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0 前言
近年来城域传输网的建设方兴未艾，通信网络运营商的竞争重点已从骨干网转向本地网，建立高效经济的支持多业务的本地传输网已经成为运营商的共同目标。智能光网络（ASON）是能够智能化地完成光网络交换连接的新一代光传输网，是从过去单纯提供连接的基础网络转向提供多种智能服务的业务网络，代表了下一代光网络发展的方向。随着多种业务的发展，本地传输网对智能性的要求更加迫切，基于ASON技术的光传输网络能够很好地适应这一发展需求。
1 本地传输网的特点及目前面临的主要问题
1．1 本地传输网的特点
目前，已建的本地传输网基本上是以SDH环网为主，多环层叠嵌套，网络生存性主要依赖SDH的自愈机制。本地传输网相对于骨干传输网有着鲜明的特点：
a） 业务接口类型复杂，业务颗粒参差不齐，对保护的需求呈多样性。目前主要包括PDH/SDH接口、FE/GE接口、ATM接口、SAN接口、波长等。
b） 交叉粒度从64 kbit/s到波长。目前，一方面，各种宽带接入技术及新业务层出不穷，诸如DSL宽带接入、xPON、SAN、VPN、IPTV、Tri-Play、网络游戏等大带宽业务的高速增长使得城域网对带宽的需求日益增长；另一方面，由于带宽发展的不均衡性和已有用户设备的投资保护，低于2 Mbit/s带宽的接入和传送需求依然存在。因此64 kbit/s到波长业务的接入和交叉连接成为本地传输网的重要特点。
c） 电路调度频繁。电路层的拓扑频繁更新，电路建立和拆除操作频繁。
d） 技术多样性。目前主要应用的技术有MSTP、RPR、城域Ethernet、CWDM等，每种技术都有其应用空间。
e） 对设备功能要求较高。本地网中光纤距离较短，线路资源相对丰富且成本较低，制约网络成本的关键因素在于设备的传送能力、业务支持能力及网络带宽管理能力。尤其是核心层设备需要具有多个高速光口以同时支持多个传输环路，因此，应具有足够大的交叉矩阵进行完全无阻塞的交叉连接，有足够的支路上下能力，能够有效支持以太网等数据业务的接入和调度，同时必须处理好网络生存性与传输系统效率之间的关系。
1．2 目前面临的主要问题
本地传输网的技术层出不穷，相关业务需求也蓬勃发展，但由于本地传输网的多样性和复杂性，目前面临以下几个方面的问题：
a） 网络可靠性不够高。传统SDH环网结构无法抗拒环间故障和环内多点故障，无法实现99.999%的业务可靠等级。
b） 网络灵活性不高。传统的环网结构实现业务的疏导和汇聚时，网络容易出现瓶颈和阻塞，业务调度不灵活。
c） 业务端到端调度管理能力弱。多环互叠互联的结构使得业务的调度需静态配置，部分电路需要通过DDF进行人工固定连接，对快速端到端开通业务及网络故障定位不利。
d） 网络的扩展能力差，扩容成本高。网络扩容需要以环为基础，随着环数量的增加，电路调度和环间资源优化十分繁琐。
e） 业务模式和保护方式单一，不利于未来新业务的开展。SDH系统提供的环保护没有针对不同业务和不同用户的实际要求来提供服务全网需要配置超过50%的网络空闲备用资源带宽，网络资源利用率较低。
针对上述情况，现有的网络结构和业务提供方式已经不能充分适应和满足本地传输网的发展需要。
2 在本地网中引入ASON的策略分析
ASON在国内外的成功商用，使得运营商有信心用ASON来改造传输网络。目前国内外已经商用的ASON网络主要应用在骨干网上，在本地网的核心层有局部应用，但数量有限。相对于骨干网络主要完成大粒度业务的调度和保护恢复外，本地网的业务种类复杂，更需要实现业务汇聚和调度的智能化，因此ASON在本地网的应用更能体现其优势。就我国而言，一个运营商就拥有300多个本地网络，这给ASON在本地网中的应用提供了广阔的舞台。
2．1 本地网中引入ASON的必要性
随着城域传输网的发展，核心层物理网络结构逐步向网状网演进，网络对智能性的要求越来越迫切。在本地网中引入ASON将会带来以下好处：
a） 增强网络业务的快速配置能力，实现业务的快速提供。
b） MESH组网方式提高业务的生存性，提供多种保护和恢复方式，有效抵抗网络多点故障，达到99.999%以上的业务可靠等级，同时有利于网络的升级扩容。
c） 灵活提供不同的业务等级，满足目前迅速发展的差异化服务的需要；可引入新的补充业务，提供SLA网络，实现用户的定制服务，为重点大客户提供更具吸引力的服务，提升运营商的整体竞争力。
d） 充分降低维护难度，实现对业务的快速调配和自动保护，提高运营效率。
e） 提供新的利润增长点，如OVPN、 Tri-Play、SAN等高ARPU值业务。
因此，本地传输网核心层在今后数据业务量较大、网络业务调度频繁的情况下，适时引入ASON技术来解决网络生存性和网络调度问题是非常必要的。
2．2 本地网部署ASON的必要条件
ASON网络部署时需要对现网结构和资源、业务情况等方面进行综合考虑，来分析部署ASON网络的时机和当前的可行性。
2.2.1 承载的业务
城域光传输网络在业务量的构成方面存在着巨大差异。不同类型运营商由于其主营业务类型各不相同，对ASON网络的需求也不同。例如现阶段经营2G的移动运营商和基于固网的宽带业务运营商对ASON需求就不尽一致。另外运营商在业务拓展方面的策略不同，数据业务发展速度不同，那么对ASON网络需求的时间点也会不尽相同。同时3G R4/R5网络部署时间和基于IPTV等新一代业务在城域网开展情况均对部署ASON网络的时机有比较重要的影响。
2.2.2 网络拓扑
ASON网络只有在格状网中才能充分发挥其优势，因此ASON部署的首要条件是在城域网络中需要具备组成格状网的光纤资源。就网络层次而言，在城域网的核心层形成格状网存在一定的可能性，在汇聚和接入层目前尚不具备形成网状网的资源条件。因此，在很长一段时间内ASON网络主要部署在城域网的核心层。
2.2.3 网络规模
现有城域传输网中采用的技术以SDH/MSTP为主，就核心层而言，主要由STM-64或者STM-16设备组成环网，不同本地网业务量差异很大，环网的数目从单个环网到数十个环网。目前，功能相对完善的ASON设备主要为大容量的OXC，因此引入ASON的条件是在城域网中具备多个核心层环网的情况下，才有可能带来规模优势。
2.3 不同层面引入ASON的技术分析
ASON技术引入是一个渐进的过程，需从网络结构、网络运行维护和管理等多个方面深入分析，才能保证网络的平稳过渡，使未来基于ASON的城域光传输网的构架更加合理、可靠和灵活。大中城市的本地传输网一般分为核心层、汇聚层和接入层。笔者认为，本地传输网中ASON的引入应首先从大型城市的骨干层面（核心层及汇聚层）开始，随着业务的开展和技术的成熟，再逐步延伸到接入层。主要原因考虑如下：
a） 骨干层提供本地网骨干节点之间的连接，其业务需求具有网状分布、业务颗粒大的特点，适合ASON格状网络拓扑的应用。同时，从运营商的光纤资源来看，在核心层面中，业务量较大且相对均匀，节点之间光纤资源及路由资源相对丰富，格型的光纤资源拓扑比较常见。由于ASON对网络资源的利用率很大程度上取决于网络连通度，因此从运营商的实施基础来看，ASON在光纤连通度较高的大型城域网的核心层中有较大的用武之地。
b） 在本地网中引入ASON的一个重要原因是可以通过格状网的组网方式，无需1∶1的专用保护通道提供业务保护功能。通过提供网状恢复功能，使得运营商可以在带宽利用率和业务恢复时间之间寻找平衡点。通常，数据业务相对话音业务而言，对时延要求较低，以数据业务为主导的网络比较适合采用ASON技术。目前大多数本地传输网中，接入层面更多的是负责完成业务的采集、整合，骨干层面主要负责完成区域间的业务疏导和传送，话音业务和数据业务的分界较接入层面要清晰，这也表明ASON技术比较适合在骨干层内使用。
c） 业务量的大小是考虑是否采用ASON技术及组网拓扑选择的主要因素之一。在小业务量的情况下，环型连接表现出更好的带宽利用率。但是对于大业务量的应用，格状网络提供的节点间的直连物理通道被有效填充，格状连接的组网方式表现出更好的带宽利用率。因此ASON技术适合在大型本地传输网的核心层及汇聚层使用，这也说明了ASON设备要求有较大的交叉连接容量（一般在160G以上）。
d） 本地传输网中，多环间互联的情况已非常普遍，当业务需要跨接多个环网结构时，传送的安全可靠性就要由多个环网共同来保障。目前通常采用SNCP保护方式，具有倒换速度快的特点，可有效地防止单个中间网元失效或单处断纤对网络造成的影响。但其也有明显的缺点，由于骨干、汇聚及接入层共同形成一个大的SNCP保护环，导致路由过长，在本地网骨干层和汇聚/接入层发生两处断纤时将导致大量业务丢失，这种情况在本地网内屡有发生。可以考虑在核心层及汇聚层面引入ASON网络，通过其保护和恢复的结合，实现基于VC-4颗粒的业务的可靠传送，有效地提高网络的抗多点故障能力。
e） 接入层面的业务量一般较小，且以集中型业务为主，多数运营商的接入侧的光纤资源相对比较匮乏，大多只能提供环形甚至线形连接。同时如果要采用ASON实现网络端到端的业务指配，就需要ASON支持VC-4以下的业务颗粒，这对于分布式智能网元的数据库是一个相当大的挑战，在大量业务发生倒换恢复时，其业务恢复时间将会是一个天文数字。因此对于接入层面可以继续采用传统SDH环网的保护方式，从而有效地实现业务的接入并保证较快的保护倒换时间。
综上所述，ASON适合在光纤资源连通度相对丰富，且业务颗粒相对较大的本地传输网骨干层应用，主要利用其网络生存性方面的优势，并随着技术和业务的发展，逐步向城域传输网的边缘推进。
3 ASON在本地网中应用的技术要点分析
3．1 格状网络结构
格状网（Mesh网）是ASON的典型网络结构，也是最接近实际的光纤网结构，理论上比环形和树形网络传送效率更高，业务配置更灵活。环形网有小于50 ms快速倒换及初期投资相对较小的优势，目前被广泛应用在各级光传输网中。早期的DXC设备组成的Mesh网限于技术实现水平，业务恢复时间通常达到分钟级，无法被运营商所接受。ASON的出现使Mesh网的保护/恢复成为可能。
在传统SDH的环形网络中，每个节点的连通度均为2。而在基于ASON的格状网络中，为实现恢复而预留的资源可被Mesh网中的所有业务共享，这与传统光网络中的保护带宽资源被单条业务独占（如线性1＋1、SNCP）或只被有限业务共享（如复用段环的保护带宽只被环上业务共享）不同。ASON格状网络的保护/故障利用了节点间的连通度，连通度越高则恢复的可能性越大，连通度每增加1，网络的可靠度就会增加至少1个数量级。并且由于需要预留的带宽资源和连通度成反比，因此连通度的增加可以显著提高网络资源利用率。当然实际组网中应结合光缆的实际路由情况，不应盲目追求过高的连通度。连通度达到6时，已可以得到足够的网络可靠度，更高的连通度对提高网络可靠度的影响较小。
3．2 保护和恢复方式的选择
基于格状网的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和更可靠的业务生存能力，也可以为运营商降低网络总体成本提供支持。目前，各个厂家ASON设备的保护恢复功能存在比较大的差距。
a） 从支持的保护恢复类型看：1＋1保护和预制/动态恢复在实现上相对简单，并且需求明显，因此它们是多数厂家目前都可以实现的基本保护恢复机制；而1∶1或M∶N涉及优先级、业务抢占等比较复杂的策略，而且需求还不明朗，因此多数厂家还不支持。
b） 从时间性能看：保护机制倒换时间都可以控制在50 ms之内；而恢复机制的业务恢复时间则差距很大，这是由于厂家在采用的检测机制、路由算法效率、预置程度（路由或资源）等实现方式上具有各自的特点。
c） 从保护恢复方式的组合形式看：这是各厂家在保护恢复功能中最具特色的方面。永久1＋1保护失败后恢复、环网保护/SNCP保护失败后恢复、环网保护/SNCP保护和ASON保护恢复的分段结合等组合形式满足了运营商不同的需求。
ASON格状网的动态连接恢复机制与SDH线性和环网保护机制相比，具有较高的网络资源利用率。但由于网络恢复时间仍相对较长，一般在几百毫秒到秒级。而目前传输网仍需承载大量话音业务，要求50 ms以内的保护倒换时间。因此，对网络保护恢复方式的选择，ASON网络应采取传统的SDH保护和MESH网络恢复相结合的生存性机制。对于话音等对业务损伤时间敏感的业务，仍采用传统的SNCP保护、复用段或者环网等保护机制，保证50 ms的业务倒换时间，同时，可以结合ASON的网状网恢复能力，提高话音业务在多重故障下的生存能力。 对于IP业务、数据租线业务等可以采用网状网共享保护和动态恢复。利用ASON丰富的SLA功能，针对各种业务采取不同的保护恢复策略和差异化服务。
3．3 QoS等级
相对快速的保护需要资源代价，相对效率较高的恢复需要时间代价。较传统SDH只能提供50 ms内保护或不保护两种选择，ASON的进步表现在提供了多种业务保护和恢复方式的选择。通过不同的保护/恢复方式的选择，ASON提供不同QoS级别的业务，从最高级别的保护和恢复相结合的业务，到保护业务、恢复业务、不保护业务、额外业务，充分实现传输带宽的灵活应用。
保护恢复的应用策略涉及很多方面，表1针对现有保护恢复机制进行了一个具有普适性的等级划分方式，运营商可以根据具体情况，平衡业务需求和网络资源利用率来选择适当的QoS等级。
3．4 ASON与IP网络的关系
对于IP数据网来讲，若提供电信级业务还需要弥补其在安全和QoS方面存在的缺陷，而ASON是基于电路方式的，可以很好地解决QoS和安全性问题，而这两者正是IP网最薄弱的地方。IP路由器和ASON都具有保护、恢复功能，要协调好IP网络与光传输网的配合问题，应主要解决保护/恢复问题和功能配合问题，即如何协调两者之间的关系。
如果仅在单一的IP层面进行保护恢复，为保证在故障过程中所有业务依然保持原有的QoS水平，网络带宽必须有足够的冗余，全网带宽冗余度最少要达到50%，否则就要损失低等级业务的QoS水平。为了保证网络业务提供的可用率，目前各大运营商采用了超额提供网络带宽的方法，造成IP网轻载，骨干网链路带宽利用率一般不超过40%，较大地浪费了网络带宽。
如果通过ASON为IP网链路保护恢复，则可以提高链路带宽资源利用率，实现IP网与传输网综合建设成本的降低。IP网节点的可用率要远高于链路，链路故障是影响全网安全性的重要因素，因此，如果链路具备一定的保护恢复能力，则全网的安全性将会大为改善。采用ASON的保护恢复可以使IP网的业务可用率大大提高，同时需要合理设计和优化其网络物理拓扑，保证网内各路由器间链路的物理路由不相关，以避免光纤中断等单个物理层故障导致IP网发生多处链路故障，从而引起路由剧烈震荡。
另外，从故障恢复的速度来说，光网络保护和恢复机制优于IP网络，特别是对于一些点到点的、业务量非常大的场合，光网络保护可以在50 ms内应对光纤切断等故障，无需高层协议和信令的介入。但是对于OXC节点瘫痪等故障，光层的保护和恢复机制就无法解决，必须依靠IP层的保护和恢复机制参与，因此采用光网络和IP层联合恢复机制是必要的。首先从光网络层进行保护，若在某个确定的计时期间内无法恢复，再转由IP层进行恢复是较为可行的一种方法。
对于功能配合问题，光传输网和IP路由器在功能上有许多地方有重叠，特别是光传输网已具有L2层功能，而核心路由器的成本远高于同等容量的光交叉设备。由于IP网络的层叠（多跳），大量的转接业务在昂贵的L3层设备中进行传送，因此由光传输网的L1或L2层进行端到端的数据传送，可节省网络的硬件和运维成本，同时由于网络层次的减少，还将减少网络的时延，提高网络的可靠性。
3．5 控制平面的实现方式
在ASON中，传统的网管体系被基于传送平面、控制平面和信令网络的新型多层面管理结构所替代，构成了一种集中管理与分布智能相结合、面向运营者的维护管理需求与面向用户的动态服务需求相结合的光网络管理方案。ASON的管理平面与控制平面之间互为补充，可以实现对网络资源的动态配置、性能监测、故障管理以及业务管理等功能。ASON节点之间采用I-NNI接口互联，对外采用标准UNI接口连接客户网络。
3.5.1 控制方式选择
ASON体系结构支持集中控制方式、分布控制方式或二者混合的方式。
分布控制由分布在每个网元中的控制元件实现，完成任何控制功能时通常要求不同网元的控制元件进行交互和协调。由于ASON需要支持大量的动态连接，因此采用分布控制方式能够提供更高的执行效率和可靠性，使网络的局部故障对全网的影响降低到最小程度。分布控制方式中，每个网元节点具有完备的信令连接功能，使网元组织和不同厂家设备共同组网的实现变得简单易行，比较符合网状网的特点。
集中控制通常由集中的网络管理系统来承担，其优点是管理系统掌握全网资源和状态的动态信息，对于路由优化、恢复的预计算等工作可以得到全网范围最优的解决方案。但是网络性能受到管理系统的处理能力的限制，连接建立和保护恢复的时间比较长，同时网络控制对于管理系统的依赖性比较强，管理系统故障会影响全网的控制。
对于新建ASON网络应采用分布控制方式，并可适当结合管理系统的网络优化功能，实现优化的网络智能。
3.5.2 控制域的组织
根据现有ASON产品的技术水平，智能光网络组网应采用单厂家设备、单控制域的组网方式，即所有ASON设备在一个控制域内。为满足网络的可扩展性，控制域内可以根据需要划分若干路由区，设备间采用I-NNI信令接口进行互联。
目前基于SDH的ASON设备和组网技术相对成熟，可在近期采用；初期主要应用I-NNI接口技术，实现灵活的网络调度、网状网保护和恢复等功能，并采用单厂家的设备组成单控制域方式进行组网；在E-NNI接口技术成熟后，适时引入多个控制域，不同控制域可以采用相同或者不同厂家的ASON设备，通过标准信令接口实现省际层面跨域的ASON连接控制，以及省际与省内、城域网的跨域业务调度和保护恢复；UNI和E-NNI接口涉及不同域之间、客户和ASON网络之间的互联互通，应在域间接口上规范惟一的信令协议，即选择RSVP-TE；在ASON建设初期，由于业务网设备大部分还不具备UNI接口能力，应主要采用软永久连接方式为业务网提供固定连接。随着业务网和ASON网的不断融合发展，业务网可以直接通过UNI接口动态发起请求，提供BoD、OVPN等新型网络业务。
4 ASON与传统光网络的融合
毫无疑问，ASON代表了传输网络的发展趋势，但是在目前传统网络占绝对优势的情况下，两网如何互联就成为摆在运营商面前的现实问题。在应用过程中，必须注意ASON技术和现有城域网技术的结合，尤其和SDH/MSTP的结合。
为实现ASON网络的高生存性、高扩展性、灵活性和智能性，ASON网络节点设备在组网能力、硬件能力和软件能力等方面与传统的SDH设备完全不同。ASON同时具有DXC和MADM的功能，支持不同的网络拓扑，同时支持VC-4、VC-12的业务汇聚，支持多光口，保证节点连通度足够大。因此，ASON的实现要求设备硬件有革命性的改变，传统SDH设备是不能简单升级为ASON设备的。
现有网络中已经建设了大量SDH环网，这些网络不具备智能，无法实现网络端到端连接的动态控制。原有网络的升级方式有两种：
a） 方式一：理论上原有SDH设备可通过改造升级使之支持UNI。但实际上，原有设备要改造成支持UNI很可能要更换掉几乎所有的单板，这在技术和经济上都决定原有SDH设备不可能改造成ASON设备，因此这种方式实际上是不可行的。
b） 方式二：智能代理，即对管理系统进行升级，使它成为具有智能的集中控制平面，原来的传输网络就成为ASON中的一个集中控制域。管理系统利用集中控制方式，实现控制域内连接的自动建立，在该控制域内部使用私有控制协议，对外通过在管理系统中增加标准的信令接口（UNI和E-NNI），实现与其他控制域的配合，最终达到全网内的自动交换。
由于不可能一步到位地替换原有全网，新建的ASON将以子域的方式存在于传统网络中，网络将逐层或逐片地发展成ASON。网络演进顺序将是自上而下的，先核心层后汇聚、接入层。对于现有光网络向ASON演进可以这样设想：初期，新建的ASON子域像孤岛一样存在于传统网络中，端对端的业务将穿越智能域和传统SDH域。同一厂家的ASON子域和传统SDH网络可通过高层的网管系统实现统一管理、统一调度，不同厂家的网域无法统一管理。随着ASON设备成为建设的主流，规模不断扩大，从骨干层向汇聚、接入层延伸，传统SDH域不断缩小，最终全网将统一成为ASON，不同子网间由跨厂家统一的E-NNI接口互通。
5 ASON在本地网中应用存在的主要问题
ASON是一项正在发展中的新技术，现阶段在本地网中大规模应用还存在下述技术问题。
5.1 标准有待完善
目前制定ASON相关标准的组织主要有ITU-T、IETF和OIF。虽然体系结构、网络接口和信令路由协议方面的相关标准已经形成，但在UNI 2.0、E-NNI、域间路由、自动发现、保护恢复及管理平面等多个方面仍有待完善。
5.2 互联互通难以实现
ASON在已经具备了基本的互联互通能力（连接的建立和拆除）的同时还有很多问题亟待解决。就传送层面而言，厂商间的SDH设备互联存在很多问题，由于很多协议（如自动发现和E-NNI）还没有成熟的标准，也使真正的互联互通难以实现。
5.3 流量工程、保护/恢复等功能的有效性
运营商对网络的实时监控能力、业务的高效提供能力、网络的高生存性等的追求是永无止境的，ASON的初衷就是彻底解决这些问题，但其有效性还没有经过真正的大规模网络长期的实践检验，究竟是彻底解决问题还是仅仅能够在一定程度上减轻这些问题，还没有也暂时不可能形成定论。
5.4 综合网管
ASON提供了新的网络控制管理平台，满足TMN的框架，但并不是排斥或完全代替已有的传输网网管系统，在涉及到底层的管理时还要与现有的管理系统相互配合，在实际运营时可能会产生一定的问题。
迄今为止，还没有任何一项技术可称为完美无缺的，正在发展中的ASON也是一样。但是，ASON作为构建新一代光网络的核心技术，它的未来无疑是光明的。
6 结束语
ASON被誉为传输网概念的重大突破，是下一代传输网发展的必然趋势，在本地网中引入ASON技术可以有效地提高网络资源利用率，实现带宽快速部署和端到端业务配置，提供更多类型的保护恢复机制，提供QoS/SLA和分布式的网络控制能力，方便和丰富网络运营商的业务扩展和运营，创造新的业务增长点，提升企业ARPU值及收益。ASON技术符合下一代网络以业务驱动为特征的网络要求。
ASON这种新的网络体系适应网络发展的迅猛之势，符合业务驱动的市场规律，将为网络运营商和服务提供商带来新的业务增长点，创造巨大的市场机遇。毋庸置疑，ASON将引领光通信技术的发展潮流，成为下一代光网络演进的主旋律。
----《邮电设计技术》
