（通信与信息系统专业论文）智能光网络及其链路管理协议研究.pdf

摘要 当前网络技术的发展和市场的需求促使下一代光网络向着能够提供高带宽和 高灵活性的方向发展，于是智能光网络应运而生。而g m p l s 技术将成为智能光网 络控制平面的主体技术。未来网络的两个交换设备之间可能存在众多的链路，面 对众多的链路，使用手工配置和控制是不现实的。链路管理协议( l m p ) 就是针对这 个问题提出的。链路管理协议是g m p l s 技术的重要组成部分。本文首先论述智能 光网络，然后介绍链路管理协议的功能和体系结构，最后对链路管理协议中的链 路验证模块的设计和实现作了详细阐述。 关键词：智能光网络链路管理协议通用多协议标签交换链路验证 a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e c h n o l o g ya n dr e q u i r e m e n to ft h em a r k e tm a k et h e n e x tg e n e r a t i o no p t i c a ln e t w o r kd e v e l o pt o w a r d st h ed i r e c t i o nw h i c hc a np r o v i d et h e m g hb a n d w i d t ha n da g i l i t y t h e r e f o r e ，i n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r kh a sa p p e a r e d g e n e r a l i z e dm u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n gb e c o m e st h em a i nt e c h n i q u eo fc o n t r o l p l a n eo fi o n t h e r ea r em a n yl i n k sb e t w e e nt w os w i t c h i n gd e v i c e si nf u t u r en e t w o r k s e t t i n ga n dc o n t r o l l i n gs om a n yl i n k sb yh a n di sn o ta v i a b l e t or e s o l v et h eq u e s t i o n ， l i n km a n a g e m e n tp r o t o c o li sp u tf o r w a r df o rt h i s l m pi st h ei m p o r t a n tp a r to f g m p l s t h i sp a p e rf i r s tn a r r a t e si o n t h e ni ti n t r o d u c e st h ef u n c t i o na n df r a m e w o r k o fl m p f i n a l l yt h ed e s i g na n dt h er e a l i z a t i o no ft h el i n k v e r i f i c a t i o nm o d u l ei nl m p a r ei l l u m i n a t e di nd e t a i l k e y w o r d ：i n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r k l i n km a n a g e m e n tp r o t o c o l g e n e r a l i z e dm u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n gl i n kv e r i f i c a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的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中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或 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做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：叁 琴一 日期型! ! ：圣 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文( 与学位论文相关) 工作成果时署名单位仍然为 西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保 存论文。( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密在土年解密后适用本授权书。 本人签名：丛叠 导师签名：塑鲎二 日期! 竺芏! ! ：圣 日期至! 里生。! ：丕 第一章绪论 第一章绪论 1 1 智能光网络的背景 光纤通信出现以来，发展主要集中在传输链路的带宽上，并取得了重大的突 破。近几年来，随着i p 业务的迅速增长，不仅对网络带宽的需求变得越来越大， 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。传统主要靠人工配置网络连接的原始方法既耗时又费力，而且容易 出错，不仅难以适应现代网络的需要，也难以适应市场竞争的需要。在这种背景 下，智能光网络( i o n ，i n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r k ) 应运而生。其核心就是要实现 对网络资源实时、动态地按需配置，提高对网络资源的使用效率。 目前的光传送网大部分采用的是固定的光链路连接模式，对高速带宽的指配 基本上是静态的，不能满足飞速发展的业务需求。这种缺陷主要表现在：( 1 ) 光 传送网的网元层能够以极高的速度承载数据，一般可达到1 0 g b i t s 。但是，配置过 程必须手动进行，这样不但业务指配速度慢，且出错率高。( 2 ) 传统s o n e t s d h 网络采用的通道大小是固定的( 如s t m 1 、s t m 4 、s t m 1 6 和s t m 一6 4 ) ，其保 护方法( 如线性和环) 是静态的，必须在网络设计和电路分配期间对其进行确定。 这些因素限制了网络的灵活性、提供业务的种类以及处理计划外变动的能力。( 3 ) 每个操作必须经过中心网络管理系统( n m s ) 。这就限制了网络的可扩展性与可管 理性，无论何时添加或删除接口，都必须手动更新n m s 中的数据库，既耗时又费 力，而且容易出错。( 4 ) 中心n m s 由于难以关联告警和识别故障根源，因此需要 的维修时间较长。 限制传统光网络的主要原因是其网元具有较低的智能性。显而易见的解决方 法就是在网络中引入更多的智能及灵活性，缩短手动操作过程。网元的功能按概 念可以分为三个平面，最底层为数据平面，中间为控制平面，最上层为网络管理 平面。数据平面是处理并承载数据和信号的物理传输平面；控制平面位于数据平 面之上，它产生、解释、处理用于网络控制的信息( 例如，用于电路配置、保护、 恢复等控制功能的信息) 。最上层是网络管理平面，其负责对网络的操作、管理和 维护( o a m ) 功能。从操作的响应时间看，管理平面最长，控制平面居中，数据 平面最短。 在传统光网络中，由于网元仅具备了最基本的智能，其管理平面除了完成 o a m 功能外，还必须处理资源管理及电路指配功能，也就是说，费时费力的资源 2智能光网络及其链路管理协议研究 管理及电路指配功能不得不由网管靠手工集中处理。这导致了运营商的电路指配 常常需要花费数周甚至一个月以上的时间。 相比之下，由于智能光网络中网元智能的增加，资源管理及电路指配功能被 下放到各个网元的控制平面，使得这些功能能够被自动地、分布式地处理，从而 导致电路的指配可在数秒钟内即可完成。此外，网元智能性的提高又给控制平面 带来了动态网状网恢复机制。智能光网络的这些特点可使运维开支减少，网络带 宽利用率及强壮性提高。 智能光网络是以软件为核心的，其优势集中表现在组网应用的动态、灵活、 可靠、高效和智能方面。它的出现使光网络从传统的“管道网络 向“服务网络” 演变。这种演变不是对以前所建网络的抛弃，而是一个无缝融合的革新过程，在 很大程度上保护了用户的原有投资。 1 2 智能光网络中的流量工程 在智能光网络中有一个重要的问题值得研究，它就是流量工程( t r a f f i c e n g i n e e r i n g ) 问题。下面就讨论一下智能光网络中的流量工程问题。 当前因特网流量增长迅速，远远超过传统话音流量的增长，导致骨干网要同 时承受巨大的i p 流量和实时流量。网络流量的剧增，特别是突发流量的增加，对 有效利用骨干网连接和带宽提出新的要求，传统骨干网主要针对电话业务设计， 虽然能够保证服务质量，但不能很好适应突发数据业务需求。另一方面，在现有 的因特网中，所有的i p 流量都基于口路由协议进行选路和转发。传统的i p 路由 算法会导致对网络资源使用的不均衡，无论是最短路径优先算法( o s p f ) 还是距 离向量算法( r j p ) 在选路时都是使用最短的路径转发i p 分组。这使得短的路径 容易阻塞，而较长的路径容易空闲。这种由于网络资源使用不均衡造成的网络拥 塞必然致使网络性能降低，服务质量( q o s ) 无法保证。因此，无论是传统的电信 骨干网，还是当前的因特网，都不能很好地同时承载巨大的数据流量和实时流量。 要想解决这种网络资源使用的不均衡就需要引入流量工程技术。流量工程主 要指合理安排业务流量在网络中的流向以避免造成网络资源的不均衡使用。现有 的大部分内部网关路由协议( i g p ) 在建立转发表时，并未将带宽的可用性和业务 特点等因素考虑进去，在一些情况下会使网络出现阻塞，这时就需要流量工程来 解决问题。流量工程是一个强有力的工具，通过它可以平衡网络中不同的链路、 路由器和交换机之间的业务负荷，使所有这些设备既不会过度使用，也不会未被 第一章一绪论 充分使用，这样就可以有效利用整个网络的资源。流量工程将成为路由结构中一 个重要的部分。 智能光网络控制平面采用的主要技术是通用多协议标记交换( g m p l s ， g e n e r a l i z e dm u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ) 技术。在g m p l s 中，流量工程和基于 受限的路由概念紧密相关。传统的路由协议采用最短路径算法，只考虑距离，而 受限的路由根据多个限制条件选择路由。g m p l s 技术允许在路径选择中使用基于 受限的路由方案。一般每一个节点的受限选路需要将通道属性、网络资源属性和 其它拓扑信息作为输入参数，然后据此计算源于自身的每一条满足要求和限制的 路由，输出则是满足通道属性和网络资源限制的一条或多条通路。在实际网络中， 尽管受限选路算法不容易处理，特别是要达到最优化时计算量经常是巨大的，但 一般可采用下列算法：( 1 ) 删除不满足通道属性要求的网络资源，如链路。( 2 ) 在删除后的图中运行最短路径算法。( 3 ) 一旦找到可行的通路再考虑采用其它的 属性进行优化和选择。 以上论述了智能光网络中的流量工程问题。现在很有必要发展这样的网络以 适应i p 流量的迅速增长，满足动态光资源分配的需要，在较低运维成本的基础上 更灵活地使用带宽，同时解决不同服务质量的问题。g m p l s 是智能光网络控制平 面的主体技术，它能够很容易满足不同服务质量需求。基于g m p l s 的流量工程可 以使网络动态地对流量的变化做出反应，防止拥塞的出现。 1 3 本文工作内容安排 本课题是和i d n 公司的合作研究项目，链路管理协议( l m p ) 是智能光网络 控制面协议，本人在作论文期间参与了l m p 部分模块的实现。l m p 运行于相邻节 点之间，用于链路提供和故障定位。该论文就是研究智能光网络中的l m p 协议， 并且给出了l m p 中链路验证模块的设计和实现。目前i e t f 组织的网络工作组提 出了l m p 草案，l m p 草案仅仅是l m p 协议的标准，国内相关文献对该问题的具 体论述也较少，很多l m p 的具体技术实现都需要我们进一步去研究和探讨。本文 的内容安排如下： 第一章绪论中简单介绍了智能光网络的背景和智能光网络中的流量工程。 第二章详细介绍了智能光网络的功能和模型、自动交换光网络( a s o n ) 以及 智能光网络的标准化和前景。 第三章介绍了智能光网络中的l m p 的功能和链路验证过程。 第四章介绍了智能光网络中l m p 的总体框架结构和模块之间的关系。 4智能光网络及其链路管理协议研究 第五章介绍了l m p 中的链路验证模块的具体设计与实现。在本章内主要介绍 了链路验证模块的状态机和数据结构。 第六章介绍了链路验证模块的程序结构和函数。 第七章结束语总结全文，指出设计中的不足和需要改进的地方。 第二章智能光网络 第二章智能光网络 2 1 智能光网络的功能 智能光网络是一种利用独立的控制面来实施动态配置、连接管理的网络。它 可以提供以下功能： 1 具备自动资源发现功能，如地址发现、邻接发现、业务发现等，为网络的高效 与快速提供了方便； 2 网络的管理和控制具有智能化特点，能够动态地、自动地完成端到端光通道的 建立和拆除，具备链路管理、业务优先级管理等功能； 3 可根据实际业务的需要提供带宽； 4 具备优良的网络生存性，实现对网络的强大保护和故障恢复能力，当网络出现 故障时，能够根据网络拓扑信息、可用的资源信息和配置信息等智能地指配最 佳恢复路由，特别是采用分布式智能控制与管理和分布式恢复能力，可以实现 快速业务恢复； 5 具有优良的网络可扩展性和设备互连互通性，通过一系列统一的标准来规范网 络接口和相关协议。 2 2 智能光网络的模型 在向智能光网络演进的过程中出现了以下3 种网络模型： 1 重叠模型( o v e r l a y ) ：是指将传送层和客户层严格分层，客户层看不到光网络 的拓扑信息，不参与光网络的路由计算。客户层通过用户网络接v i 请求在光网 络中建立端到端的电路或通路，光网络可为多个客户提供服务。 2 对等模型( p e e r ) - 是将口路由器与智能光网络节点放在同一网络中，两者为 对等关系，i p 路由器可以看到整个网络拓扑，并参与光网络的编址、信令及 路由计算，i p 网与智能光网络为同一个网络，路由可达到最佳。但是，由于 这种模型不利于业务和网络的管理，网络的扩展性差，不适用于大规模的网络， 因此，目前通常不采用该方式。 3 混合模型( h y b r i d ) ：是将以上两个模型进行有机的结合，运营商可以对自己 6 智能光网络及其链路管理协议研究 内部的i p 网和光网络采取对等模型构建，而对于要连接其他运营商网络和其 他客户层的信号，可以采用重叠模型来构建。混合模型能够满足运营商的业务 及管理模型要求，是网络组织的适宜模型。 2 3智能光网络的典型代表一自动交换光网络( a s o n ) 一a s o n 的引入 近几年口业务的迅速增长，对传送网提出了更高的要求。首先，对传送网带 宽的需求变得越来越大：其次，由于m 业务量本身的不确定性和不可预见性，要 求传送网能实现动态实时的业务供给和流量控制；再次，要求传送网提供优化的 保护恢复和重路由策略。目前网络连接主要靠人工配置的方法，耗时费力、容易 出错，不仅难以满足现代网络和新业务拓展的要求，也难以适应市场竞争的需要。 于是，一种能够自动完成网络连接的新型网络概念一智能的自动交换传送网 ( a s t n ) 应运而生。这是一种利用独立的控制平面来实施动态配置连接管理的 网络，其中专门以光网络为基础的a s t n 称为自动交换光网络( a s o n ) ，是a s t n 发展的主要方向。 所谓a s o n 是指一种在信令控制下完成光网络连接自动交换功能的网络。它 在传统的传输网络中增加了一个控制平面，通过对诸如g m p l s 等相关协议的集 成和应用，可以在光网络中实现资源发现、路由选择、动态资源分配与故障恢复 等功能。当i t u t 在2 0 0 0 年3 月正式提出a s o n 这一概念后，立刻吸引了国际 学术界和工业界的广泛注意，受到广泛的重视，成为目前光网络领域研究讨论的 焦点课题。可以说，a s o n 是智能光网的具体代表，或者说a s o n 是一种标准化 的智能光网络。 二a s o n 的体系结构 从a s o n 功能层面上讲，a s o n 由三大平面，即传送平面( t p ) 、控制平面 ( c p ) 和管理平面( 御) 组成的。同传统的光网络相比较，一个明显的不同就 是控制平面的引入，这一平面的引入给整个光网络带来了前所未有的变化。我们 可以用图2 1 来表示三个平面之间的关系。 第二章智能光网络7 图2 1a s o n 平面之间关系 三个平面分别完成不同的功能。同传统网络类似，传送平面仍然负责业务的 传送，但这时传送平面的动作却是在管理平面和控制平面的作用之下进行的。控 制平面和管理平面都能对传送平面的资源进行操作。同时管理平面在结构中是作 为高层管理者的作用出现的，在管理平面中存在着三个管理器，分别是控制面管 理器、传送面管理器和资源管理器，通过这三个管理器，管理平面实现对其它平 面的管理功能。此外，从图中还可以看出，a s o n 的三个平面之间通过接口实现 信息的交互，协同完成a s o n 的各种功能。控制平面和传送平面之间通过c c i 接口交互信息，管理平面与控制平面和传送平面之间通过n m i 接口完成信息交 互。 控制平面可以说是整个自动交换光网络的核心部分，它主要实现路由控制、 信令协议、资源管理以及其他的策略控制功能。控制平面的控制节点由多个功能 模块组成，它们之间相互协调，形成一个统一的整体，完成呼叫和连接的建立与 释放，实现连接的自动化。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 通过引入控制平面，可以动态地交换光网络的拓扑信息、路由信息以及其 他控制信息，实现了光通道的动态建立和拆除，以及网络资源的动态分配。 传送平面是业务传送的通道，它可在a s o n 控制平面的控制下在传送平面内 建立端到端连接。a s o n 对传送平面提出了两个新的要求：一个是增强的信号质 量检测功能。当发生故障时，直接在光层进行信号质量监测，不仅保证了从传送 层面进行业务恢复的能力，而且极大提高了光网络的恢复速率；另一个是支持多 粒度光交换技术。概括起来，传送平面的功能包括数据传送、性能监视、故障检 测等。 管理平面主要的管理功能是建立、确认和监视路径并在故障时启动保护和恢 复措施，并协调控制面、传送面的功能实施，具体说应具有故障管理、配置管理、 智能光网络及其链路管理协议研究 性能管理、安全管理及记帐能力。a s o n 的管理平面与控制平面技术互为补充， 可以实现对网络资源的动态配置、性能监测、故障管理以及路由规划等功能。 a s o n 的智能性体现在第一次在光网络中实现了光信道建立的智能性，即光 网络在不需要人为管理和控制的作用下，可以依据控制面的功能，按用户的请求 来建立一条符合用户需求的光信道。这一进步为光网络带来了质的飞跃。 通过以上这三个平面，a s o n 支持三种连接：它们分别是交换连接( s w i t c h e d c o n n e c t i o n ) 、永久连接( p r o v i s i o n e dc o n n e c t i o n ) 和软永久连接( s o f t p e r m a n e n t c o n n e c t i o n ) 。这三种连接的不同之处就在于对连接建立起主控作用的部件不同： 永久连接的发起和维护都是由管理面来完成的，并且传送面中为具体业务建立通 道的路由消息和信令消息都是由管理面发出的，控制面在永久连接中并不起作用； 而同永久连接相反的是交换连接，这种连接的发起和维护都是由控制面来完成的， 控制面通过用户网络接口接收到用户方面传来的请求，在经过控制面的处理后， 在传送面中为这个客户请求提供一条具体的可满足用户需求的光通道，并且把结 果报告给管理面。管理面在这种连接的建立过程中并不直接起作用，它只是接收 从控制面传来的连接建立的消息；而介于上面两种连接之间的是软永久连接，这 种连接是由管理平面和控制平面共同完成的，其中用户至传输网部分由网管系统 直接配置，而传输网内部则由控制平面自动建立连接。 a s o n 之所以成为下一代光网络的原因就在于它能应客户的需求来动态分配 光通道。而这一能力的实现是依赖于a s o n 中交换连接概念的引入。在a s o n 中， 连接不再是全部由管理面控制实现的一成不变的固定连接了。 从上面分析中可以看出，交换连接的引入是使a s o n 成为真正的交换式智能 网络的核心所在。正是由于有了交换连接的引入，才有了应客户要求来产生适当 光通道的能力。而这种能力的具备是同a s o n 中控制平面的作用息息相关的。可 以说没有控制平面的引入，a s o n 就失去了智能性，就不具备了自动交换的能力。 因此，很有必要对a s o n 中的控制平面进行详细研究。 三a s o n 控制平面功能和协议 a s o n 体系结构与传统光网络的根本区别就在于明确地提出了控制平面的概 念，a s o n 的智能性主要就是通过其核心一控制平面来集中体现和实现的。 一个a s o n 控制平面需要具备多种功能，其中有三种是最基本的，它们是： 1 资源发现功能：提供一种能自动发现网络中可使用资源的能力； 2 路由控制功能：提供路由能力、拓扑发现能力和流量工程能力； 3 连接管理功能：为不同的业务提供端到端连接服务。 具体地说，连接管理可分为连接的建立、删除、查询等几种不同的操作。连 接建立操作允许用户通过用户网络接口建立一条端到端的连接；连接删除操作允 第二章智能光网络 9 许用户删除不再需要的连接；连接查询操作允许用户获得连接的属性值。 除了上述几种基本功能之外，由于现有光网络对网络生存性有越来越高的要 求，所以还要求控制平面具备良好的连接保护与恢复功能。 为完成a s o n 控制平面的上述功能，必须制定出相关的协议。目前，相关组 织已展开了协议的制定工作，但i t u t 还没有正式提出关于a s o n 控制平面协议 的建议，而i e t f 通过对i p 网络中原有协议的改进，提出了g m p l s 协议框架， 并建议把g m p l s 应用于a s o n 中。g m p l s 主要包括三大部分：信令协议、路 由协议和链路管理协议。下面就分别介绍这三种协议： 1 信令协议 信令协议用于创建、维护、恢复和删除光链路连接。为了实现一种可靠的并 能支持快速指配、快速恢复和有效删除机制的信令协议，i e t f 提出了两种改进的 信令协议：r s v p t e ( 资源预留协议流量工程扩展) 和c r - l d p ( 约束路由一 标签分发协议) 。由于这两种协议存在多方面的差异，所以在具体实现方面还有诸 多不同。现在，i e t f 设有两个不同的工作小组来具体进行这两个方面的工作。 信令协议是用来完成连接操作任务的。具体来说，它要完成连接的建立、删 除和查询等。除了上述两种主要信令协议之外，当前还正在为光网络保护与恢复 制定所需的特殊协议一轻量信令协议( 1 i g h t w e i g h ts i g n a l i n gp r o t o c 0 1 ) 。 2 路由协议 经过前面的分析可知，利用相关信令协议就能完成连接管理功能。控制平面 中不仅包含信令功能，还包括诸如路由和自动拓扑发现等功能，因此除了信令协 议之外还需要其它的协议来完成a s o n 控制平面中的其它功能。 路由协议主要完成拓扑发现和路由计算等功能，它是a s o n 控制平面的主要 协议之一。但传统路由协议的一个很大不足就是它本身不支持流量工程。传统的 路由协议采用最短路径算法，在选路时只考虑距离。这使得短的路径容易阻塞， 而较长的路径容易空闲。这种由于网络资源使用不均衡造成的网络拥塞必然致使 网络性能降低，服务质量( q o s ) 无法保证。要想解决这种网络资源使用的不均 衡就需要引入流量工程技术。 需要指出的是，流量工程这个概念对于分组交换网络和电路交换网络具有不 同的含义。一般来说，流量工程的总目标是要达到网络资源及其使用最大化的目 的。对分组交换网络而言，这个目标就具体化为使丢包率和时延最小而吞吐量最 大；对电路交换网络而言，流量工程目标就具体化为使资源利用率和通道可靠性 最高。 这里主要考虑电路交换网络的流量工程，这样其目标就转化为在用户请求的 基础上对最优通道的实时性选择。这里流量工程的参数具体包括链路复用能力、 最大与最小带宽能力和保护支持能力等。 l o智能光网络及其链路管理协议研究 具备流量工程能力的路由协议和传统路由协议之间的主要差别在于，前者在 网络中会周期性地发送一种可选包，这种可选包内含有可用资源消息和流量工程 参数信息。当网络中的网元接收到这种可选包后，应该能使用这种包中所携带的 信息来进行最佳路由计算。最佳路由的计算要对路径最短和流量工程参数两方面 进行综合考虑。 因此，可以得出这样的结论：那种具备流量工程能力的路由协议应该支持路 由、拓扑发现和流量工程能力。与信令协议情况类似，当前也存在着两种广泛使 用的经过扩展的路由协议，这就是支持流量工程的中间系统一中间系统( i s i s ) 协议和开放式最短路径优先协议( o s p f ) 。同样，在m t f 也设有两个不同的小 组来进行这方面的标准化工作。 3 链路管理协议 以上介绍了信令协议和路由协议，它们分别完成连接管理和路由控制功能。 但在a s o n 中只有这两种协议是不行的，还需要另外一种协议来实现资源发现和 链路管理等功能。于是i e t f 在g m p l s 中引入了l m p 。l m p 运行于相邻节点之 间，用于链路提供和故障定位。g m p l s 信令和路由协议要求至少要有一条双向 控制信道用于通信，l m p 可以用于建立、维护和管理这些控制信道。l m p 具体 的功能包括：控制信道管理、链路属性关联、链路验证和故障定位等。需要指出 的是，i e t f 所制定的l m p 协议并不完善，其中还有一些方面需要进一步去完善。 控制平面的引入使光网络产生了巨大的变化。g m p l s 是实现a s o n 网络控 制平面的核心协议，它提供了构建光网络的一种全新方法。它不仅提供了多厂商 的控制平面的互操作，还使得新类型服务的出现成为可能。并且，由于g m p l s 和a s o n 控制平面的出现，运营商不必再在链路管理方面花费巨大的人力和物力。 a s o n 控制平面还支持网络的流量工程、网络自动拓扑发现和自动业务发现等。 除此之外，a s o n 控制平面在g m p l s 的支持下还能支持多种保护与恢复方案。 总之，g m p l s 和a s o n 控制平面的出现是光网络中划时代的革命性进展。 四结论 a s o n 是下一代智能光网络的典型代表。与传统的光网络相比，a s o n 提供 了更先进的功能和新颖的业务，同时使得网络维护和管理更加便捷。现阶段对 a s o n 的研究已经取得很大的进展，但要想真正实现实用化的a s o n ，组建大规 模的可运营的a s o n ，还有很多关键技术需要解决。即便如此，我们仍然相信， a s o n 取代传统的光网络，成为下一代典型的光网络，只是个时间问题。 第二章智能光网络 2 4 智能光网络的标准化及前景 众多的国际标准化组织和机构都在积极参与智能光网相应体系结构和协议的 研究与制定工作，其中最主要的方案包括光互联网论坛( o i f ) 的0 u n i ( 光用 户网络接口) 和o - n n i ( y 6 网络网络接口) 协议、i n t e m e t 工程任务小组( m t f ) 的g m p l s 和国际电联( i t u t ) 提出的a s o n 。可以看到，通过这些标准化组织 的积极推动，智能光网络的相关协议和标准已趋于稳定和成熟。下面就介绍这几 个主要的标准化组织在智能光网络标准化方面的进展情况。 1 o i f o i f ( o p t i c a li n t e m e t w o r k i n gf o r u m ) 不是一个正式的标准化组织，下设体系 结构、运营商、运行告警维护配置、信令、物理和链路层等工作组。o i f 负责 制定一些实施协议并提交给正式的标准化组织。o i f 在光网络信令方面最重要的 贡献是0 u n i 。0 u n i 的作用是支持在光网络的客户之间快速建立连接，并提供 不同等级的保护和恢复能力，其信令包括用于建立连接的信令，自动邻接发现信 令，自动服务发现信令，故障监测、定位和通告信令等。因此0 u n i 是实施重叠 模型光网络的基础。 o i f 目前主要关注的是p 客户端，随着规范的发展，也将包括a t m 、以太 网交换机、s d h 分插复用器( a d m ) 和数字交叉连接设备( d x c ) 等。0 u n i 的组成单元包括：u n i n ( 在光网络侧实施) 和u n i c ( 在客户侧实施) 。 与0 u n i 相关的应用是智能光网络的基础，这些应用包括从简单的连接配置 到动态的带宽分配。0 u n i 规范的主要内容是快速的电路提供，不同等级的保护 和恢复，连接建立信令，自动拓扑发现，自动服务发现以及故障监测、定位和通 告等。 o i f 的体系结构工作组和信令工作组是所有工作组中最为活跃的。其中，体 系结构工作组已经制定了一个框架结构和u n l l 0 的需求，目前已定义了三种基 于s o n e t s d h 的服务：连接建立( 在一对终端节点之间建立一条连接) 、连接删 除( 删除一条存在的连接) 和连接状态查询( 查询一特定连接的某些参数) 。 信令工作组正在对当前用户网络接口( u n i ) 的一些问题进行研究，并在研 究下一代u n i 的范围和需求。该工作组将制定u n i 的核心内容，包括服务发现、 终端系统发现、信令协议定义以及网络网络接口( m 岍) 与u n i 的相互关系。 o i f 主要关注于u n i 规范和以后的n n i 规范。许多运营商都非常重视o i f ， 积极参与其规范的制定，因此o i f 的实施协议很有可能在运营商的网络中得到应 1 2 智能光网络及其链路管理协议研究 用。 2 m t f 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 式国际性团体，目的是开发i n t 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，最近i e t f 的g m p l s 及相关工作组主要工作是定义用于智能光网络的控制协议。s u b i p 是i e t f 成立 的一个临时技术区域，负责g m p l s 和相关技术的开发。s u b i p 中与智能光网络 相关的工作组有i p o ( i po v e ro p t i c a l ) 工作组、c c a m p ( c o m m o nc o n t r o la n d m e a s u r e m e n tp l a n e ) 工作组和m p l s - i - 作组等。 i p o 工作组的目标包括：制定i p o p t i c a l 网络的体系结构，提出运营商光网 络服务的特点和需求；i p o p t i c a l 网络的流量工程、保护和恢复；使用基于i p 协 议的路由协议在i p o p t i c a l 网络中扩散网络拓扑状态信息。该工作组的目的是确 保s u b i p 其它工作组开发的通用技术可以满足光网络的特殊需求。i p o 工作组提 出的i p o p t i c a l 网络体系结构基于g m p l s 。 g m p l s 主要由c c a m p 工作组进行标准化。该组正在定义一套用于核心口 隧道技术的通用控制和测量平面，其工作重点放在g m p l s 上，包括g m p l s 与 s o n e t s d h 的结合，以及对l m p 和内部网关路由协议( i g p ) 的扩展。 值得注意的是许多标准化组织必须等i e t f 完成了g m p l s 的标准化以后才可 以开始其正式工作。i e t f 与i t u 在这方面的区别在于，i t u 主要关心整体结构组 成元素的标准化，而i e t f 则侧重于开发用来支持整体结构的工具和协议族。由 于i e t f 推动了m p l s 的发展，因此g m p l s 继承了其相关工作的成果。g m p l s 是 基于m p l s 可以用于不同交换技术的控制平面这一假设而提出的，包括分组交换 ( 如i p ，以太网，a t m ) 、时分交换( 如t d m ) 、波长交换( 如w d m ) 和空间 交换( 如o x c ) 等。 需要说明的是，g m p l s 是一套协议而不是一个协议，它是i e t f 关于m p l s 用于i p 网络流量工程相关工作的扩展。g m p l s 对m p l s 的信令协议进行了扩展， 从而可以同时控制光交换和分组交换。g m p l s 协议族包括：链路管理协议，用 于资源发现和链路管理；扩展的开放最短路径优先( o s p f ) 协议和中间系统一中 间系统( i s i s ) 路由协议，用于路由控制；资源预留协议流量工程扩展( r s v p t e ) 和路由受限标记分配协议( c r - l d p ) ，用于连接管理和控制。 i e t f 对现有路由和信令协议进行扩展的工作也要由c c a m p 工作组进行协 调。由于路由协议中没有时间或特定带宽的概念，因此需要对路由协议进行扩展， 使其包含时隙、保护方式、带宽和误码率等信息。 第二章智能光网络 另外，由于m p l s 定义了两种标记分配协议：c r l d p 和r s v p t e ，因此也 需要对其扩展以支持光交换。m p l s 工作组已经对相关协议的扩展进行了标准化。 目前，g m p l s 的标准化工作还没有完成，有些功能特别是网间互联信令功 能还在进一步研究中；连接管理和控制规范( 信令协议) 已经基本完成；链路管 理协议和路由协议还有许多工作要做。 3 i t u t i t u t 是通信行业主要的标准化组织，它制定的标准对通信市场有着深远的 影响。但是i t u t 制定标准的速度相对较慢，i t u t 在智能光网络领域的主要工 作是定义了一个标准的自动交换光网络体系结构。由于i t u t 已经制定了光网络 的一些基础性标准( 如w d m 的波长分配) ，因此关注i t u t 在智能光网络领域 的工作是十分必要的。 i t u t 与其它标准化组织的不同在于它先从整体结构的角度研究光网络，之 后再决定如何实现。例如i t u t 制定的第一个光网络方面的标准是光传送网 体系结构，它描述了如何设计一个光网络的基本原则。i t u t 已经完成或已取得 正式编号的建议包括：( 1 ) g 7 0 9 ：光传送网接口，定义了用于网间互联的接口规 范，可以看作是光n n i ；( 2 ) g 7 0 7 ：s d h 网络节点接口；( 3 ) g 9 5 9 1 ：o t n 物 理层接口：( 4 ) g 7 8 3 ：s d h 设备功能模型；( 5 ) g 8 0 3 0 ：基于s d h 的传送网网 络结构；( 6 ) g 8 0 5 0 - 通用传送网功能结构；( 7 ) g 8 7 1 ：光传送网建议框架；( 8 ) g 8 7 2 ：光传送网体系结构，这是光网络结构标准的基础。该标准定义的光传送网 包括3 层，即光通道层、光复用段层和光传输段层，其中光通道是智能光网络中 最重要的部分，控制平面将对其进行管理和控制；( 9 ) ( 3 8 0 7 0 ：即以前的g ：a s t n ， 提出了对自动交换传送网的总体要求。g a s t n 提供了一套可以在传送网中建立和 释放连接的控制功能模块。该建议提出的要求与技术无关，其它相关建议规范了 如何用特定的传送技术来具体实现；( 1 0 ) g 8 0 8 0 ：即以前的g a s o n ，描述了自动 交换光网络的控制平面参考结构，用于满足g 8 0 7 0 定义的要求。该建议给出了一 种客户端一服务器模型的光网络结构，定义了主要的功能模块及其相互之间的作 用。利用这些功能模块可以建立、维持和释放连接，允许将呼叫控制从连接控制 中分离出来，并允许路由和信令分离。g 8 0 8 0 从通道层和呼叫层两个层面来看待 一个光连接，并使用分布式的呼叫模型来控制这些连接。运营商可以利用这种呼 叫模型对每个呼叫进行计费，还可以根据呼叫请求的服务类别来选择不同的保护 和恢复方式。 其它与g 8 0 8 0 相关的建议包括：g 7 7 1 3 y 1 7 0 4 ( 分布式口- ? n q 和连接管理) 、 g 7 7 1 4 y 1 7 0 5 ( 通用自动发现技术) 和g 7 7 1 2 y 1 7 0 3 ( 数据通信网体系结构与规 范) 。 事实上，o t n 规范还没有完成，如规范o t n 的( 3 7 0 9 还需要定义复用和传 1 4 智能光网络及其链路管理协议研究 送开销；o t n 体系结构文件( 2 8 7 2 还在进行修订和扩充；定义中距离o t n 功能 的g 7 9 8 还没有完成：关于o t n 保护恢复的g 8 4 1 和g 8 4 2 还没有开始；关于网 络管理信息模型和功能需求的g 8 7 4 和g 8 7 5 也没有完成。般认为第一代的 a s o n 将基于s o n e t s d h 传送网。 i t u 与i e t f 的工作有部分重叠。i t u 没有像i e t f 那样关注c r l d p 和 r s v p t e 信令协议，而是还在考虑其它可能的选择，包括基于a t m 专用网络网 络接口( p n n i ) 的信令方案和一套全新的信令协议。 各标准组织都有各自的侧重点和针对性，但是它们之间也越来越注重合作。 i t u t 的优势主要在网络结构和特性方面，i e t f 的主要优势在路由信令部分，这 两种标准体系开始相互借鉴和采用，大大加快了智能光网络标准化的进程。例如 i t u tg 7 7 31 是基于i e t f 的a t mp n n i 、g m p l sr s v p t e 和c m p l sc r - l d p 信令协议而制定的。i e t fc c a m p 工作组的专家受i t u ts g l 5 的邀请，参加了 2 0 0 3 年6 月的i t u 会议。i t u ts g l 5 和i e t f 合作的主要内容在a s o n 路由、 自动发现、恢复重路由等方面。g 7 7 1 4 是基于o i f 的u n l l 0 标准而制定的。i e t f 在o v p n 方面工作组p p v p n 可能要与i t u t 合作提出相关的草案。各个标准组 织间的合作必将促进智能光网络的标准化进程，有利于提高智能光网络标准体系 的完整性、互操作性和可实现性。 智能光网络虽然具有很多优点，但在智能光网络的发展过程中还存在许多不 确定因素。运营商是否会很快就使用这种新技术，它可以为运营商带来什么都还 未知。在全球电信行业低潮的影响下，许多运营商都陷入了困境，纷纷减少网络 建设支出，这无疑将延缓智能光网络的引入。尽管如此，许多大的运营商已经开 始在实验室里对智能光网络设备进行测试和实验。如果部署智能光网络可以为运 营商带来新的收入而不仅仅是降低运营成本，则有可能加速智能光网络的应用。 第三章链路管理协议( l m p ) 第三章链路管理协议( l m p ) 3 1 链路管理协议的引入 随着新业务不断增多，未来光网络的两个交换设备之间可能有上百条光纤， 每条光纤上又有上百个波长通路。如果对如此众多的链路进行手工配置和控制， 即使它们是很有限的也是完全不可行的。l m p 就是针对这个问题提出的。 l m p 运行于相邻节点之间，用于链路提供和故障定位。l m p 可用于验证节点 间的连接，并定位网络中的链路、光纤或信道故障。g m p l s 信令和路由协议要求 至少要有一条双向控制信道以进行通信。l m p 可以用于建立、维护和管理这些控 制信道。 在后面关于l m p 的介绍中出现了t e ( 流量工程) 链路的概念。在此对这个 概念作以解释。在g m p l s 中引入t e 链路的概念是为了减少路由协议中庞大的链 路状态信息。因为它允许把多条具有同样特性的链路作为一条单个链路来对待， 这条单个的链路就是t e 链路。这样在存储或广播链路状态信息时，只需要存储或 广播属于同一条t e 链路的所有数据链路的共同特性，可以大大减少了信息量，减 轻网络负担。 3 2 链路管理协议的功能 i e t f 定义了专门的链路管理协议来管理两个节点间的链路，其内容包括控制 信道管理、链路属性关联、链路验证和故障定位。 一、控制信道管理 控制信道用于在两个邻接节点间承载信令、路由和网络管理信息。控制信道 管理在一对邻接l m p 节点之间建立、配置和维护控制信道。 二、链路属性关联 链路属性关联主要负责检测一对邻接l m p 节点之间是否具有一致的接口标识 符映射和链路属性。 1 6 智能光网络及其链路管理协议研究 三、链路验证 链路验证主要用于检测一对邻接l m p 节点之间的数据链路的连通性，并且进 行数据链路