引言

當前，世界正處在資訊爆炸的時代，Internet是這個時代最重要的催生力量之一，是最具時代代表性和象征性的產物，也是引領人們繼續向信息高速公路大步邁進的承載體，它有以下特點：

(a)數據流量激增：由于出現了許多新應用，吸引更多用戶，產生更多數據量，用戶的平均在線時間越來越長；

(b)對服務質量要求越來越高：在網絡通信中，數據量小、時效性要求不高的內容所占比例越來越小，讓位給一些數據量巨大、對服務質量(QoS)要求較高的網絡應用，例如音頻流、視頻流、基于分組的語音和視頻會議、聯網游戲、客戶/服務器服務等。

這些特點對傳送網的傳輸性能、交換性能、管理性能、靈活組網能力、自動保護/恢復等功能提出了更高要求，要求現有傳送光網絡更加智能化。

光纖通信技術從同步數字系列(SDH)發展到密集波分復用(DWDM)，又即將過渡到全光網絡，其拓撲結構也從最原始的點到點系統發展到光分插復用設備(OADM)環，即將發展到網狀光網絡與光傳送網(OTN)域之間互聯，其巨大的通信帶寬和相對低廉的價格顯示出強大的傳輸潛力和經濟優勢。為了進一步挖掘光網絡的潛力，2000年3月，ITU-T提出將自動交換光網絡(ASON)作為智能光網絡的發展方向，此概念一經提出，立即受到國際學術界和工業界的廣泛關注和認同。

ASON在傳輸網中引入控制平面，大大提高了傳送網絡的智能化，縮短業務建立時間，增強網絡連接管理和故障恢復能力，實現業務建立/拆除自動化，提供更豐富、功能更強大的業務類型，開放性和擴展性優良，組網形式多元化，靈活便利，能實時建立符合服務等級協定(SLA)要求的連接。ASON網絡的出現不僅對傳送網發展有重要而深遠的影響，還將為多業務光纖傳輸平臺(MSTP)和下一代網絡(NGN)開辟更廣闊的道路。

1、ASON體系架構及路由和波長分配(RWA)環境

1.1　ASON體系架構

ASON以各種傳送技術為基礎，支持目前傳送網提供的各種速率和信號特性(格式、比特率等)的業務。ASON結構的主要特點是支持具有不同業務種類特性的客戶網元(如IP路由器、ATM交換機等)，向光網絡動態申請具有各種不同SLA的帶寬資源，根據網絡中業務分布模式動態變化的需求，通過信令系統或管理平面自主建立或拆除光通道，無須人工干預。

客戶以業務等級表述對連接可靠性的不同要求。在ASON中，業務等級主要通過映射到不同恢復、保護選項和相關連接的優先級實現，例如建立優先級、保持優先級(能否預空閑)、恢復優先級。ASON能很方便地劃分業務電路的優先級，可提供有SLA保證的傳輸業務電路，按服務等級制定相應的資費政策，優化資源的使用和配置。

ASON技術能使原來復雜的多層網絡結構變得簡單和扁平化，光網絡層可以直接承載業務，在減少網絡開銷的同時，可避免傳統網絡業務升級受到多重限制。

ASON的優勢集中體現在組網應用的動態、靈活、高效和智能化方面。支持多粒度、多層次的智能，提供多樣化、個性化的服務是ASON的核心。ASON由控制平面、管理平面和傳送平面組成。

1.2　ASON的演進結構

技術背景不同，IP層與光傳送層融合的思路也不同。目前主要有兩種基本網絡演進結構：重疊模型和集成模型。

(a)重疊模型

重疊模型又稱客戶-服務者模型，基本思路是光傳送層特定的控制智能完全由光傳送層獨立實施，無須客戶層干預，客戶層和光傳送層成為兩個基本獨立的智能網絡層。

(b)集成模型

集成模型又稱對等模型或混合模型，基本思路是將IP層用于MPLS通道的選路，信令略作修改后直接用于光傳送層的連接控制。

無論采用哪種模型，傳送網的性質都改變不大，都為接入設備所產生的流量矩陣提供傳輸和交換服務。
2、ASON的RWA問題

2.1　光技術的進步

目前，光技術已能在網絡的端到端之間傳輸光信號，從整體上消除了對電再生的需要。光網絡運營商可以利用以下網絡功能，使傳輸網絡更靈活(IP/MPLS也可使用這些功能)：a)OADM可以將一個給定的波長插入光纖，或移出光纖；b)波長路由可將輸入光纖的波長路由到輸出光纖；c)波長轉換可將一種波長轉換為另一種波長，有無波長轉換能力將影響RWA問題的解決方法；d)光交換可以從一個光纖到另一個光纖進行波長交換。為了理解方便，它們都以靜態形式予以說明，但實際上都有動態行為(是隨時間參數變化的函數)。

這些功能元素的出現使得上述網絡功能無須光/電轉換，就可直接在廣域執行。目前交換矩陣功能十分有限，光轉發器不支持所有光波長的全轉換，因此分配光鏈路建立光路徑時，仍須考慮波長連續性限制。當執行客戶請求時，這些限制引入了潛在的擁塞問題。

總的來說，光技術的進步使光波長在光域的分插復用、路由、轉換和交換成為可能，這是RWA出現的關鍵，但在某種情況下，是否具備其中某些功能，也成為選擇RWA的限制條件。

2.2　RWA問題

光路徑的定義是用于連接客戶的光通路，即光通道源節點與目的節點之間的通路。一條光路徑可以使用該通路的一個或幾個波長。

路由是控制面的一種功能，用于選擇路徑和建立連接，此連接往往穿越一個或幾個傳送網。在傳統IP/MPLS網絡中，路由過程只尋找最優化路徑。在光域中，將路由過程稱為RWA問題，它與傳統的IP/MPLS中的路由過程有很大區別，為了選擇光路徑來滿足流量工程要求，它必須找到光路徑中物理節點和鏈路(路由子問題)，同時找到該光路徑鏈路上的一個或幾個波長(波長分配子問題)，才能優化網絡資源。

兩個子問題的解決方法結合起來，就是一個給定流量矩陣所需波長數目最小化的解決方案。要解決這兩個問題相當困難，需要用試探法。

在網絡設計和規劃過程中，RWA問題應最先考慮，因此大多數解決RWA問題的算法都基于集中式體系架構，這種架構的整個網絡拓撲是預先知道的。解決RWA問題需要流量矩陣，可通過統計數據得到。在此階段并沒有考慮動態問題，若客戶需求是動態的，就有可能出現擁塞，再也沒有可用波長來滿足客戶請求。

RWA問題的解決方法依賴光網絡是否擁有波長轉換能力。不具備波長轉換能力的波長路由網絡稱為選擇性波長(WS)網絡，在這種網絡中，只有當源-宿之間的所有鏈路中都能同時找到可用的相同波長時(波長連續性約束)，才能建立連接。它對波長的要求較高，出現擁塞的概率也較高。具備波長轉換能力的波長路由網絡稱為可交換波長(WI)網絡，在這種網絡中，每個路由器都配備波長轉換器，路徑的各個鏈路都可使用不同的波長建立光路徑。

2.3　路由子問題

處理路由子問題有固定路由、固定可選路由和自適應路由3種方法。

固定路由方法針對一個源-宿地址對，選擇預先計算設定的路由，每次所選擇的路由都是固定不變的。在固定路由情況下，每次路由申請時，執行路由選擇功能的單元可以通過所申請的源-宿地址對，查詢到預先計算設定的路由，盡管網絡中各鏈路的負荷(甚至鏈路的狀態)都與預先計算時不盡相同，但固定路由機制忽略這些不同，每次選擇的路由都固定不變。

固定可選路由方法設定一系列預先計算的光路徑與一個源-宿地址對對應，根據某種判斷法則，從它們中間選擇一條路徑。在固定可選路由情況下，執行路由選擇功能的單元通過查詢獲得預先計算設定的一系列路由，然后通過某種判斷準則，從這些路徑中選擇一條路徑作為路由判定的結果。

自適應路由方法以某種判斷準則(如最短路徑或最小擁塞路徑(LCP))為依據，再根據當前的網絡狀況，動態選定光路徑。LCP選擇可用波長最多的鏈路組成光路徑。

建立在固定路由上的路由選擇方法降低了復雜性，但與自適應路由相比還存在缺點，可能會因為對當前網絡狀況考慮不周，導致連接擁塞較嚴重。固定路由實現起來最簡單，自適應路由能大大提升整個網絡的性能，固定可選路由則提供對計算開銷和網絡性能的折中選擇。

2.4　波長分配子問題

一旦源節點為接入連接選定路由，就需要一個分布式預留防議，在選定路由的各鏈路預留合適的波長。對波長分配子問題有許多判決準則：隨機(random)、首次合適法(first-fit)、最少使用法(1east-used)、最多使用法(most-used)、最小乘積法(min-product)、最少負荷法(1east-loaded)、最大和法(max-sum)及相對容量損失法(relative capacity loss)等，每個判決準則都能與不同的路由機制結合使用。

2.5　RWA綜合考慮

路由功能包括網絡信息分發和受約束路徑計算兩部分。前者在考慮可測量性的同時，在網絡節點中分發拓撲信息和可用的網絡資源信息，后者則致力于提供選擇路徑的優化機制。受限路由是一種流量工程工具，根據QoS需求選擇路徑，目的是提高整個網絡的利用率。路徑選擇機制依賴可用網絡信息的準確性、輸入需求和內部算法。不正確的路徑計算結果將影響連接，因此路徑計算是關鍵，必須確保高效正確。

2.6　不精確網絡狀態信息下的路由

以下幾種因素會導致網絡狀態信息的不確定性：分層網絡中拓撲狀態的聚合、傳輸時延及觸發策略(建立觸發策略的目的是減少信令消息的數量，這些信令用于更新網絡狀態數據庫)。為了在動態網絡中正確實現路由和波長分配，必須找到新的路由機制，在選擇光路徑時，必須考慮網絡狀態信息的不精確性。在IP域，對路徑選擇過程中不精確路由信息的影響已進行廣泛分析，并提出了一些機制來解決問題，然而，旨在解決光網絡中相似問題的卻不多。

考慮到擁塞的可能性，選擇光路徑時，人們對小精確路由信息進行研究，給出了仿真結果。將拓撲信息更新間隔增加到1Os，會產生一定程度的不確定性，仿真結果證實，不精確路由信息下的路由過程會增加固定拓撲的擁塞率。其他一些仿真實驗發明，鏈路上的光纖數目發生變化也會影響擁塞率。要開發在不精確全局網絡狀態信息下能工作的新RWA算法，就必須考慮WDM網絡中的動態連接管理。

通過修改光路徑控制機制，能解決路由不精確問題，可以采用基于目的地址路由方法的分布式光路徑控制機制。該機制根據目的節點選擇物理路由和波長，增加了中間節點的重路由能力，避免了光路徑中間節點所選波長不可用情況下的連接擁塞。這種機制的主要缺點是在建立過程中實時執行重路由，波長使用率退化與中間節點的個數直接成比例，中間節點又必須重路由，信令總的使用量沒有減少，RWA判決是基于目的節點維護的全局網絡狀態信息，它必須及時更新。

為了解決這個問題，研究人員提出了基于旁路的光路由(BBOR)路由算法，假設最普遍最重要的不精確性來源于更新過程。為了保證網絡狀態信息正確更新，路由協議必須包括一種更新機制。一般來說，更新機制通過一個觸發策略實現，該策略定義了何時一個更新消息必須以洪泛形式傳播整個網絡，它既可以基于階段性更新，也可以基于某個極限值。由更新機制引入的精確性損失，主要是為了減少更新報文的數量。BBOR是一種新的動態源路由機制，建立在不精確全局網絡狀態信息基礎上，用于計算不具備波長轉換能力ASON的動態顯式光路徑，目的是降低在不精確路由信息下執行路由和波長分配判決所引入的連接擁塞概率。BBOR主要包括兩大部分：一個是用于RWA問題的觸發策略，目的是解決信令的路由問題，另一個是為了抵消路由不精確性結果的旁路路由算法，其中的不精確性是路由信令減少所引起的。BBOR的主要特征是：當根據不精確路由信息計算所得的路徑上出現波長不可使用問題時，建立連接的消息有可能被中間節點拒絕，該路徑上的幾個節點可以把建立消息重路由到不同的路徑(旁路路徑)。BBOR以一種與保護和恢復路由算法相似的方式運行。

路由機制能有效減少基于電路交互的光核心網絡中不精確路由的影響。光核心網絡建立在包交換基礎上，光路徑選擇過程中必須考慮可用帶寬。要解決這個問題，應重新定義路由機制。

3、結束語

ASON是構建新一代光網絡的核心技術之一，其先進技術和組網思路帶來的好處非常明顯。這種新網絡體系將為網絡運營商和服務提供商帶來新的業務增長點，創造巨大的市場機遇。

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