議動(dòng)態(tài)帶寬分配的解決方案。

　　隨著(zhù)Internet的不斷發(fā)展，語(yǔ)音、數據和多媒體等業(yè)務(wù)量的迅速增長(cháng)對傳送網(wǎng)的傳輸帶寬、接口方式和運營(yíng)維護提出了更高的要求。40G同步傳輸技術(shù)、波分復用技術(shù)和超長(cháng)光傳輸技術(shù)的發(fā)展，使得光傳送網(wǎng)具有高速、寬帶、服務(wù)優(yōu)質(zhì)的特性，成為傳送網(wǎng)的首選方案。

　　多業(yè)務(wù)傳輸平臺(MSTP)的引入大大豐富了光傳輸網(wǎng)絡(luò )的接口方式，MSTP能夠迅速快捷地接入語(yǔ)音、數據和多媒體等業(yè)務(wù)，并在數據層提供了匯聚和交換功能，使得光傳送網(wǎng)的使用更為便捷和高效。自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò )(ASON)是對傳統光網(wǎng)絡(luò )的一次顛覆性變革，突破了以往光網(wǎng)絡(luò )集中配置和手工維護的運營(yíng)管理方式，大大提高了運營(yíng)商響應客戶(hù)需求的速度并降低了維護成本。這兩項技術(shù)已成為當前光網(wǎng)絡(luò )研究和開(kāi)發(fā)的兩大熱點(diǎn)方向。如何有效地整合這些技術(shù)，充分發(fā)揮各技術(shù)的特點(diǎn)，產(chǎn)生1加1大于2的效益，倍受網(wǎng)絡(luò )技術(shù)研究者和網(wǎng)絡(luò )使用者關(guān)心[1—3]。

1.MSTP技術(shù)

　　MSTP技術(shù)是為適應城域綜合傳送網(wǎng)建設要求，從同步數字系列(SDH)設備發(fā)展起來(lái)的新興綜合傳送技術(shù)，其基本特征是通過(guò)對以太數據幀和ATM信元的封裝，實(shí)現基于SDH的多業(yè)務(wù)綜合傳送[4]。

　　隨著(zhù)交換技術(shù)的發(fā)展，為克服傳統SDH設備針對語(yǔ)音業(yè)務(wù)不具備數據業(yè)務(wù)疏導和匯聚功能的缺陷，二層交換功能被引入到MSTP設備中，使設備具有部分二層數據交換的功能。但是，對于數據業(yè)務(wù)而言，QoS的保證能力還是比較弱。

　　在此基礎上，各個(gè)設備制造商進(jìn)一步將彈性分組環(huán)(RPR)，多協(xié)議標簽流(MPLS)，鏈路容量調整(LCAS)技術(shù)引進(jìn)到MSTP設備中，加強對業(yè)務(wù)端到端QoS的保證。通過(guò)劃分業(yè)務(wù)等級，進(jìn)行流量工程控制，實(shí)現接入阻塞和公平算法策略控制，解決了數據業(yè)務(wù)傳送中突發(fā)性和不均衡性的特性，使得SDH能夠更加高效和穩定地傳送此類(lèi)業(yè)務(wù)。

2.ASON技術(shù)

　　在標準化組織ITU－T的ASON標準制訂中，將光傳送網(wǎng)劃分為管理、控制和傳送3個(gè)平面，并引入了大量使用各種協(xié)議和控制技術(shù)的數據產(chǎn)品，使之成為一個(gè)具有分布式特點(diǎn)的智能化光網(wǎng)絡(luò )[5]。新的光網(wǎng)絡(luò )克服建立連接緩慢，配置管理復雜的缺陷，具備了一系列新的功能特性，諸如：

　　自動(dòng)發(fā)現相鄰設備之間的鏈路、端口能力、協(xié)議實(shí)體之間對等關(guān)系，并進(jìn)行鏈路傳輸能力的聚合等。

　　網(wǎng)絡(luò )拓撲發(fā)現和擴散，進(jìn)行資源和拓撲管理。{{分頁(yè)}}

　　利用信令和路由在網(wǎng)絡(luò )中快速建立端到端連接，并進(jìn)行維護。

　　在Mesh網(wǎng)的拓撲下支持局部或者端到端保護恢復，支持不同分域和分區的恢復。

　　設備和網(wǎng)絡(luò )級別的故障快速定位和輔助故障定位分析。

　　具有流量工程能力和業(yè)務(wù)端到端QoS保證能力。

　　提供按需帶寬調整、波長(cháng)出租、波長(cháng)批發(fā)、虛擬專(zhuān)網(wǎng)等新業(yè)務(wù)應用。

3.智能化的MSTP技術(shù)的發(fā)展

　　從技術(shù)角度而言，MSTP代表了交換和傳輸網(wǎng)絡(luò )等不同層次網(wǎng)絡(luò )在網(wǎng)絡(luò )邊緣的設備的融合，ASON代表了傳送網(wǎng)的智能化和標準化，兩者體現了下一代網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展趨勢，即滿(mǎn)足運營(yíng)商減少網(wǎng)絡(luò )設備數量，降低運營(yíng)維護成本，快速響應客戶(hù)需求，提供優(yōu)質(zhì)分級服務(wù)的基本要求。

　　但是，不同層次的網(wǎng)絡(luò )設備在OSI網(wǎng)絡(luò )模型中對應著(zhù)不同網(wǎng)絡(luò )特征和功能模型的實(shí)現，將它們融合在同一設備中，并建立統一的網(wǎng)絡(luò )平臺，需要解決很多問(wèn)題。以統計復用為特征的分組交換是一種動(dòng)態(tài)交換，MPLS技術(shù)提供建立一種軟連接，而以時(shí)分/空分復用為特征的電路交換建立的是一種硬連接，為了統一有效的管理和維護，尤其是針對處于兩種網(wǎng)絡(luò )交界處的MSTP設備，有許多需要完善的工作，首要的就是解決網(wǎng)絡(luò )設備的構造模型。

3.1重疊模型

　　目前業(yè)界通常有對等(Peer)模型和重疊(Overlap)模型。重疊(或重疊網(wǎng)絡(luò ))模型屬于客戶(hù)/服務(wù)器(Client/Server)模型，顯著(zhù)的特點(diǎn)是在客戶(hù)網(wǎng)絡(luò )與提供商域之間存在清晰易辨的邊界?？蛻?hù)/提供商域的分離反映了網(wǎng)絡(luò )的現狀，即網(wǎng)絡(luò )中第三層和第一層的設備的所有權可能屬于不同的組織。這種客戶(hù)/提供商域的分離要求在各自域運行不同的路由協(xié)議，因此，在運營(yíng)商及其客戶(hù)之間沒(méi)有必要共享網(wǎng)絡(luò )拓撲信息。智能光網(wǎng)中在光層提供包括SDH/SONET、波長(cháng)和未來(lái)的光纖連接的動(dòng)態(tài)連接能力，并能按實(shí)際需要安排帶寬。數據業(yè)務(wù)可以在SDH/SONET、波長(cháng)、光纖連接的基礎上進(jìn)行服務(wù)，還可以發(fā)展新業(yè)務(wù)(包括虛擬專(zhuān)用網(wǎng))，有較好的組網(wǎng)靈活性。為了確保端到端業(yè)務(wù)QoS，網(wǎng)絡(luò )需要明確定義光層為數據層提供的業(yè)務(wù)類(lèi)型和服務(wù)等級，便于各個(gè)層次運營(yíng)商管理業(yè)務(wù)，完善服務(wù)質(zhì)量。

　　此時(shí)，智能化的MSTP設備工作是分層展開(kāi)的：智能化的光層網(wǎng)絡(luò )通過(guò)運行的自動(dòng)發(fā)現和路由協(xié)議，將光網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )資源發(fā)現、聚合、擴散、總結，最后以端到端的端口資源形式提供給數據層面，隱藏了內部的網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構和鏈路信息；數據網(wǎng)絡(luò )在建立連接的過(guò)程中，向服務(wù)方光網(wǎng)絡(luò )提出連接申請和約束規則，由智能光網(wǎng)絡(luò )自己運行路由策略和信令、創(chuàng )建符合約束要求的連接路徑、對業(yè)務(wù)加以保護，并且數據流在光網(wǎng)絡(luò )中透明傳送，數據網(wǎng)絡(luò )則根據自身網(wǎng)絡(luò )的結構、流量和交換能力進(jìn)行工作。上下層面是客戶(hù)、服務(wù)器關(guān)系，互不干涉各自的運行和維護，只是在網(wǎng)管層面可以看到統一的設備管理形式。

　　重疊模型相對簡(jiǎn)單，網(wǎng)絡(luò )層次分明，對已有網(wǎng)絡(luò )改變較少。傳送網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商可以靈活地出租網(wǎng)元設備端口給數據網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商，可充分利用ASON網(wǎng)絡(luò )提供的按需帶寬調整、服務(wù)等級協(xié)定、波長(cháng)出租、波長(cháng)批發(fā)、虛擬專(zhuān)網(wǎng)等新業(yè)務(wù)方式，從而集中發(fā)展自身傳送網(wǎng)的特長(cháng)。此時(shí)MSTP設備既提供了豐富設備接口，又在接入部分進(jìn)行數據的匯聚和疏導，無(wú)疑使得業(yè)務(wù)端到端連接更為順暢和高效。當前設備多采用這種模型進(jìn)行演進(jìn)。{{分頁(yè)}}

　　但是，作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò )而言，不同層次網(wǎng)絡(luò )資源的割裂會(huì )導致運行效率的相對低下。首先，業(yè)務(wù)在端到端的連接中沒(méi)有統籌考慮業(yè)務(wù)路由和流量的分擔，不利于網(wǎng)絡(luò )資源的調配；其次，不同層次網(wǎng)絡(luò )都存在保護恢復機制，協(xié)同工作比較困難；再次，沒(méi)有滿(mǎn)足全業(yè)務(wù)運營(yíng)商統一規劃、運營(yíng)數據和傳送網(wǎng)絡(luò )的要求。

3.2對等模型

　　MSTP內嵌MPLS技術(shù)的使用和GMPLS協(xié)議在A(yíng)SON網(wǎng)絡(luò )中的應用，為對等模型設備的出現提供了條件。在MPLS協(xié)議族基礎上發(fā)展起來(lái)的GMPLS協(xié)議族，在充分利用已有信令、路由、發(fā)現協(xié)議基礎上，充分考慮了傳送網(wǎng)軟件協(xié)議控制和硬件電路傳輸的特點(diǎn)，將鏈路發(fā)現、鏈路聚合、路由和資源擴散、約束路由選路等有機地結合起來(lái)。這樣，數據交換層面和傳送層面有了共同的“語(yǔ)言”，便有了網(wǎng)絡(luò )互通和共享資源的基礎，而網(wǎng)絡(luò )軟硬件設備在演進(jìn)過(guò)程中各自相對獨立的發(fā)展，也符合下一代網(wǎng)絡(luò )承載和控制相分離的原則。但是，將不同層次的網(wǎng)絡(luò )融合為統一網(wǎng)絡(luò )對等模型還面臨一系列的復雜問(wèn)題。

(1)資源和拓撲管理

　　網(wǎng)絡(luò )設備模型統一后，網(wǎng)絡(luò )設備中所有節點(diǎn)及其端口、時(shí)隙、通道將會(huì )全面展現在網(wǎng)絡(luò )管理者和使用者面前，因此傳送資源管理將變得更為復雜，業(yè)務(wù)對端節點(diǎn)之間的鏈路既有SDH(以后還有WDM)的固定通道，又有統計復用的分組通道，這些通道建立連接的特性差別是很大的。同時(shí)，不同類(lèi)型鏈路聚合在一起，需要對各個(gè)層次路徑和通道標簽進(jìn)行規劃和標識，確保不同層次不同粒度的通道被充分和恰當地使用。在理論上，建立統一的設備模型下原子功能模型實(shí)體成為一項必需的工作，通過(guò)對功能、接口的標準化定義和管理，才能為設備之間、上下層次之間的真正互連和互通奠定基礎。

　　另一方面隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )規模的擴大，數據和傳送網(wǎng)絡(luò )合并，必然導致網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)數目巨大，當組合成為復雜的Mesh網(wǎng)拓撲后如何管理將是一項艱巨的任務(wù)。一般認為還是需要根據地域、行政管理區、設備技術(shù)特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò )規模等進(jìn)行分域解決，從而減小規模，降低難度。

　　此外，傳送節點(diǎn)和控制節點(diǎn)分離以后，地址的表示、翻譯也將成為問(wèn)題，需要統籌設計全局唯一的傳送和控制節點(diǎn)標識，保證數據包在不同節點(diǎn)間的路由。在應用上，單純的IPv4地址有局限，可以引入新的標識如鏈路端口、設備標識等加以區分。

(2)路由算法和選路

　　當網(wǎng)絡(luò )聚合多個(gè)子層以后，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)行路徑的選擇，特別是優(yōu)化路徑的選擇變?yōu)槁酚捎嬎愕腘P問(wèn)題，如果將光纖、波長(cháng)、VC通道、標簽通道疊加在一起，算法將會(huì )變得非常復雜，在有限的時(shí)間和計算能力下，有可能無(wú)法完成求解。如果簡(jiǎn)化為不同層次路徑分別計算，優(yōu)化的效果又會(huì )大打折扣，在多大程度上折衷考慮算法拓撲需要單獨研究。一般而言，源路由在流量控制方面比較容易，但是控制機制復雜，逐跳路由使用靈活而無(wú)法自行解決流量控制問(wèn)題。層次路由可以是一個(gè)不錯的選擇，配合不同的網(wǎng)絡(luò )子層的劃分，分層進(jìn)行源路由的選擇和優(yōu)化，可以簡(jiǎn)化選路復雜性，又可以兼顧流量均衡的控制。

　　受到傳送網(wǎng)節點(diǎn)設備交叉容量的限制，如果考慮擴展到配置WDM層面，則還有波長(cháng)轉換的問(wèn)題。在業(yè)務(wù)路徑優(yōu)化過(guò)程中，除了考慮鏈路傳輸容量、質(zhì)量的因素外，還需要重點(diǎn)對節點(diǎn)交叉能力進(jìn)行考慮，確保業(yè)務(wù)連接能夠順利通過(guò)交換/交叉節點(diǎn)，減少產(chǎn)生阻塞情況發(fā)生。{{分頁(yè)}}

(3)連接和信令

　　針對語(yǔ)音、數據和多媒體等業(yè)務(wù)的使用特性，在多層網(wǎng)絡(luò )的連接過(guò)程中可以采用不同的策略：對于端到端的語(yǔ)音業(yè)務(wù)而言，從呼叫到建立連接一般要求時(shí)間較短，而即使是自動(dòng)連接的光網(wǎng)絡(luò )建鏈時(shí)間也相對較長(cháng)，那么諸如SDH的大容量固定通道可用來(lái)在骨干節點(diǎn)之間傳送、預先建立連接，并長(cháng)時(shí)間保持穩定，而分組交換網(wǎng)絡(luò )可以實(shí)時(shí)地在呼叫連接過(guò)程中創(chuàng )建標簽通道；對于相對穩定而且傳輸容量較大的數據和多媒體業(yè)務(wù)，連接有突發(fā)、多變、長(cháng)保持時(shí)間、高帶寬、對距離不敏感等特點(diǎn)，可以考慮實(shí)時(shí)建立連接，并利用帶寬調整功能滿(mǎn)足變化。

　　信令在不同網(wǎng)絡(luò )層次存在轉換和嵌套。分組交換網(wǎng)絡(luò )中，信令和載荷都以分組的形式進(jìn)行交換，路徑通常是一致的，路由器具有根據包頭、墊層(Shim)的信息轉發(fā)數據的能力。而電路交換傳送網(wǎng)中的信令和路由通常是分離的，標簽路由器要依靠時(shí)隙、波長(cháng)、物理端口來(lái)轉發(fā)數據，這需要統一規范信令的語(yǔ)義和語(yǔ)法，在光纖、波長(cháng)、時(shí)隙和包各個(gè)層次上建立嵌套的標簽接口，構成一個(gè)完整的端到端的標簽交換路徑。當業(yè)務(wù)從分組網(wǎng)進(jìn)入光傳送網(wǎng)時(shí)，信令協(xié)議能夠識別嵌套的標簽，并在光網(wǎng)絡(luò )中創(chuàng )建隧道，業(yè)務(wù)從隧道出來(lái)時(shí)應彈出標簽嵌套，繼續轉發(fā)。

(4)生存性協(xié)調

　　由于數據層面和傳送層面都有各自的自愈措施，在網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)或者鏈路發(fā)生故障的時(shí)候，需要協(xié)調兩個(gè)層面的保護恢復動(dòng)作，避免因為重復操作導致業(yè)務(wù)不必要的損傷。在多層網(wǎng)絡(luò )中，存在自頂向下和自底向上兩種保護恢復策略，既然統一模型使得兩個(gè)層面保護恢復功能可以相互通知和協(xié)調，那么就應該建立協(xié)同保護模式。為此首先需要加強故障定位和分析功能的開(kāi)發(fā)與研究，只有在規定的時(shí)間片內準確地定位出故障點(diǎn)，才能確定使用何種保護恢復手段。目前傳送網(wǎng)中的故障定位相對比較容易，數據網(wǎng)絡(luò )中的快速故障定位則是一項正在發(fā)展的技術(shù)。

　　總而言之，兩種模型各有優(yōu)缺點(diǎn)，目前采用的多為重疊模型設備，而對等模型設備則是今后發(fā)展的一個(gè)方向。

4.智能化的多業(yè)務(wù)端到端動(dòng)態(tài)傳輸

　　當前的新技術(shù)使得業(yè)務(wù)應用有了新的突破。例如，虛級聯(lián)技術(shù)的使用使數據和多媒體業(yè)務(wù)使用SDH通道的效率大為提高，常用的以太網(wǎng)FE、GE不必占用像STM-1、STM-16這樣的整個(gè)群路端口的所有通道，分別只需使用VC-3-2v和VC-4-7v。但是，虛級聯(lián)組某個(gè)成員鏈路出現故障，往往會(huì )影響整個(gè)虛級聯(lián)組的信號傳送，特別是多個(gè)成員分布在不同鏈路上，故障的概率將大為增加。LCAS是一種在SDH業(yè)務(wù)發(fā)端和收端握手的傳送層信令協(xié)議，允許無(wú)損傷地調整傳送網(wǎng)中虛級聯(lián)信號的鏈路容量，而不至于中斷現有業(yè)務(wù)，逐漸成為MSTP中核心和必備的技術(shù)之一。

　　鑒于數據和多媒體業(yè)務(wù)的帶寬需求具有隨時(shí)間的推移而動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)，在帶寬變化比較頻繁，如秒和分鐘級的時(shí)候，傳送網(wǎng)傳統的手工指配連接已不能滿(mǎn)足需要，必須利用LCAS協(xié)議帶寬調整和GMPLS信令快速建立或者刪除連接的功能。當IP網(wǎng)絡(luò )流量在一個(gè)穩定時(shí)間內下降到容量門(mén)限以下，可以利用GMPLS信令動(dòng)態(tài)拆除部分虛級聯(lián)成員的連接，通過(guò)LCAS協(xié)議進(jìn)行端到端的無(wú)縫切換。反之，當容量需求上升到設定容量門(mén)限時(shí)，GMPLS信令則可以執行相反的建立連接過(guò)程，LCAS也進(jìn)行增加成員的操作，整個(gè)過(guò)程不會(huì )損傷IP業(yè)務(wù)的正常傳送。

　　一個(gè)MSTP設備動(dòng)態(tài)帶寬分配的過(guò)程如圖1所示?？蛻?hù)層或者網(wǎng)管層向傳送網(wǎng)提出帶寬增加申請，控制層面計算出傳送路徑，產(chǎn)生建立連接的控制信令，執行ASON的SPC/SC連接，連接建立成功后信號反饋到發(fā)端，然后運行LCAS協(xié)議，在成員間執行增加成員的流程。

　　可見(jiàn)，動(dòng)態(tài)帶寬調整實(shí)際上是由ASON連接建立和LCAS增加成員兩個(gè)階段組成。由于改變帶寬可能是由客戶(hù)設備發(fā)起的，所以級聯(lián)傳送的準備指令應該是從具有級聯(lián)屬性的業(yè)務(wù)建立完成后開(kāi)始的，而不一定是由網(wǎng)管觸發(fā)。在傳送網(wǎng)中，絕大多數業(yè)務(wù)連接都是雙向的，因此源宿兩端的級聯(lián)成員增加也可能是雙向同時(shí)進(jìn)行的。源在首尾確認成功(Conf)確認消息發(fā)出的同時(shí)進(jìn)行LCAS成員增加，而反向業(yè)務(wù)則需在收到Conf確認后執行LCAS成員增加協(xié)議，因為必須保證連接建立成功后方可運行LCAS協(xié)議；拆除則是相反過(guò)程，必須先運行LCAS解除多余成員后，方可進(jìn)行正常的連接拆除工作。

5.結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的不斷發(fā)展，交換網(wǎng)和傳送網(wǎng)的技術(shù)、結構和功能彼此滲透，不斷融合，扁平化、業(yè)務(wù)化和智能化將成為網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的主要趨勢。MSTP技術(shù)和ASON技術(shù)的成功應用為網(wǎng)絡(luò )的演進(jìn)提供了一條切實(shí)可行的發(fā)展道路，在光網(wǎng)絡(luò )中實(shí)現靈活高效的智能控制、在接入平臺上提供豐富快捷的接入手段，必將在下一代網(wǎng)絡(luò )的構建中占據一席之地，在未來(lái)的發(fā)展中呈現越來(lái)越美好的前景。