带宽按需分配业务及其实现

       目前，BOD是最能体现ASON动态特点和优势的一种业务。BOD业务能够适应网络业务日益数据化的趋势，能够增强用户和网络的交互能力，由用户自己定制和控制自己需要的网络带宽，在满足用户个性化需求、降低用户费用的同时，提高网络资源的有效利用率[1-2]。

1 带宽按需分配
     所谓BOD，顾名思义，就是服务提供者按照用户的需求提供可以使用的带宽。BOD包含两个层面的含义：一是能够快速地建立和拆除符合用户带宽需求的业务，二是对于已经建立的业务，可以根据用户的需求动态地调整带宽(增大或减小)。第一种情况是第二种情况的特例，利用ASON的交换连接(SC)或半永久连接(SPC)方式可以快速地建立和拆除连接，从而满足用户需求，其实现相对简单，而第二种情况，如果不希望业务损断的话，其实现要复杂得多。

     BOD业务具有以下特性[3]：
     (1)客户或其代理可以直接通过网管配置或用户网络接口(UNI)发起BOD业务建立。BOD业务可以由用户通过UNI以SC连接的方式发起以及进行带宽调整，也可以通过网络管理以SPC或PC连接的方式发起以及进行带宽调整。

     (2)根据所使用的互连模式和网络管理策略不同，光网络对客户可以不具有或者具有有限的可见性。

     (3)根据控制平面互连模型的不同，连接的建立依赖于网络或用户的智能。对于对等模型，由于客户和网络的资源共享，所以可以由用户进行资源优化和路由配置；而对于重叠模型，由于信息隐藏，用户只能通过接口请求，而由网络提供者进行资源优化和路由配置。

     对于动态调整带宽的方法，也有多种选择：一种是有业务损断的调整方式，就是建立一个新的满足用户带宽需求的连接，替换旧的连接，具体方式包括先拆后建、先建后拆、同时拆建等等，由于存在连接的切换，需要消耗时间，所以这种方式也会产生一定时间的业务中断，但是其实现相对简单；还有一种方式就是不损断业务的动态调整方式，这需要使用一些特殊的技术，包括虚级联(VC)、链路容量调整方案(LCAS)等，通过动态增加或者减少业务所绑定的虚容器的数量来调整带宽。

2 带宽按需分配的关键技术
     在实现BOD业务过程中，需要使用通用成帧协议(GFP)实现数据帧到SDH虚容器的有效映射，同时使用VC和LCAS来进行带宽的动态绑定和调整，这是实现带宽无损调整的基础。

2.1 通用成帧协议
     GFP是由ITU-T G.7041标准化的一种面向无连接的新型数据链路层封装协议，可以透明地将高层的各种数据格式封装为可以在同步数字体系/光传送网(SDH/OTN)传输网络中有效传输的信号，具有封装效率高、误码扩展小、无随机带宽膨胀代价等优点。GFP封装的高层客户信号可以是面向协议数据单元(PDU)数据流，也可以是面向块状编码的固定比特速率数据流。GFP使用了基于差错控制的帧定界机制，不需要对业务数据流进行特别处理。GFP封装方式具有协议透明性和通用性，能够后向兼容，目前已经得到大多数厂家的支持。

2.2 虚级联
     虚级联是SDH中的一种数据传输技术，它可将多个虚容器组合起来，作为一个保持比特序列完整性的单容器使用，实现大颗粒业务的传输。存在着两种级联方式，相邻级联和虚级联。相邻级联要求所有级联容器在时隙上连续相邻排列，组成单一的逻辑传送实体在网络中进行交叉、复用和传输，它要求传输通道的所有节点都必须支持相邻级联方式。而虚级联则没有此要求，它可以把不同路径的多个物理流合并成单个逻辑流，实现传送层的链路汇聚。一般来说，虚级联要完成发送和接收两个方向的功能：在发送方向将接入信号分装至若干各高阶或低阶容器中，使相邻级联业务转化为可在现有SDH设备上传输的虚级联业务；在接收方向，将线路上传输的虚级联业务转换成相邻级联业务，从而获得原始的接入信号。
相对于相邻级联，虚级联在技术上需要考虑的主要问题是时延。由于虚级联每个虚容器的传输所通过的路径有可能不同，因此在各虚容器之间可能出现传输时差，在极端情况下，可能会出现序列号偏后的虚容器比序列号靠前的虚容器先到达终节点，这无疑给信号的还原带来了困难。目前，解决这一问题的有效方法是采用一个大的延时对齐存储器对数据进行缓存，并尽可能地让各个虚容器沿相同的路由传输[4]。

     虚级联技术对网络中间节点透明，只要求在接入业务的源、宿端支持虚级联功能，并且虚级联组中的各条成员链路可沿不同的路由独立进行传送，所以对网络资源的使用相当灵活，能够提高网络资源利用率。

2.3 链路容量调整方案
     LCAS最初被称为可变带宽分配技术(VBA)。LCAS是对虚级联技术的扩充，建立在虚级联技术基础之上，是一种收发双方握手的传送层信令协议，可以通过该协议来动态地调整虚级联组的数量和状态，从而无损地调整连接的带宽。此外，LCAS技术还提供一种容错机制，可增强虚级联的健壮性：当虚级联组中有一个成员失效，不会使整个虚级联组失效，而是自动地将失效的成员从虚级联组中剔除，剩下的正常的成员继续传输业务；当失效成员恢复后，系统自动地又将该成员重新加入虚级联组。

3 ASON中带宽按需分配的实现
     虚级联和LCAS为无损带宽调整提供了技术基础。在传统的网管方式下，可以通过虚级联和LCAS按照需求来调整连接的带宽。当网元管理系统/网络管理系统(EMS/NMS)接收到用户发来的带宽请求后，EMS/NMS首先进行端到端的选路，然后利用网管命令建立新增的通道，为新增的带宽做好准备。然后EMS/NMS就下发命令，在业务的源、宿两端触发LCAS，执行LCAS带宽调整动作序列，从而将新增的成员通道无损地增加到虚级联组中，从而实现带宽的无损调整。但是这种传统网管的调整方式，由于过程中需要大量的人工操作，所以调整周期长，实时性差。随着ASON的出现，人们可以利用其控制平面提供的强大的信令和路由功能，来自动、快速高效地实现BOD。

3.1 业务实现
     在ASON中，当BOD业务有带宽改变请求时，可以通过控制平面来快速地建立和拆除BOD业务所需要的连接，然后由控制平面通知传送平面启动LCAS带宽调整过程，从而实现快速的带宽无损调整。ASON中的BOD业务模型如图1所示。
BOD业务建立后，可以通过UNI接口发起带宽调整请求，也可以由网管系统通过控制平面网管接口(NMI-A)发起带宽调整，将请求发送给控制平面。控制平面负责根据带宽请求参数以及网络的拓扑和资源情况，通过路由和信令建立新的连接(带宽增加)，或者拆除已有的连接(带宽减少)。然后控制平面通过连接控制接口(CCI)将增加/减少的通道通知给传送平面。传送平面在业务的源、宿两节点上启动LCAS调整过程，将需要调整的通道添加到虚级联组中，或者从虚级联组中移去。

3.2 带宽调整过程
     本文以客户通过UNI接口发起的带宽增加为例，给出带宽调整的过程，信令采用资源预留协议(RSVP)。带宽增加过程如图2所示。

     (1)源客户通过UNI接口发出带宽调整请求。控制平面接收到请求后，进行呼叫过程。PATH命令从源控制节点直接到达宿控制节点，然后传递给宿客户，宿客户确认后，通过RSVP命令返回给源控制节点。

     (2)源控制节点根据带宽调整的参数，确定是新建连接还是拆除连接，以及连接的带宽。根据当前的网络拓扑和资源使用情况，确定新建连接的路由。在进行选路时，还需要考虑BOD业务当前的虚级联通道分布情况，为避免不同通道的时延差别过大、不利于信号合并，所以在选择新的路由时，应尽可能地和原来的通道走相同的路由。然后控制平面通过信令过程控制传送平面，在传送平面里建立起新的连接。信令过程完成后，控制平面通过CCI接口发出命令，通知传送平面的源、宿节点启动LCAS。

     (3)传送平面接收到控制平面命令后，源、宿节点启动LCAS动作命令，将新增的连接增加到BOD业务所关联的虚级联组中。LCAS过程完成后，传送平面将执行结果反馈给控制平面。

     (4)控制平面收到传送平面反馈后，知道LCAS执行完毕。然后向源客户返回调整结果。源客户可以发起ResvConf命令对带宽的调整进行确认，表明新的带宽已可以使用。

3.3 带宽保证
     当网络发生故障时，BOD业务的带宽也会受到影响，这就需要采取措施保证BOD业务的带宽，使网络故障给用户带来的影响最小。通常，在传输网中都会对连接采用保护/恢复等方式来保证连接的可用性。但是BOD业务和普通的连接不同，有一些独特的特点：BOD业务采用虚级联，对应多个成员通道连接，并且各个成员通道的路径可能是不一样的；BOD承载的都是数据业务，不同数据业务类型的实时性要求是不一样的。所以当BOD业务受到故障影响时，不能简单地等同于普通的连接恢复，需要在恢复启动条件和恢复方式上作一些特殊考虑。

     (1)BOD业务故障恢复启动条件的确定
     当网络故障时，可能只会影响到BOD业务的部分成员通道，但整个业务并没有断掉，只是业务的带宽减小。当BOD所承载的是一些非实时性的业务时，如上网浏览、下载数据、收发邮件等等，带宽的小幅减小对用户的使用影响并不大；但当BOD业务承载的是一些实时性很强的业务，如实时视频、语音等，即使是带宽的小幅减小，也会给用户的使用带来较大的影响。所以，针对BOD业务，可以根据业务的性质和用户需求划分等级，根据不同的等级设定一个带宽容量减少比率门限值，作为BOD业务是否启动保护/恢复的一个依据。当网络故障对BOD业务产生影响时，如果容量的减少小于门限值，系统可以不启动恢复机制，只是采用LCAS，将产生故障的通道暂时从虚级联组中删除，降低数据业务的丢包率和时延，待故障的通道修复后，系统再自动地将修复好的通道增加到虚级联组中，恢复业务原来的带宽；如果容量的减少大于门限值，系统需要将故障的通道从虚级联组中删除，同时立即启动保护/恢复机制，快速找到替换通道并将其增加到虚级联组中，保证业务的带宽不变。

     (2)BOD业务故障恢复方式选择
     一个BOD业务包含多个成员连接，很自然地，可以针对BOD业务的每个成员连接独立地进行恢复，找到替代的连接并切换过去，如果多个成员连接同时发生故障，各个通道连接的恢复过程互不影响。这种恢复方式思路清晰，处理相对简单，对于那种包含的成员连接的路由比较分散、并且同时故障的成员连接数目较少的BOD业务来说是比较有效的。如果BOD业务的成员连接的路由比较集中，在同一路径中包含了数个成员连接，如果该路径某处发生故障，则该路径上的所有成员连接都会失效，都要触发恢复，在这种情况下如果对每个成员连接独立地恢复，总的恢复时间可能会比较长。针对这种情况，可以将多条成员连接作为一个整体，统一进行一次恢复，这种恢复的效果要好得多。表1给出了两种恢复方式的特点和适用场景。

3.4 自动带宽调整
     除了可以由用户或者网管系统发起带宽调整请求外，还可以设置一些自动触发带宽调整的条件，当条件满足时，系统可以自动发起BOD业务的带宽调整请求，通过ASON的智能化和自动化能力来完成带宽的调整，为BOD业务增加更多的智能特性。

     (1)定时调整带宽。
     存在某一类业务，可能在不同的时间段内，有着不同的带宽需求，这是事先已经明确好的。从减少用户带宽租用费用和提高网络的使用效率的角度，系统可以设定一个定时机制，按照事先约定好的协议，在规定的时间点自动发起带宽调整请求，由ASON来自动地完成带宽调整，为用户提供满意的带宽。

     (2)根据流量自动调整带宽。
     可以在ASON中增加业务流量自动检测能力，收集、统计BOD业务的流量变化，分析业务流量变化规律，得到业务流量变化的趋势，制订相应的策略，当业务流量变化满足设定条件时，系统就自动触发业务带宽调整，改变业务的带宽，实现网络根据流量自主地调整带宽，提高网络资源的有效利用率。这应该是BOD业务发展的趋势。

4 结束语
     虚级联和LCAS为无损带宽调整提供了技术基础，而ASON的智能化、自动化特性则使网络能够提供快速的、实时响应的BOD业务，满足用户动态、实时调整带宽的要求。目前，ASON逐渐走向商用，在网络中向用户提供各种个性化的业务也日益迫近。在ASON的基础上，还需要运营商深入研究和分析客户的特点和需求，考虑如何提供和运营BOD业务，制订出能够满足需要用户的业务运营方案、计费策略、管理服务，才使BOD业务真正走向商用。

5 参考文献
[1] 李健, 张杰, 顾畹仪. ASON中BOD业务的实现 [J]. 电信科学, 2005,21(10):48-53.
[2] ITU-T Rec G.7042. Link capacity adjustment scheme (LCAS) for virtual concatenation [S]. 2001.
[3] 赵继军, 李永, 施社平. 基于ASON的业务提供与管理技术 [J]. 中兴通讯技术, 2004,10(6):33-37.
[4] 王健全, 万春, 张杰, 等. 城域MSTP技术 [M]. 北京: 机械工业出版社, 2005.

收稿日期：2006-09-15

[摘要] 带宽按需分配(BOD)是最能体现自动交换光网络(ASON)特点和优势的一种业务。通过BOD，服务提供者按照用户需求提供可以使用的带宽。实现BOD业务过程中，使用通用成帧协议(GFP)实现数据帧到SDH虚容器的有效映射，同时使用虚级联(VC)和链路容量调整方案(LCAS)来进行带宽的动态绑定和调整，实现带宽无损调整；此外还可以设置自动触发带宽调整条件，通过ASON的智能化和自动化能力来完成带宽的自动调整，从而使网络能够提供快速、实时响应的BOD业务，满足用户动态、实时调整带宽的要求。

[关键词] 按需带宽分配；虚级联；链路容量调整方案；自动交换光网络；控制平面

[Abstract] TBandwidth on Demand (BOD) is the most typical service to show the characteristics and advantages of the Automatically Switched Optical Network (ASON). BOD enables the service provider to provide adequate bandwidth on user’s demand. To implement the BOD service, Generic Frame Protocol (GFP) is adopted to map the data frame to Synchronous Digital Hierarchy (SDH) virtual container. Meanwhile, Virtual Concatenation (VC) and Link Capacity Adjustment Scheme (LCAS) are used to dynamically bind and adjust the bandwidth, to realize bandwidth lossless adjustment. Besides, by setting the automatic trigger conditions for bandwidth adjustment, the intelligent and automatic capabilities of ASON can be used to achieve dynamic bandwidth adjustment, thus providing users with quick and real-time BOD service.

[Keywords] BOD; VC; LCAS; ASON; control plane