智能光网络的发展与演变

智能光网络是指具有自动传送交换连接功能的光网络。ITU-T的建议中将与底层无关的标准智能光网络称为自动交换传送网(ASTN)，而底层为光传送网(OTN)的ASTN称为自动交换光网络(ASON)[1]。

　　智能光网络可以实现流量控制功能，允许将网络资源动态地分配给路由；可以实现业务的快速恢复；可以提供新的业务类型，诸如按需带宽业务和光层虚拟专用网(OVPN)等。

　　智能光网络的演进将是一个无缝融合的过程，可以利用现有的基于SONET/SDH和WDM的网络平滑的过渡到动态、智能的多业务光网。

1 从全光网到智能光网络

　　20世纪90年代中期，建设WDM光传送网与国际上“信息高速公路”计划的战略目标是一致的。美国DARPA实施了光网技术联盟(ONTC)、多波长光网(MONET)、全光网(AON)、国家透明光网(NTON)等重大研究项目。欧盟RACE和先进通信技术系统计划(ACTS)实施了多波长光网(MWTN)、PHOTON(泛欧光子传送网)、泛欧光网(OPEN)、城域光网络(METON)、波长捷变光传送和接入网(WOTAN)、光网管理(MOON)等十几个重大研究项目。日本、加拿大等也开展了大量的研究工作。中国“863”计划实施完成了“全光通信试验网”,项目由上海交通大学、北京大学、清华大学、北京邮电大学联合完成。

　　以ACTS计划为例，有9个项目与光网络或网络管理有关，其中包括：

　　(1)WOTAN项目研究和解决端到端光连接的核心网和接入网的波长捷变技术。

　　(2)OPEN和PHOTON两个项目研究应用光交叉连接(OXC)构建泛欧多波长光网络技术。

　　(3)光分组交换的关键技术(KEOPS)项目发展光分组交换网的概念与技术。该网建立在OPEN的物理层之上。

　　(4)一体化光基干网(COBNET)项目解决WDM和空间复用的商业局域、城域和广域网络。

　　(5)METON项目研究城域网向用户提供宽带连接WDM环网。

　　(6)光子系统和网络的管理(MEPHISTO)和MOON两个项目着重解决光网与网元的管理。

　　(7)光传送网总体技术(HORIZON)项目比较特殊，旨在其他研究项目基础上发展未来光网络，是一个大协作项目。

　　1998年是一个分水岭，上述全光网研究计划全部宣告完成。

　　从1999年开始，新一代信息网初露端倪，出现了以IP/WDM和光因特网为标志的新构架。交换技术的IP化趋势和全光传输的宽带化趋势，构成了未来网络技术总体发展方向，而计算机、通信和光传输技术的相互交叉与融合是这一总体方向的核心技术基础。

　　早在1998年创立的美国Sycamore公司充分发挥其在ATM等数据网方面的经验，第一次提出了智能光网(ION)的解决方案，推出系列产品。ION能为当时的传送网提供灵活的、按需的、即时的智能性，ION的出现改变了当时的网络体系结构，促进了新一代网络的发展。同时，美国Monterrey公司(后被Cisco收购)也提供类似的ION解决方案。1998年发起的国际光互联网论坛(OIF)开始致力于培育数据交换和路由设备与光网络设备的互操作性，初期分为Architecture、Physical and Link Layer、OAM&P 3个工作组；1999年，中国高速信息示范网总体组和华为技术公司成为OIF会员。

　　1998年底，国家科技部、“863”计划组认识到中国与国际上的差距，及时抓住中国新一代信息网建设刚刚起步的有利时机，果断地采取“技术融合、主题协同、管理创新、产业支撑”的有效措施，决定由通信技术主题牵头，与智能计算机主题、光电子主题联合立项支持“中国高速信息示范网研究开发”项目。中国高速信息示范网是中国“九五”期间国家新一代信息基础设施开发与研究领域最大的示范和试验工程，是体现中国新一代骨干网核心技术能力的标志性成果。“中国高速信息示范网”采用先进的IP/OTN技术，自主研制的核心路由器、光交叉连接器、光分插复用器和统一网管系统，在北京地区建成了新一代高速信息网。

2 从智能光网到自动交换光网

　　2000年，业内热衷于发展全光交换的光交叉连接(OXC)设备。2000年7月，朗讯推出了第一个真正意义的光波路由器??LambdaRouter。该波长路由器是基于微机械光开关(MEMS)技术的纯光交换机，具有256×256的交换能力，可工作于任何光层比特率，包括40 Gb/s或者超过40 Gb/s，且可动态地设置容量，是一种无阻塞、模块化和易扩展的产品。大容量的MEMS的出现，使大容量的OXC成为可能，一时间，全球著名的电信设备商都致力于发展基于MEMS光开关的OXC。

　　与此同时，ION和ASON相继成为国际标准化组织ITU－T、OIF、IETF的研究内容。2000年初Sycamore联合一批小的设备供应商发起成立了光域业务互连(ODSI)联盟，旨在加速发展智能光网技术标准。但是该组织并没有存活多久就并入了OIF。OIF在2000年2月成立了一个工作组专门讨论与ION相关的IP over Optical技术并总结了将多协议标记交换(MPLS)扩展至光层的经验，相继推出了用户网络接口(UNI)、网络节点接口(NNI)标准，而且实现了多厂商互操作性的演示。IETF组织在制定通用多协议标记交换(GMPLS)标准上起了带头作用，首次提出MPLamdaS。ITU－T几乎在同时正式确定开展自动交换光网络G.ASON建议的研究。基于其在电信和光联网标准化方面的经验和已做的工作，ITU－T已将此方面的标准化扩大，确定了开发包括新定义的G.ASTN(自动交换传送网)在内的共计四大类(框架/结构、指配和管理、生存性、传送)约20个建议。

　　欧共体的LION计划是研究光网多层互工作的项目，旨在设计和试验基于ASON，承担多种客户层，具有灵活性和可管理的网络构架。

3 自动交换光网和标准化进展

　　标准化工作是智能光网络技术最终成功的关键。经过一年多的努力，2002年各大标准组织在ASON标准制定方面取得了巨大的进展。

　　ASON由ITU-T提出、研究并标准化。它不是一个或一套协议，而是一个光网络控制平面组件以及这些组件之间接口的结构模型。ASON为控制平面定义了UNI和NNI。秉承ITU的风格，ASON标准化采用自上而下的方式，从一套完整清晰的需求开始(由G.8070定义)，形成高层结构设计(由G.8080定义)，最后形成单元结构(由一批规范定义)。任何满足单元结构需求的协议都可能成为实现ASON控制平面的选择。

　　随着IP/WDM研究的深入和多协议标签交换(MPLS)标准制定工作的进展，IETF标准化组织完成了GMPLS的大量标准化工作。GMPLS基于MPLS，可以用于不同交换技术的控制平面，包括分组交换(如IP、以太网、ATM)、时分交换(如TDM)、波长交换(如WDM)和空间交换(如OXC)等。

　　光联网论坛(OIF)对智能光网络的关键部分??用户网络接口(UNI)进行定义时称ION能够适应网络拓扑的改变，能够通过公共的控制平面快速地提供服务，能够根据网络和相关服务的需要改变网络大小，能够提供各种服务等级和保护机制。2001年在亚特兰大召开的光纤通信展览研讨会(OFC)上OIF主持了业界的第一次基于光UNI1.0的真正的多供应商、多种技术的互操作性试验。UNI1.0允许数据网络设备通过光网络动态地建立连接。这次实验包括连接控制在内的部分UNI1.0草案。25家供应商成功地在一个由不同厂家设备组成的网状结构的网络中成功地进行了互操作性试验。

　　2001年，“中国高速信息示范网”专项实施完成，第一次系统性地攻克了新一代网络技术，建成了目前全球IP/OTN方面最具代表性的高速信息示范网之一，使中国成为继美国、加拿大、法国、德国、日本之后第6个全面掌握该领域核心技术的国家，彻底扭转了中国在新一代信息网基础设施建设中装备(设备)完全依赖国外的被动局面，取得了跨越式发展和群体突破。这一年LION计划也已经完成了第一期工作，建立了基于重叠模型的ASON试验平台，含一个OXC和3个OADM光节点。

　　ASON 的控制协议主要是指GMPLS协议组，是下一代数据和光通信网络不可分割的组成部分。虽然标准化的工作还在继续进行，但2002年已有很多产品开始提供。目前实现GMPLS的厂家有很多，中国上海交通大学和清华大学也开发了GMPLS簇。一些国际知名的电信设备商，尤其是光通信产品的设备商，大多宣称推出了ASON或智能光网的节点设备。

　　2002年，美国AT&T公司率先在美国全国范围内敷设了连接约100个城市的智能光网络，网络由CIENA提供的约100台智能光交换机和800多台SONET多业务平台构成。前者主要完成45 Mb/s基础带宽颗粒的实时交换和动态指配；后者主要在网络边缘汇聚低速业务至2.5 Gb/s或10 Gb/s速率，再经光交换选路，基于实时的信令和选路算法通过网络。这标志着智能光网络开始进入实用。同年，中国的第一阶段ASON研究计划宣告完成。清华大学完成了一个5节点(4个OXC和1个OADM)的ASON基础实验平台及模拟分析软件平台，上海交通大学完成了4节点OXC的自动交换光网实验验证平台以及15个节点的GMPLS协议可扩展性验证平台。

　　从智能光网到自动交换光网是技术通用化和标准化的必然进步。

　　2003年，中国“863”计划启动了第二阶段的ASON研究计划，研究成员将以企业为主(如烽火、中兴通讯、华为)联合著名大学(如上海交大、北邮、清华)等，开发实用化的ASON节点设备。因此，中国自主开发的ASON设备指日可待。

　　在标准化方面，随着相关标准的不断完善，各标准组织之间开始注重合作，以加快ASON标准化的进程。各个标准组织间的合作必将促进ASON标准的快速建立，有利于加强ASON标准体系的完整性、互操作性和可实现性。

　　2003年3月在美国亚特兰大召开的光纤通信会议上，OIF组织了光网络控制平面的互操作性演示。12家成员公司成功地展示了集成的UNI－NNI接口，实现了多厂商光网控制平面路由和信令协议的兼容。这次演示进一步验证了智能光网络的可行性，为将来的实际铺设和应用奠定了基础。有关NNI信令协议(NNI1.0)的功能要求草案也已提交给了ITU-T，该草案主要包括网络参考模型、运营商业务、控制平面调用、连接管理需求、编址方案、生存性、可扩展性、域间互连、路由收敛、安全性等内容。

　　ASON系列建议还没有最后完成，目前只是完成了结构、功能性的抽象描述和对系统分层、分块及相互关系的描述，但每个模块内具体实现的实施方法还没有定义，特别是对于选路，GMPLS依然有许多工作要做。ASTN标准化借鉴了许多IP网络行之有效的方法，增加了适应于光网络的特殊约束条件。相信随着各方面工作的不断深入，自动交换光网络的时代将要来临。

4 参考文献

　　[1] ITU-T G.8080/Y.1304. Architecture for the Automatically Switched Optical Network (ASON) [S].

[摘要] 文章介绍了智能光网络的概念和主要特点，回顾了自动交换光网络的发展和演变，分析了各大标准组织的工作以及各国在发展光网络中的一些重点项目，指出智能化是光网络发展的趋势，自动交换光网络将是光网络的未来。

[关键词] 智能光网；自动交换光网；光传送网；光交叉连接

[Abstract] The concept and main characteristics of the intelligent optical network are introduced and the development and evolution of ASON are overviewed. Progress made by leading standardization groups and organizations and some key projects for developing optical networks in different countries are analyzed. It is concluded that the intelligentization will be one of the development trends of optical networks and ASON will represent the future of optical networks.

[Keywords] ION; ASON; OTN; OXC