（光学工程专业论文）智能光网络关键技术研究.pdf

南京邮电学院学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名日期： 南京邮电学院学位论文使用授权声明 南京邮电学院、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电学院研究生部办理。 研究生签名：导师签名：日期： 南京邮电学院硕士研究生学位论文 摘要 自动交换光网络( a s o n ) 被普遍认为是下一代传输网络的发展方向，它能 提供动态的光交换和网络带宽分配，并能根据i p 数据业务量的变化有效优化网 络，解决当前网络带宽利用率低、对i p 数据业务支持不够的问题。本文对智能 光网络进行了系统的阐述，对实现智能光网络的几个关键技术进行了系统的分析 和研究。 第一章跟踪国际先进技术，指出光传送网的发展趋势和关键技术，介绍光 传送网的基本结构，并在指出现有光网络和全光网络的缺点的基础上，提出了智 能光网络；第二章简要介绍智能光网络的概念及其发展、智能光网络实现的功能， 描述智能光网络的组成结构，在此基础上总结智能光网络的特点；第三章、第四 章、第五章主要描述智能光网络的控制层面：第三章主要描述控制层面所要实现 的功能及其结构和特点，在此基础上着重论述智能光网络的路由和波长分配问 题；第四章着眼于智能光网络的信令和接口协议，并对a s o n 与传统网络的互通 问题做了阐述；第五章对a s o n 的对等模型控制协议族m p l s 和g m p l s 进行研究。 第六章对a s o n 的管理层面进行一般的表述，指出了一代a s o n 管理系统的体系结 构，并对a s o n 的管理协议做了最基本的介绍：第七章从a s o n 的传送层面要求出 发，叙述了构建a s o n 的关键器件0 x c 的动态光交换问题，在此基础上设计了一 种基于g 卿l s 的智能0 x c 。 关键词：智能光网络、光传送网、控制平面、传送平面、管理平面 一一堕塞堕皇堂堕堡主里壅圭兰垒堡苎 a b s t r a c t a u t o m a t i cs w i t c h e d0 p t i c a ln e t w o r k ( a s o n ) i sc o n s i d e r e d t ob et h en e w d i r e c t i o no ft h en e x tt r a n s 【l i t n e t w o r k i tc a np r o v i d ed y n a m i co p t i c a l s w i t c h i n ga n db a n dd i s t r i b u t i o n i tc a ne f f e c t i v e l yo p t i m i z et h en e t w o r k a c c o r d i n gt ot h ei pd a t a s oa s o n u til a n c e ，in a d e q u a t es u p p o r tt ot h e c a ns o l v et h ep r o b l e mo fl o wb a n d i ps e r v i c et h a te x i s ti nt h ep r e s e n t n e t w o r k i nt h i s p a p e r ， t h ek e y t e c h n 0 1 0 9 yo fa s o ni ss y s t e m a t i e a l l y s t u d i e d i nc h a p t e rl ，w ef i r s tt r a c et h ea d v a 九c et e c h n 0 1 0 9 yi nt h e w o r l d ，p o i n t o u tt h et r e n do ft h et r a n s m i tn e t w o r k a n de x p a t i a t et h ec o n f i g u r a t i o 几 o ft r a n s m i tn e t w o r k a t1 a s ta s o ni sp u tf o r w a r d t h ec o n c e p t ， f u n c t i o n ， c h a r a c t e r i s t i ca n dc o n f i g u r a t i o no fa s o na r es t u d i e di nc h a p t e r2 t h en e x t t h r e ec h a p t e r ( 3 ，4 ，5 )e m p h a s i z et h ec o n t r 0 1p l a n eo fa s o n c h a p t e r3 c o n c e r n so nt h ef u n c t i o n ，c o n f i g u r a t i o na n dc h a r a c t e r i s t i co ft h ec o n t r o l p l a n e t h e n s t u d y t h er o u t ea n d w a v e l e n g t h a 1 1 0 t t h e s i g n a l i n g a n d i n t e r f a c ea r es t u d i e di n c h a p t e r4 i nc h a p t e r5 ， g m p l sa n dm p l sa r e s y s t e m a t i c a l l y s t u d i e d t h e c o n f i g u r a t i o n o fn e x t m a n a g e m e n t s y s t e m ( m a n a g ep l a no fa s o n ) i sd i s c u s s e d i nc h a p t e r6 ，i nt h i sc h a p t e r ， s e v e r a lm a n a g i n gp r o t o c o la r ea l s od i s c u s s e d i nc h a p t e r7 ，w ed e s c r i b e t h ed y n a m i co p t i c a l s w i t c h i n g o f o x c ， b a s e do nt h i s d e s c r i p t i o n ， a n i n t e u i g e n to x ci sd e s i g n e d k e y w o r d ：a u t o m a t i cs w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k ，0 p t i c a lt r a n s m i tn e t w o r k ， c o n t r 0 1p l a n e ，r r a n s m i tp l a n e ，m a n a g ep l a n e 2 南京邮电学院硕士研究生学位论文 第一章光传送网技术及其发展概述 光通信是本世纪在科学技术领域取得的最伟大的成就之一，它以光子为信息 载体，为现代化社会提供了一种最优秀的信息交换与传输手段。现代光通信，实 质上包括无线光通信( 自由空间光通信) 与有线光通信( 光纤通信) 。从1 9 6 0 年世界上第一台红宝石激光器问世以来，无线光通信一度成为光通信研究的方 向。而自从1 9 7 0 年全球第一根光纤诞生以后，有线光通信就开始发展起来，并 随着社会信息的迅速膨胀而飞速发展，以至于今天一提到光通信即为光纤通信。 光导纤维是现代通信网络传输信息的最佳媒质，光纤通信技术是信息社会的 支柱，在短短的三十几年中获得了迅速的发展，越来越引起人们的极大兴趣，受 到人们的普遍关注。光纤传输几乎已成为所有宽带通信系统的最佳技术选择。和 电缆、无线传输相比，光线传输具有信息容量大、中继距离长、不受电磁干扰、 保密性能好和使用轻便的优点。目前数据业务爆炸式增长，通信道路越来越拥挤， 光纤传输是唯一的出路。随着技术的进步，光纤价格逐年下降，应用范围不断扩 展。光纤传输不仅在高速率长距离干线网上得到广泛的应用，而且在用户接入网 上的应用也逐年扩大。虽然目前几年受全球通信行业不景气的影响，光通信也陷 入了一个低谷，但我们有理由相信，光通信产业方兴未艾，光通信的前景将是一 片光明。 1 1 光网络的基本概念及其发展概述 1 1 1 光网络的概念 通俗点说，光网络就是在光域内对信息进行处理的网络。i t u t 在g 8 7 2 建 议中定义光传送网为一组可为客户层信号提供主要在光域上进行传送、复用、选 路、监控和生存性处理的功能实体，它能够支持各种上层技术，是适应公用通信 网络演进的理想基础传输网络。目前光网络对信息的处理基本上还只是局限于传 送和复用层面，而光域的选路、监控和生存性处理却在一定程度上受到各种条件 的限制。现有的通信网络由光传输系统和电子节点组成，光技术用于两个电子节 点间的点对点传输。因此，目前所说的“光网络”是由高性能的光电转换设备连接 众多的全光子网的集合，是i t u t 有关“光传送网”概念的通俗说法。 1 1 2 光传送网的演变极其发展趋势 南京邮电学院硕士研究生学位论文 同心网络的发展已经经历了两代：第一代网络节点用电缆互连在一起，电缆 是种窄带线路，它的容量相当有限，这是全电网络。早期的低速以太网，信令 环、信令总线都属于这一类网络，其传输媒质全部采用电缆，节点之间处理的是 电信号。第二代网络就是目前正广泛应用的s d h 、a t m 网。在这一代网络中，光 网络步入了历史的舞台。信号在光域内进行传输，丽在交换、管理等领域仍然只 能在电域进行，在每个电子节点中光信号都要转换成电信号由电子节点进行电处 理。因此，从目前光技术的应用程度来看，目前属于光网络发展的初始阶段。光 技术主要用于两个电子节点间的大容量点对点传输，主要的功能是传送和复用， 全光传输距离约为6 0 0 k m ( 具体由单信道速率决定) ，更长的距离需要加电再生 中继器。交换选路、监控和生存性处理等联网功能基本上由电子技术实现。第 一代和第二代网络具有以下特点：节点是转发站，本节点为其它节点传输、处理 信号服务，信号的存储、转发、分插复用和交叉连接都是在电城内进行处理，这 些特点相应的也就导致了电子瓶颈这个特点，尤其在第二代网络中，光电一光 转换已经日益成为现代通信网络的瓶颈。随着光技术的不断发展，全光传输距离 将越来越长，交换选路、监控和生存性处理等功能将逐渐由光子技术实现，通 过采用先进的光器件逐渐取代光电转换设备，不断扩大光透明子网的覆盖范围， 最终实现全光通信网络的理想目标。也就是说，在全光网络中，信号以光的形式 穿过整个网络，直接在光域内进行信号的传输、再生和交换选路，中间不经过 任何的光电转换，以达到全光透明性，实现任意时间、任意地点、传送任意格式 信号的理想目标。全光网络由光传输系统和光域内进行交换选路的节点组成， 光传输系统的容量和光节点的处理能力非常大，电子处理通常在边缘网络进行， 边缘网络中的节点或节点系统可采用光通道，通过光网络进行直接连接。不同类 型的信号可以直接进入光网络。光网络具有光通道的保护能力，以保证网络传输 的可靠性。为了提高传输效率，也可简化或去掉s d h 和a t m 等中有关网络保护的 功能，避免各个层次的功能重复。在全光网络中，节点不再是转发站。不为其它 节点传输和处理信号服务，每个节点只处理与本节点有关的信息。光分插复用器， 光交叉连接，光信号存储以及光波长转换都将在节点进行处理。 从目前光网络的发展趋势来看，由于光域不能提供光缓冲存储器、光子时钟、 光c p u 等光子逻辑器件的情况下，全光通信不能映射电通信的模式。因此，真 6 南京邮电学院硕士研究生学位论文 正的全光通信目前还不可能实现，光网络的发展还应该综合光电各自的优势，各 自发挥自己的长处，避免自己的短处。目前全光网络的覆盖范围还很小，要扩大 网络覆盖范围，必须要通过光电转换来消除光信号在传输过程中积累的损伤( 色 散、衰减、非线性效应等) ，进行网络维护、控制和管理。 1 1 3 光传送网关键技术极其发展趋势 从传送技术来看，2 0 世纪8 0 年代，基于点对点传输的p d h ( 准同步数字体 系) 光纤数字通信，在通信网中被广泛应用，但随着通信网络的发展，p d h 暴 露很大的：i ：1 ：足。同步数字体系( s d h ) 在此时出现并很快就成为光传送核心技术， 相继在各大传送网、中继网中使用。 s d h 就是在发送端将信息净负荷装入虚容器中，插入一定的开销和指针、 按一定的复用映射结构进行同步复用后进行传输，接收端进行同步解复用的过 程。 s d h 作为种全新的传输体系，较以往其他的传输体系相比，s d h 具有信 息、净负荷的透明性和定时透明性，它采用了同步复用方式和灵活的复用映射结 构，各种不剧等级的码流在帧结构净负荷内的排列是有规律的，使上下业务十分 方便，也伎数字交叉连接设备( d x c ) 的实现大大简化。同对，s d h 采用了标 准化的信息等级结构，并兼容了t 1 和e l 两大数字体系，使他们在s t m 一1 等级 卜获得统一。此外，s d h 具有网络自愈功能和强大的潮管功能，使业务通道可 靠性大大提高，刚络管理维护变得非常简单、便携。 随着i n t e m e t 的迅速发展，i p 数据以每年1 0 0 - 8 0 0 的速度递增，使主要 处理语音通信的 b 路传输网络，逐步成为一个以处理i p 数据为主的传输阿络。 这种以i p 为主的非定叫。网络数据业务大量涌现，对传送网提出了新的要求，原 s d l 光通信传送嘲暴露出带宽供给不足、动态带宽分配功能欠缺、多业务接入 能力和白适应能力彳i 足等问题。 而对迅速增长的多种实时、非实时的数据业务对传送网提出的网络带宽、多 j 儿_ = 务接入、组网灵活性、网络多样性、网络稳定性、网络投资收益率等多方面要 求，光传送新技术相继被提出，其中包括m s t p 、r p r 等 ( 1 ) 基于s d h 的m s t p 技术 针对s d h 在多业务接入灵活性方面的局限，基于s d h 的支持多业务接入 南京邮电学院硕士研究生学位论文 的m s t p 应运而生，m s t p 是s d h 在多业务接入应用方而的发展。m s t p 就是 对所支持的以太网、a t m 等多种业务经过处理后按一定的格式( 或协议) 封装 在一个或多个s d hv c 中进行传输。m s t p 采用了目前最为成熟的s d h 组刚和 保护技术保留了固有的t d m 交叉能力和传统的s d h 佃d h 业务接口，继续满 足话音业务的需求，同时又吸收了a t m 和i p 自身所具有流量控制与保护属性， 实现了多业务的高效传输。 ( 2 ) 弹性分组环技术r p r 弹性分组环r p r ( r e s i l i e n tp a c k e tr i n g ) 是基于i e e e 8 0 2 1 7 协议的技术， 是i e e e 8 0 2 3 以太网技术的扩展，它是面向数据网( 特别是以太网) 的一种光环 新技术，使用双环同时传送业务的工作方式。 r p r 吸收了s d h 、a r m 、千兆以太网的一些特性，采用分布式的管理、拥 塞控制与快速保护倒换机制它利用了大部分数据业务的实时性要求不高的特 点，对不同i p 和其他分组数据服务进行优化和等级分类。r p r 在基于保证服务 质景和预留带宽的基础t ，对在两个光环传输方向卜的全部可用带宽进行动态分 配和统计复片j 各类业务，能比s d h 更有效地分配带宽和处理数据，降低了运蓠 商的成本。网时，r p r 采用了快速的保护倒换机制，在环路切换时保证了高优 先级业务的快速倒换。 从复用方式来看，在电的时分复用( e t 蜊) 方式下，单路波长速率突破4 0g b s 甚至更高已成为现实。但由于现代通信网对传输容量要求急剧提高，利用t d m 方式已日益接近光器件材料硅和砷化镓的技术极限，光纤色散和极化模色散 的影响也日益严重，所以光的复用已成为人们讨论的热点。光的复用包括光时分 复用( o t d m ) 和波分复用( w d m ) 。o t d m 主要是采用超短光脉冲在时削上 间插的方法来提高单个波长信道的传输速率，而w d m 是通过增加单根光纤中传 输的波长信道数来提高光纤的传输容量。由于o t d m 的关键技术( 高重复率超 短光脉冲源、超短光脉冲传输技术、时钟提取技术和时分解复用技术) 比较复杂， 技术不成熟，而且实现这些技术的器件特别昂贵，其制作和实现均很困难，目前 尚未得到很大的发展和应用。而w d m 由于其技术优势已进入大规模商用。因此， 南京邮电学院硕士研究生学位论文 无论是从技术角度，还是经济、市场角度，w d m 必将是未来全光网络真正的主 流技术。 从交换选路方式来看，目前大量应用的是基于d x c 的电交叉连接方式，但 基于波长选路的光交换技术正进入实用，这种交换方式的引入将极大地提高网络 的交换速度和容量。 从组网方式来看，光网络将沿着“点到点一链一环一多环一网状网”的方向 发展。应用大量的s d h 系统来满足日益增长的带宽需求必将使已敷设的光纤很 快耗尽，因此，大容量的w d m 点到点系统将被大量引入，并将逐步引入o a d m 构成链形和环形光网络，进一步的发展将是采用灵活的可编程o a d m 甚至0 x c 将多个单环连成多环光网络，最终光网络将向能够进行灵活有效配罱的全光网状 网发展。光网络灵活性将按“静态一半动态一动态”的方向发展。 从应用领域来看，光网络将沿着“干线网一本地网一城域网一接入网一用户驻地 网”的次序逐步渗透。 1 2 光传送网的结构 1 2 1 分层和分割 分层是从垂直方向将传送网分解为若干独立的网络层，相邻网络层之间满足 客户月务者关系。每一层网络在水平方向又可以按照该层内部结构分割为若干 部分，因而分层和分割满足正交关系。 通过分层，就可以对各个网络层进行荦独设计，这样就比将熬个网络作为单 个实体来设计要简单的多：同时川以利用类似的一组功能来描述每一层网络，从 而简化了t m n 管理；由于每层网络之间相对比较独赢，从而可以最大限度的减 少o a m & p 行动对其它层的影响，并且便于某层独立地引进新技术和新拓扑 l f u 不影响其它层；采用这种简单地建模方式便于容纳多种传送技术，是网络规范 与具体实施方法无关，使规范能保持相对稳定性。 传送删分层后，每一层网络仍然很复杂地理上可能覆盖很大范围，因而为 了便于管理，在分层的基础上，再从水平方向将每层网络划分为若干个分离的 部分。分割对在同一网络层内规定网络结构十分重要；同时有助于规定为了选路 而处于第三方控制的层网络和予网的部分区域；最后，网络的分割也有助于最终 实现嘲络元素的出租，促进业务列及其业务提供者之间的全面竞争。 9 南京邮电学院硕士研究生学位论文 1 2 2 传送网的结构 分割往往是从地理上将层网络划分为国际部分子网和国内部分子网，然后再 将国内部分进一步分割为核心网、城域本地网和接入网。光网络的基本结构有 星型、总线型、环形和树型等几种，这几种基本结构可组成各种复杂的网络结构。 核心网倾向于采用网状结构，城域本地网多采用环形结构，最近也在向网状结 构发展，而接入网将是环形和星型相结合的复合结构( 如图1 1 1 所示) 。 核心网 城域本地 接入网 图1 1 光网络横向分割结构 从分层角度来看，光网络纵向分为客户层、光通道层( o c h ) 、光复用段 层( 0 m s ) 和光传送段层( 0 t s ) 等层。如图1 1 2 所示，两个相邻层之间构成 客户服务者关系。 客户层：由各种不同格式的客户信号( 如s d h 、p d h 、a t m 、i p 等) 组成 光通道层：为透明传送各种不同格式的客户层信号提供端到端的光通道联网功 能，这一层也产生和插入有关光通道配置的开销，如波长标记、端口连接性、载 荷标志( 速率、格式、线路码) 以及波长保护能力等，此层包含o x c 和o a d m 相关功能： 光复用段层：为多波长光信号提供联网功能，包括插入确保信号完整性的各种 段层开销，并提供复用段层的生存性，波长复用器和高效交叉连接器属于此层； 1 0 南京邮电学院硕士研究生学位论文 光传送段层：为光信号在各种不同的光媒体( 如g 6 5 2 、g 6 5 3 、g 6 5 5 光纤) 上提供传输功能，光放大器所提供的功能属于此层。 s d h s o n e ti 删if d o i l i pp d h其它 光通道( 0 c h ) 层 光复用段( 0 m s ) 层 光传送段( o t s ) 层 图1 2 光传送网分层结构 1 3 智能光网络的提出 1 3 1 现有光网络存在的问题 当今的电信传输网是光电混合网络，它主要由三部分组成： 光纤提供原始带宽 d w d m 在一根光纤上提供多个波长 s d w s o n e t 传输设备将业务流( 数据和语音) 从电信号转化成光信 号，并在光纤网上传送 s d h s o n e t 传输系统一般要求线性或环形网络结构。在这种网络结构中， d w d m 设备仅仅作为物理传输媒质或可称为“网络管道设备”，并无其他用途。 网络保护是通过s d h s o n e t 层的复用段保护和子网保护来实现的。这种网络 对于传统的语音业务是可行的，但是在i p 业务迅速增长的今天，这种网络结构 已经暴露出它的很大的局限性。 首先，现在网络的业务流量已经由传统的语音业务向数据业务转变，数据业 务最终将取代语音业务成为主要的业务。而传统的s d h s o n e t 主要是针对语音 业务的，现在的i p 业务的传送一般都是按照i p a t m s d h w d m 来实现的，在 i p 业务占据主要地位的将来，如何实现i p 直接复用到w d m 成为首要解决的问 题。 其次，当前增加容量采用的措施一般都是增大网络的容量，而不是提高网络 的运行速度，也就是增加环的数目或者在光纤上利用d w d m 技术来增加容量。 但是，随着环数量的增加，为了能在s d h s o n e t 环上使用复用段保护或子网 保护来对用户线路实现保护，最多可达5 0 的容量被搁置下来。这些环要在骨 干网上经过d w d m 系统。随着环数目的增加，d w d m 系统所增加的容量很快 南京邮电学院硕士研究生学位论文 就会被消耗掉。 另外，在每个环的节点上，业务流以电信号的方式终结、聚集和交叉连接。 光一电一光的转换，造成网络设备成本昂贵。 从管理方面来看，现有的管理系统采用集中式管理，网管设备众多，开销庞 大。随着网元数目的急剧增多，用户对线路提出端到端智能保护的要求，传统的 传输网网管系统已不堪重负，不能满足用户的需求。 1 3 2 全光网络在目前还不能完全实现 光网络的管理是决定全光网络实用性的关键因素，主要包括以下三个方面的 内容： 结构管理：波长路由和波长转换，即在光波长层次上提供和重构网络 物理性质管理：包括光功率、噪声、色散和波长对准等的管理，目的 是维持连接的性能 差错管理：包括局部或全部的保护倒换。如对光纤的折断和节点的损 坏作出反应 和现有的光电混合网相比，全光网络的管理具有一定的特殊要求，主要包括 两个方面：网络的光域状态，如光交叉连接( 0 x c ) 、光分插复用( o a d m ) 、 光放大器、可调波长的光源和接收器；另外，光网络的网管必须不依赖于传输信 息所用的协议，即它需要自己独立的管理信息结构和开销方案。 全光网络被认为是一种理想的网络，可是在目前的形势下，它却遇到了许多 目前难以解决的问题。首先，光逻辑器件的不成熟使全光网络的管理成为了一个 巨大的难题，有人甚至认为全光范围内的管理基本上不可能实现。其次，全光网 络要求光集成技术的强力支持，而光集成技术可以说是刚刚起步，还很难预测其 发展速度和对光网络建设的影响力。第三，光节点技术本身的稳定性、成本还是 个难于确知的问题。 基于以上几个考虑，美国s y c 锄o r e 公司在1 9 9 8 年1 2 月提出了智能光网络 的概念。 1 3 3 智能光网络的提出 南京邮电学院硕士研究生学位论文 最初人们提出可以借鉴交换网络中的通用信令协议的模式来最终实现在多 厂家多技术网络环境中用统一的控制方式配置通道和带宽，“智能光网络”技术 的重要任务就是定义个通用标准的控制面来高效地控制网络资源。 智能光网络实际上还是一种光电混合网络，但是，智能光网络与现有光电混 合网络又有根本上的不同。首先，它实现了光域交换，这样就减少了光一电一光 转换这个极其耗费成本的环节。同时，在管理领域，智能光网络依旧采用电来进 行管理。 传统的传送网络中通常只涉及对信号的传送、复用、交叉连接、监控和保护 恢复，是一个静态的网络，而智能光网络将引入动态交换的概念，特别是引入业 务层与传送层之间的自动协同工作机制，这种创新的体系结构代表了新一代光网 络的重要发展趋势。特别是这种概念正由最初的只针对i p 和o t n 进一步拓展到 针对业务层面( i p a t m 等不同业务) 和传送层面( s d h s 0 n e t o t n ) ，成为一 个更通用的网络结构。 1 4 本文工作简介 第一章跟踪国际先进技术，指出光传送网的发展趋势和关键技术，介绍光 传送网的基本结构，并在指出现有光网络和全光网络的缺点的基础上，提出了智 能光网络。 第二章简要介绍智能光网络的概念及其发展、智能光网络实现的功能，描 述智能光网络的组成结构，在此基础上总结智能光网络的特点。 第三章、第四章、第五章主要描述智能光网络的控制层面。其中第三章主要 描述控制层面所要实现的功能及其结构和特点，在此基础上着重论述智能光网络 的路由和波长分配问题。第四章着眼于智能光网络的信令和接口协议，并对a s o n 与传统网络的互通问题做了阐述。第五章对a s o n 的对等模型控制协议族m p l s 和g m p l s 迸行研究。 第六章对a s o n 的管理层面进行一般的表述，指出了一代a s o n 管理系统的体 系结构，并对a s o n 的管理协议做了最基本的介绍。 第七章从a s o n 的传送层面要求出发，叙述了构建a s o n 的关键器件o x c 的动 态光交换问题，在此基础上设计了一种基于伽p l s 的智能o x c 。 南京邮电学院硕士研究生学位论文 参考文献： 1 韦乐平 2 杨祥林 3 徐荣 4 原荣 5 原荣 6 袁飞 7 刘涛 辑 8 吴谦 9 卢洪斌 1 0 樊自甫 光同步数字传送网人民邮电出版社 光纤通信系统国防科技出版社 龚倩高速宽带光互联网技术人民邮电出版社 光传送网技术及其进展光通信技术2 0 0 0 年第三期 光纤通信技术讲座光通信技术2 0 0 3 年第一期 面向数据的智能光传送技术电信工程技术与标准化 面向未来的光传送网技术北京邮电设计院2 0 0 0 年新技术论坛专 未来光传送网核心技术展望电力系统通信2 0 0 3 年7 月 智能光传送网及其控制平面功能广东通信技术2 0 0 2 年2 月 下一代光网络的发展与演进电信技术2 0 0 3 年0 6 期 1 4 南京邮电学院硕上研! 咒生学位论文 第二章智能光网络 近几年来，随着i p 业务的快速增长，对网络带宽的需求不仅变得越来越大， 而且由于i p 业务量本身的不确定性和不可预见性，对网络带宽的动态分配要求 也越来越迫切。传统的主要靠人工配置网络连接的原始方法耗时费力易出错，不 仅难以适应现代网络和新业务提供拓展的需要，也难以适应市场竞争的需要。一 种能够自动完成网络连接的新型网络概念一一自动交换传送网( i t u ts g l 3 命 名为a s t n ) 或自动交换光网络( 1 t u ts g l 5 命名为a s o n ) 应运而生。这是 一种利用独立的a s t n a s o n 控制面通过各种传送网( 包括s d h 或o t n ) 来实 施自动连接管理的网络，这种具有独立控制面的光网络称为智能光传送网，简称 智能光网络。 在网络中引入a s t n a s o n 的主要好处有：允许将网络资源动态地分配给 路由，缩短了业务层升级扩容时间，明显增加业务层节点地业务量负荷；具有可 扩展地信令能力集；快速地业务提供和拓展：降低维护管理运营费用；光层的快 速业务恢复能力；减少了用于新技术配置管理地运行支持系统软件的需要，只需 维护一个动态数据库，也减少了人工出错机会；还可以引入新的业务类型，诸如 按需带宽业务、波长批发、波长出租、分级的带宽业务、动态波长分配租用业务、 带宽交易、光拨号业务、动态路由分配、光层虚拟专用网( v p n ) 等，使传统的 传送网向业务网方向演进。 2 1 智能光网络的概念及其发展 2 2 1 智能光网络概念 a s t n a s o n 可定义为：在a s t n a s o n 信令网控制之下完成光传送网内光 网络连接、自动交换功能的网络，它是种新型的网络，目前基本上都称为 a s o n 。a s o n 是由i t u t 首先提出并致力于标准化的，它的发展与全光网并没 有关系，开始人们的理解是基于o t n 传送平面首先实现智能化控制管理，称之 为a s o n 一自动交换光网络。后来又将a s o n 扩展到所有传输网络特别是s d h 网络，称之为a s t n 一自动交换传送网。后来人们统一了称呼，将基于s d h 或 o t n 传送平面的都称之为a s o n 网络。一般认为第一代将要发展的a s 0 瞄将是 基于s o n e t s d h 传送网平台的，而基于o 州的a s o n 网络将会在几年以后。 南京邮电学院硕士研究生学位论文 2 2 2 a s o n 实现的功能 智能光网络能快速提供配置和恢复端到端连接，一个连接所提供的带宽可从 几十m b s 到波长级，甚至可以扩大到整根光纤的容量。它将s d h 的保护功能、 i p 的效率、d w d m 的容量以及高性能的网络管理软件结合在光传送系统中，可 有效地解决网络地可扩展性，可管理性和用户带宽快速配置及端到端保护等问 题，使运营商可根据市场地需求快速提供新业务，并可在光层上直接提供服务。 智能光交换技术为进入节点地高速信息流提供动态光域处理，这样可以克服 纯电子交换地容量瓶颈问题，能大大提高网络的重构灵活性和生存性，加快网络 的生存时间。 智能光网络分为智能光核心网络和智能光边缘网络两部分。光核心网络主要 由光传送系统、混合a d m ，宽带数字交叉连接系统、o a d m 、智能o x c 、太比 特路由器等组成。混合a d m 宽带数字交叉连接系统存在于边缘网络和核心网络 的边界，是宽带数字交叉连接和s d h 的集成，但增加了t d m 和包交换疏导的 功能，提供s d h 层到光层的直接过渡。光边缘网络中，d w d m 的作用是提供业 务层到光层的桥梁，现存的各种业务网络导致了光边缘网络设备的多样性，这些 边缘网络设备要求具备的功能有：网络单元的智能化：网络层次的平展化；统一 的控制平面；用户和核心光网络间的带宽匹配。智能光网络使光网络从传统的“管 道网络”向“服务网络“演变，这种演变不是对现有网络的淘汰，面是一个无缝 融合的过程，要最大限度地保护运营商和用户原有地投资。 智能光传送网最显著地优点是它的管理和控制功能，其网元嵌入地智能化分 布式控制软件，使网络可进行分布式地管理。这种结构和功能上的变化充分简化 了s d h 网管系统，使端到端的配置、故障管理和性能管理等功能易于提供和实 现。 = l j 于网元均具备智能，网元相互可交换路由信息和链路状态信息，使每个网 元实时掌握着整个网络的拓扑结构和相关的链路状态信息，并具备相应的管理功 能，极大地分担了网管系统地压力，提高了网管的效率和快速反应能力。网元的 智能化是通过光电器件技术紧密结合智能化分布式控制软件包来实现的。软件包 的功能是收集和分析光路状态信息数据、对光通路的相关参数进行路由计算、对 光器件的运行状态进行检测、提供光性能监视和报告、故障分析、同其它网元交 南京邮电学院硕士研究生学位论文 换信息，并根据指示提供对光器件( 如可变衰减器、可调滤波器、波长变换器、 角度色散补偿器、偏振模色散补偿器等) 的驱动控制。 网元之上是基于元数据驱动的客户一服务器型网管系统，由放在不同服务器 上的一系列管理及功能软件模块构成，它同网元上的智能管理软件包协作，共同 完成端到端的故障管理、性能管理和配置管理。 智能光传送网的格行拓扑和分布式网络管理有利于实时更新路由以实现快 速端到端的保护，使带宽资源的利用率最高可达1 0 0 ，并能根据不同业务提供 o o s 、c o s 等不同优先级的服务，扩大了增值服务的范围。 综上所述，a s o n 可以提供以下功能： ( 1 ) 网络资源和状态信息的自动发现 ( 2 ) 自动的通路选择和通路管理 ( 3 1 信令控制下的链路的建立，包括动态的网络恢复 ( 4 ) 统一的控制平面通过信令管理网络的资源 ( 5 ) 具有分布式处理功能，网元智能化 ( 6 ) 实现控制平台与传送平台的独立 ( 7 ) 光层实现动态业务分配，可根据业务需要提供带宽 2 2 3 a s o n 的标准化进程 作为一种新型的网络概念，标准化关系到a s o n 的生存以及其以后的发展。 目前致力于智能光网络的标准化工作的国际组织主要有三家：互联网工程任务组 f i e t f ) 、光互联论坛( o i f ) 、国际电信联盟( i t u t ) 。其中o i f 和i e t f 基本上分别 代表了从通信领域和计算机领域两个方向上对智能光网络的规划思路。以下对这 三个组织在这方面所做的工作做基本介绍。 互联网工程任务组( i e t f ) 是由网络设计者、运营商、设备供应商和研究人员 共同组成的一个开放式的国际性团体，目的是开发i m e m e t 的标准和规范。i e t f 的标准是开放而非私有的，并且可以免费提供。虽然对这些标准的遵守是自愿的， 但是由于i n t e m e t 的快速普及，这些标准得到了广泛的应用。i e t f 对i n t e m e t 中 使用的核心技术进行开发和标准化。最初设计m p l s 时，人们考虑的是i po v e r a t m 及i p o v e r f r ( 帧中继) 的网络构架。随着w d m 设备在传输网中的部署不 南京邮电学院硕士研究生学位论文 断增多，人们想到利用相似的机制来设置基础光网络中处于底层的w d m 子层的 光通路。最初出现的是i p 网络，然后是多协议波长交换( m p 凡s ) ，接下来是多协 议标签交换( m p l s ) ，最近i e t f 的通用多协议标签交换( g m p l s ) 及其相关工作组 主要使定义用于智能光网络的控制协议g m p l s 协议族，包括：链路管理协议、 开放最短路径优先协议0 s p f 、中间系统一中间系统( i s i s ) 路由协议、流量工程扩 展( r s v p t e ) 和路由受限一标记分配协议( c r - l d p ) 。 光互联论坛( o i f ) 是由许多公司发起成立的一个旨在加速发展光互联网的开 放型的专业论坛，它为设备制造商、用户、业务提供商提供了一个在一起探讨光 互联网关键技术和如何确保设备互连互通等主要问题的场所。因此o i f 在 g m p l s 的工作基础之上试图为光网络提供互联互通的实用化接口，这些接口包 括用户网络接口o u n i 及网间接口o n n i 。o u n i 信令包括用于建立连接、自 动邻接发现、自动服务发现、故障检测、定位和通告等信令，因此o - u n i 是实 施重叠模型光网络的基础，目前已经完成u n i2 o 标准。 i t u t 作为一个标准化的组织比其它的标准化组织或机构具有更大和更长 远的影响力，尤其对于大部分的传统电信运营商而言。a s o n ( g 8 0 8 0 ) 和 a s t n f g 8 0 7 0 ) 就是i t u t 为光网络增加的两个相关标准，g a s t n 是一个结 构模型，它与具体的实现技术无关：而g a s o n 则描述了实现控制平面功能的 详细建议，g a s o n 采用了重叠模型，实现了呼叫控制和连接控制的分离。i t u t 关于a s o n 的相关协议如下： f 1 )g 8 0 7 一自动交换传送网( a s t n ) 的要求，提出了对自动交换传送网 的网络级的总体要求 f 2 )g 8 0 8 0 一自动交换光网络( a s o n ) 的结构，从传送技术的角度提出 了自动交换光网络的结构及要求。其下一阶段的重点是结构性的改 进以支持呼叫和连接的分离、资源的发现定位共享、网络恢复域的 监控的功能。 ( 3 )g 7 7 1 3 一分布式连接管理，定义与a s t n 相关的信令内容，如属 性规范、信息集、接口规范、d c m 状态图表等。其下一阶段的重点 是支持增强性的呼叫，连接管理，以便提供更多的网络能力。它包括 3 个协议：g 7 7 1 3 1 、g 7 7 1 3 2 、g 7 7 1 3 3 ，其中g 7 7 1 3 1 南京邮电学院硕士研究生学位论文 是基于p n n i 的分布式连接管理，g 7 7 1 3 2 是基于g m p l sr s v p t e 的分布式连接管理，g 7 7 1 3 3 是基于g m p l sc r l d p 的分布式连 接管理。 g 7 7 1 4 一通用自动化发现技术，描述了用于网络管理和路由的自动 发现技术。 g 7 7 1 5 一a s t n 路由，规定了路由功能的要求及结构，主要用于在 a s o n 网络中支持s c 和s p c 的建立。 g 7 7 1 6 一检测控制接口，重新考虑虚拟背板接口( v b i ) ，提出检测 器控制接口的概念，主要用于故障的汇报、信息的交互等。 2 2 智能光网络的组成和结构 2 2 1 智能光网络的组成 传统的光传送网是由两部分组成的：传送平面和管理平面。而智能光网络 却在两个层面之外增加一个控制平面，这是智能光网络技术的核心所在。智能光 网络山图2 1 所示的三个部分组成。f 面分别对构成智能光网络a s t n a s o n 的三个逻辑平面，即传送平面( t p ) 、控制平面( c p ) 和管理平面( m p ) 作一 些基本的介绍。 图2 1a s o n 组成示意图 ( 1 ) 控制平面 光网络智能化的关键之处就在于同现有的传送网络相比，引入了个控制平 面。a s t n a s o n 智能光网络内的呼叫控制和连接控制的功能都是由控制平面完 成的。控制平面由信令网络支持，由多种功能部件组成，包括一组通信实体和控 制单元( o c c ：光连接控制器) 及相应的接口。这些功能部件主要用来调用传送 网的资源，以提供与连接的建立、维持和拆除( 释放网络资源) 有关的功能。这 1 9 南京邮电学院硕士研究生学位论文 些功能中最主要的就是信令功能和路由功能。 控制平面接口的主要功能是用于实现控制平面弓上层用户之间、控制平面内 部各功能实体之间以及控制平面与传送平面、管理平面之间的连接。控制平面涉 及到的接口主要有5 种，即：用户冽络接口( l j n i ) 、外部网络节点按【_ ：( e n n i ) 、 内部网络节点接口( i n n i ) 、连接控制接口( c c i ) 和管理平面与控制平面之间的接 口( n m i a ) 。 控制平碰的核心功能是连接控制功能，它实际上是控制平面对传送平面的智 能化操作。完成光网络连接的方式有以下三种：指配方式，也称硬永久性连接 ( p c ) ：信令方式，也称交换连接方式( s c ) ；混合方式，又称为软永久性连接( s p c ) 。 这三种连接方式的最重要区别是山谁来发起连接建立的请求。指配方式连接建立 的请求足由网络运蕾者发起的，信令方式连接建立的请求是由终端用户发起的， 这时，必须支持第三方信令通过u n i 。另外，这三种方式中，仅s c 和s p c 与信 令和路由有关。 涉及智能光网络控制平面的关键技术还包括：网络拓扑和资源的自动发现、 智能化的光路由和波长分配( r w a ) 算法、各种不 司业务的接入和整合技术、光 管理信息的编码和分发、网络生存性策略和自动保护恢复等。 ( 2 ) 管理平面 管理平面对控制平面和传送平面进行管理，在提供对光传送网及网元设备进 行管理的同时，实现网络操作系统与网元之浏更加高效的通信功能。管理平面的 主要功能是建立、确认和临视光通道并在需要时划其进行保护和恢复。由于 a s t n a s o n 在传统光网络的基础上新增了个功能强大的控制平而，这给智能 光网络的管理带来了一些新的问题，这些问题集中表现为以下三个方面： 路径管理功能 陔项功能要求在多运营商环境下，为了完成网络管理功能，必须统一规 范路径建立控制结构，即对控制平丽的同4 管理域( a d ) 内光通路的建立 以及不同管理域之问光通路的建立进行统一的规范。 命名和寻址 由于命名和寻址涉及到用户域名和业务提供者域名之间，以及层网络名 之问的翻泽和转换，因此在a s o