（通信与信息系统专业论文）智能光网络控制平面中物理层信道损伤感知研究.pdf

学位论文版权使用授权书 11iii i ii i i i i i l l l l1iii 8 9 4 3 6 2 江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社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， 允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入中国 学位论文全文数据库并向社会提供查询，授权中国学术期刊( 光盘版) 电子杂 志社将本论文编入中国优秀博硕士学位论文全文数据库并向社会提供查询。 论文的公布( 包括刊登) 授权江苏大学研究生处办理。 本学位论文属于不保密号。 学位论文作者签名：彩u 参甄 ? o f 年6 月j f 日 指导教师签名：习b 叩 加f1 年莎月f1 日 江薛大擎 硕士学位论文 智能光网络控制平面中物理层信道损伤感知研究 r e s e a r c ho np h y s i c a ll a y e rc h a n n e li m p a i r m e n t si nc o n t r o l p l a n eo fi n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r k 申请学位级别亟 学科( 专业) 通信生垡皇丕缠 论文提交日期 学位授予单位和日期 评阅人 江苏大学硕士论文 摘要 近年来，智能光网络的发展引入了一部分自动控制功能，实现了自动连接管 理。随着传输速率的不断升级，在透明传送过程中，温度变化、色散、偏振模色 散以及增益抖动等各种损伤的积累无法避免，这些对光信号质量的传输都会造成 严重劣化；另一方面，随着可重构光分插复用设备( r o a d m ) 等技术的成熟，不 可避免地使光路动态拆建和路由机制更加复杂，光信号传输性能更加难以预测和 评估。需要根据用户响应网络在传送层自动配置出一条满足用户q o s 要求的端 到端传输通道，但是现有光网络还无法支持这一点。同时网络的发展也越来越关 注来自于用户的服务质量( q o s ) 需求。因此，在网络的设计中应当充分考虑用户 对于传送质量的需求，力求为用户提供信号质量有保证的传输服务，这些都使得 物理损伤感知的连接指配日益成为人们关注的问题。 本文针对基于物理损伤感知的o o s 连接，深入研究智能光网络控制平面 g m p l s 的信令协议和路由协议，对r s v p t e 协议进行了相应的扩展改进。 主要研究成果和创新包括以下方面： ( 1 ) 分析比较基于路由的( o s p f t e ) 和基于信令的( r s v p t e ) 两种感 知o o t 的方案，比较了两种方案的主要优缺点，综合考虑，最终确定基于信令 的( r s v p t e ) 方案设计感知q o t 的波长质量标识。 ( 2 ) 对r s v p t e 协议进行扩展，提出了基于权重和的感知q o t 的波长标 识方法w i b w 。通过理论分析及实验找到对光信号质量影响最严重的参数，在 r s v p t e 协议中添加描述波长质量的物理层损伤感知对象，对这些参数对象进 行最大值比较，归一化处理，加权和处理等，获得一个可以综合表征光信号物理 质量的权重和参数，使得r s v p - t e 协议能够感知q o t 。 ( 3 ) 提出了q o s 和o o t 对光传送网性能参数的映射方法。该方法在p a t h 消息中增加了一个用来标识业务期望q o s 等级的对象。同时将业务期望q o s 等 级和光信号物理质量相应都划分为八级，给出了业务优先级和标识波长物理质量 的权重和参数的映射关系。在r s v p t e 中增加了映射物理层损伤感知对象的业 务期望优先级对象o o s 。增加权重和处理和基于o o s 波长分配两个模块，使该 r s v p t e 模块能够实现感知光信号物理损伤的波长标识以及支持q o s 的波长分 关键词：智能光网络，物理层损伤感知，q o s ，r s v p - t e ，n s 2 i江苏大学硕士论文l a b s t r a c t i nr e s e n ty e a r s ，i n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r kh a di n t r o d u c e dap a r to fa u t o m a t i c c o n t r o lf u n c t i o n s ，r e a l i z e da u t o m a t i cc o n n e c t i o nc o n t r 0 1 w i t ht h ec o n t i n u o u su p d a t e o ft r a n s m i s s i o ns p e e d ，i nt h et r a n s p a r e n tt r a n s m i s s i o np r o c e s s ，t h ea c c u m u l a t i o no f v a r i o u sk i n d so fi m p a i r m e n t sa sc h a n g eo ft e m p e r a t u r e ，c h r o m a t i cd i s p e r s i o n ， p o l a r i z a t i o nm o d ed i s p e r s i o na n dg a i nt r e m b l ei su n a v o i d a b l e ，t h e s ew i l le x a c e r b a t e t h eq u a l i t yo fo p t i c a ls i g n a lg r e a t l y o nt h eo t h e rh a n d ，w i t ht h em a t u r eo ft h e t e c h n o l o g ya sr o d a m ，t h ed y n a m i c a lb u i l d i n ga n dd e m o l i s ho fl i g h t p a t ha n dr o u t e m e c h a n i s mw i l lb em o r ec o m p l i c a t e d t h ep r e d i c t i o na n de s t i m a t i o no fo p t i c a ls i g n a l t r a n s m i s s i o np e r f o r m a n c ew i l la l s ob em o r ed i f f i c u l t i tr e q u i r e sb u i l dae n dt oe n d t r a n s m i s s i o nc h a n n e la u t o m a t i c a l l yo nt h et r a n s m i s s i o np l a n ew i t ht h eu s e rr e s p o n s e ， t h ee x i s t i n go p t i c a ln e t w o r kc a nn o ts u p p o r ti t a tt h es a m et i m et h ed e v e l o p m e n to f n e t w o r kc o n c e r n st h eq o sr e q u i r e m e n t sf r o mu s e r sm o r e t h e r e f o r e i ti sn e e dt o c o n c e r nt h eq o tr e q u i r e m e n to fu s e r si nt h ed e s i g no fn e t w o r k ，a l lt h e s em a k et h e q o ta w a r ec o n n e c t i o na s s i g n m e n tb et h ef o c u so fp e o p l ei n c r e a s i n g l y t h i sw o r km a k e sc o r r e s p o n d i n gi m p r o v e m e n t sw h i c ha i ma tt h et w od i s a d v a n t a g e s a b o v e m e n t i o n e d ，p r o c e e d e dc o r r e s p o n d i n gt h e o r e t i c a la n ds i m u l a t i o na n a l y s i s t h em a i nr e s e a r c ha c h i e v e m e n t sa n di n n o v a t e so ft h i sw o r ki n c l u d et h e s ea s p e c t s ： ( 1 ) a n a l y s e da n dc o m p a r e dt h et w o 印r o c h sb a s e do i lr o u t i n ga n ds i g n a l l i n g , a n a l y s e da n dc o m p a r e dt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h e m ，r e s e a r c h e dt h e a p p l i c a t i o np r o s p e c t so ft h et w os c h e m e st ow d mn e t w o r k ，f i n a l yd e t e r m i n g e dt h a t u s et h es i g n a l l i n gb a s e ds c h e m e sa st h ef o n d a t i o no fq o ta w a r ew a v e l e n g t hq u a l i t y i d e n t i f i c a t i o nm e t h o d ( 2 ) p r o p o s e daw a v e l e n g t hp h y s i c a lq u a l i t yi d e n t i f i c a t i o nm e t h o db a s e do nw e i g h t s u m t h i sm e t h o di m p r o v e dt h ep a t hm e s s a g ei nr s v p t es i g n a l i n gp r o t o c o l ，a d d e d t h eo b j e c t sp r e s e n tt h ep h y s i c a lq u a l i t yo fo p t i c a ls i g n a li ni t b yt h ep r o c e s s e sa s e x t r a c t i n gf o u rm o s ti m p o r t a n tp h y s i c a li m p a i r m e n tp a r a m e t e r s ，n o r m a l i z i n gt h e m ， c o m p a r i n gt h e mw i t ht h em a xt o l e r a n c ev a u e s ，e v a l u a t i n gt h ew e i g h ts u m ，t h i s m e t h o do b t a i n e dt h ew e i g h ts u mp a r a m e t e rw h i c hc a np r e s e n tt h ep h y s i c a lq u a l i t yo f o p t i c a ls i g n a l i nt h e r o u n d ，t h ep r o c e s si s a l s os i m p l e i tg r e a t l yr e d u c e dt h e c o m p l e x i t yo ft h ep r o c e s s 1 1 1 智能光网络控制平面中物理层信道损伤感知研究 ( 3 ) p o s e daw a v e l e n g t ha s s i g n m e n tm e t h o db a s e do no o s t h i sm e t h o da t e da o b j e c - - h i c hp r e s e n t st h ee x p e c t e do o sc l a s so l t h es e r v i c e s t h i sw o r kd e v k ；一dt h e e x p e 。：iq o sc l a s so ft h es e r v i c e sa n dp h y s i c a lq u a l i t yo fo p t i c a ls i g n a l si n t oe i g h t l e v e l , - , r o v i d e dt h ec o n g r u e n tr e l a t i o n s h i pb e t w e e np r i o r i t yo fs e r v i c e sa n dw e i g h t s u mf + - m e t e r ( 4 ) 5i q u l a t e dt h ei m p r o v e dg m p l sp r o t o c o lb yu s i n gn e t w o r ks i m u l a t o rn s 2 。 a d d i r t h ep o po b j e c tw h i c hd e s c r i b e st h ew a v e l e n g t hq u a l i t ya n dt h eo b j e c tw h i c h p r e s e ：二t h ee x p e c t e dq o sc l a s so ft h es e r v i c e si n t ot h ep a t hm e s s a g ei nt h er s v p t e m o d u：j b t a i n e df r o mt h ei n t e r n e t ；a d d i n gt w om o d u l e sw h i c hr e a l i z e dt h ef u n c t i o n s a so f 。i i i i m p a i r m e n t s a w a r ew a v e l e n g t h a s s i g n m e n t a n dw a v e l e n g t h q u a l i t ) o f f f r o mt h es i m u l a t i o nr e s u l t ，w ec a nk n o wt h a tt h i si m p r o v e dm e t h o dc a e g r e a t l yr e d u c et h eb l o c k i n gr a t ew i t h o u ta d dt h en e t w o r kl o a da n dt r a n s m i s s i o nd e l a y , i ti m p r o v e dt h en e t w o r kt r a n s m i s s i o np e r f o r m a n c e g r e a t l y k e y w o r d s ：i n t e l li g en ：。o p t i c a ln e t w o r k ，p h y s i c a ll a y e ri m p a i r m e n t sa w a r e n e s s ，q o s ， i v r s v p - t e ，n s 2 第一章绪论1 1 1 选题背景及意义1 1 2 研究现状2 1 3 研究内容4 1 4 本文组织结构5 第二章g m p l s 及控制平面7 2 1g m p l s 控制平面的软件结构和各模块功能7 2 2g m p l s 中的信令协议8 2 2 1g m p l s 协议的结构8 2 2 2r s v p t e 的工作流程1 1 2 3g m p l s 中的路由协议。1 2 2 3 1o s p f t e 协议简介。1 2 2 3 2o s p f t e 协议特点。1 3 2 4 光网络中的物理损伤1 3 2 4 1 光物理损伤的分类1 3 2 4 2 光物理损伤对光网络的影响1 4 2 5 本章小结1 5 第三章g m p l s 中物理层损伤感知协议设计1 6 3 1 基于信令和基于路由的波长分配方案的比较1 6 3 2 基于权重和的感知q o t 的波长标识1 7 3 2 1 感知q o t 物理损伤模型比较1 7 3 2 2 基于信令的感知q o t 波长标识方法2 0 3 3 物理层光信号损伤对象表示2 1 3 4 光信号物理损伤的权值分配及归一化处理2 3 3 5 物理损伤对象阈值的选择2 6 3 6w i b w 方法分析2 9 3 7 本章小结2 9 v 智能光网络控制平面中物理层信道损伤感知研究 第四章光网络q o s 与q o t 的映射。3 1 4 1w d m 光传输网提供q o s 3 1 4 2 业务q o s 与q o t 等级的划分3 3 4 3 业务q o s 等级与光信号权重和值的映射3 5 4 4 本章小结3 7 第五章g m p l s 平台的设计与仿真。3 8 5 1n s 2 简介。3 8 5 2g m p l s 平台的设计4 0 5 2 1g m p l s 对m p l s 的扩展和实现4 0 5 2 2 增加业务优先级对象及波长物理损伤对象4 2 5 2 - 3 增加权重和及支持o o s 波长分配模块4 4 5 3 仿真结果及分析4 7 5 3 1 网络时延仿真与分析4 8 5 3 2 阻塞率的仿真及分析5 0 5 4 本章小结5 l 第六章总结与展望5 2 6 1 总结5 2 6 2 展望5 3 参考文献5 4 致谢6 0 攻读硕士学位期间发表的论文 v 1 江苏犬学硕士论文 a s e放人自发辐射 a s o n 自动交换光网络 b e r 误码率 c d 色散 c r l d p 基丁路由受限标签分发协议 c s p f 最短路径优先 d q d b分布式队列双总线 f d d i 光纤分布式数据接口 f w m四波混频 g m p l s通用多协议标签交换 i g p 扩展内部网关协议 i s i s 中间系统剑中间系统的路由选择协议 l m p 链路管理协议 l s a 链路状态广播 l s p标签交换路径 n m s网络管理系统 o c d m光码分复用 o s n r 光信噪比 o t d m 光时分复用 o x c 光交叉连接 p c e 基于路径计算元素 p u 物理层受损 p m d偏振模色散 o o s服务质量 r s v p t e 基丁流鼍工程扩展的资源预留协议 r o a d m 可重构光分插复用设备 s b s 受激布里渊散射 s d h 同步数字体系 s o n e t 同步光纤网络 w d m 密集波分复用 v n 1 1 选题背景及意义 随着网络化时代的到来，人们对信息的需求与日俱增，迅速发展的各种新型 业务对，通信网络的容量提出了更高的要求。网络技术的革命从其底层的物理层 技术来说经历了三个阶段。第一阶段为基于铜线和微波无线电技术的网络，它出 现于光纤技术之前，全部采用电设备。这样的例子包括大家己熟知的以太网令自 牌总线，令牌环等。第二阶段网络已经采用了光纤传输技术的一些优点。比如激 光二极管和光学组件的高速度，以及光纤的低损耗和色散。这些网络的特点是使 用石英光纤来替代铜线的点到点的链路，由此改善了系统性能，比如提高了数据 的传输速率，降低了系统的误码率以及减小了电磁干扰等。然而相对于第一阶段 网络来说，光纤主要是用作传输介质，数据处理及交换都在电域进行f 1 2 】：第二阶 段网络的例子包括s d h s o n e t 、f d d i 和d q d b 等。第三阶段网络也就是光网 络利用了复用技术，包括波分复j 羽( w d m ) ，光时分复用( o t d m ) 和光码分复用 ( o c d m ) 来综合开发光纤巨大的带宽【3 卅。这方面的一个研究热点是w d m 全光 网，所谓全光网络是指光信息流在网络中的传输及交换始终以光的形式存在着， 而不需要经过光一电、电一光转换。它以波长路由交换技术和波分复用传输技术 为基础，在光域上实现信息的高速传输和交换，数据信号在网络中从源节点到目 的节点的传输和处理过程中始终保持在光域内，从而避免中间节点产生的电子瓶 颈。全光网是研究第三代网络的有益尝试。因为光信号在传输过程中没有经过电 的处理，所以基于波长路由的全光网结数据格式，各种不同的协议和编码形式透 明，可以支持各种各样的业务。 然而，由于没有电再生器，全光网络由于其构成的非理想光器件和设备引入 的物理损伤沿着光路不断累积，同时随着单信道速率和复用波长数量的不断增 加，一些物理效应对信号质量的损伤不可避免，光信号在经过光纤段、光节点器 件和光放大器时，将产生抖动、漂移、串扰以及噪声，这些物理效应最终限制了 网络的容量和规模【5 。7 1 。在w d m 光网络中传输损伤所引起的信号失真在传输过 程中不断累积，使得信号的传输质量不断下降，当质量劣化到一定程度时，将会 f 智能光网络控制平面中物理层信道损伤感知研究 导致接收端的信息误判比率增加至承载业务不能有效传送的程度，即达不到该业 务要求的传输层q o s 标准【8 1 。因此，实际的工程设计需要在光路建立前估订所选 路由的传输质量是否满足特定业务需求，确保网络有效地运营因此，开展传输损 伤的研究是w d m 光网络设计、网络节点管理、资源动态分配以及进一步改善网 络性能的关键。 动交换光网络a s o n ( a u t o m a t i cs w i t c h e do p t i c a ln e t ) 是在a s o n 信令 网控制下完成光传送网内光通道自动交换功能的新型网络，其体系结构主要表现 在具有a s o n 特色的3 个平面、3 个接口以及所支持的3 种连接类型上 9 1 。a s o n 给网络引入了一部分自动控制功能，实现了自动连接管理。但当发生业务突发引 起网络堵塞或路由发生变化时，缺少智能化监控、调节和自我适应。因此，尽管一 连接建立可以是自动的，但并不能真正满足动态业务的需求。其主要原因是：( 1 ) 目前光网络作为承载网络，对接入业务采取一视同仁的服务策略，虽然在上层可 以采取、i p 务分级或q o s 的区分，但是光网络作为底层传送网络并不能了解这些 信息，【大j 此可能会导致优先等级较高的业务在光网络中并没有得到相应优先级的 传送。因此，尽管连接建立可以是自动的，但并不能真正满足动态业务q o s 的 需求。( 2 ) 传统a s o n 假设传送平面的“光通道的信号质量都是有保证的，所 有光纤链路具有标准的传输特性 。f l o 】但实际上随着传输速率的不断升级，在透 明传送过程中，温度变化、色散、偏振模色散以及增益抖动等各种损伤的积累无 法避免，这些对光信号质量的传输都会造成严重劣化【1 1 。1 3 】；另一方面，随着可重 构光分插复用设备( r o a d m ) 等技术的成熟，不可避免地使光路动态拆建和路由 机制更加复杂，光信号传输性能更加难以预测和评估。因此，根据用户响应究竟 网络能否在传送层自动配置出一条满足用户q o s 要求的端到端传输通道，现有 a s o n 还无法支持这一点。 1 。2 研究现状 目前一个由i e t f 发展的使用g m p l s 框架的用于控制和管理网络的处理方 案被认为可以作为下一代光网络控制平面处理方案【1 4 1 。在光网络背景下的众多 g m p l s 的应用之一就是动态建立光路。但是，由于缺少物理层的细节，如物理 层损伤参数，转换器特性及有效性，再生器波长转换器有效性等信息等。如果 能够获得这些信息，那么一个支持g m p l s 的节点就能够评估物理损伤的影响并 2 江苏大学硕士论文 且决定光路是否可行。同时，g m p l s 目前也缺乏好的技术来传播和使用物理层 细节的信息。因此，发展一种有效的技术来解决这些问题是相当有必要的。 同时，控制平面协议需要进行一些扩展，使其能够感知物理损伤。目前主要 有两种方法来实现【1 5 j 6 】：第一个选择是扩展路由协议，如o s p f t e 或者i s i s 等一些网关内协议，使其能够携带波长有效性和物理损伤信息。在这种情况下， 路由在源节点处由有约束条件的最短路径优先( c s p f ) 算法来计算，并且选择 可用波长。 第二种选择是对信令协议进行扩展，比如r s v p t e 。在这种方法中路由的 计算同样也是在源节点处由c s p f 算法计算的。然后使用r s v p t e 来在建立光 路之前选择一个光学上或者物理上可行的波长。这种方法可以不必对路由协议进 行扩展，而信令协议( r s v p t e ) 则对物理或者光学上的可行性进行检验。因此， 动态流量以及物理损伤信息的改变频率都不会对该方案产生影响。 文献【1 7 】采用了第二种方案，对信令协议进行改进。在这种改进方案中，首先 在各个节点处收集各种物理损伤参数，将各个损伤参数添加进一个物理损伤标识 对象中，这个对象由r s v p t e 协议中的p a t h 消息携带，从源节点处开始逐跳 向下游传播，每一个中途节点会对该消息中的物理损伤对象所携带的各个物理损 伤参数进行比较和更新，如果比较发现不符合要求，则将删除该备选波长，如果 符合，则将该节点处的物理损伤信息更新到该对象中，依次分发到目的节点，最 后由目的节点进行比较和选择，从而选定波长。 该方案较好的完成了波长的动态分配，但是也存在一些问题。首先，各项物 理损伤的描述会占用较大的带宽资源。因为这些物理损伤每一个都需要单独表 示，而每一个p a t h 消息中所携带的物理损伤对象又是有若干个物理损伤参数组 成的，这将会使p a t h 消息的长度大大增加。从而消耗一定的网络带宽资源。 其次，这些物理损伤参数是单独对于光通道的一个物理质量进行标识和衡 量，每一个参数只是孤立的存放在p a t h 消息中的物理损伤对象中，互相之间没 有联系，虽然能从各个不同的指标衡量光通道的物理质量，但是缺乏一种机制能 够整体地衡量光通道的物理质量，这也会对光通道物理质量的衡量带来一定的片 面性的弊端。 最后，由于各个物理损伤因素对于光通道整体物理质量的影响各不相同【1 8 l ， 3 智能光网络控制平面中物理层信道损伤感知研究 而上述的处理方案只是将这些物理损伤参数分别与各自对应的一个标准值进行 比较，然后简单的通过比较的结果来评估光通道的物理质量，这也是非常不科学 的。 纵观现在的研究现状【1 9 埘】，目前智能光网络在自感知、自学习方面的动态资 源分配方案尚未成熟。本项目将在建立对q o s 及物玛! 层传输质量( q o t ) 的感知 机制和资源优化分配策略的自学习机制方面进行深入研究，实现自适应多目标、 约束条件下的动态路由和波长算法，提高资源分配的动态自适应能力。最终实现 在传送层快速、自动配置出一条满足用户q o s 要求的端到端传输通道。对实现 在光层直接提供优质、动态、灵活、可控的新型业务具有重要的理论意义和应用 价值。 1 3 研究内容 ( 1 ) 扩展控制平面对物理层传输质量( q o t ) 的感知 近年来i e t f 开发的g m p l s 框架作为网络控制和管理方法，已成功作为下 一代光网络的控制平面的主要协议。g m p l s 一个主要的应用就是光网络中光路 的动态建立，相关资源分配管理的主要协议有：基于受限路由的标记分发协议 ( c r l d p ) 、基于流量工程扩展的资源预留协_ i , s ( ( r s v p t e ) 、扩展路由协议 ( o s p f t e ) 、链路管理协议( l m p ) 等。目前它们都缺乏物理层受损( p u ) 细 节信息、相关的传递技术和利用p l i 细节信息，以及利用这些信息如何使节点处 的g m p l s 评估物理层损伤效果并决定选择合适的光路。因此，必须适当修改和 扩展相关协议使其感知和承载物理层q o t 信令。 ( 2 ) 扩展控制平面对物理层传输质量( q o t ) 的感知 目前g m p l s ( 通用多协议标记交换) 协议集不包含对物理层q o t 的感知。 虽然基于流量工程扩展的资源预留协议( r s v p t e ) 在消息中增加了链路参数1 2 2 1 ， 但仅仅是链路连接状态和网络拓扑结构信息，不能感知光信号质量的衰退。因此， 需在控制平面中建立能够反馈物理层信号受损信息的感知模块等。其中物理层中 影响信号传输质量的物理因素( 不同的物理结构其影响因素不同) 以及这些物理 因素的参量的表示，正确计算评估传输质量的劣化刘：冈络性能状态的影响以及表 示，以及在相关协议中q o t 参数的表示等【2 3 】。其中还要考虑到若在信令协议中 承载较多的q o t 参数表示，会加重网络负荷。 4 江苏大学硕士论文 ( 3 ) 研究业务o o s 等级与光信号物理质量的对应关系 业务属性包括业务统计参数服从的概率分布种类、业务流量、业务的q o s 要求等。这些属性对光层传送质量o o t 具有什么样的要求，这方面的研究较少。 虽然i e t f ( i n t e r n e te n g i n e e r i n g t a s kf o r c e ) 在m p l s 的t e ( 流量工程) 提出服务区 分感知( d s t e ) 建议【冽，但主要根据带宽或时延需求对业务分级或q o s 的区分， 当这些业务实际接入到光层时，一般是在边缘端进行优先级区分排队接入光层， 光层优先给高优先级q o s 分配光路，保证低堵塞率。至于这样的光路是否保证 高q o s 的传输质量要求不得而知。由于某些光路( 光通道或波长) 由于各种物 理原因使传输信号受损，误码率增高。因而虽然信号送达目的地，但所接收到的 信号误码率较高，按服务质量要求不可接受。因此，这样的光路是不适合高的 q o s 请求的。 研究业务属性以及业务q o s 对传送质量( q o t ) 的要求，以及向下层( 控制 平面u n i 接口) 传递q o t 要求的表述方法。为承载该业务的光网络选择最优传 输、交换、路由等软硬件配置提供参考依据。 ( 4 ) 基于n s 2 的网络仿真 本文的设计与改进都是针对协议本身进行的，在目前现有的网络仿真软件中 只有n s 2 能够较好的进行针对协议进行改进等的仿真。因此使用n s 2 软件对改 进后的协议进行仿真与分析也是非常重要的。同时由于n s 2 软件是基于l i n u x 系 统的，使用上和w i n d o w s 有很大的差别，同时由于新增加的功能需要用c + + 语 言编写成模块再编译进l i n u x 系统，因此对l i n u x 系统的使用技巧也是非常重要的。 1 4 本文组织结构 第一章主要介绍了感知光信号物理损伤研究的意义与研究现状，同时论述了 目前研究的一些优缺点，最后介绍了本文的研究内容。 第二章主要介绍了光网络中存在的光信号物理损伤的情况，包括光物理损伤 的分类，对光网络性能的影响等。第二节介绍了传统的波长分配方法及其特点。 然后介绍了考虑了光信号物理损伤的波长分配方法的原理等内容，最后讨论了目 前现有的考虑光物理质量的波长分配方法的不足之处。 第三章提出了一种基于权重和的标识光波长物理质量的方法，阐述了物理损 伤因素的选取，对信令协议的改进，如何对这些物理损伤因素进行加权和处理从 智能光网络控制平面中物理层信道损伤感知研究 而标识波长物理质量等方法。 第四章提出了一种将光波长物理质量和业务q o s 等级的对应方法。首先介 绍了w d m 光传输网o o s 提供关键问题，然后提出了业务优先级的选择与设定 的方法，并将业务优先级与光物理质量参数建立了对应关系。 第五章使用网络模拟软件n s 2 对本文提出的针对a s o n 中的信令协议等内 容作出的改进进行实验仿真，分析这些改进给网络性能带来的影响。 第六章对全文的研究工作进行总结，并对今后进一步的工作作出展望。 iillilijlii 学硕士论文 第二章g m p l s 及控制平面 g m p l s 协议是从m p l s - t e 向光网络扩展而来的，利用它可以为用户动态地提 供网络资源，以及实现网络的保护和恢复功能。g m p l s 技术体现了分组交换技术 和电路交换技术的融合，传送技术和交换技术的融合以及i p 与a t m 和光w d m 技 术的相互融合。而且g m p l s 可以脱离数据平面而存在，形成了完全意义上的控制 技术与传输技术的分离，十分适用于智能光网络控制平面的实现。 2 1g m p l s 控制平面的软件结构和各模块功能 图2 1 主要描述了g m p l s 控制平面的软件结构，控制平面主要包括应用层软 件、信令、路由、资源发现和链路管理。图形用户接口( g u i ) 命令行接口( c l i ) 代理用来提供控制平面到外部控制台地接口【2 5 1 。 图2 1g m p l s 控制平面软件结构 g m p l s 应用层是g m p l s 管理的主要部分，包括g m p l s 控制器和g m p l s 适配器。 路由协议是用来分发网络拓扑及可用信息的，传统的i p 链路状态路由协议如 7 智能光网络控制平面中物理层信道损伤感知研究 0 s p f 和i s - i s 只分发个别链路的状态信息，g i p l s 扩展了i p 路由协议，以支持 在不同类型链路包括光链路上的流量工程【绷。该模块包括四个部分：路由表管理 器、路径计算、0 s p f t e 及链路状态广播( l s a ) 。 信令部分的主要功能是：( 1 ) 建立和关闭与信令对等体的信令进程；( 2 ) 处 理从( n p l s 管理器发过来的与标签交换路径( l s p ) 相关的请求( 产生适当的控 制信息并沿着路径传送) ；( 3 ) 接收及解码进来的消息( 向g m p l s 管理器传送适 当的通知，称为回叫功能) ；( 4 ) 建立和拆除l s p 通道，其中建立l s p 通道包括 标签的请求和资源预留及分配，而拆除l s p 通道即对标签和资源的释放。g m p l s 扩展了两个信令( r s v p - t e 和c r l d p ) 来支持通用接口。 邻居发现和链路管理专门负责网络节点之间链路资源的管理，其功能包括： 建立和维护邻居之间控制信道的连续性、发现并关联数据链路的物理特性、检查 数据链路的连接性、定位及处理链路差错等。 2 2g m p l s 中的信令协议 2 2 1g m p l s 协议的结构 在a s o n g m p l s 中，波长通道的建立是通过信令协议来实现的，而目前 a s o n g m p l s 中最常用的信令协议就是r s v p t e 。本文将对r s v p t e 协议进 行研究和改进，从而使其能够进行感知光信道物理损伤的标识和波长分配。 r s v p t e 最初是为i p 网络设计的，通用多协议标签交换( g m p l s ) 对它加 以修改和扩展，使之成为g m p l s 的主要信令技术之一。i e t f 在2 0 0 3 年通过的 r f c 3 4 7 1 和r f c 3 4 7 3 两个文献中给出了r s v p t e 的主要功能描述和具体实现内 容。 g m p l s 协议的结构如图2 2 所示【2 7 】： 8 江苏大学硕士论文 o s p f r s v p - c r - l d p t eb g p t e l m 口 t e u d p t c p t 1 ) 工r p p p ，a d o p t i o nl a y e r w a v e l e n g t h s o n e t s w i t e l l a t mf r f i b e r 图2 2 g m p l s 标签结构 为了将多协议标签交换( m p l s ) 的应用范围扩展到光域，g m p l s 对m p l s 进行了扩展，增加了几种新的标签形式，这些新增标签叫做通用标签，包括通用 请求标签、波带交换标签、建议标签和标签集等。它们都封装在r s v p t e 消息 的各个对象中i 绷。 ( 1 ) 通用请求标签( g e n e r a l i z e dl a b e lr e q u e s t ) 。 该标签加载在p a t h 消息中的通用请求标签对象中，它包含一个特定的标记 交换路径( l s p ) 编码类型，使得标签交换路由器( l s r ) 在交换类型上有最大 的灵活度。该标签用来描述要建立的数据链路的特性要求，包括传送带宽、服务 质量( o o s ) 等。 0123 0123 45 678 9 012 3 4 56 789 0123 456 78 901 + _ + 一+ 叶- + + - + - + - + _ + _ + _ + _ + _ + 一+ _ + _ + - + - + + - + _ + 一+ - + 斗_ + _ + 一+ _ + - + _ + _ + - + il e n g t hic 1 a s s - - n u m0 9 ) lc - t y p e ( 4 )i + - + _ + + _ + _ + 一+ _ + _ + _ + _ + - + _ + 一+ _ + _ + 叶+ - + 斗- + _ + _ + - + _ + - + _ + _ + - + - + _ + 斗_ + i l s pe n c t y p e ls w i t c h i n gt y p el g - - p i d i + 叶斗+ - + _ + _ + 一+ - + _ + - + _ + _ + + - + - + _ + - + 一+ + _ + - + - + 一+ - + _ + _ + - + - + - + _ + - + 斗 图2 3 通用请求标签结构 ( 2 ) 波带交换对象( w a v e b a n ds w i t c h i n go b j e c t ) 。 波带交换的主要思想是把几个波长划分成为一组，作为一个波带通过一个交 换接口进行整体交换( 像单个波长一样) 。波带交换在光交换网络中使用，可以 大幅度地减少光交叉连接( o x c ) 的交换端口数目。波带交换是通过信令消息中 的波带交换对象来承载的。 9 智能光网络控制平面中物理层信道损伤感知研究 0 123 012 34567 890123456789 0123 45 67 8901