（通信与信息系统专业论文）自动交换光网络的业务控制与qos技术研究.pdf

南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业：工学通信与信息系统 研究方向：网络与应用技术 作者：2 0 0 7 级硕士研究生卞星星 指导教师：王文鼐教授 l i i ii iil uli iiiiii iiil y 17 5 4 7 8 0 题目：自动交换光网络的业务控制与q o s 技术研究 英文题目：r e s e a r c ho nt h et e c h n o l o g yo fs e r v i c ec o n t r o la n dq o sf o r 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 主题词：自动交换光网络通用多协议标记交换约束最短路径优先 多约束路由算法g l a s s r keywords ：a s o ng m p l s c o n s t r a i n t e ds h o r t e s tp a t hf i r s t 、 m u l t i - c o n s t r a i n e dr o u t i n ga l g o r i t h m g l a s s ( g m p l sl i g h t w a v ea g i l es w i t c h i n gs i m u l a t o r ) 南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要 摘要 自动交换光网络( a s o n ) 通过引入控制平面并结合通用多协议标记交换( g m p l s ) 协议族，实现了连接的自动建立和拆除、资源的管理以及网络故障的动态保护和恢复，从 而完成了动态交换和智能控制。在基于g m p l s 的a s o n 技术中，以既能选择满足服务 质量要求的路径又能保证网络资源的有效利用为目标的q o s 路由研究已成为当前热点问 题之一。 本文首先对a s o n 的技术进行总结，给出了a s o n 的网络结构模型，包括重叠模型 和对等模型，分析了a s o n 管理平面、传送平面和控制平面的技术特点。其次，论述了 g m p l s 的体系结构、路由协议和多约束路由，重点分析了基于g m p l s 的a s o n 路由模 型和约束路由选择。最后，详细分析了基于g m p l s 的a s o n 路由算法，包括工作路径 优先( a p f ) 算法和基于k 路径( k s p ) 的启发式算法，在此基础上，综合考虑了延迟、 带宽和负载平衡等多种约束条件，提出了一种新的基于陷阱发现的多约束q o s 路由算法。 通过g l a s s 仿真实验，对比研究了本文所提出的算法与s p f 算法、k s p 算法的q o s 控 制性能，结果表明，新算法可降低业务阻塞率、提高网络资源有效利用率。 关键词：a s o n ，g m p l s ，约束最短路径优先，多约束路由算法，g l a s s 南京邮电大学颀：t ：g f 究生学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t a s o ni sa ni n t e l l i g e n tn e t w o r kb yi n t r o d u c t i n gac o n t r o lp l a n ea n dc o m b i n gg m p l s ( g e h 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 ) t h ec o n t r o lp l a n ec a ns e tu pa n dr e l e a s eal s p a u t o m a t i c a l l y , a n dc a nc o m p l e t el i n k sm a n a g e m e n ta n dt h ep r o t e c t i o na n dr e c o v e r yo fn e t w o r k f a i l u r e s q o sr o u t i n gi so n eo ft h ea c c t i v es p o t si nt h et e c h n o l o g yo fa s o nb a s e do ng m p l s i tc a nn o to n l yc h o o s eap a t hw h i c hc a nm e e tt h ed e m a n do fq o sb u ta l s oe n s u r et h ee f f e c t i v e u s eo fn e t w o r kr e s o u r c e t h et h e s i s f i r s t l ys u m m a r i z e st h et e c h n o l o g yo fa s o n ，a n dd e s c r i b e st h en e t w o r k a r c h i t e c t u r eo fa s o n ，i n c l u d i n gt h eo v e r l a ym o d e la n d p e e rm o d e l ，a n da n a l y z e sf u n c t i n a l i t yo f m a n a g e m e n tp l a n e ，t r a n s p o r tp l a n ea n dc o n t r o lp l a n e t h e nw ed i s c u s st h ea r c h i t e c t u r e ，r o u t i n g p r o t o c o l sa n dm u l t i - c o n s t r a i n e dr o u t i n go fg m p l s ，a n df o c u s eo nr o u t i n gm o d e la n d c o n s t r a i n t b a s e dr o u t i n gm e c h a n i s mb a s e do ng m p l si na s o n a tl a s t ，w ea n a l y z et h er o u t e c o m p u t a t i o na l g o r i t h mb a s e do ng m p l s ，i n c l u d i n ga p f ( a c t i v ep a t hf i r s t ) a n dk s p ( k s h o r t e s tp a t h s ) a ne x t e n d e dc s p fa l g o r i t h mb a s e do nt h e s ea l g o r i t h m si s p r o p o s e d t h e p r o p o s e da l g o r i t h mc o n s i d e r sc o m p r e h e n s i v e l yq o sp a r a m e t e r s ，s u c ha sd e l a y , b a n d w i d t h ，l o a d b a l a n c ea n ds oo n t h ec o m p a r i s o no fq o sp e r f o r m a n c e sa m o n gs p f , k s pa n dt h ep r o p o s e d a l g o r i t h mi sa n a l y z e db ys i m u l a t i o ni ng l a s s t h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h ea l g o r i t h mc a n r e d u c eb l o c k i n gp r o b a b i l i t ya n de n h a n c et h ee f f e c t i v eu t i l i z a t i o no fr e s o u r c e s k e y w o r d s ：a s o n ，g m p l s ，c o n s t r a i n t e ds h o r t e s tp a t hf i r s t ，m u l t i - c o n s t r m n e dr o u t i n g a l g o r i t h m ，g l a s s ( g m p l sl i g h t w a v ea g i l es w i t c h i n gs i m u l a t o r ) 南京邮l 乜入学顾- l 研究生学位论文目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目j 素：i i i 第一章绪论。1 1 1 研究背景l 1 2 研究意义2 1 3 论文的研究内容及主要j ：作3 第二章a s o n 技术基础4 2 1a s o n 的产生背景4 2 2a s o n 的总体架构7 2 2 1a s o n 的网络结构模裂7 2 2 2a s o n 的网络体系结构l o 2 3a s o n 的连接类型l3 2 4g m p l s 与a s o n 的关系1 5 2 5 本章小结1 6 第三章基予g m p l s 的a s o n 控制技术1 7 3 1 从m p l s 向g m p l s 的演进1 7 3 2g m p l s 的基本概念18 3 2 1 业务接口类型1 8 3 2 2 标签设计2 0 3 2 3 通用标签交换路径2 3 3 2 4 链路管理2 5 3 3g m p l s 协议族2 7 3 3 1g m p l s 信令协议2 7 3 3 2g m p l s 路由协议2 8 3 3 3g m p l s 链路管理协议3 0 3 4g m p l s 的技术特点3 l 3 5 本章小结31 第四章a s o n 网络的路由技术3 3 4 1a s o n 路由的特点3 3 4 2a s o n 路由体系结构3 4 4 2 1a s o n 路由的功能结构3 4 4 2 2a s o n 的三种路由模式3 5 4 3a s o n 路由计算技术3 7 4 3 1 最短路径计算3 7 4 3 2 多约束路由算法4 0 4 4 基于g m p l s 的a s o n 路由模型4 l 4 5 基于g m p l s 的约束路由选择4 2 南京邮r 乜人学颀：l ：研究生学位论文日录 4 5 1 基于约束的路由概念4 2 4 5 2g m p l s 的约束路由4 3 4 6 本章小结4 6 ， 第五章基于g m p l s 的a s o n 网络路由算法的研究4 7 5 1 仿真软件概述4 7 5 1 1 仿真：i ：具g l a s s 简介4 7 5 1 2g l a s s 仿真步骤一4 8 5 1 3d m l 语言简介4 9 5 1 4o x c 节点结构。5 3 5 2 最短路径优先算法研究。5 3 5 2 1c s p f 算法概述5 3 5 2 2c s p f 路由计算5 5 5 3 基于g m p l s 的a s o n 网络路由算法没计币l 实现5 9 5 3 1 仿真内容5 9 5 3 2 仿真算法描述和分析5 9 5 3 3 仿真场景设计6 1 5 3 4 仿真结果分析6 5 5 4 本章小结。6 7 第六章总结和展望j 6 8 6 1 论文总结6 8 6 2 下一步工作及展望j 6 8 致谢6 9 参考文献：7 0 附录：攻读硕士期间发表的论文7 3 l v 南京邮电大学硕一：研究生学位论文第一章绪论 1 l 研究背景 第一章绪论 传统的光网络( s o n e t s d h w d m d w d m ) 采用固定的光网络连接模式，对路由和 带宽的指配基本上采用静态的方式，带来的缺点主要表现为【1 】： ( 1 ) 缺少实时业务的供给能力，传统网络的连接配置方式时间太长，难以满足业务扩展 和市场竞争的需求； ( 2 ) 缺乏动态的带宽分配，不能进行实时的流量工程控制，也不能实时地、动态地调整 网络的逻辑拓扑结构，很难在保证服务质量的自，j 提下实现资源的最佳配置，因此带宽利用 率过低； ( 3 ) 缺少灵活、动态的保护和恢复机制，导致备用容量过大，资源浪费。 由于上述目前光网络的局限性，一种由控制平面执行连接控制、自动配置和连接管理 的新型网络一自动交换传送网( a s t n ：a u t o m a t i cs w i t c h e dt r a n s p o r tn e t w o r k ) 应运而生， 其中以o t n ( o p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r k ) 为底层基础的a s t n 被称为自动交换光网络 ( 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 w o r k ) ( 1 6 】。a s o n 是在信令网的控制下完成光网 络连接自动交换功能的，具有网络资源按需动念配置的能力。它的核心是在光传送网络中 引入控制平面，实现网络资源的动态分配，优化对网络波长资源的使用，从而实现光网络 的智能化。采用a s o n 技术后，光网络可以实现光路由的动念配置和资源管理，有效地 实现连接的动态建立与拆除，基于流量工程按需合理分配网络资源，并且可以提供良好的 网络保护恢复功能，网络的生存性得到了提高，可以满足用户对资源的动态分配、高效保 护恢复能力等多方面的需求。a s o n 使传统的多层复杂网络结构变得简单化和扁平化，光 网络层开始直接承载业务，避免了传统网络中业务升级时受到的多重限制，从而为运营商 提供了灵活有效的光网络运作方式，具有显而易见的优越性。a s o n 的概念一经提出便吸 引了国际学术界、工业界和i t u t 、i e t f 、o i f 等国际标准化组织的广泛关注，被看作是 具有自动交换功能的下一代光传送网。 a s o n 网络的组网方式由传统的坏状网转变为网状网，同时引入了控制平面为a s o n 带来了类似i p 网络的智能特性，这些转变使得a s o n 网络同时具有光网络和i p 网络的特 点，其路由和保护恢复技术同时具有s d h 网络和i p 网络的特点，但又不同于传统的s d h 网络和i p 网络。具有波长变换能力的光节点的应用，使a s o n 的路由更加灵活化和智能 南京邮电火学颁- j ：研究生学位论文第一章绪论 化。当网络出现故障时，a s o n 网络能够根据网络拓扑信息、可用的资源信息、配置信息 等信息动态地指配最佳的恢复路径，特别是采用分御式的智能控制与管理和分布式恢复能 力，可以承受更多复杂的网络故障，提供强大而灵活的保护恢复能力，实现业务的快速恢 复。因此，如何利用a s o n 网络的新特性，使网络的路由技术和保护恢复技术更加智能、 灵活和高效是a s o n 网络路由技术和保护恢复技术的研究重点。对a s o n 路由技术和保 护恢复技术的研究符合光传送网技术发展的趋势，有重要的研究价值和应用前景。 研究意义 a s o n 是网络智能化发展的产物，通过在网络中引入控制平面实现了光网络的自动配 置和动态连接。控制平面由信令网络支持，由多种功能部件【3 4 】组成，这些功能部件主要 用束调用传送网的资源，以提供与连接的建立、维持和拆除有关的功能。这些功能中最主 要的是信令功能和路由功能，其中的关键技术包括：网络拓扑和资源的自动发现、智能化 的光路由和波长分配算法、网络生存性策略等。 随着智能光网络的发展，应用于i p 网络的路由协议经过扩展，开始在光网络中得到 应用，例如g m p l s 协议簇中的域内路由协议o s p f t e 和i s i s t e 。但是，实际上，由 于光网络路由与传统i p 路由的性质不同，不能直接把传统网络中的路由协议运用到a s o n 中。，在智能光网络中所使用的路由协议，不管是i s i s t e 还是o s p f t e ，都不能直接进 行路由的查找和计算，它们只负责进行网络状态资源信息的分发，而路由计算交给单独的 约束路由算法实现【2 】。智能光网络的路由算法，即基于约束的路由，是实现g m p l s 网络 流量工程的核心部分，通过不同的优化目标对路由进行约束，以得到符合特定流量工程要 求的路径。因此，要实现基于g m p l s 的a s o n 智能网络，必须实现g m p l s 扩展的流量 工程能力，只有这样才能在a s o n 网络中调用路由的计算和选择、连接的建立和拆除以 及网络资源的保护和恢复等。所以需要设计一个高效、快速的路由算法，使得计算得到的 路径尽可能短，同时通过设置不同的约束条件，在一定程度上平衡网络的负载，提高网络 资源的利用率。在网络出现故障时，再借助一定的故障保护与恢复机制，使得网络快速地 恢复，为用户提供可靠的服务质量。 。 到目前为止，还没有标准的用于a s o n 网络的路由算法，各个通信设备制造商都有 自己的一套路由算法，它们的特性各不相同。因此，研究a s o n 网络的路由算法，使网 络能够提供快速业务路由能力，同时在一定程度上平衡网络的负载，这样，在网络资源有 限的状态下能接纳更多的业务，提高网络资源的利用率，降低网络阻塞的可能性，是一个 南京邮电大学硕二 ：研究生学位论文第一章绪论 重要的研究方向，具有重要的实用价值。 1 3 论文的研究内容及主要工作 本文的研究工作是作者在参与与国网电力科学研究院的合作项目期间完成的，所做的 主要工作包括如下： ( 1 ) 研究了a s o n 的体系结构和g m p l s 协议族，了解a s o n 的基本概念、网络结构 模型和分层结构，分析了a s o n 控制平面协议g m p l s 的关键技术、协议族以及技术特 点。 ( 2 ) 研究了a s o n 网络的路由技术，对a s o n 的路由体系结构和路由计算技术进行了 详细的说明，重点是对基于g m p l s 的a s o n 路由模型和约束路由选择进行了分析。 ( 3 ) 学习了仿真软件g l a s s 的使用，并在此基础上进行了仿真分析。 ( 4 ) 对基于约束的最短路径优先算法进行了研究，设计了一种新的用于a s o n 的路由 算法，该算法通过考虑多个约束条件，能够满足业务的基本q o s 要求，如延迟、带宽， 同时可以均衡网络流量，在一定程度上平衡网络负载，降低业务的阻塞率，提高了网络资 源的利用率。 论文的组织结构如下： 第一章阐述了课题研究背景、研究意义以及本论文的主要研究内容。 第二章对a s o n 技术的总结，说明了网络体系结构的演进，给出了a s o n 的网络结 构模型，包括重叠模型和对等模型，分析了a s o n 的三个平面和三种连接，并分析了a s o n 与g m p l s 的关系。 ，第三章研究了g m p l s 技术，给出了m p l s 向g m p l s 的演进过程，介绍了g m p l s 的基本概念和g m p l s 协议族，分析了g m p l s 的技术特点。 第四章研究了a s o n 路由技术，介绍了a s o n 路由的功能结构和三种路由模式，分 析了目前常用的a s o n 路由计算算法，重点对基于g m p l s 的约束路由选择进行了分析 研究。 第五章详细分析了基于g m p l s 的a s o n 网络路由算法，包括工作路径优先a p f ( a c t i v ep a t hf i r s t ) 算法和基于k s p ( ks h o r t e s tp a t h s ) 的启发式算法，在这些算法的基 础上，提出了一种新的基于g m p l s 的多约束q o s 路由算法，并通过g l a s s 仿真平台验 证了该算法的可行性。 ，第六章对全文的内容进行了总结。 南京邮电大学硕 硼f 究生学位第二章a s o n 技术基础 第二章a s o n 技术基础 2 1a s o n 的产生背景 自上世纪8 0 年代中期以来，光纤通信的廉价与其优良的宽带特征使之成为了电信网 的主要传输手段。准同步传输体制( p d h ) 是这一时期的典型传输体制，它适合用于中低 速率点到点的数字通信。然而，随着电信网的发展和用户要求的提高，为高速率的信息传 输提出了新的需求，传统的基于点到点传输的准同步系统暴露出了一些弱点，使之成为制 约这一发展趋势的束缚因素。同步数字传送网( s d h ) 正是为满足高速通信的需求和解决 p d h 存在的问题而提出的一种新的数字传送网体制。随着社会的发展和技术的进步，人 们对信息量的需求越来越大，这就要求建立新型的高速和大容量的通信网。利用波分复用 技术( w d m ) 可以在不增加光纤数目的情况下使得总容量大大的提高，它是点到点的系 统，其发展方向是网络化，基本思想是将点到点的波分复用系统用o x c 节点和o a d m 节点连接起来，组成光传送网，这就是w d m 光网络。 。光网络是适应各种业务需求和各种网络技术不断发展演进的综合网络平台，是整个通 信技术的至高点。 近年来，以因特网为主的i p 业务飞速增长，对电信网扩容提出了迫切需求，同时由 于业务量本身的不确定性和不可预见性，对网络宽带的动态分配要求越来越迫切。传统的 靠人工配置网络连接的原始方法不仅耗时费力易出错，而且难以适应现代网络和新业务提 供扩展的需求，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一自 动交换传送网( a s t n ) 或自动交换光网络( a s o n ) 【4 】【5 1 应运而生。这是一种利用独立的 控制面通过各种传送网( 包括s d h 和o t n 乃至全光网) 来实施自动连接管理的网络， 主要特点是能够实现动态交换连接的管理。a s t n a s o n 沿用在i p 网中行之有效的选路 和信令协议并加以改进，以适应光网络的应用需要，有效地解决了i p 层与光网络层的融 合问题，代表了下一代光网络的重要发展方向。 综上所述，纵观传输和网络技术的历史及发展趋势，大致分为四个阶段：点到点的 p d h 、基于t d m 的s d h 网络、w d m d w d m 光网络和自动交换光网络，如图2 1 所示， 网络体系结构的演进如图2 2 所示。 4 南京邮电大学硕1 二研究生学位第二章a s o n 技术基础 i p a t m s d h w d m 图2 - 1 传输和网络技术的历史及其发展趋势 咿际i w d m 0 t n 客户层 ( i p ，a t m ，s d h 或其它新业务类 型) g m p l s 自动交换光网络 ( a s o n ) ( a ) 传统网络体系结构 ( b ) i po v e rw d m 网络体系结构 ( c ) 綦十a s o n 的网络体系结构 图2 - 2 网络体系结构的演进 ， 传统的四层结构的传输方式虽然也可保证数据业务的传输，但在使用中却存在诸多的 问题，主要表现为以下几个方面： ( 1 ) 四层结构方式存在“瓶颈”效应：带宽的指配受限于每一层设备的可用带宽，也就 是说即使绝大多数设备有空闲的带宽可用，但任意一层的设备存在带宽“瓶颈”，都可能 限制整个网络的带宽或容量的扩充； ( 2 ) 传输效率低下：由于a t m 和s d h 都有大量的帧头开销，这会直接影响到数据业 务的传输效率； ( 3 ) 四层结构带宽颗粒度过多，功能重叠：四层结构的带宽分配采用四种完全不同的方 式。在功能上，每一层都带有相邻层的功能，特别是保护和恢复功能，这就造成十分复杂 ， 甚至相互冲突的局面。 近几年迅速发展的m p l s ( 多协议标记交换) 已被证明是一种非常适合于在电交换网 络中数据业务传输的技术。m p l s 采用基于约束的路由技术可以实现流量工程和快速重路 由，可以满足业务对服务质量的要求。所以，采用m p l s 的基于约束的路由技术完全可 以在流量工程中取代a t m 。同样，快速重路由作为一种保护恢复技术也完全可以取代 s d h 。由此可见，使用i p m p l s 控制平台提供的流量工程和快速重路由，将使未来的传 输网络完全可以跨过a t m 和s d h 两层，直接实现i po v e rw d m ，如图2 - 2 ( b ) 所示。无 疑，这种i po v e rm p l so v e rw d m 的网络将是一个操作更简单、花费更低、更适合数据 业务传输的网络。但是这种光网络是一个相对静念的系统，由管理平面和传送平面两层结 构组成，如图2 3 所示。 南京邮电火学硕- k i j f 究生学位第二章a s o n 技术基础 ， 图2 - 3 目前光网络体系结构示意图 这种网络结构也存在着诸多缺点，随着通信技术的发展，其不足之处也体现出来，具 体如下：网络配置基本上属于人工方式，业务提供时问长，且容易发生错误；管理系统采 用中心控制，负荷太重，且扩展性差；管理平面通常是面对特定厂商，不利于网络的扩展 和设备的互连互通。 随着i n t e m e t 的飞速发展，数掘业务尤其是i p 业务呈现爆炸式的增长，成为网络业务 的一大亮点。网络的业务构成将发生根本性的变化，数据业务将耿代电话业务的主导地位。 由于新业务的不可预见性和i p 业务本身的不确定性，使得对网络带宽动态分配的要求越 来越迫切。光传送网的角色从原来的大容量带宽传送转变为能够根据用户的需求自动分配 带宽，提供端到端的服务连接。 光传送网的一个最新发展趋势是引入自动波长配置功能，为了能够建立一个智能化的 传输网络，必须在过去的光传输网中引入交换信令的概念。一种能够自动完成网络连接的 新型网络一自动交换光网络( a s o n ) 1 2 1 应运而生。 a s o n 在传统的光网络模型中引入了一个具有分布智能的控制平面，如图2 4 所示。 控制软件分布在每一个网元上，由带内或带外的数据通信网( d c n ) 连接，控制平面的 网络拓扑和传送平面的网络拓扑可以不同，既可以接受从管理平面发送过来的请求，也可 以接受终端用户的请求，完成网络编址、邻居发现、网络拓扑发现、路由计算、信令和保 护恢复等功能。 ，采用自动交换光网络技术之后，原来复杂的多层网络结构变得简单化和扁平化，从光 网络层开始直接承载业务，避免了传统网络中业务升级时受到的多重限制。原来多个独立 的业务节点和传送节点将趋向于融合，成为两个乃至一个节点。和传统光网络技术相比， 这种网络结构最大的优点就是利用g m p l s 协议族中的信令协议支持电层信号动态地向 光网络申请带宽资源。电交换设备可以根据网络中业务分布模式动态变化的需要，通过信 令系统或者管理平面自主地去建立或者拆除光通道，而不需要人工干预。总之，控制平面 的引入给光网络的性能带来了重大的影响。 南京邮i 乜人学硕士研究生学位第二章a s o n 技术堆础 图2 - 4 自动交换光网络的体系结构示意图 2 2a s o n 的总体架构 ， 2 2 1a s o n 的网络结构模型 a s o n 使业务层和光传送层实现了融合，而网络的融合到底是什么结构实现的，由于 技术背景的不同，目前主要有两种基本网络演进结构1 6 1 1 5 】【6 j 7 】【8 1 ，即重叠模型和对等模型， 如图2 5 和2 - 6 所示。图中r 表示路由器，o x c 表示光交叉连接设备，r o x c 表示集成 的路由器和光交叉连接设备，c p e 表示用户驻地设备。尽管两种都是以i p 为中心的控制 结构，都将应用g m p l s 技术和基于下一代光网状网结构，但在管理应用上却有很大的差 别，基本反映了计算机界和电信界的不同思路。 重叠模型又称为客户服务器模型，是i t u 和光互联网论坛等国际标准组织和标准准 组织所支持的网络演进结构。这种模型的基本思路是将光网元部署在网络核心，客户层网 元部署在网络边缘，同时将光传送层特定的控制智能完全放在光传送层独立实施，无须客 户层的干预，客户层和光传送网层将成为两个基本独立的智能网络层，具有独立的地址、 路由和信令。光传送层将成为一个开放的通用传送平台，可以为包括i p 层在内的所有客 户层提供动态的互联。也就是说，这种模型有两个独立的控制面，一个在核心光网络，即 光网络层，而另一个在客户层，两个控制面之州的接口即用户网络接口( u n i ) ，两者之 间不交换路由信息，独立选路，各自都有独立的拓扑结构，边缘客户层设备只能看到跨越 核心网的光通道，看不到核心光网络的内部拓扑。对客户层而言，光网络是个黑匣子，客 户层协议通过标准的u n i 接口向光传送层申请光通路，最大限度地实现了光网络层和客 ， 户层控制的分离。 南京邮电人学顾，l ：o f 究生学位第啊二章a s o n 技术基础 图2 5 重叠模型 图2 - 6 对等模型 南京邮l 乜大学颀_ - t ：研究生学位第- 二章a s o n 技术皋础 重叠模型的优势在于将业务层和光网络层功能分隔得比较明晰、简单，为光层未来支 持多业务信号且不只是限于i p 路由器奠定了基础。同时，通过u n i 接口完成连接请求， 屏蔽运营商光网络的拓扑细节，这也符合运营商的实际运营需要。另外，这个模型可以实 现两层各自发展互不制约，且允许子网分割，为运营商充分利用现有资源和未来引入新技 术奠定了基础。 重叠模型的缺点在于层网络间部分功能重叠，相邻两个层面都需要有网管和控制功 能，使业务层面的路由不能有效利用下层光传送层的拓扑资源，从而造成资源浪费。同时， 网络的点到点连接由边缘设备来建立，这也最终产生大量控制信息，从而限制了网络边缘 设备的数量，使结构的扩展成为问题。 i t 总的来说，这种模型最适合那些已建有大量传送网基础设施而同时又需要支持各种业 务的全业务运营商。 对等模型又称为集成模型或混合模型，是i e t f 所支持的网络结构模型，其基本思想 是将光网元和客户网元同等对待，混合部署，甚至集成一体。为此i e t f 提出了g m p l s 概念，试图将i p 层用于m p l s 通路的选路和信令修改后直接用于传送层的连接控制，传 送层的交叉连接设备装备g m p l s 后接管集中网管系统的连接控制权，改用g m p l s 路由 和信令来控制光层的连接。在这个模型中，i p 业务层和光网络层是对等的，即在两个层 面上运行同一套路由和信令协议，它们的地址空问也是完全一样的，没有明显的边界和 u n i 接口，采用统一集成的控制平面( g m p l s 技术) ，i p 路由器和光波长路由器可以真 1 正实现无缝的平滑连接，简化网络的管理和控制，无论是恢复还是路由都可以做到网络的 全局优化。 对等模型的特点在于边缘设备可以看到核心光网络的内部拓扑结构，参与路由决定， 消除了不同网络区域间的壁垒。对于路由协议，每个边缘设备只需与相邻的光交换机而不 是其它边缘设备交换选路信息，这使得路由协议能够扩展到支持大规模的网络。 但是这种模型的缺点也是比较明显，为实现全网的统一控制，需要在网络中交换大量 的状态信息和控制信息，对网络性能造成的影响还不能确定。从标准化的进程来看，还需 要较长的时间才有可能实现与光层的互操作性。另外，为了实现路由器对光层的全面控制， 必须对客户层开放光层的网络拓扑等细节，从而无法保证光网络拥有者的秘密和知识产 权，这一点对于网络运营商来说是极为不利的。 总体来说，对等模型最适合那些新兴的同时捐j 有光网络和i p 网络的i s p 运营商。 9 南京邮电大学硕j - ：i i ) f 究生学位第一二章a s o n 技术基础 2 2 2a s o n 的网络体系结构 可以从两个不同的角度对自动交换光网络划分为层次性结构和功能性结构归l ，其中图 2 7 是从水平方向对a s o n 网络进行分割，这是a s o n 网络的层次结构：图2 8 是从垂直 ， 的方向对网络进行了分解，这是a s o n 的功能性结构。 图2 7a s o n 的层次性结构 c c i ：连接控制接口 n m i - a ：网络管理a 接口 n m i - t ：n 络管理t 接口 图2 - 8a s o n 的功能性结构 1 a s o n 网络的层次结构 a s o n 网络采用了层次性的结构，可划分为多个自治域。这种结构可以允许设计者根 据多种具体条件限制和策略要求来构建一个a s o n 网络。在不同自治域之间的互连互通 ， 1 0 ， 南京邮电人学顺一i ：研究生学位第二章a s o n 技术綦础 是通过标准的抽象接口来完成的，而把一个抽象接口映射到具体协议中就可以实现物理接 口，并且多个抽象接口可以同时复用在一个物理接口上。 通过引入自治域的概念，使a s o n 网络具备了良好的规模性和可扩展性，这保证了 将来网络的平稳升级。通过标准接口的引入，使多厂商设备的互联互通成为可能。因此， 标准的接口就成为a s o n 网络中一个非常重要的方面。另外通过e - n n i ，i - n n i 的引入， 使得a s o n 具备良好的层次性结构，通过e n n i 接口来传递网络消息，可以满足不同自 治域之间的消息互通的要求；通过对外引入i - n n i ，就能屏蔽了网络内部的具体消息，保 证了网络安全性需求；而标准的u n i 接口的引入，使得用户具备统一的网络接入方式。 2 a s o n 的功能性结构 a s o n 的体系结构也可以从具有特色的三个平面来分析。相对于一般的光网络或 o t n ，自动交换光网络最突出的特点就是引入了“控制平面”，并将原来的网络管理功能 加强，单独形成了一个管理平面，而对于原来传送部分，则增加一些功能后成为一个传送 平面。简单地说，自动交换光网络就是一种可以利用交换控制技术自动形成和建立连接的 光网络。 因此，从a s o n 的功能层面上来讲，a s o n 可以视为是有三个大平面，即控制平面、 管理平面和传送平面，三个平面分别完成不同的功能，三个平面之间由数据通信网相连。 同传统网络类似，传送层仍然负责业务的传送，但这时传送层的动作却是在管理平面和控 制平面的作用之下来进行的。控制平面和管理平面都能对传送层的资源进行操作。这些操 作动作是通过传送平面与控制平面和管理平面之间的接口来完成的。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，分别是控制平面管 理器、传送平面管理器和资源管理器，这三个管理器是实现管理平面同其它平面之间实现 管理功能的代理。 下面对这三个平面的关键技术进行说明。 ( 1 ) a s o n 控制平面关键技术2 l a s o n 是具有动态连接能力的光传输网络，其关键之处就在于相对于现有的传输网 络，a s o n 增加了个控制平面。 ，控制平面实质上是一个能对下层传送网进行控制的i p 网络，因此符合标准i p 网络层 次结构。按照层次模型它可以分为多个管理域，一个管理域内可以划分为多个子域，每个 子域内又可以包含多个子网。不同的管理域之f h j ，以及同一个管理域的不同子域之间是通 过外部网络节点接口e n n i 来交换信息的，而同一个子域内的不同子网络之间则是通过 内部网络节点接口i - n n i 来交换信息的。客户和控制网络之间则通过用户网络接口u n i l l 南京邮电人学颂l ：研究生学位第二章a s o n 技术基础 来进行信息的交流。 用户网络接口( u n i ) 需规范的主要内容有：用户端点的连接请求参数( 包括连接 速率) 、光通路端点的寻址方案、光通路客户的命名方案、保护要求的规定、安全 参数和响应时间等，通常不支持选路功能。 内部网络节点接口( i - n n i ) 是那些属于同管理域或多个有托管关系的管理域的 控制平面实体间的信令接口。该接口需要规范的是信令和选路，通常不支持呼叫 控制功能。 外部网络节点接口( e - n n i ) 是那些属于不同管理域并且没有托管关系的控制平 面实体间的信令接口。该接口标准化后就可将a s o n 进一步划分为多个子网，每 个子网独立管理但仍然能建立跨越多个管理域的端到端连接。 a s o n 控制平面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。因此控制平面必须支持指配方式、信令方式、混合方式三种连接方式。涉及智能 光网络控制平面的关键技术包括：链路资源管理( 包括网络拓扑和资源的自动发现) 、路 由选择、信令协议、各种类型的接口协议、不同业务的接入和整合技术、网络生存性机制 和自动保护恢复等。 ( 2 ) a s o n 传送平面关键技术【2 1 a s o n 的传送平面具备了高度的智能，这些智能主要通过智能化的网元光节点来体 现。在硬件光交叉技术上，采用新技术实现全光o x c 是一种方案，如采用微电机械技术， 使用精微的光反射镜对光信号进行路由选配，而不需要像现在这样先将光信号转换为电信 号。它能够在点到点连接的两个节点问迅速建立一条光通道。透明的光交换使得用户速率 更容易升级到未来的更高的传输速率。另一种方式是基于电交换核心的o x c ，这类o x c 的显著优点是可以处理比波长粒度更小的带宽单元，更能满足不同颗粒业务调度的需求， 实现各种业务的接入传送，比全光交换技术构成的o x c 更易于管理，但是支持的端口数 有限，端口速率也有所限制。光交换和电交换结合成为一种很好的选择，它结合了光交换 大容量及透明性的优点和电交换对业务处理的优势。 ( 3 ) a s o n