ASON網(wǎng)絡(luò)控制平面擁塞仿真研究

王 娟

（江西科技學(xué)院 信息工程學(xué)院，江西 南昌 330098）

ASON網(wǎng)絡(luò)控制平面擁塞仿真研究

王 娟

（江西科技學(xué)院 信息工程學(xué)院，江西 南昌 330098）

本文介紹ASON（自動交換光網(wǎng)絡(luò)）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(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)并通過分析來了解ASON控制平面各個功能部分解析，通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的仿真，在仿真模型的基礎(chǔ)上研究了擁塞，研究呼損與網(wǎng)絡(luò)負(fù)載之間的關(guān)系，著重討論了呼損和連接建立時間相互關(guān)系。

自動交換光網(wǎng)絡(luò);控制平面;仿真;擁塞

0 引言

通信是信息的遠(yuǎn)距離傳送的簡稱，是人類生產(chǎn)和生活的重要支撐。光纖通信是從20世紀(jì)90年代的中后期發(fā)展起來的，到了21世紀(jì)的初期，光纖通信進入了發(fā)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(chǎn)需要，是運營商在商業(yè)化面臨的重要問題，為了能夠支持通信技術(shù)與業(yè)務(wù)IP發(fā)展的需求，支持滿足人們增長的業(yè)務(wù)需求，并且實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自動化和智能化發(fā)展以便提高網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率，于是具備智能化的ASON（自動交換光網(wǎng)絡(luò)）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(shù)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(wǎng)絡(luò)具有了自動配置網(wǎng)絡(luò)配置、發(fā)生故障的時候可以及時恢復(fù)的功能、自動網(wǎng)絡(luò)帶寬的分配和動態(tài)的配置網(wǎng)絡(luò)的能力。

ASON所帶來的主要好處有：使0網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪壿嫿Y(jié)構(gòu)和相應(yīng)的節(jié)點結(jié)構(gòu)得以簡單化，使網(wǎng)絡(luò)上的空閑的資源自動分配給路由器，同時這樣提高了網(wǎng)絡(luò)的資源使用率還使搭建網(wǎng)絡(luò)的成本降低，由于ASON在設(shè)計的時候就考慮到了網(wǎng)絡(luò)的可拓展性，這樣使得增加網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)難度大大降低。在ASON（自動交換光網(wǎng)絡(luò)）和DWDM（密集波分復(fù)用）的組網(wǎng)方式下，可提供足夠大的節(jié)點帶寬容量，并可完成以前的SDH（同步數(shù)字體系）設(shè)備所能完成的所有功能；使運行很大程度上的簡化，實現(xiàn)了合理的規(guī)劃，業(yè)務(wù)指配和維護的實現(xiàn)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(fù)業(yè)務(wù)的能力；快速的業(yè)務(wù)提供和拓展能力；減少了運營支持系統(tǒng)軟件和人工出錯機會；智能光網(wǎng)絡(luò)還可以提供更多的光層業(yè)務(wù)類型，如分級的寬帶業(yè)務(wù)、光撥號服務(wù)、路由動態(tài)分配等等；不同運營商之間可以進行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，不僅節(jié)約了成本，提高了數(shù)據(jù)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(lián)盟遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)化組織（ITU-T）、IETF（互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組）和OIF（光互聯(lián)論壇）和TMF(TeleManagement Forum)對ASON進行標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的，其中TMF致力于通信行業(yè)(OSS)的運營和管理問題上提供服務(wù)和支持的世界性的非贏利性社團組織。TMF通過結(jié)合ITU-T的標(biāo)準(zhǔn)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(shù)網(wǎng)絡(luò)管理完成，主要的方面是連接的釋放、呼叫的監(jiān)測和對網(wǎng)絡(luò)的維護，并且在故障發(fā)生時快速的恢復(fù)連接，而這些都是需要在信令網(wǎng)的基礎(chǔ)上。而ITU-T作為全球唯一的權(quán)威性電信標(biāo)準(zhǔn)化組織，正在努力發(fā)展ASON這一領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化進程，ITU-T主要針對著ASON的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)性能、設(shè)備功能要求已經(jīng)光層規(guī)范制定了一系列的標(biāo)準(zhǔn)[2]:

圖1 ASO N標(biāo)準(zhǔn)化組織

ITU-T對于ASON的建議框架如圖所示：

圖2 I TU-T關(guān)于ASO N的標(biāo)準(zhǔn)框架

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

1 ASO N體系結(jié)構(gòu)

ASON技術(shù)的加入加快了網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的配置的速度，可以靈活地分成不同的業(yè)務(wù)等級，同時在業(yè)務(wù)的安全性和生存性提高了水平，而且減少網(wǎng)絡(luò)邏輯節(jié)點的故障時間，ASON擁有完整的標(biāo)準(zhǔn)化的GMPLS，與此同時ASON是在光交叉連接的基礎(chǔ)上發(fā)展過來的，可以保證網(wǎng)絡(luò)的連通度和擴展性，實現(xiàn)了快速保護和快速恢復(fù)；其強大的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計能力為現(xiàn)在業(yè)務(wù)發(fā)展的需求提供了技術(shù)基礎(chǔ)，并且它還能充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，自動選擇最優(yōu)的路徑和具有管理路徑的能力，在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，ASON能夠及時并且自動恢復(fù)；其相對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別如圖3所示。

圖3 ASO N網(wǎng)絡(luò)體系相對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別

ASON極強的靈活能力使其在網(wǎng)絡(luò)鏈路管理和配置上有著傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)無法比擬的優(yōu)勢，和傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)主要的優(yōu)點如下[3]：

1.自動化：ASON在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的傳送平面和管理平面的基礎(chǔ)上加入了控制平面的功能，來實現(xiàn)了對傳送平面的實時控制，完成了資源管理，路由動態(tài)的自動化分配，網(wǎng)絡(luò)鏈路智能選擇等方面，并且ASON具有高度的網(wǎng)絡(luò)拓展性和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞撵`活性，也在快速提供網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)中具有強大的優(yōu)勢。

2.規(guī)范化：在ITU-T、OIF和IETF等世界性組織的標(biāo)準(zhǔn)化過程中，使ASON具有了國際標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議和通用的接口，使全世界范圍的地區(qū)和不同地方的設(shè)備可以互相連通，突破了可以在多家運營商、多家廠家的環(huán)境下進行網(wǎng)絡(luò)通信工作的瓶頸。

3.成本大大的降低：現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)一般都是SDH環(huán)形邏輯結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，而在業(yè)務(wù)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(shù)據(jù)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(shù)采用一臺光交換機進行多節(jié)點的模式分配，只需要一次性投資，不需要擴容的成本，在經(jīng)濟基礎(chǔ)上可以節(jié)約了成本和相應(yīng)的維護費用，而且它的路由動態(tài)自動分配可以大大節(jié)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(wǎng)絡(luò)用戶可提供不同等級的網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)建立和連接配置上，動態(tài)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(shù)，ASON相對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢明顯，發(fā)展?jié)摿薮?，現(xiàn)已成為世界各國和科學(xué)家大力發(fā)展和著力研究的技術(shù)。

ASON與傳統(tǒng)的OTN的體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)是不同的，國內(nèi)外對ASON的標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 ASO N控制平面的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)和對應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)

與傳統(tǒng)光傳送網(wǎng)比較，自動交換光網(wǎng)絡(luò)的最重要的特點是在網(wǎng)絡(luò)中增加了的控制平面，而控制平面也是ASON網(wǎng)絡(luò)的核心部分。因為增加控制平面的自動交換光網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了革命性的變化。

自動交換光網(wǎng)絡(luò)的傳送平面只是作為網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元和交換實體媒介。它負(fù)責(zé)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(guān)的控制信息。按照國際電信聯(lián)盟的規(guī)范按照一定規(guī)律分層。OTN還通過傳送網(wǎng)元來交換網(wǎng)元信息，而這些網(wǎng)元信息負(fù)責(zé)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(chǎn)生出來的。

ASON網(wǎng)絡(luò)的控制平面與其說是智能化的技術(shù)，倒不如說是一個智能化自動化的IP網(wǎng)絡(luò)，所以它的邏輯結(jié)構(gòu)首先得需要滿足IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的要求。并且在結(jié)構(gòu)模型上的控制平面還需要分成幾個管理區(qū)，一個管理區(qū)內(nèi)可以根據(jù)不同業(yè)務(wù)定義成為多個功能節(jié)點區(qū)，并且每個功能節(jié)點區(qū)以功能節(jié)點為單位劃分多個節(jié)點網(wǎng)絡(luò)，同一個區(qū)的不同節(jié)點區(qū)之間是通過外面的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點來交互的，同樣在不同的控制平面之間也需要其他的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點來進行交互的，而相同的節(jié)點域內(nèi)的不同節(jié)點網(wǎng)絡(luò)之間是一般是通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口來信息交互的，而自動交換光網(wǎng)絡(luò)的控制平面和用戶通常是需要專用的用戶接口來實現(xiàn)的。

2 ASO N控制平面擁塞仿真

在ASON光網(wǎng)絡(luò)中，控制平面是三大平面的最重要的部分。它能實現(xiàn)自動交換光網(wǎng)絡(luò)的自動化的基礎(chǔ)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(chǔ)的部分，并且由各個功能區(qū)域之間的信息交互式由相應(yīng)的控制器控制的，四個功能區(qū)域的創(chuàng)建過程中需要用相應(yīng)狀態(tài)標(biāo)志來區(qū)分，鏈路資源管理和路由控制器、連接控制器這些功能區(qū)域能夠與呼叫控制器進行通信，如圖4所示。

在實驗的實現(xiàn)中，因為控制平面采用與傳送平面不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而且控制平面的路由控制器維護著傳送平面的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?。仿真ASON擁塞實驗中的傳送平面和控制平面網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，如圖5所示。

圖4 ASO N控制平面實驗?zāi)K邏輯結(jié)構(gòu)圖

實驗仿真開始，通過鏈路資源管理來實現(xiàn)記錄連接、端口的數(shù)目和相連的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點等等的信息。當(dāng)進行操作的時候，節(jié)點會獲取相應(yīng)的信息并向其他相鄰的節(jié)點發(fā)送器狀態(tài)信息，當(dāng)收到狀態(tài)信息的鏈路，其的控制器會把本地的資源狀態(tài)刷新，并把這些鏈路信息并向的路由控制器發(fā)送。當(dāng)路由控制一旦發(fā)生并把信息更新，往所有相關(guān)的路由控制器發(fā)送路由信息，通過這種方法來初始化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖詣影l(fā)現(xiàn)，并且得到了相應(yīng)的路由信息。因為呼叫和連接是并不是聯(lián)系在一起的，所以控制平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同于傳送平面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且使呼叫和連接的信令選擇不同的路由路徑來到結(jié)果端口。實驗平臺仿真如圖6所示。

圖5 傳送平面拓?fù)鋱D和控制平面拓?fù)鋱D

圖6 網(wǎng)絡(luò)仿真的演示圖[6]

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

為了在兩種不同的狀況下研究網(wǎng)絡(luò)的性能，首先定義兩個公式：

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

在實驗仿真中，總結(jié)這樣一個規(guī)律：當(dāng)offer load和Network load固定不變時時，即使其他的參數(shù)怎么變化，網(wǎng)絡(luò)的呼損基本維持不變[7]。

如圖7所示中，當(dāng)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(fù)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(shù)據(jù)線也基本相同。但是，由于不能預(yù)測已經(jīng)呼叫成功的數(shù)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(fù)荷與呼損的關(guān)系

圖8 呼損與網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的關(guān)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(dāng)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(guān)資源不能傳遞給中間節(jié)點。②呼叫建立以后，在建立連接時（call信息返回成功標(biāo)志）沒有相應(yīng)的資源。③建立呼叫連通后，控制連接器（CC）發(fā)信息到目的節(jié)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(rèn)為是連接的損失率造成的結(jié)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(fā)現(xiàn)節(jié)點之間的呼損與連接的損失率有必然的關(guān)系，其根本原因是ASON的結(jié)構(gòu)非常龐大，導(dǎo)致了每個連接建立的過程非常復(fù)雜，需要比較長的時間。因此,在此次實驗中，可以發(fā)現(xiàn)在研究ASON網(wǎng)絡(luò)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(fù)載的關(guān)系(呼損通過實線標(biāo)注)

3 結(jié)論

本文首先介紹了智能交換光網(wǎng)絡(luò)的概況及其發(fā)展趨勢，然后在NS2的仿真平臺上，以ITU-TG8080為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了ASON控制平面的擁塞仿真，其中每個控制節(jié)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(wǎng)絡(luò)負(fù)載對呼損的關(guān)系以及連接建立時間對呼損的影響。

進入21世紀(jì)以來，IP業(yè)務(wù)快速增長，對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求越來越高，且由于IP業(yè)務(wù)量的突發(fā)性與不確定性，對計算機網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)分配要求也越發(fā)急迫，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)需要人工配置網(wǎng)絡(luò)連接，不僅費時，費力，出錯率也極高，現(xiàn)在難以滿足網(wǎng)絡(luò)和新業(yè)務(wù)的易拓展性要求，ASON的出現(xiàn)實現(xiàn)了真正意義上的網(wǎng)絡(luò)資源動態(tài)分配、自動配置網(wǎng)絡(luò)連接、網(wǎng)絡(luò)自動恢復(fù)等，高速、安全、便捷又容易操作的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是我們現(xiàn)在越來越提倡的網(wǎng)絡(luò)連接管理模式，也是未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢，全光網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，必然會為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)行業(yè)提供更加廣闊的業(yè)務(wù)平臺，既方便了運營商的開發(fā)，也滿足了人們對高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的要求。ASON在干線網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)顯示出其活力，OTN技術(shù)與ASON技術(shù)的捆綁勢必會增強干線網(wǎng)的可管理性和可維護性[8]。

ASON已經(jīng)在良好的商業(yè)帶動下取得了很大的成功，國內(nèi)運營商正在積極開展 ASON，因為運營商非常關(guān)注ASON的未來良好的發(fā)展，并且已經(jīng)在局部城域網(wǎng)絡(luò)上開始建設(shè)ASON網(wǎng)絡(luò)，隨著標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備的進一步完善和成熟，ASON將得到全面的應(yīng)用，為光通信的發(fā)展提供新的契機。

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（責(zé)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(xué)院，碩士。研究方向：通信系統(tǒng)、智能光網(wǎng)絡(luò)。