（光学工程专业论文）qosaware光网络流量疏导机制的研究.pdf

南京邮电大学硕士学位论文摘要 摘要 互联网流量的爆炸式增长、业务的多样性和业务的突发性，对传送网带来了前所未有 的挑战。光网络技术的迅速发展为互联网日益膨胀的信息流量提供了强大的网络支持。与 此同时，互联网业务也改变着i p 业务层与光传输层的关系。网络的发展日趋扁平化，i p o ( i po v e ro p t i c a ln e t w o r k s ) 成为发展的趋势。i p 数据直接承载于光网络，省去了通过a t m 、 s d h 等的适配过程，数据的传送将更加高效。未来的光网络不再仅仅是更大带宽的波长通 道，而是借助路由协议和信令机制，从静态的传输媒体演变成为智能化的网络结构，网络 的带宽利用率和多业务的承载能力大大提升。 在m l n m r n 网络中，下层网络建立的用于流量疏导的通道构成了上层网络的虚拟网 络拓扑。多层流量工程技术通过虚拟网络拓扑重配置的方式，实现m l n m r n 网络的流量 疏导，因此，也被称为动态的流量疏导技术。i p o 网络融合了多种交换技术，如：包交换， 波长交换，以及光纤交换等，是一种典型的m l n m r n 网络，可以通过采用基于g m p l s 的控制平面，实现对网络中各种交换资源的统一配置和管理，以提高资源的利用率和实现 网络的智能化。本文研究的重点基于g m p l s 的光网络流量疏导机制，就是一种基于 g m p l s 的多层流量工程技术。研究以i p o 网络为背景。 如今，人们已经在i p 网络q o s 方面做了大量的研究，提出了很多有效的解决方案。 然而，在i p o 网络中，在为光通道所承载的不同业务提供q o s 保证方面，还有很多问题没 有解决。i p o 网络q o s 主要包括两个方面：服务区分和传送质量。q o s a w a r e 光网络流量 疏导机制同时考虑了这两个方面，在实施流量疏导的同时，可以保证高优先级业务的q o s ， 具有较好的性能。 本文首先认真地研究了基于g m p l s 的智能光网络、光网络的流量工程和多层流量工 程技术，并采用基于辅助图的集成流量疏导算法解决了光网络中多层流量工程的问题；然 后，运用c c + + 语言搭建了光网络流量工程的仿真实验平台，实现了集成流量疏导算法， 并以实验仿真平台为基础，研究了自相似业务对光网络性能的影响；接下来，深入地研究 了q o s a w a r e 光网络流量疏导机制，提出了基于第k 条最短路径的约束路由算法；最后， 在仿真实验平台上设计实现了该机制，并进行了实验仿真。 关键字：多层流量工程，光网络流量疏导，自相似业务，q o s - a w a r e ，k 条最短路径算法， 抢占算法 第1 页 塑业堑型型塑l 一 些! 坐竺1 1一一 d 3 ll 乙 a b s t r a c t lm 锄1 s s l o nn e 咖r k sh a v eb e e nc o n f r o n t e dw i t h g r e a tc h a l l e n g e s ，b e c a u s eo fe x p l o s i v e i i l c r e a s eo fi n t e m e tt r a f f i ca n ds e r v i c e - d i v e r s i t ya n db u r s t i n e s s r a p i d d e v e l o p m e n to fo p t i c a l n e 咖r k st e c h n o l o g yp r o v i d e s g r e a tn e t w o r ks u p p o r t sf o ri n c r e a s i n gi n f o m a t i o n 仃a 硒co f i n t e r n e t i nt h em e a n t i m e ，i n t e r n e ts e r v i c e sh a v eg r a d u a l l yc h a n g e d t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ni p s e l c 川a y e ra n do p t i c a lt r a n s p o r tl a y e r t h ef r a m e w o r ko fn e t w o r k sb e c o m e s i n c r e a s i n g l v c o m p r e s s e d i po v e ro p t i c a l ( i p o ) n e t w o r k sh a sb e c o m ea t r e n d i pp a c k e t sa r ec a 而e dd i r e c t l v 0 nh i g hs p e e do p t i c a ln e t w o r k s ，d i s p e n s e dw i t ht h ea d a p t i n gp r o c e s s t h r o u g ha t m ，s d ha n ds o o n s o ，t h ee f f i c i e n c yo f t r a n s m i t i n gi pp a c k e t sw i l lb em u c hh i g h e r t h ef u t u r eo p t i c a ln e t w o r k s a r cn o tj 坂w a v e l e n g t hc h a n n e l sw i t hl a r g e rb a n d w i d t h t h e y h a v eg r a d u a l l yb e e ni n v 0 1 v e d 舶m s t a t l ct r a n s p o r tm e d i at oi n t e l l i g e n tn e t w o r ki n f r a s t r u c t u r e s ，i nv i r t u eo f r o u t i n gp r o t o c o l sa n d s l g n a l i n gm e c h a n i s m s i n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r k sc a r li m p r o v eb a n d w i d t hu t i l i z a t i o na n db e c a p a b l eo fb e a r i n gm u l t is e r v i c e s i nm l n m r n ，t h es e to fc o n n e c t i o n so na g i v e nl a y e rd y n a m i c a l l ye s t a b l i s h e df o rg r o o m i n g p u 印o s e ss e n ，e sa sav i r t u a ln e t w o r kt o p o l o g y ( v n t ) f o rt h eu p p e rl a y e r i nr e g u l a rt e p r o b l e m s ，s u c ha st y p i c a l l yc o n g e s t i o n ，a r es o l v e db yr e r o u t i n gt r a f f i cf l o w so v e rt h e l o g i c a l t o p o l o g y m u l t i - l a y e rt r a f f i ce n g i n e e r i n gp r o v i d e sav a l u a b l ea l t e r n a t i v et ot h i s ，b yr e c o n f i g u r i n g t h ej 0 9 1 c a ln 嘶v 0 r kt o p o l o g ya sr e q u i r e d s o m e t i m e st h i sf o r mo ft r a f f i c e n g i n e e r i n gi sa l s o c a l l e dd y n a m i cg r o o m i n g i p on e t w o r k s a r e o p e r a t e dw i t hm u l t i p l ed i f f e r e n ts w i t c h i n g t e c h n o l o g i e s ，s u c ha sp a c k e ts w i t c h i n g ，w a v e l e n g t hs w i t c h i n g ，a n df i b e rs w i t c h i n ga n ds oo n s o t h e ya r et y p i c a lm l n m r n g m p l s - b a s e dc o n t r o lp l a n ec a ni m p r o v et h e i rr e s o u r c eu t i l i z a t i o n a n di n t e l l i g e n c e t h i st h e s i se m p h a s i z e so ng m p l s b a s e dt r a f f i cg r o o m i n gs c h e m ef o r o p t i c a l n e t w o r k s ，i e g m p l s b a s e dm u l t i - l a y e rt r a f f i ce n g i n e e r i n gt e c h n o l o g y w h i l ea s i g n i f i c a n ta m o u n to fr e s e a r c hh a sb e e nd o n eo ng u a r a n t e e i n gq u a l i t yo f s e r v i c ei n p u r ei p - b a s e dn e t w o r k s ，t h ep r o b l e mo fp r o v i d i n gq o sg u a r a n t e e st od i f f e r e n ts e r v i c e sc 删e d o v e r h l g h - c a p a c i t yo p t i c a lc h a n n e l sr e m a i n sl a r g e l yu n s o l v e df o r w a v e l e n g t h r o u t e di p o n e t w o r k s t h ec o n c e p to f “q u a l i t yo fs e r v i c e ”i nn e t w o r k s u s u a l l yh a st w om a i nm e a n i n g s ： s e r v l c ed i f f e r e n t i a t i o no rt r a n s m i s s i o nq u a l i t y q o s - a w a r et r a f f i c g r o o m i n gs c h e m ef o ro p t i c a l n e 咖r k sc o n s l d e r st h e s et w om e a n i n g s t o g e t h e r t h i ss c h e m ec a na s s u r et r a n s m i s s i o nq u a l i t yo f h ps e r v i c e sd u r i n gt h ee x e c u t i o no ft r a f f i cg r o o m i n g ，a n dh a s ag o o dp e r f o n ：n a n c e i nt h i s t h e s i s ，i n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r k s ，t r a f f i ce n g i n e e r i n go fo p t i c a l n e “v o r k sa n d m u l t i - l a y e rt r a f f i ce n g i n e e r i n gh a v eb e e nd i s c u s s e d t h o r o u g h l y a n dm t ei ss 0 1 v e db v i n t e g r a t e dg r o o m i n ga l g o r i t h mb a s e do na u x i l i a r yg r a p h ( i g a b a g ) t h e n ，an e w s i m u l a t i o n 南京邮电大学硕士学位论文 a b s t r a c t e x p e r i m e n tp l a t f o r mf o rt r a f f i ce n g i n e e r i n go fo p t i c a ln e t w o r k si sd e v e l o p e du s i n gc c + + l a n g u a g e i nt h et h e s i s ，r e s e a r c ho nt h ep e r f o r m a n c e so fo p t i c a ln e t w o r k su n d e rs e l f - s i m i l a r i t y s e r v i c e si sd o n eb a s e do nt h es i m u l a t i o np l a t f o r m n e x t ，q o s - a w a r et r a f f i cg r o o m i n go fo p t i c a l n e t w o r k si ss t u d i e d ，an e wc o n s t r a i n e dr o u t i n ga l g o r i t h mb a s e do nt h eks h o r t e s tp a t hf i r s t a l g o r i t h mi sp u tf o r w a r d f i n a l l y , t h i ss c h e m ei sd e s i g n e da n dr e a l i z e do nt h es i m u l a t i o np l a t f o r m ， a n de x p e r i m e n t sa r ed o n eo ni t k e y w o r d s ：m u l t i - l a y e r t r a f f i c e n g i n e e r i n g ，t r a f f i cg r o o m i n g o f o p t i c a ln e t w o r k s ， s e l f - s i m i l a rs e r v i c e ，q o s a w a r e ，ks h o r t e s tp a t ha l g o d t h m ，p r e e m p t i o na l g o r i t h m 第1 i l 页 南京邮电学院硕：卜学位论文 缩略语 a s o n a t m b e r c c i c ! o s c r l d p c t c v t e d c n d m x e d t g d w d m f b m f i f s f i f o f r f s c g m p l s g p a g r m e h p i d i e t f i g a b a g i s i s t e 缩略语 自动交换光网络 异步传送模式 误码率 连接控制接口 服务等级 基于约束路由的标签分发协议 等级类型 转换边 数据通信网络 解复用边 动态流量疏导 密集波分复用 分形布朗运动 先到先服务 先进先出 帧中继 光纤交换接口 通用的多协议标签交换 全局抢占算法 疏导边 高优先级 标识符 互联网工程任务组 基于辅助图的集成流量疏导算法 基于流量工程的中间系统一中间系统路由协 议 笼8 5 页 南京邮电学院硕l ：学位论文 缩略语 i s p i t u t k s p l 2 s c l m p l p l p a l p e l r d l s c m u n m p l s m p l s m r n m s t p m t e m u x e n m i a n m i t n s f n e t o s p f 0 s p f t e o t n 0 x c p c p c e p s c q o s 互联网业务提供商 国际电信联盟电信标准部 第k 条最短路径 第二层交换接口 链路管理协议 低优先级 本地抢占算法 光路边 长相关 波长交换接口 多层面网络 多协议标签交换 多协议波长交换 多区域网络 多业务传送平台 多层流量工程 复用边 网络管理a 接口 网络管理t 接口 国家科学基金会网 开放的最短路径优先( 协议) 基于流量工程的开放最短路径优先( 协议) 光传送网 光交叉连接器 永久连接 路径计算单元 分组交换接口 服务质量 第8 6 页 南京邮电学院硕士学位论文 缩略语 q o s - a w a r e r m d r s v p r s v p t e 月缪二4 r x e s c s d h s n r s o n e t s p c s p f s r d t d m t e t x e u n i v n t w b e w d m w l e 感知服务质量 随机中点置换 资源预留协议 基于流量工程的资源预留协议 路由和波长分配 接收边 交换连接 同步数字体系 信噪比 同步光网络 软永久连接 最短路径优先 短相关 时分复用 流量工程 发射边 用户网络接口 虚拟网络拓扑 波长直通边 波分复用 波长链路边 第8 7 页 南京邮电大学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 含为获得南京邮电大学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谓| 意。 研究生签名：趣日期：j 灶 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、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 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：乏噍导师签名：盈日期：业 南京邮电学院硕士学位论文第一章绪论 1 1 概述 第一章绪论 近年来，互联网爆炸性的增长推动了信息技术的迅速发展。我们正迈向一个信息化的 社会，在信息化社会里，不管我们在何时、何地都能随心所欲地完成信息的沟通与交流。 但是随着信息化程度的不断加深，人们对通信的容量、速度、质量以及服务种类的要求也 越来越高。个人计算机和互联网的普及、数据业务以及各种宽带接入技术的飞速发展都给 现今的通信网络提出了革命性的要求，并给整个网络的技术模式、整体结构以及业务节点 的实现方式、组网形态、业务能力等诸多方面带来了深远的影响。在以i p 为代表的数据 业务量呈井喷式增长和新业务不断涌现所导致的巨大带宽需求的刺激下，通信网的主导业 务正在由以话音业务为中心向以数据业务为中心发展，与此同时，网络体系架构也正向高 速大容量和高质量服务的方向飞速发展。 据此看来，一种灵活的、规模可伸缩的、具有所有必须的潜在能力的通信基础设施是 十分重要的。光通信技术有着巨大的潜力带宽资源庞大( 约5 0 t b i t s ) 、损耗极低 ( o 2 d b k m ) 、信号传输形变小、功率低、成本低廉，因而成为最佳的选择。虽然光纤作 为一种很好的传输介质所具有的优良特性已为大家所共知，但是只有当光纤通过适当的、 合理的、科学的体系结构互联以后才能组成真正理想的网络体系结构，以提供高速、宽带、 高质量的业务服务。当电子设备逐步达到其物理极限时，波分复用( w d m ) 、光交换技术 以其独有的技术优势和多波长特性，向人们展示了通过波长通道直接进行互联的巨大潜 力。光网络技术的迅速发展为互联网日益膨胀的信息流量提供了强大的网络支持。与此同 时，互联网业务的指数级增长正在改变着i p 业务层与光传输层的关系。随着网络传输容 量的增长，驱使光交换层的交换能力也不断增强，使之向更易于管理、更加灵活和更具有 健壮性，同时业务指配和故障恢复也能够更快地自动完成并向着智能化的方向发展。【1 】 1 2 光网络技术的发展 光网络不仅仅是简单的光纤传输链路，它是在光纤提供的大容量、长距离、高可靠的 传输媒质基础上，利用光和电子控制技术实现多节点网络的互联和灵活调度。光网络发展 第l 页 南京邮电学院硕士学位论文第章绪论 到今天，大致可以分为两代： 第一代光网络是以s d h s o n e t 为代表，它在历史上第一次实现了全球统一的光网络互 联技术，规范了光接口，而且定义了对光信号质量的远程监控、故障定位和远程配置等重 要的网络管理功能。随后发展的w d m 光网络技术进一步挖掘了光纤的宽带潜能，提高了网 络的传输性能，但在联网技术上没有实现统一，网络性能仍然没有改善。 第二代光网络是以i t u t 提出的光传送网( o t n ) 为代表，主要特点是：增加了交换、 选路和其他智能在光层上的实现，从而实现了真正意义上的“光”网络 2 。 随着o t n 技术的成熟，网络的智能化和自动化程度越来越高，同时服务质量保证和流 量工程的特性也日益明显，这都预示着光网络正在向下一代网络发展。新一代光网络最重 要的两大特性就是多业务和智能化。多业务表现在从s d h 演化成为m s t p ，智能化表现为采 用基于g m p l s 控制平面来实现灵活的带宽分配、自动的端到端业务调度以及动态的保护和 恢复功能。 1 3i p 层智能与光层技术的融合 1 3 1 lpo v er w d m i p 技术简单、灵活、控制粒度细、可扩展性好、具有很强的智能性。从近年来的发展 趋势来看，i p 已经成为承载各种业务的首选技术。i p 与光网络的融合可实现优势互补：结 合光层和i p 层的路由功能，能提供动态的波长路由：结合光层的保护功能和i p 层的恢复 功能，能提供多种保护恢复方案，提高网络生存性；i p 智能控制协议丰富而且标准化程度 高，又有多年的实践经验，等等。而在光网络中，w d m 技术提供了巨大的带宽，已经无 可争议地成为骨干网络中最为主要的传输技术。由此可见，i p o v e rw d m 的应用与发展势 在必行。 i po v e rw d m 技术使i p 数据流直接进入了光通道，充分地发挥了w d m 技术大容量和 i p 技术统计复用的优势。由于省略了a t m 层和s d h 层，它能充分利用带宽资源，在i p 层和光层之间实现流量工程、保护恢复、q o s 和网络管理等的优化配置，整个网络体系结 构简单而高效。 目前的i po v e rw d m 解决方案实际上提供了一种简单的数据接口。它引入一个适配层， 提供i p 包在w d m 上传输的组帧操作，以及数据网运行维护与管理信息到光网络相应信息 的映射。这样简化了适配过程，减少s d h 、a t m 和i p 等各层间的功能重叠，避免了多层 第2 页 南京邮电学院硕学位论文第章绪论 映射的重复操作与丌销浪费，从而大大节省了网络运营成本。显然，这是一种最直接、最 简单、最经济的网络体系结构。 2 】2 132 i po v e t w d m 的两种模型 i po v e rw d m 技术不仅是i p 与光网络在传输形式上的融合，而且体现了i p 控制功能 向光网络的渗透。i po v e r w d m 有两种基本的控制模型：重叠模型和对等模型，如图1 1 、 1 2 所示。 在重叠模型中，i p 业务层和光层是完全独立的两层，1 p 网元和光网络设备处在两个独 立的管理、控制和选路区域内这两个层面拥有各自独立的控制层面，它们通过一个公共 的用户网络接口( u n i ) 协议来完成互联，而边缘客户层设备和核心网络层设备之间不交 换网络内部信息。因此，i p 层可以和光网络层独立演进。 图l 一1 重叠模型 在对等模型中，i p 层网元和光网络设备处在同一个管理、控制和选路区域内。i p 层 网元和光网络设各之间自由交换各种信息，运行同样的路由和信令协议，使用统一的地址 结构。两个层面上采用统一的集成控制层面。 蒴3 页 南京电学院碗l 学位论文 镕一章绪论 豳 窗围函 133g m p l s 随着网络的发展，人们发现j p 技术存在诸多问题，如传输效率低、q o s 无法保证、不 具有流量工程管理能力等，需要更强大有效的控制方案。m p l s 技术将第二层的基础设施 和第三层的路由有机地结合起来，很好地发挥了第二层交换和第三层路由的特点，支持流 量工程、c o s ( 服务等级) 、q o s ( 服务质量) 和大规模的虚拟专用网等。m p l s 技术自提 出起就引起了各方面的广泛关注，成为研究的热点。 m p l s 技术的流行使人们自然而然的想到将m p l s 与光网络技术结合起来，使i p 分组 能通过m p l s 的方式直接由光网络承载。m p ；k s 技术把m p l s 标签交换的思想应用到了光 域，采用光波长作为交换的标签利用波长来寻找路由，并标识所建立的光通路，为上层 业务提供快速的波长交换通道。 随着网络的进一步发展，人们又继续扩展m p l s 的外延和内涵，提出了g m p l s 的概 念。m p l s 、m p ；l s 、g m p l s 一脉相承，m p l s 是这个体系的基础，主要适用于数据网络 的分组交换；m p l s 将m p l s 的思想扩展到了光网络，提供波长光路级交换能力；g m p l s 又在m p x s 基础上进一步扩展，将m p l s 思想应用到t d m 时隙、波段、光纤等m p x s 成了g m p l s 的一个子集。 g m p l s 最大的特性是从传送平面中分离了控制平面，并统一各层设备的控制平面。 g m p l s 的主要功能包括资源发现、信息分发、路由、信令、保护和恢复。g m p l s 协议包 括三个部分：信令、路由和资源管理。路由负责拓扑发现和路径计算，相应的协议有： o s p f t e 和i s i s - t e ：信令用于连接建立和资源管理，相应的协议有：r s v p t e 和c r l d p ； 资源管理用于链路检测和业务管理，相应的协议有l m p 。 从m p l s 到m p x s ，再到g m p l s ，光传送技术和i p 技术一步步走向融合，这在数据 第4 撕 曲驴画 舯园 南京邮电学院硕士学位论文第一章绪论 业务蓬勃发展的今天是大势所趋。传统光网络将朝着适于传输i p 业务的新一代光网络演 进。光网络的全面智能化是发展的必然趋势。 1 4 光网络的流量工程 流量工程是将业务流映射在物理拓扑上的技术。流量工程的主要作用是实现网络流量 的合理分布，提高网络资源的利用率。目前，流量工程技术主要应用在基于i p 的数据网络 中，解决i p 网络由于传统路由协议的缺陷所导致的网络拥塞和资源浪费的问题。传统的光 网络仅有传送平面和管理平面，网络管理员通过网管平台建立光通道，流量的管理完全通 过人工方式，管理配置工作复杂，建立一条光通道，往往需要几周的时间。下一代光网络 引入了控制平面，光通道的建立和调整可以通过控制平面自动完成，大大地降低了网络管 理和配置工作的复杂性，同时提高网络的可靠性。与此同时，网络的发展也日趋扁平化， i p o ( i fo v e ro p t i c a ln e t w o r k s ) 成为发展的趋势，i p 数据直接承载于光网络，省去了通过 a t m 、s d h 等的适配过程，数据的传送将更加高效。 随着光网络向智能化、i p o 的方向发展，光网络的流量工程也愈来愈重要。光网络的 流量工程主要包括两个方面：虚拟拓扑的建立与重构和流量疏导。虚拟拓扑的建立与重构 指的是根据流量的变化建立与调整光通道，合理、充分地利用网络资源。流量疏导指的是 将上层数据( 主要是i p 数据) 合理地映射到光通道上。光通道的容量相当大，从2 5 g 、 1 0 g 到4 0 g 不等。然而，i p 数据的粒度相对较小，而且相差很大，从1 0 m 、1 0 0 m ( 快速 以太网，f a s t e t h e m e t ) 到1 0 g ( 1 0 吉比特以太网，1 0g i g a b i t e t h e m e t ) 不等。此外，光网 络中波长有限，因此在光节点之问提供的光通道数量也是有限的，无法在每个源一目的地 节点对之间建立光通道。流量疏导就是为了解决低速率的数据流在光网络中的复用和交叉 连接的问题，可以提高波长资源的利用率，降低网络的成本，具有很强的实用价值。光网 络的流量疏导问题是本文讨论的重点。 第5 页 南京邮电学院硕士学位论文第二章基于g m p l s 的智能光网络 第二章基于g m p l s 的智能光网络 2 1 光网络的现状 现有的典型核心光网络结构是以s d h 环形网为基础而形成的。为了扩大传送容量， 需要引入点对点传输的w d m 系统。在多数情况下，i p 和a t m 业务还要经过路由器或a t m 交换机才能接入s d h 网，再经过d w d m 设备传送出去。这种网络结构的弊端是：网络的 建设与维护成本高，缺乏灵活性，难以扩展。相对于2 5 g b p s 和1 0 g b p s 的路由器接1 2 1 来说， s d h 系统的分插容量已成为瓶颈。s d h 环的5 0 的预留保护容量的利用率，以及多个环 之间漫长而复杂的电路配置都不能令人满意。此外，业务用户群体的变化、业务类型的增 多以及业务需求的改变，使运营商需要在传统网络设备上不断地增加t d m 、f r 、a t m 、 i p 等设备，投资重复性高，升级繁复。而且，波长通道的配置常常需要花费几周甚至几个 月的时间。这种费时的电路配置手段不仅与传输设备的高速率极不匹配，也使运营商的运 营成本大大提高。 总之，现有核心光网络结构不符合“经济有效”的基本要求，不利于充分利用网络资 源，提供业务的能力有限，网络容量升级复杂，不能为网络运营商在竞争中抢得先机。运 营商正在寻求一种开放的网络体系，该体系网络结构简单，扩展能力强，组网灵活，具有 实时业务提供能力，通过标准控制平面高效地分配资源，优化带宽调度，统一接口标准， 这样的光网络具有显而易见的优越性和广阔的发展前景。 高度自主应对业务需求、经济有效、可在光层上直接提供高增值业务的智能光网络是 目前光网络的发展方向。 2 2 自动交换光网络( a s o n ) 自动交换光网络( a u t o m a t es w i t c ho p t i c a ln e t w o r k ，a s o n ) 是能够智能化地自动完 成光网络交换连接功能的新一代光传送网。a s o n 在i t u t 的文献中定义为：通过能提供 自动发现和动态连接建立功能的分布式控制平面，在o t n 或s d h 网络之上，可实现动态 的、基于信令和策略驱动控制的一种网络 2 】。 a s o n 的提出，使原来复杂的多层网络结构可以变得简单化和扁平化，从光网络层开 第6 页 堕塞坚皇兰堕堕主兰垡堡奎 蔓三皇兰王璺坚! 兰! 竺塑墼垄堕垫 始直接承载业务，避免了在传统网络中业务升级时受到的多重限制。在这种网络结构中最 核心的特点就是支持电子交换设备( 如：i p 路由器等) 动态地向光网络申请带宽资源。a s o n 直接在光网络之上引入了以i p 为核心的智能控制技术，可以有效地支持连接的动态建立与 拆除，可基于流量工程按需合理分配网络资源，并提供良好的网络保护恢复性能。 2 2 1a s o n 的体系结构 a s o n 与传统的光网络相比，突破性地引入了智能化的控制平面，从而使光网络能够 在信令的控制下完成网络连接的自动建立、资源的自动发现等功能。其体系结构主要表现 在具有a s o n 特色的三个平面、三个接口和三种连接类型。 a s o n 的三个平面 图2 1 为i t u t 提出的a s o n 体系结构模型，整个网络包括三个平面：控制平面、管 理平面以及传送平面。通过数据通信网络( d c n ) 联系三大平面，d c n 是负责信令信息和 管理信息传送的信令网络。 图2 1a s o n 体系结构模型 与现有的光网络相比，a s o n 中增加了一个控制平面，它是整个a s o n 的核心部分， 由分布于各个a s o n 节点设备中的控制网元组成。控制网元主要由路由选择、信令转发以 及资源管理等功能模块组成，而各个控制网元相互联系共同构成信令网络，用来传送控制 信令信息。控制网元的各个功能模块之间通过a s o n 信令系统协同工作，形成一个统一的 整体，实现了连接的自动化，实施流量工程，并且能在连接出现故障时，进行快速而有效 的恢复。 a s o n 的三个接口 a s o n 的接口是网络中不同的功能实体之间的连接渠道，它规范化了两者之间的通信 第7 页 南京邮电学院硕士学位论文 第二章基于g m p l s 的智能光网络 规则。不同的平面通过不同的接口相连接，同一平面内部的不同功能区域也使用不同类型 的接口相通。这里的接口是指a s o n 三大平面之间的接口。 在a s o n 体系结构中，控制平面和传送平面之间通过连接控制接口( c o n n e c tc o n t r o l i n t e r f a c e ，c c i ) 相连j 而管理平面则通过网络管理a 接口( n e t w o r km a n a g e m e r i ti n t e r f a c e a ， n m i a ) 和网络管理t 接口( n e t w o r km a n a g e m e n ti n t e r f a c e t ，n m i t ) 分别与控制平面 及传送平面相连。 a s o n 的三种连接类型 a s o n 网络结构是一种客户服务器关系结构，其显著特点就是在客户网络和提供商网 络之间有着很明显的界限，它们之间不需要共享拓扑信息。客户方( 如：口路由器) 通过 向网络提供方( 如：智能光交叉连接设备) 发送连接请求，可在网络中动态地建立一条业 务通道。 在a s o n 中，根据不同的连接需求以及连接请求对象的不同，提供了三种类型的连接： 永久连接( p e r m a n e n tc o n n e c t i o n ，p c ) 、软永久连接( s o f tp e r m a n e n tc o n n e c t i o n ，s p c ) 和交换连接( s w i t c h e dc o n n e c t i o n ，s c ) 。 永久连接沿袭了传统光网络中的连接建立形式。p c 的路径由管理平面根据连接请求以 及网络资源利用情况预先计算，然后管理平面沿着计算好的连接路径通过n m i t 向网元发 送交叉连接命令进行统一指配，最终通过传送平面各个网元设备的动作完成通路建立的过 程。 软永久连接的建立是由管理平面和控制平面共同完成的。在s p c 中，用户到网络的部 分由管理平面直接配置，而网络部分的连接通过管理平面向控制平面发起请求，然后由控 制平面完成。 交换连接是一种由于控制平面的引入而出现的全新的动态连接方式。控制平面通过路 由和信令消息的交互，计算出可用的路径，最终通过与传送网元的交互完成连接的建立过 程。 2 2 2a s o n 的控制平面 控制平面是体现a s o n 动态选路、自动交换等智能特性的核心部分。a s o n 的正常运 行主要依赖于控制平面的三个基本功能：信令功能、路由功能和资源管理功能。这三种功 能相辅相成，构成了实现a s o n 控制平面核心功能的基础平台。在控制平面中，包括连接 管理、资源发现和生存性控制等在内的核心功能都是建立在这三个基本功能之上。相应地， 第8 页 南京邮电学院硕士学位论文 第二章基于g m p l s 的智能光网络 控制平面所使用的协议也主要包括三大部分：路由协议、信令协议和链路资源管理协议。 路由协议负责在路由域内部以及它们之间可靠地传播光网络的拓扑和资源状态信息。 传送平面的拓扑用于在连接建立时的路径选择，而控制平面的拓扑用于构建i p 控制消息的 路由表。路由协议需实现的基本功能包括：资源发现、状态信息传播和信道选择。在g m p l s 协议栈中，i e t f 提出的内部网关路由协议主要包括：o s p f t e 和i s i s t e 。信令协议用于 创建、维护、恢复和删除光链路连接。i e t f 提出了两种改进的信令协议r s v p t e 和 c r - l d p 。资源管理协议的主要功能是维护网络中的链路资源信息，为连接的建立提供资 源保障。i e t f 提出的相关协议是链路管理协议( l i n km a n a g e m e n tp r o t o c o l ，l m p ) 。 2 3 通用多协议标签交换 2 3 1g m p l s 的基本概念 m p l s 通过在i p 包头添加3 2 b i t 的“s h i m ”标签，可使原来面向无连接的i p 传输 具有了面向连接的特性，极大加快了i p 包的转发速度。g m p l s 则对标签进行了更大的扩 展，对t d m 时隙、光波长、光纤等也进行统一标签，使得g m p l s 不但可以支持i p 数 据包和a t m 信元，而且还可以支持面向话音的t d m 网络和提供大容量传输带宽的 w d m 光网络，从而实现了i p 数据交换、t d m 电路交换和w d m 波长交换的统一化标 签。 g m p l s 定义了五种接口类型来实现以上的统一化标签，分别是： 1 ) 分组交换接口( p a c k e ts w i t c hc a p a b l e ，p s c ) ：该接口具有分组交换能力，能够识 别分组边界，根据分组头部的信息转发分组。例如帧模式的标签交换路由器基于“s h i m 标签转发数据。 2 ) 第二层交换接口( l a y e r 2s w i t c hc a p a b l e ，l 2 s c ) ：该接口具有信元交换能力。通 过识别信元的边界，根据信元头部的信息转发信元。例如信元模式的标签交换路由器则基 于a t m 的v p i v c i 转发信元。 3 ) 时隙交换接口( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n gc a p a b l e ，t d m ) ：该接口根据t d m 时 隙进行业务转发，例如s o n e t s d h 接口。 4 ) 波长交换接口( l a m b d as w i t c hc a p a b l e ，l s c ) ：该接口具有波长交换能力，基于 波长转发业务。例如光交叉连接器( o p t i c a lc r o s s c o n n e c t ，o x c ) 就是一种基于光波长交 换的设备，可以基于光波长作出转发决定。更进一步还可以基于光波带作出转发决定。 第9 页 南京邮电学院预学位论文 第二章基于g m p l s 的智能光网络 5 1 光纤交换接口( f i b e rs w i t c hc a p a b l e ，f s c ) ：该接口基于物理空间的光纤转发数据。 这种光纤交换也被称为空分交换。 232g m p l s 的标准化进程 m p l s 技术在实现流量工程上的独特优势促使了m p l s t e 的发展。随着光网络的 发展，光网络中流量工程的问题，也越来越受到人们的关注。m p l s 就是m p l s t e 与光网 络相结合的产物。在早期的研究中，m p x s 也被称为光的m p l s - t e 。自从9 0 年代末，i e i t 公共控制与度量协议工作组( c o m m o n c o n t r o l a n d m e a s u r e m e n t p r o t o c o l w o r k i n g g r o u p ， c c a m p ) 致力于从m p l s 协议向与传送技术无关的g m p l s 协议栈的演进。i e t fc c a m p 工作组的工作重点是定义基于i p m p l s 的控制层面协议，以及对协议进行扩展，以支持面 向电路的技术( 包括光网络) 。图2 - 2 描述了从m p l s t e 向g m p l s 的演进过程，以及i e t f 制定的相关协议之间的关系。 掰i u 搿雌晒替 剩 2 33g m p l s