基于WSON 控制平面的OA-OSC 聯(lián)合告警算法的研究

關(guān)夢婷，李花順

（1.武漢郵電科學研究院，湖北武漢 430074；2.國網(wǎng)吉林市供電公司，吉林吉林 132001）

業(yè)務(wù)流量幾何式地爆炸增長標志著萬物互聯(lián)時代的到來，在這種情況下，全光網(wǎng)應(yīng)運而生，同時智能光網(wǎng)絡(luò)也向?qū)嵱没哪繕瞬粩喟l(fā)展[1]。在自動交換光網(wǎng)絡(luò)(Automatically Switched Optical Network，ASON)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化后最終實現(xiàn)E2E 的智能光網(wǎng)絡(luò)稱為波長交換光網(wǎng)絡(luò)(Wavelength Switched Optical Network，WSON)。WSON 集成了ASON 的傳統(tǒng)功能，此外還具有解決波長智能調(diào)度問題的能力，同時具有自動發(fā)現(xiàn)波長的能力[2]。文中研究光網(wǎng)絡(luò)的生存性，并提出一種新的基于WSON 控制平面的OAOSC(Optical Amplifier-Optical Supervisory Channel)聯(lián)合告警算法，并用烽火通信公司的設(shè)備進行五節(jié)點拓撲實驗，驗證該算法的實現(xiàn)與合理性，總結(jié)該算法的優(yōu)點。

1 WSON關(guān)鍵技術(shù)

1.1 WSON三大平面與三大功能

WSON 三大平面包括傳送平面（TP）、管理平面（MP）、控制平面（CP）[3]。三大平面之間通過不同的接口實現(xiàn)交互，NMI-T 為傳送平面與管理平面的接口，NMI-A 為管理平面與控制平面的接口，CCI 為傳送平面與控制平面的接口，具體模型如圖1 所示。傳送平面完成業(yè)務(wù)的傳送，管理平面完成對控制平面和傳送平面的管理，控制平面完成資源的自動發(fā)現(xiàn)和連接的自動化[4]。

圖1 WSON三大平面與三大接口

WSON 三大功能包括資源自動發(fā)現(xiàn)、業(yè)務(wù)自動部署、故障自動恢復。當網(wǎng)絡(luò)故障時，WSON 啟動自動保護與恢復，這是WSON 功能的核心?？刂破矫娴娜髤f(xié)議為鏈路管理協(xié)議（LMP）、信令協(xié)議即資源預(yù)留協(xié)議（RSVP）、路由協(xié)議即開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OSPF）[5]。LMP 完成資源的自動發(fā)現(xiàn)功能；RSVP 完成連接管理功能；OSPF 完成路由泛洪等功能。

1.2 控制平面

是否加載控制平面是智能光網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)最大的區(qū)別。在傳送平面檢測到業(yè)務(wù)、連接故障之后，即向控制平面發(fā)送告警，控制平面隨即自動啟動保護、恢復等操作，這是網(wǎng)絡(luò)智能化的關(guān)鍵。因此，WSON 具有很強的智能性和生存性。WSON 與ASON在控制平面的主要區(qū)別為WSON 更多地集中于光層。控制平面可以對光網(wǎng)絡(luò)中的端到端連接進行動態(tài)控制，實現(xiàn)連接的動態(tài)建立、拆除及網(wǎng)絡(luò)資源的自動發(fā)現(xiàn)與動態(tài)分配[5]?？刂破矫鎱f(xié)議及接口模型圖如圖2 所示。

圖2 控制平面協(xié)議及接口模型圖

2 WSON保護和恢復現(xiàn)有機制

2.1 光網(wǎng)絡(luò)生存性

光網(wǎng)絡(luò)的生存性是網(wǎng)絡(luò)抵制故障干擾的能力，具體表現(xiàn)為當網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時將業(yè)務(wù)倒換至替代路由或保護路由上，使網(wǎng)絡(luò)恢復或維持在穩(wěn)定的業(yè)務(wù)水平。光網(wǎng)絡(luò)生存性技術(shù)一般可分為兩種：保護和恢復。WSON 中的保護和恢復在光層實現(xiàn)，主要特點是高速響應(yīng)以及高速實現(xiàn)[6]。

2.2 保護和恢復

基于控制平面的保護恢復機制主要包括三種：保護、恢復、保護和恢復相結(jié)合[7]。光層的保護主要可分為光復用段層保護（OMSP）以及光通道層保護（OCP）等。WSON 可兼容傳統(tǒng)OTN 保護機制，能夠抵抗多次光纜故障，從而增強整個網(wǎng)絡(luò)的可靠性。引入WSON 控制平面后，網(wǎng)絡(luò)采用重路由恢復策略，可提高網(wǎng)絡(luò)整體利用率[8]。

WSON 的保護是指在加載業(yè)務(wù)之前預(yù)先計算保護路徑，此時保護路徑資源處于占用狀態(tài)，當業(yè)務(wù)原始路徑發(fā)生故障后，業(yè)務(wù)倒換至保護路徑，避免業(yè)務(wù)中斷，保護類的業(yè)務(wù)稱為1+1 保護業(yè)務(wù)，例如光層普通1+1 業(yè)務(wù)與光層永久1+1 業(yè)務(wù)。WSON 的恢復是指在故障發(fā)生后，重新計算一條路徑，之后將業(yè)務(wù)倒換至該路徑上，從而保證業(yè)務(wù)不會中斷，這一類故障后才算路的業(yè)務(wù)稱為恢復類業(yè)務(wù)，例如重路由，恢復并不需要事先計算保護路徑。恢復方式采用的算路算法與網(wǎng)絡(luò)選路一致，其實質(zhì)都為在網(wǎng)絡(luò)空閑資源中選出一條新的可用路徑。WSON 中的保護恢復是動態(tài)建立的，因此極大提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性。當檢測到業(yè)務(wù)出現(xiàn)故障時，WSON 控制平面收到下游上報的告警報文，在具體分析故障后根據(jù)故障原因發(fā)起保護和恢復，最終在網(wǎng)絡(luò)資源允許的情況下，將發(fā)生故障的業(yè)務(wù)恢復到正常狀態(tài)，即實現(xiàn)連接的動態(tài)調(diào)度。通常來說，保護的倒換時間在幾十毫秒以內(nèi)，通常為10 ms；恢復的倒換時間一般在400～800 ms 的范圍內(nèi)完成[9]。保護與恢復方式對比表如表1 所示。

表1 保護與恢復方式對比表

3 WSON網(wǎng)絡(luò)告警現(xiàn)有機制

3.1 故障與告警

光網(wǎng)絡(luò)中可能發(fā)生不同類型的故障，故障的發(fā)生往往會導致業(yè)務(wù)大面積中斷，引起網(wǎng)絡(luò)癱瘓等問題。告警是故障檢測和故障定位的前提，能夠產(chǎn)生告警的功能或模塊可以稱為“檢測點”，每個告警都屬于一個檢測點，且都有告警原因，故此告警可以設(shè)置一個“告警唯一標識”。告警原因、告警檢測點和告警唯一標識三元組共同確定一個告警[10]。當一LSP 或跨距段失效時，其恢復操作可按順序分為以下五步：故障檢測、故障定位、故障通告、網(wǎng)絡(luò)恢復和業(yè)務(wù)復原[11-15]。

當發(fā)生故障產(chǎn)生告警時，網(wǎng)絡(luò)需向上層平面?zhèn)魉透婢?，從而使控制平面能感知到故障，并進行相應(yīng)的保護或恢復動作，實現(xiàn)智能控制。

3.2 OSC告警

WSON 中網(wǎng)元節(jié)點間的故障稱為線路側(cè)故障，這類故障由OSC 向控制平面進行通告，進而觸發(fā)保護倒換功能。在DWDM 系統(tǒng)中，OSC 是傳輸通道，其功能為在相鄰節(jié)點間傳送監(jiān)控信息、管理開銷、自動保護倒換等。OSC 告警無法覆蓋實際工程中的某些場景，例如網(wǎng)元節(jié)點內(nèi)部故障及WSS 連纖、上下話、放大器的連纖故障等[16]。

3.3 OTU告警

WSON 控制平面通過設(shè)置定時器，在業(yè)務(wù)建立完成并加載保護通道之后，周期性檢測OTU 告警，當檢測到OTU 告警后，觸發(fā)業(yè)務(wù)保護倒換功能。采用OTU 告警能夠增加告警場景，可以有效解決長距離傳輸信號質(zhì)量差、網(wǎng)元節(jié)點架內(nèi)連纖故障等問題[16]。OTU 告警與OSC 告警并不沖突，OSC 檢測線路側(cè)故障，OTU 檢測網(wǎng)元內(nèi)部故障，二者可結(jié)合起來共同用于WSON 業(yè)務(wù)的保護與恢復功能中。

4 WSON 網(wǎng)絡(luò)中一種新的OA-OSC告警算法

4.1 OA-OSC聯(lián)合告警算法的設(shè)計原理

WSON 控制平面在工程上常采用OTU 告警，但目前OTU 告警存在無法具體得知故障節(jié)點的問題，故控制平面在收到告警觸發(fā)業(yè)務(wù)倒換重新算路時無法排除故障節(jié)點，這將會大大浪費業(yè)務(wù)倒換的時間。在此基礎(chǔ)上，文中提出一種新的告警算法，即在傳統(tǒng)OSC 告警之上加入對OA 狀態(tài)的描述，組成OAOSC 聯(lián)合告警算法，目的為向控制平面上報具體故障信息。該算法的提出可有效解決OTU 告警算法的缺陷，節(jié)省業(yè)務(wù)倒換所需時間。該算法的設(shè)計需同時考慮光監(jiān)控信道的狀態(tài)與光通道的狀態(tài)，故最終將會出現(xiàn)4 種狀態(tài)信息，如圖3 所示。

圖3 告警字段上報結(jié)果

算法具體實現(xiàn)過程：當光監(jiān)控信道與光通道狀態(tài)發(fā)生變化時，光監(jiān)控信道單元將攜帶光通道和光監(jiān)控信道當前狀態(tài)信息的告警報文發(fā)送到控制平面，控制平面內(nèi)的決策模塊在收到兩者組合狀態(tài)信息的告警報文后，按照規(guī)則判斷是否進行鏈路更新與業(yè)務(wù)倒換。告警與WSON 控制平面交互流程如圖4 所示。以重路由業(yè)務(wù)為例，在節(jié)點A 與節(jié)點B 之間建立帶返回重路由業(yè)務(wù)，波長選擇開關(guān)（Wavelength Selective Switch，WSS）打開A-B 開關(guān)，此時若斷開A-B 之間的光纜，則光監(jiān)控信道故障，A-B 之間主光道也會發(fā)生故障，上報OSC_FAULT_OA_FAULT 到控制平面，此時，控制平面進行業(yè)務(wù)倒換并將鏈路設(shè)置為不可用，業(yè)務(wù)重路由至A-C-B，此時WSS 端口開關(guān)情況為A-B 保留，但A-B 鏈路不可用。之后對A-B 之間鏈路進行恢復，監(jiān)控信道恢復，光監(jiān)控信道單元向控制平面發(fā)送OSC_OK_OA_FAULT，此時決策模塊對WSS 端口記錄進行檢索，判定之前有業(yè)務(wù)經(jīng)過，成功觸發(fā)返回流程，將鏈路資源恢復為可用，業(yè)務(wù)返回到A-B，當業(yè)務(wù)穩(wěn)定后上報OSC_OK_OA_OK，無動作。

圖4 告警與WSON控制平面交互流程

該算法設(shè)計的控制平面內(nèi)決策模塊的功能有：1）根據(jù)WSS 的歷史記錄判定該鏈路上是否曾有業(yè)務(wù)經(jīng)過，若有則觸發(fā)業(yè)務(wù)返回流程，并將鏈路恢復為可用；若無，則不進行任何操作，將鏈路恢復為可用；2）決策模塊判斷當前業(yè)務(wù)是否為帶返回業(yè)務(wù)，若為帶返回業(yè)務(wù)，則保留本端與對端之間的WSS 端口配置；若為非返回業(yè)務(wù)，則不保留WSS 端口配置，并在業(yè)務(wù)倒換后，刪除本端節(jié)點和對端節(jié)點之間的當前端口配置。

4.2 OA-OSC聯(lián)合告警算法的優(yōu)點

OA-OSC 聯(lián)合告警算法可以根據(jù)鏈路和信道的實時狀態(tài)進行復雜的鏈路和業(yè)務(wù)管理，進一步提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。OA-OSC 聯(lián)合告警算法的優(yōu)點為：1）光監(jiān)控信道單元向控制平面發(fā)送的告警信息同時包括光通道和光監(jiān)控信道的當前狀態(tài)信息，可以實現(xiàn)根據(jù)鏈路和業(yè)務(wù)的實時狀態(tài)進行復雜的鏈路和業(yè)務(wù)管理，從而提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和效率。2）在光監(jiān)控信道版本升級或者光監(jiān)控信道單元更換等情況下，避免由于光監(jiān)控信道告警引起業(yè)務(wù)倒換所造成的業(yè)務(wù)中斷，同時滿足光監(jiān)控信道的維護需要。3）在原有的光監(jiān)控信道告警報文的基礎(chǔ)上，告警報文僅需修改端口狀態(tài)字段的值，從而充分利用光監(jiān)控信道和控制平面之間的現(xiàn)有通信配置，有利于在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上實現(xiàn)提出的創(chuàng)新方法[17]?？刂破矫媾c光監(jiān)控信道以及光送放大器之間的交互模型如圖5所示。

圖5 控制平面與光監(jiān)控信道以及光送放大器之間的交互模型

4.3 OSC-OA聯(lián)合告警算法與OTU告警算法的對比實驗

利用烽火通信公司的設(shè)備進行對比實驗，以驗證新機制的優(yōu)點。構(gòu)造某個五節(jié)點拓撲，建立源節(jié)點1 到宿節(jié)點3 之間的業(yè)務(wù)，此時業(yè)務(wù)在1-2-3 上，如圖6 所示。當節(jié)點1 和節(jié)點2 之間產(chǎn)生故障時，若此時用OTU 告警觸發(fā)業(yè)務(wù)自動倒換，業(yè)務(wù)按照最少路徑路由算法重新算路，OTU 告警無法告知具體哪兩個節(jié)點之間產(chǎn)生故障，所以控制平面自動算路到1-2-5-3 或1-4-5-3 上，若先算通1-2-5-3，倒換至該條路由上，如圖7 所示，經(jīng)過業(yè)務(wù)穩(wěn)定時間（此實驗設(shè)為6 ms）后，業(yè)務(wù)倒換失敗，重新算路后倒換至1-4-5-3，如圖8 所示，再次經(jīng)過一個業(yè)務(wù)穩(wěn)定時間之后，業(yè)務(wù)倒換成功，此時在網(wǎng)管界面上顯示業(yè)務(wù)倒換成功的用時為12 ms。若此時用OA-OSC 聯(lián)合告警算法觸發(fā)業(yè)務(wù)自動倒換，業(yè)務(wù)按照最少路徑路由算法，由于該告警算法可以通告哪兩個節(jié)點之間鏈路不通，故控制平面算路排除1-2 節(jié)點之間的故障路徑，會直接算路到1-4-5-3，如圖9 所示，業(yè)務(wù)倒換成功，此時在網(wǎng)管界面上顯示業(yè)務(wù)倒換成功的用時為6 ms。該實驗驗證采用OA-OSC 告警算法能告知控制平面哪些鏈路不可用，在算路時排除故障節(jié)點，提高算路成功的概率，如此可減少業(yè)務(wù)倒換時間，有利于業(yè)務(wù)恢復，進一步提高控制平面的效率。

圖6 路由1

圖7 路由2

圖8 路由3

圖9 路由4

5 結(jié)束語

隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量的增長，光網(wǎng)絡(luò)各方面技術(shù)在不斷提高，對網(wǎng)絡(luò)的生存性技術(shù)要求也越來越高。增加告警類型能覆蓋更多告警場景，從而處理更多的網(wǎng)絡(luò)故障情況。告警是保護與恢復機制實現(xiàn)的前提，文中提出的OA-OSC 聯(lián)合告警算法在實際工程應(yīng)用中可進一步節(jié)省業(yè)務(wù)倒換時間，進而提高網(wǎng)絡(luò)效率和穩(wěn)定性，同時進一步完善網(wǎng)絡(luò)生存性。但目前告警機制可檢測到的網(wǎng)絡(luò)故障場景仍然有限，仍需繼續(xù)研究不斷完善。