ASON网络控制平面拥塞仿真研究

王 娟

（江西科技学院 信息工程学院，江西 南昌 330098）

ASON网络控制平面拥塞仿真研究

王 娟

（江西科技学院 信息工程学院，江西 南昌 330098）

本文介绍ASON（自动交换光网络）的传送平面、控制平面和管理平面，以及研究和分析控制平面功能特点，讨论ASON的先进之处。介绍由ITU-T提出的智能光网络标准并通过分析来了解ASON控制平面各个功能部分解析，通过网络协议的仿真，在仿真模型的基础上研究了拥塞，研究呼损与网络负载之间的关系，着重讨论了呼损和连接建立时间相互关系。

自动交换光网络;控制平面;仿真;拥塞

0 引言

通信是信息的远距离传送的简称，是人类生产和生活的重要支撑。光纤通信是从20世纪90年代的中后期发展起来的，到了21世纪的初期，光纤通信进入了发展的低谷，最重要的原因是带宽利用率非常低。如何把带宽的利用率提高和把带宽满足人们的生活和生产需要，是运营商在商业化面临的重要问题，为了能够支持通信技术与业务IP发展的需求，支持满足人们增长的业务需求，并且实现网络的自动化和智能化发展以便提高网络带宽的利用率，于是具备智能化的ASON（自动交换光网络）就这样诞生了[1]。

ASON包括传送平面、控制平面、和管理平面，与之前光纤通信技术比较来看，ASON的最重要的是加入与其他平面独立的控制平面，加入了控制平面后，使自动交换光网络具有了自动配置网络配置、发生故障的时候可以及时恢复的功能、自动网络带宽的分配和动态的配置网络的能力。

ASON所带来的主要好处有：使0网络拓扑的逻辑结构和相应的节点结构得以简单化，使网络上的空闲的资源自动分配给路由器，同时这样提高了网络的资源使用率还使搭建网络的成本降低，由于ASON在设计的时候就考虑到了网络的可拓展性，这样使得增加网络的结构难度大大降低。在ASON（自动交换光网络）和DWDM（密集波分复用）的组网方式下，可提供足够大的节点带宽容量，并可完成以前的SDH（同步数字体系）设备所能完成的所有功能；使运行很大程度上的简化，实现了合理的规划，业务指配和维护的实现自动化，使运维的成本大大的降低了，降低了资源搁浅机会；使光层的具有快速恢复业务的能力；快速的业务提供和拓展能力；减少了运营支持系统软件和人工出错机会；智能光网络还可以提供更多的光层业务类型，如分级的宽带业务、光拨号服务、路由动态分配等等；不同运营商之间可以进行网络互联，不仅节约了成本，提高了数据传输效率，最重要的是方便了用户的使用。

国际性组织主要有是国际电信联盟远程通信标准化组织（ITU-T）、IETF（互联网工程任务组）和OIF（光互联论坛）和TMF(TeleManagement Forum)对ASON进行标准化和规范化的，其中TMF致力于通信行业(OSS)的运营和管理问题上提供服务和支持的世界性的非赢利性社团组织。TMF通过结合ITU-T的标准来与ITU-T共同完成的ASON控制平面的管理。TMF的管理由多技术网络管理完成，主要的方面是连接的释放、呼叫的监测和对网络的维护，并且在故障发生时快速的恢复连接，而这些都是需要在信令网的基础上。而ITU-T作为全球唯一的权威性电信标准化组织，正在努力发展ASON这一领域的标准化进程，ITU-T主要针对着ASON的网络体系结构、网络性能、设备功能要求已经光层规范制定了一系列的标准[2]:

图1 ASO N标准化组织

ITU-T对于ASON的建议框架如图所示：

图2 I TU-T关于ASO N的标准框架

控制平面作为ASON架构的重要组成部分，是国际电信联盟（ITU-T）提出了ASON路由体系结构和需求，主要规范通用的接口要求。着力于规范了ASON路由逻辑结构和路由自动化选择、概要消息、路由的属性和信息状态图等。

1 ASO N体系结构

ASON技术的加入加快了网络业务的配置的速度，可以灵活地分成不同的业务等级，同时在业务的安全性和生存性提高了水平，而且减少网络逻辑节点的故障时间，ASON拥有完整的标准化的GMPLS，与此同时ASON是在光交叉连接的基础上发展过来的，可以保证网络的连通度和扩展性，实现了快速保护和快速恢复；其强大的业务网络规划和设计能力为现在业务发展的需求提供了技术基础，并且它还能充分利用网络资源，自动选择最优的路径和具有管理路径的能力，在网络发生故障时，ASON能够及时并且自动恢复；其相对传统网络的区别如图3所示。

图3 ASO N网络体系相对传统网络的区别

ASON极强的灵活能力使其在网络链路管理和配置上有着传统网络无法比拟的优势，和传统的网络主要的优点如下[3]：

1.自动化：ASON在传统网络的传送平面和管理平面的基础上加入了控制平面的功能，来实现了对传送平面的实时控制，完成了资源管理，路由动态的自动化分配，网络链路智能选择等方面，并且ASON具有高度的网络拓展性和网络拓扑的灵活性，也在快速提供网络业务中具有强大的优势。

2.规范化：在ITU-T、OIF和IETF等世界性组织的标准化过程中，使ASON具有了国际标准化的协议和通用的接口，使全世界范围的地区和不同地方的设备可以互相连通，突破了可以在多家运营商、多家厂家的环境下进行网络通信工作的瓶颈。

3.成本大大的降低：现有网络一般都是SDH环形逻辑结构的网络，而在业务分配的时候需要一个一个的配置，这样的配置工作需要人工手动操作，而带来的缺点是：数据损耗巨大，带宽资源的利用率也不高，拓展性不高而升级扩容的成本高，并且运营维护的成本也很大，而ASON技术采用一台光交换机进行多节点的模式分配，只需要一次性投资，不需要扩容的成本，在经济基础上可以节约了成本和相应的维护费用，而且它的路由动态自动分配可以大大节省人工所需时间，同样也减少了运营所需要成本。

4.灵活性：ASON对于不同等级的网络用户可提供不同等级的网络支持保护，满足不同客户的不同需求，且因其智能和自动管理平面，在网络建立和连接配置上，动态自动化分配，减少了人工配置时间，提高工作效率。

5.作为新兴技术，ASON相对传统网络的优势明显，发展潜力巨大，现已成为世界各国和科学家大力发展和着力研究的技术。

ASON与传统的OTN的体系结构标准是不同的，国内外对ASON的标准如表1所示。

表1 ASO N控制平面的国内标准和对应的国际标准

与传统光传送网比较，自动交换光网络的最重要的特点是在网络中增加了的控制平面，而控制平面也是ASON网络的核心部分。因为增加控制平面的自动交换光网络发生了革命性的变化。

自动交换光网络的传送平面只是作为网络网元和交换实体媒介。它负责端口对端口之间交换信息，同时主要完成建立、交换、删除、传送的功能，并且还需要交互相关的控制信息。按照国际电信联盟的规范按照一定规律分层。OTN还通过传送网元来交换网元信息，而这些网元信息负责包含所交换的实体的全部信息。ASON中从端口到端口的建立和连接是在ASON控制平面的控制逻辑下产生出来的。

ASON网络的控制平面与其说是智能化的技术，倒不如说是一个智能化自动化的IP网络，所以它的逻辑结构首先得需要满足IP网络结构的要求。并且在结构模型上的控制平面还需要分成几个管理区，一个管理区内可以根据不同业务定义成为多个功能节点区，并且每个功能节点区以功能节点为单位划分多个节点网络，同一个区的不同节点区之间是通过外面的网络节点来交互的，同样在不同的控制平面之间也需要其他的网络节点来进行交互的，而相同的节点域内的不同节点网络之间是一般是通过内部网络节点接口来信息交互的，而自动交换光网络的控制平面和用户通常是需要专用的用户接口来实现的。

2 ASO N控制平面拥塞仿真

在ASON光网络中，控制平面是三大平面的最重要的部分。它能实现自动交换光网络的自动化的基础部分。因此本研究的对象也主要放在这个对于ASON最重要的平面上。本论文主要的仿真对象中包含连接控制器，路由控制器，链路资源管理器和呼叫控制器这四个基础的部分，并且由各个功能区域之间的信息交互式由相应的控制器控制的，四个功能区域的创建过程中需要用相应状态标志来区分，链路资源管理和路由控制器、连接控制器这些功能区域能够与呼叫控制器进行通信，如图4所示。

在实验的实现中，因为控制平面采用与传送平面不同的网络拓扑结构，而且控制平面的路由控制器维护着传送平面的网络拓扑信息。仿真ASON拥塞实验中的传送平面和控制平面网络拓扑结构图，如图5所示。

图4 ASO N控制平面实验模块逻辑结构图

实验仿真开始，通过链路资源管理来实现记录连接、端口的数目和相连的网络节点等等的信息。当进行操作的时候，节点会获取相应的信息并向其他相邻的节点发送器状态信息，当收到状态信息的链路，其的控制器会把本地的资源状态刷新，并把这些链路信息并向的路由控制器发送。当路由控制一旦发生并把信息更新，往所有相关的路由控制器发送路由信息，通过这种方法来初始化网络拓扑的自动发现，并且得到了相应的路由信息。因为呼叫和连接是并不是联系在一起的，所以控制平面拓扑结构不同于传送平面的拓扑结构，并且使呼叫和连接的信令选择不同的路由路径来到结果端口。实验平台仿真如图6所示。

图5 传送平面拓扑图和控制平面拓扑图

图6 网络仿真的演示图[6]

当在试验过程中，应该对于网络的性能进行研究，呼损是衡量网络性能最重要的指标的之一，在仿真中呼损的定义是在进入网络的时候，因为结果端口到了可处理呼叫的极限数量，被绝接入的呼叫数量占呼叫总数量的比率。除这个以外，试验中还加入网络连接损耗这一概念：定义是在结果端口接收信息的时候，但是因为网络相应的资源不够而没有成功的呼叫数量占呼叫总数量的比率。

为了在两种不同的状况下研究网络的性能，首先定义两个公式：

其中：F呼叫频率(每秒呼叫的数量)，Tall：总的仿真时间 ，T：连接平均持续时间，N：已经建立成功连接的呼叫数量，Be：每一个呼叫需要的带宽，Bt：实验网络的全部带宽(所有链路的总带宽数)。

在实验仿真中，总结这样一个规律：当offer load和Network load固定不变时时，即使其他的参数怎么变化，网络的呼损基本维持不变[7]。

如图7所示中，当从2.0s变化为20s并且把F（呼叫频率）降低成初始的l/10的时候，而且使提供负荷保持固定不变，可以看出这两种情况，两条曲线基本重合在一起。

如图8所示，在从2.0s变化为20s时，通过改变其他的变量，使Network load保持不变。可以看出两种状况下，取出来的两条数据线也基本相同。但是，由于不能预测已经呼叫成功的数目，所以两条曲线没有上一个重合程度的那么充分。

图7 提供负荷与呼损的关系

图8 呼损与网络负载的关系

其中,又把链路的时间延迟放在可考虑因素中，在其他的论文中一般都把这个因素忽略掉。当重视这个因素以后，就可以把呼损分成这三类：①呼叫连通以后，在逐步建立连接的时候，可用相关资源不能传递给中间节点。②呼叫建立以后，在建立连接时（call信息返回成功标志）没有相应的资源。③建立呼叫连通后，控制连接器（CC）发信息到目的节点但没有足够的可用资源。

人们一般把第一种情况和第二种情况认为是连接的损失率造成的结果，把第三种情况成为呼叫的损失率造成的，因此呼损等于连接损失率和呼叫损失率总和。如图9所示。在实验仿真中，发现节点之间的呼损与连接的损失率有必然的关系，其根本原因是ASON的结构非常庞大，导致了每个连接建立的过程非常复杂，需要比较长的时间。因此,在此次实验中，可以发现在研究ASON网络的拥塞时，连接建立的时间是一个很重要的因素。

图9 呼损、连接损失率与提供负载的关系(呼损通过实线标注)

3 结论

本文首先介绍了智能交换光网络的概况及其发展趋势，然后在NS2的仿真平台上，以ITU-TG8080为基础，实现了ASON控制平面的拥塞仿真，其中每个控制节点都包含了呼叫控制器，连接控制器，路由控制器和链路资源管理器四个主要的模块，接着通过在这个平台上的仿真,得到了两种网络负载对呼损的关系以及连接建立时间对呼损的影响。

进入21世纪以来，IP业务快速增长，对网络带宽的需求越来越高，且由于IP业务量的突发性与不确定性，对计算机网络的动态分配要求也越发急迫，传统网络需要人工配置网络连接，不仅费时，费力，出错率也极高，现在难以满足网络和新业务的易拓展性要求，ASON的出现实现了真正意义上的网络资源动态分配、自动配置网络连接、网络自动恢复等，高速、安全、便捷又容易操作的网络服务是我们现在越来越提倡的网络连接管理模式，也是未来网络发展的趋势，全光网络的覆盖，必然会为网络服务行业提供更加广阔的业务平台，既方便了运营商的开发，也满足了人们对高质量网络服务的要求。ASON在干线网的应用已经显示出其活力，OTN技术与ASON技术的捆绑势必会增强干线网的可管理性和可维护性[8]。

ASON已经在良好的商业带动下取得了很大的成功，国内运营商正在积极开展 ASON，因为运营商非常关注ASON的未来良好的发展，并且已经在局部城域网络上开始建设ASON网络，随着标准和设备的进一步完善和成熟，ASON将得到全面的应用，为光通信的发展提供新的契机。

[1]顾畹仪,黄永清,陈雪,等.光纤通信[M].北京:人民邮电出版社（第2版）,2011.

[2]杨祥林,孟宇.光纤通信系统[M].北京:国防工业出版社,2012.

[3]张国颖,等.ASON的标准化进程[J].电信技术,2003（09）:23-24.

[4]张海懿.ASON技术、标准和产品化现状[J].通信世界,2008（45）:31.

[5]欧阳兴.智能光网络的发展与应用[J].中国科技信息,2005（18）:45-46.

[6]王放.光网络控制平面相关技术研究[D].北京:北京邮电大学,2007:5-9,15-17.

[7]张良辰.ASON的标准化和技术进展[J].电信技术,2003（2）:12-14.

[8]赵继军,季岳峰,徐大雄.智能光网络控制平面技术[J].中国无线电子学,2012（5）:32-33.

（责任编辑：陈 辉）

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，江西科技学院，硕士。研究方向：通信系统、智能光网络。