ASON網絡控制平面擁塞仿真研究

王 娟

（江西科技學院 信息工程學院，江西 南昌 330098）

ASON網絡控制平面擁塞仿真研究

王 娟

（江西科技學院 信息工程學院，江西 南昌 330098）

本文介紹ASON（自動交換光網絡）的傳送平面、控制平面和管理平面，以及研究和分析控制平面功能特點，討論ASON的先進之處。介紹由ITU-T提出的智能光網絡標準并通過分析來了解ASON控制平面各個功能部分解析，通過網絡協議的仿真，在仿真模型的基礎上研究了擁塞，研究呼損與網絡負載之間的關系，著重討論了呼損和連接建立時間相互關系。

自動交換光網絡;控制平面;仿真;擁塞

0 引言

通信是信息的遠距離傳送的簡稱，是人類生產和生活的重要支撐。光纖通信是從20世紀90年代的中后期發展起來的，到了21世紀的初期，光纖通信進入了發展的低谷，最重要的原因是帶寬利用率非常低。如何把帶寬的利用率提高和把帶寬滿足人們的生活和生產需要，是運營商在商業化面臨的重要問題，為了能夠支持通信技術與業務IP發展的需求，支持滿足人們增長的業務需求，并且實現網絡的自動化和智能化發展以便提高網絡帶寬的利用率，于是具備智能化的ASON（自動交換光網絡）就這樣誕生了[1]。

ASON包括傳送平面、控制平面、和管理平面，與之前光纖通信技術比較來看，ASON的最重要的是加入與其他平面獨立的控制平面，加入了控制平面后，使自動交換光網絡具有了自動配置網絡配置、發生故障的時候可以及時恢復的功能、自動網絡帶寬的分配和動態的配置網絡的能力。

ASON所帶來的主要好處有：使0網絡拓撲的邏輯結構和相應的節點結構得以簡單化，使網絡上的空閑的資源自動分配給路由器，同時這樣提高了網絡的資源使用率還使搭建網絡的成本降低，由于ASON在設計的時候就考慮到了網絡的可拓展性，這樣使得增加網絡的結構難度大大降低。在ASON（自動交換光網絡）和DWDM（密集波分復用）的組網方式下，可提供足夠大的節點帶寬容量，并可完成以前的SDH（同步數字體系）設備所能完成的所有功能；使運行很大程度上的簡化，實現了合理的規劃，業務指配和維護的實現自動化，使運維的成本大大的降低了，降低了資源擱淺機會；使光層的具有快速恢復業務的能力；快速的業務提供和拓展能力；減少了運營支持系統軟件和人工出錯機會；智能光網絡還可以提供更多的光層業務類型，如分級的寬帶業務、光撥號服務、路由動態分配等等；不同運營商之間可以進行網絡互聯，不僅節約了成本，提高了數據傳輸效率，最重要的是方便了用戶的使用。

國際性組織主要有是國際電信聯盟遠程通信標準化組織（ITU-T）、IETF（互聯網工程任務組）和OIF（光互聯論壇）和TMF(TeleManagement Forum)對ASON進行標準化和規范化的，其中TMF致力于通信行業(OSS)的運營和管理問題上提供服務和支持的世界性的非贏利性社團組織。TMF通過結合ITU-T的標準來與ITU-T共同完成的ASON控制平面的管理。TMF的管理由多技術網絡管理完成，主要的方面是連接的釋放、呼叫的監測和對網絡的維護，并且在故障發生時快速的恢復連接，而這些都是需要在信令網的基礎上。而ITU-T作為全球唯一的權威性電信標準化組織，正在努力發展ASON這一領域的標準化進程，ITU-T主要針對著ASON的網絡體系結構、網絡性能、設備功能要求已經光層規范制定了一系列的標準[2]:

圖1 ASO N標準化組織

ITU-T對于ASON的建議框架如圖所示：

圖2 I TU-T關于ASO N的標準框架

控制平面作為ASON架構的重要組成部分，是國際電信聯盟（ITU-T）提出了ASON路由體系結構和需求，主要規范通用的接口要求。著力于規范了ASON路由邏輯結構和路由自動化選擇、概要消息、路由的屬性和信息狀態圖等。

1 ASO N體系結構

ASON技術的加入加快了網絡業務的配置的速度，可以靈活地分成不同的業務等級，同時在業務的安全性和生存性提高了水平，而且減少網絡邏輯節點的故障時間，ASON擁有完整的標準化的GMPLS，與此同時ASON是在光交叉連接的基礎上發展過來的，可以保證網絡的連通度和擴展性，實現了快速保護和快速恢復；其強大的業務網絡規劃和設計能力為現在業務發展的需求提供了技術基礎，并且它還能充分利用網絡資源，自動選擇最優的路徑和具有管理路徑的能力，在網絡發生故障時，ASON能夠及時并且自動恢復；其相對傳統網絡的區別如圖3所示。

圖3 ASO N網絡體系相對傳統網絡的區別

ASON極強的靈活能力使其在網絡鏈路管理和配置上有著傳統網絡無法比擬的優勢，和傳統的網絡主要的優點如下[3]：

1.自動化：ASON在傳統網絡的傳送平面和管理平面的基礎上加入了控制平面的功能，來實現了對傳送平面的實時控制，完成了資源管理，路由動態的自動化分配，網絡鏈路智能選擇等方面，并且ASON具有高度的網絡拓展性和網絡拓撲的靈活性，也在快速提供網絡業務中具有強大的優勢。

2.規范化：在ITU-T、OIF和IETF等世界性組織的標準化過程中，使ASON具有了國際標準化的協議和通用的接口，使全世界范圍的地區和不同地方的設備可以互相連通，突破了可以在多家運營商、多家廠家的環境下進行網絡通信工作的瓶頸。

3.成本大大的降低：現有網絡一般都是SDH環形邏輯結構的網絡，而在業務分配的時候需要一個一個的配置，這樣的配置工作需要人工手動操作，而帶來的缺點是：數據損耗巨大，帶寬資源的利用率也不高，拓展性不高而升級擴容的成本高，并且運營維護的成本也很大，而ASON技術采用一臺光交換機進行多節點的模式分配，只需要一次性投資，不需要擴容的成本，在經濟基礎上可以節約了成本和相應的維護費用，而且它的路由動態自動分配可以大大節省人工所需時間，同樣也減少了運營所需要成本。

4.靈活性：ASON對于不同等級的網絡用戶可提供不同等級的網絡支持保護，滿足不同客戶的不同需求，且因其智能和自動管理平面，在網絡建立和連接配置上，動態自動化分配，減少了人工配置時間，提高工作效率。

5.作為新興技術，ASON相對傳統網絡的優勢明顯，發展潛力巨大，現已成為世界各國和科學家大力發展和著力研究的技術。

ASON與傳統的OTN的體系結構標準是不同的，國內外對ASON的標準如表1所示。

表1 ASO N控制平面的國內標準和對應的國際標準

與傳統光傳送網比較，自動交換光網絡的最重要的特點是在網絡中增加了的控制平面，而控制平面也是ASON網絡的核心部分。因為增加控制平面的自動交換光網絡發生了革命性的變化。

自動交換光網絡的傳送平面只是作為網絡網元和交換實體媒介。它負責端口對端口之間交換信息，同時主要完成建立、交換、刪除、傳送的功能，并且還需要交互相關的控制信息。按照國際電信聯盟的規范按照一定規律分層。OTN還通過傳送網元來交換網元信息，而這些網元信息負責包含所交換的實體的全部信息。ASON中從端口到端口的建立和連接是在ASON控制平面的控制邏輯下產生出來的。

ASON網絡的控制平面與其說是智能化的技術，倒不如說是一個智能化自動化的IP網絡，所以它的邏輯結構首先得需要滿足IP網絡結構的要求。并且在結構模型上的控制平面還需要分成幾個管理區，一個管理區內可以根據不同業務定義成為多個功能節點區，并且每個功能節點區以功能節點為單位劃分多個節點網絡，同一個區的不同節點區之間是通過外面的網絡節點來交互的，同樣在不同的控制平面之間也需要其他的網絡節點來進行交互的，而相同的節點域內的不同節點網絡之間是一般是通過內部網絡節點接口來信息交互的，而自動交換光網絡的控制平面和用戶通常是需要專用的用戶接口來實現的。

2 ASO N控制平面擁塞仿真

在ASON光網絡中，控制平面是三大平面的最重要的部分。它能實現自動交換光網絡的自動化的基礎部分。因此本研究的對象也主要放在這個對于ASON最重要的平面上。本論文主要的仿真對象中包含連接控制器，路由控制器，鏈路資源管理器和呼叫控制器這四個基礎的部分，并且由各個功能區域之間的信息交互式由相應的控制器控制的，四個功能區域的創建過程中需要用相應狀態標志來區分，鏈路資源管理和路由控制器、連接控制器這些功能區域能夠與呼叫控制器進行通信，如圖4所示。

在實驗的實現中，因為控制平面采用與傳送平面不同的網絡拓撲結構，而且控制平面的路由控制器維護著傳送平面的網絡拓撲信息。仿真ASON擁塞實驗中的傳送平面和控制平面網絡拓撲結構圖，如圖5所示。

圖4 ASO N控制平面實驗模塊邏輯結構圖

實驗仿真開始，通過鏈路資源管理來實現記錄連接、端口的數目和相連的網絡節點等等的信息。當進行操作的時候，節點會獲取相應的信息并向其他相鄰的節點發送器狀態信息，當收到狀態信息的鏈路，其的控制器會把本地的資源狀態刷新，并把這些鏈路信息并向的路由控制器發送。當路由控制一旦發生并把信息更新，往所有相關的路由控制器發送路由信息，通過這種方法來初始化網絡拓撲的自動發現，并且得到了相應的路由信息。因為呼叫和連接是并不是聯系在一起的，所以控制平面拓撲結構不同于傳送平面的拓撲結構，并且使呼叫和連接的信令選擇不同的路由路徑來到結果端口。實驗平臺仿真如圖6所示。

圖5 傳送平面拓撲圖和控制平面拓撲圖

圖6 網絡仿真的演示圖[6]

當在試驗過程中，應該對于網絡的性能進行研究，呼損是衡量網絡性能最重要的指標的之一，在仿真中呼損的定義是在進入網絡的時候，因為結果端口到了可處理呼叫的極限數量，被絕接入的呼叫數量占呼叫總數量的比率。除這個以外，試驗中還加入網絡連接損耗這一概念：定義是在結果端口接收信息的時候，但是因為網絡相應的資源不夠而沒有成功的呼叫數量占呼叫總數量的比率。

為了在兩種不同的狀況下研究網絡的性能，首先定義兩個公式：

其中：F呼叫頻率(每秒呼叫的數量)，Tall：總的仿真時間 ，T：連接平均持續時間，N：已經建立成功連接的呼叫數量，Be：每一個呼叫需要的帶寬，Bt：實驗網絡的全部帶寬(所有鏈路的總帶寬數)。

在實驗仿真中，總結這樣一個規律：當offer load和Network load固定不變時時，即使其他的參數怎么變化，網絡的呼損基本維持不變[7]。

如圖7所示中，當從2.0s變化為20s并且把F（呼叫頻率）降低成初始的l/10的時候，而且使提供負荷保持固定不變，可以看出這兩種情況，兩條曲線基本重合在一起。

如圖8所示，在從2.0s變化為20s時，通過改變其他的變量，使Network load保持不變。可以看出兩種狀況下，取出來的兩條數據線也基本相同。但是，由于不能預測已經呼叫成功的數目，所以兩條曲線沒有上一個重合程度的那么充分。

圖7 提供負荷與呼損的關系

圖8 呼損與網絡負載的關系

其中,又把鏈路的時間延遲放在可考慮因素中，在其他的論文中一般都把這個因素忽略掉。當重視這個因素以后，就可以把呼損分成這三類：①呼叫連通以后，在逐步建立連接的時候，可用相關資源不能傳遞給中間節點。②呼叫建立以后，在建立連接時（call信息返回成功標志）沒有相應的資源。③建立呼叫連通后，控制連接器（CC）發信息到目的節點但沒有足夠的可用資源。

人們一般把第一種情況和第二種情況認為是連接的損失率造成的結果，把第三種情況成為呼叫的損失率造成的，因此呼損等于連接損失率和呼叫損失率總和。如圖9所示。在實驗仿真中，發現節點之間的呼損與連接的損失率有必然的關系，其根本原因是ASON的結構非常龐大，導致了每個連接建立的過程非常復雜，需要比較長的時間。因此,在此次實驗中，可以發現在研究ASON網絡的擁塞時，連接建立的時間是一個很重要的因素。

圖9 呼損、連接損失率與提供負載的關系(呼損通過實線標注)

3 結論

本文首先介紹了智能交換光網絡的概況及其發展趨勢，然后在NS2的仿真平臺上，以ITU-TG8080為基礎，實現了ASON控制平面的擁塞仿真，其中每個控制節點都包含了呼叫控制器，連接控制器，路由控制器和鏈路資源管理器四個主要的模塊，接著通過在這個平臺上的仿真,得到了兩種網絡負載對呼損的關系以及連接建立時間對呼損的影響。

進入21世紀以來，IP業務快速增長，對網絡帶寬的需求越來越高，且由于IP業務量的突發性與不確定性，對計算機網絡的動態分配要求也越發急迫，傳統網絡需要人工配置網絡連接，不僅費時，費力，出錯率也極高，現在難以滿足網絡和新業務的易拓展性要求，ASON的出現實現了真正意義上的網絡資源動態分配、自動配置網絡連接、網絡自動恢復等，高速、安全、便捷又容易操作的網絡服務是我們現在越來越提倡的網絡連接管理模式，也是未來網絡發展的趨勢，全光網絡的覆蓋，必然會為網絡服務行業提供更加廣闊的業務平臺，既方便了運營商的開發，也滿足了人們對高質量網絡服務的要求。ASON在干線網的應用已經顯示出其活力，OTN技術與ASON技術的捆綁勢必會增強干線網的可管理性和可維護性[8]。

ASON已經在良好的商業帶動下取得了很大的成功，國內運營商正在積極開展 ASON，因為運營商非常關注ASON的未來良好的發展，并且已經在局部城域網絡上開始建設ASON網絡，隨著標準和設備的進一步完善和成熟，ASON將得到全面的應用，為光通信的發展提供新的契機。

[1]顧畹儀,黃永清,陳雪,等.光纖通信[M].北京:人民郵電出版社（第2版）,2011.

[2]楊祥林,孟宇.光纖通信系統[M].北京:國防工業出版社,2012.

[3]張國穎,等.ASON的標準化進程[J].電信技術,2003（09）:23-24.

[4]張海懿.ASON技術、標準和產品化現狀[J].通信世界,2008（45）:31.

[5]歐陽興.智能光網絡的發展與應用[J].中國科技信息,2005（18）:45-46.

[6]王放.光網絡控制平面相關技術研究[D].北京:北京郵電大學,2007:5-9,15-17.

[7]張良辰.ASON的標準化和技術進展[J].電信技術,2003（2）:12-14.

[8]趙繼軍,季岳峰,徐大雄.智能光網絡控制平面技術[J].中國無線電子學,2012（5）:32-33.

（責任編輯：陳 輝）

The Congestion Simulation Research of the ASON Network Control Panel

WANG Juan
（Information Engineering School,Jiangxi University of Technology,Nanchang 330098,China）

This article introduces the transmission panel,the control panel and the management panel of the ASON(Automatically Switched Optical Network),researches and analyzes the functions and features of the control panel,and discusses the advancement of ASON.The article also introduces the intelligent optical network standards proposed by ITU-T,analyzing the function of each part of ASON control panel,Through the simulation of network protocol and based on the simulation model,the article researches congestion,and the relationship between the call loss and the network load,especially the relationship between call loss and connection setup time.

ASON;control panel;simulation;congestion

TP391.9

A

123（2014）03-0047-06

2013-12-16

王 娟（1982-），女，江西新余人，江西科技學院，碩士。研究方向：通信系統、智能光網絡。