（电磁场与微波技术专业论文）wson中面向传输损伤自适应控制的路由实现技术.pdf

独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机 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。 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：l 译l 峄日期： 汐l o 、l 、t | 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电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北京邮电大学。学 校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论 文被查阅和借阅；学校可以公布学位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、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密 后遵守此规定) 本学位论文属于保密范围，在一年解密后适用本授权书。 本人签名： 导师答名专收差1 导师签名垒! ：竺2 日期： 日期： 伽f0 f i1 w s o n 中面向传输损伤自适应控制的路由实现技术 摘要 随着因特网的普及应用，信息通信服务已经由传统语音业务向以 i p 为主的数据业务转变。i p 流量大小的不确定性和流向的不可预测 性等特点，对下一代传送网支持光连接的自动建立、维护和删除能力 提出了更高要求。自动交换光网络从原有的网络管理系统中分离出控 制平面，可以有效地实现上述动态联网功能。同时，业务流量的迅速 增长需要以波长为单位进行大粒度的光层通道组织与调度，智能波分 传送开始进入标准化进程。i e t f 确立了波长交换光网络( w s o n ) 标准架构，通过对底层物理损伤信息的感知，并应用相应的i r w a 算 法对路径进行优化选择，以降低动态光连接的网络阻塞率。 本论文面向w s o n 网络应用，研究引入可调物理损伤补偿器件 后对智能控制平面的影响，重点分析了路由协议技术及其功能扩展， ， 完成了自适应多业务光网络( a m s o n ) 平台中核心路由模块的软件 设计与实现。论文的主要工作和贡献如下： 1 ) 依据o s p f 协议相关文档中数据包的结构，提出了自适应网络中 协议数据包的扩展方法，设计了数据包的格式，实现了对物理损 伤信息和可调节补偿光器件相关信息的泛洪。 2 )以自适应传输的功能特点为基础，提出了路由模块功能的扩展方 案，详细设计了路由模块对信息的具体处理流程。 3 l 根据自适应扩展的整体需求，实现了路由模块相关代码，与其他 模块共同搭建a m s o n 实验平台，完成了对路由模块信息泛洪和 光路质量评估等功能的验证。 关键词：波长交换光网络控制平面物理损伤自适应传输路由 一 i m p l e m e n t a t i o no fr o u t i n gm o d u l e i n p h y s i c a li m p a i r m e n tc o n t r o l l a b l e a d a p t i v ew so n a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n t o fd a t a s e r v i c e ，n e t w o r ks e r v i c ei s t r a n s f o r m i n gf r o mt r a d i t i o n a lv o i c es e r v i c et od a t as e r v i c eb a s e do ni pi n t r a n s p o r tn e t w o r k c h a r a c t e r i s t i c sa sb u r s ta n du n c e r t a i nd i r e c t i o no fd a t a t r a f f i cw h i c ha r ed i f f e r e n tf r o mv o i c et r a f f i c r e q u i r et h a tc o n n e c t i o ni n t r a n s p o r tn e t w o r ke s t a b l i s h e d ，m a i n t a i n e da n dt o r nd o w nd y n a m i c a l l y i n o r d e rt om e e tt h i sd e m a n d ，c o n t r o lp l a n ei s s e p a r a t e df r o mm a n a g e m e n t p l a n ei na s o nn e t w o r ka r c h i t e c t u r e ，w h e r ec o n n e c t i o ni ne a c hn o d ec a n b ec o n t r o l l e da n dc o m p l e x i t yo fn e t w o r km a n a g e m e n t g e t sd e c r e a s e da s w e l l 、a t sm o r eg r a n u l a r i t yo fs w i t c hi n c r e a s e sg r a d u a l l yd u et ob u r s t o fd a t a t r a f f i c c o n c e r n i n gb o t ha s o na r c h i t e c t u r ea n dw a v e l e n g t h s w i t c h ，w s o ns t a n d a r da r c h i t e c t u r ei s i m p o r t e db yi e t ei nw s o n ， p h y s i c a lb l o c k i n gp r o b a b i l i t yi na l lo p t i c a ln e t w o r kc o u l db er e d u c e db y t h ea p p r o p n a t ei m p a i r m e n t - a w a r er o u t i n ga n dw a v e l e n g t ha s s i g n m e n t a l g o r i t h mw i t ha w a r e n e s so fp h y s i c a li m p a i r m e n ti nt r a n s p o r tp l a n e o nt h eb a s i so fw s o n ，t h i sp a p e rw i l lf o c u so nr e a l i z i n gan e w t e s t b e dn a m e da s a d a p t i v em u l t i s e r v i c eo p t i c a ln e t w o r kb yf u r t h e r r e s e a r c ha n de x t e n s i o no nr o u t i n gp r o t o c o l ，w h i c hm a n a g e st oe s t i m a t e t h eq u a l i t yo f l i g h t p a t hw i t hp h y s i c a li m p a i r m e n ti n f o r m a t i o nm e n t i o n e d a b o v ea n da c h i e v e s a d a p t a b i l i t y w h i l e e s t a b l i s h i n gc o n n e c t i o nb y a d j u s t i n gp h y s i c a li m p a i r m e n tc o m p e n s a t i o n e q u i p m e n t st o r e d u c e p h y 7 s i c a lb l o c k i n gp r o b a b i l i t yi nt r a n s p o r tp l a n e i nt h i sp a p e r , s o m er e s e a r c hh a sb e e nm a d eo ne x t e n s i o n so f r o u t i n g m o d u l e i tw i l lb ei n t r o d u c e dt os u p p o r ts e l f - a d a p t i v et r a n s m i s s i o n ，w h i c h c o u l db ei n t r o d u c e db yt h ef o l l o w i n g p a r t s ： 1 a c c o r d i n gt ot h ep a c k e to fo s p fp r o t o c o l ，i n t r o d u c eae x t e n s i o n m e t h o do ft h ep a c k e ts t r u c t u r e t o c a r r yp h y s i c a li m p a i r m e n t i n f o r m a t i o na n dv a l u eo fa d j u s t a b l eo p t i c a ld e v i c e 2 0 nt h eb a s i co ft h ea d a p t i v et r a n s p o r tf u n c t i o n ，e x t e n dr o u t i n g m o d u l et oe s t i m a t et h eq u a l i t yo fl i g h t p a t ha n d c a l c u l a t et h ev a l u e o fp h y s i c a li m p a i r m e n tc o m p e n s a t i o n 3 w i t ht h ea r c h i t e c t u r eo fa d a p t i v en e t w o r k ，i m p l e m e n tr o u t i n g r o o d u l e ，a n de s t a b l i s ha m s o nt e s tb e dt o t e s tt h ef u n c t i o no f r o u t i n gm o d u l e k e yw o r d s ：w a v e l e n g t hs w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k ( w s o n ) ；c o n t r o l p l a n e ；p h y s i c a li m p a i r m e n t s ；s e l f - a d a p t i v e t r a n s m i s s i o n ；r o u t i n g 北京邮屯大学顾。i ：学位论文目录 目录 第一章绪论1 1 1 未来业务与下一代光网络1 1 1 1 从业务的特点看下一代光网络的发展1 1 1 2 从业务的粒度看下一代光网络的发展3 1 1 3 从业务的自适应性需求看下一代光网络的发展5 1 2w s o n 的提出一6 1 3 论文结构6 第二章自适应多业务光网络8 2 1 自动交换光网络( a s o n ) 8 2 1 1a s o n 体系结构8 2 1 2a s c i n 控制平面原理1 0 2 1 3 控制平面的基本功能1 0 2 2 波长交换光网络( w s o n ) 1 2 2 2 1 路由波长分配算法13 2 2 2 传送平面的物理约束1 3 2 2 3w s o n 网络的优势13 2 3 自适应多业务光网络( a m s o n ) 1 4 2 3 1a m s o n 的架构1 4 2 3 2a m s o n 控制平面扩展方式1 5 2 4a m s o n 较w s o n 存在的优势1 6 2 5 本章小结- 1 6 第三章路由模块在a m s o n 中的实现1 7 3 1a s o n 体系中路由模块概述1 7 3 2 路由模块在自适应传输中的扩展方案1 7 3 3o s p f 协议在a m s o n 路由模块中的应用一1 9 3 3 1o s p f 路由协议19 3 3 2o s p f 协议的优点，2 0 3 3 3o s p f 协议数据包在自适应传输中的应用和扩展2 2 3 3 4l s a 在自适应传输中的扩展2 8 3 4 本地数据库的扩展3 0 3 5 路由控制器的扩展3 0 3 6 路由模块的处理流程3l - 3 7 路由模块的具体实现3 3 3 7 1m a i n 函数处理流程3 4 3 7 2o s p f 启动处理流程3 5 3 7 3h e l l o 包接收处理流程3 5 3 7 4l s d d 包处理流程3 6 3 7 5l s r 包处理流程3 6 北京邮电人学硕：t 学位论文目录 3 7 6l s u 数据包处理流程3 7 3 7 7l s a c k 数据包处理流程3 7 3 8 本章小结3 8 第四章路由模块功能测试3 9 4 1 平台整体介绍3 9 4 2 路由功能测试4 0 4 2 1 物理损伤信息泛洪测试4 0 4 2 2 路由计算功能测试一4 4 4 3a m s o n 平台物理损伤补偿测试4 6 4 4 本章小结4 7 第五章论文总结和展望4 8 5 1 论文总结4 8 5 2 存在的问题4 8 参考文献5 0 致谢5 3 攻读学位期间发表的学术论文5 4 论 第一章绪论 近年来，随着i n t e m e t 网络多媒体语音、视频点播等业务被广大用户所使用， 移动多媒体等业务的发展，以及移动网络与固定网络的融合，网络的主要业务量 从原有的语音流量转向了数据流量。而i p 数据巨大的业务量和其突发性较强等 特点，对承载网络提出了更多更高的要求。在网络流量快速增长的今天，大容量、 低延迟、高可靠性等特点使光网络再一次受到了瞩目，数据业务的发展极大的推 动了光网络的发展。如何在原有光网络的基础上，更灵活、更好的实现数据流量 的承载，是当今光网络的一个重要研究方向。 1 1 未来业务与下一代光网络 从传统意义上看，以往在骨干网上部署的光网络是为了满足高度复用性和可 预测的语音和专线业务的一种高性价比网络。在这种情况下，网络的首要需求是 达到更高的可靠性和比电中继更低的造价。人们一度认为能达到这种要求的就是 基于s d h s o n e t 的光传送体系，基于环网的设计和配置可以达到五个九的可用 度和5 0 m s 的保护恢复时间。光传送层将业务不加区分的都看成是同一类同样重 要的业务。通常这种网络都需要数月的构建，一旦建成就可以提供数月或数年的 静态连接。通过构建更多重叠环或部署更高性能的环来应对业务的不断增长。光 传送网的部署主要由运营商的网络规划部门负责，而规划的主要目标是降低长距 离传送网网段和局间干线网络的每比特平均造价。但是随着数据业务的高速发 展，以往对光通信的诸多假设将变得不再适用 1 】，未来业务的发展对光网络的 发展提出了新的需求，只有适应未来业务的需求，解决好现有光网络与未来业务 的矛盾，才能真正将下一代光网络推向新的繁荣。 1 1 1 从业务的特点看下一代光网络的发展 上个世纪9 0 年代以来，全球互联网数据业务一直以超摩尔定律( 每6 1 2 个月翻一番) 的速度发展，导致网络对于带宽的需求愈发无止境。这就使语音业 务和专线业务与指数增长的数据业务相比不再占据主导地位。据预测，不论世界 金融市场情况如何，未来数据业务仍将以每年翻一番以上的速度增长。同时，随 着互联网正在构成全球性的网络，传统的常识性概念，如业务的增长是缓慢、可 预测的业务模式不再适用。以中国电信为例，如今其干线业务量9 5o 6 以上是数 北京邮电人学硕l ：学位论文 绪论 据业务，现有业务承载传送模式受到前所未有的压力和挑战。通过用传统的基于 网管系统管制的s o n e t s d h 环网构建的网络来处理不断增长的业务在以下几 方面都已经不再成功。 - 环状网部署时问长，业务配置需要数天甚至上月，这将导致运营商失去商机。 - 用户升级费用高，因为设备端口速率、制式固定，升级意味着更换新设备和 新端口。 - 设备的扩展性要求投资呈阶梯式增长，因为每次扩容都要增加一个完整的环。 - 跨环资源调度复杂，导致网络资源利用率低，业务提供费用高。 - 运营费用螺旋式增加，因为运营商被迫管理跨多个互相独立堆叠的环的业务。 可见，现有的完全基于网管系统的s d h s o n e t 光网络环形组网模式，资源 调度慢、资源利用率低、扩展性差，已经不能满足业务量快速增长的需求。 此外，在i n t e m e t 出现以前，光传送网承载的绝大部分是固定语音业务。光 连接一旦建立就可以提供数月或数年通信服务，而无需改变。但在未来，数据业 务成为光传送网的“主要客户”，光网络要承载宽带数据业务、视频点播等多媒 体业务、网格计算业务、存储区域网业务，甚至移动业务等多种多样的未来业务。 数据动态性、突发性、难以预测性的特点使得静态的业务配置方式难以满足业务 和业务网发展的需要。 另外，数据业务的多样化和快速增长的一个客观结果就是业务之间的差异 性，因此需要区分业务的不同传输需求。例如，普通网络接入服务所需的业务相 较于银行交易业务就需要较低的服务等级。网络必须提供一系列的接入类型来反 映被承载业务的重要性等级，并根据业务的重要性等级，自动适配不同的连接带 宽、保护恢复方式等，满足不同类型业务的不同q o s 需求。 于是为了解决未来业务和现有光网络之间的矛盾，智能控制被引入到下一代 光网络中来 3 ，4 】。在2 0 0 0 年3 月日本召开的国际电信联盟一电信标准局( i t u t ) 一次会议上，q 1 9 q 1 3 研究组提出了自动交换光网络( a u t o m a t i c a l l ys w i t c h e d o p t i c a ln e t w o r k ，a s o n ) ，并将它形成了ga s t n 和g a s o n 的建议 5 7 】。之后，在 运营界、工业界和科技界的共同推动下，a s o n 相关标准的制定工作进展迅速。 目前，有关智能光网络的体系结构、网络功能需求、路由架构、分布式连接管理、 自动发现机制、数据通信网d c n 以及网络管理等的建议已经相继发布【5 1 2 】。 人们对a s o n 应该采用g m p l s 协议【1 6 3 0 】实现智能控制的认识也基本达成一 致。目前，a s o n 的设备已经比较成熟，大多数光网络运营商都开展了小规模的 a s o n 设备互操作性实验和商业网络应用实验。 l t u - t 对a s o n 的定义是“通过能提供自动发现和动态连接管理功能的分布 式( 或部分分布式) 控制平面，在o t n 或s d h 网络基础上，实现动态的、基于 北京邮电大学硕1 二学位论文 绪论 信令和策略驱动控制的一种网络。 a s o n 将自动控制引入光网络可以称得上是 光通信网发展中的场革命。它相比传统的完全基于网络管理系统的光传送网具 备以下一些突出优点： - 业务连接基于控制技术快速拆建和修改，更好的满足数据业务的动态性需求。 - 实现流量工程要求，将网络资源动态、合理地分配给网络中的连接。 - 具有灵活的恢复能力，对业务不仅可以实现保护，而且可以自动快速恢复。 _ 提供多种新业务，如带宽按需分配( b o d ) 、光虚拟专用网( o v p n ) 等。 - 网络资源自动发现和配置，减轻了运维人员的工作量，又可以避免出错。 - 可以采用格网拓扑，提高了网络的灵活性和资源利用率，增加了可扩展性。 a s o n 可以说是对传统光网络的重大突破，是从i p 、s o n e t s d h 、w d m 环境中升华而来，将i p 的灵活和效率、s o n e t s d h 的超强生存能力以及w d m 的容量，通过创新的分布式控制系统有机地结合在一起，形成以软件为核心的， 能感知网络和业务要求，并具有高灵活性和高扩展性的新一代光网络。 1 1 2 从业务的粒度看下一代光网络的发展 由于光纤通信具有传输损耗小、容量大、低成本的特点，所以按照传统的观 念，光网络主要的功能是传输，关注的只是长距离传送网。光网络和业务没有直 接联系起来，和客户不发生直接关系，也就不能直接产生经济效益。一些使能技 术的研究没有得到应有的重视。对“光传送网只关注长距离传送网，与终端客户 不发生直接关系”的假设将阻碍光网络的发展。让光传送网直接面向客户，是充 分挖掘光传送网资源潜力的一种有效方式 1 ，2 7 】。 现在具有v c 1 6 速率接口的路由器已经十分普遍，同时核心路由器已经出 现v c 4 8 速率的接口。存储区域网设备通过光通道端口来实现与局域网和城域 网的高速连接，现在这些设备已经支持数以十计的1 g b s 和2 g b s 的接口，接 下来的两年当中将支持数以百计的1 0 g b s 的端口。此外，宽带接入发展迅速， 以“十一五 三网合一的规划为例。三网合一实施以后，每个家庭的带宽需求将 会高达7 5 m b i t s 左右，每个小区以1 0 0 0 户计算，小区出口总带宽7 5 g b i t s 。若l 的家庭同时占用7 5 m b i t s 带宽，小区的出口设备需要1 g b i t s ，这样的小区仅 北京就有上万个。我国下处在向中等发达国家迈进的时期，人们的生活水平与日 提高，有条件使用宽带多媒体资源的家庭也会与同俱增。这样的家庭每增加1 ， 传送网容量就要增加1 0 t b i t s 。光纤到户、光纤到楼、光纤到驻地的发展将进一 步增加客户业务的速率等级。 可以发现，波分复用的光通道除了进行点到点传输以外，波长速率粒度的客 户业务已经开始涌现并不断发展，光通道的调配不再只是运营商的内部行为，还 北京邮电人学硕l 学位论文绪论 将是直接为客户提供波长速率业务的需要。所以，光层的业务的需求确已存在， 并在不断发展。面对这种情况，使光网络更靠近终端用户从市场经济角度看才更 有吸引力。 面对上述波长粒度的业务需求，进一步展开对波长路由光网络的研究显得越 来越重要和紧迫。波长路由光网络是一种以波长信道为业务连接单位的w d m 光 网络，一个端到端的连接就是一个波长信道级联构成的光路 2 8 】。它通过波长路 由分配算法或分布式的波长预留协议为业务分配资源并建立连接。波长路由光网 络有不透明的和透明的两种类型 2 9 】。在不透明波长路由光网络中，光路都要在 中间节点进行光电- 光( o e o ) 转换和再生。其最大的缺点是需要额外为光电 转换投入更多的成本，包括光电收发器( t r a n s p o n d e r ) 的成本及其控制电路的成 本。而且不透明光网络对信号速率、协议、格式等电特性具有依赖性，任何想让 这些属性透明的要求都无法达到。然而，这种网络的优点是它实现了光传输和交 换的分离，阻止了光信号质量的劣化沿着光路积累。此外，光电转换使得波长路 由光网络很容易实现波长变换，不受波长连续性的限制，而且可以进行更好的光 信道监测。 透明波长路由光网络是一种全光网，它的优点是可以做到对信号速率、协议、 格式透明，故而可以兼容未来光信号这些属性的变化，扩展性强。同时，由于透 明网络中没有光电光转换，从而突破了电子瓶颈的限制，光信号的传输时延也 会缩短。但透明光网络缺少不透明光网络所具有的光信道监测简单、传输距离长 等优点。 透明波长路由光网络的后向兼容性、可扩展性、潜在的低成本以及不受电子 瓶颈限制的无限带宽无疑具有巨大的吸引力，而且这些优势正好迎合了在光层提 供波长级速率业务的需求 3 0 】。随着各种光信道监测技术和超长距离传输技术的 发展，波长路由光网络发展道路上的障碍即将被扫清。随着密集波分复用 ( d w d m ) 、光交叉连接器( o x c ) 、光上下路复用器( o a d m ) 等使能技术和 物理器件的越来越成熟，波长路由光网络时代即将到来。 为了能够实现光路的快速拆建、为业务提供最好的服务质量和最高的可用 性，以提高网络资源效率、缩短光路建立时间、降低信令开销、提高网络生存性 等为目标的波长路由光网络控制机制研究成为波长路由光网络研究的热点。波长 路由光网络的控制体系主要有两类，即集中式控制和分布式控制【2 9 】。其中集中 控制由于扩展性差、存在单点故障影响全网等问题，与分布式控制比较存在明显 的劣势。分布式控制则相反，它将集中控制体系下中央控制实体的智能分别纳入 到网络中的各个节点当中，每个网络都具有路由计算、波长分配、信令处理等控 制功能，从而平均每个节点的处理负荷大大降低，使网络扩展性大为加强，并且 提高了整网的可靠性和可用性。所以分布式控制已经被业界普遍接受，成为波长 路由光网络控制体系的主选。 1 1 3 从业务的自适应性需求看下一代光网络的发展 随着光网络逐渐接近月j 户层面，通过提供差异化服务来满足用户的应用将变 得越来越重要。在美国、日本等发达国家新兴的业务提供商已经开始致力于这个 市场的各个方面。但是这些供应商需要业务可以更加灵活，新业务的开发更加容 易，光层业务类型更丰富，提供周期更短。 上述讨论说明需要在城域和长距离传输网络中引入新的网络架构。这种新型 的光网络不仅需要关注过去数年所考虑的扩展性问题，同时需要自动适应传送新 出现的和未来即将出现的一系列新业务，光网络从传送网到既是传送网又是业务 网的角色转变已经是大势所趋。 在这个业务和网络发展的环境下，对光网络自适应性的研究变得十分必要。 光网络需要能够自动适应业务量增长；能够自动分析业务的多样性需求，根据需 求自动建立不同的光连接；能够使得业务的提供更加灵活，对业务需求改变的响 应更加快速；能够自动适应未来可能出现的新业务；使得新业务的设计和开展更 加容易【1 】。 目前的光网络体系并不适应光层业务的上述需求。我国通信网的光层采用的 是点到点的w d m 技术，用s d h 环进行组网。虽然a s o n 在光传送网中引入控 制平面，实现了连接拆建的自动化，但现在部署的a s o n 网络还是基于s d h 的， 信号在光上只做点到点传输。所以网络规划中常常假设光通道的信号质量都是有 保障的，所有光纤链路和信道都具有标准的传输特性。目前对这种组网方式来说， w d m 传输技术虽然具备提供带宽的能力，但其静态带宽的提供方式却与数据业 务的动态特性背道而驰，其弊端包括： 一s d h 天然的具有与下一代网络发展不适应的诸多不足，包括扩展性差、 运维费用高、传输效率低、电子瓶颈问题、组网形式单一、资源调度复 杂、不适应i po v e r w d m 的发展要求等。 - 无光层路由、信令、资源管理功能，无法在光层为数据业务提供端到端 按需的带宽分配，光通道提供慢。 - 无法提供光层网络功能，也就无法进行光网络资源共享和优化调度，导 致资源浪费、重复建设。 - 不能在光层提供快速的保护恢复功能。 为了克服上述弊端，必须采用w d m 技术进行光层组网，提供端到端的光连 接，使客户网络可以直接请求光网络带宽资源。在这种光网络体系下，假设“网 5 北京邮电人学硕，l 学位论文绪论 络规划中假设光通道的信号质量都是有保障的，所有光纤链路和信道都具有标准 的传输特性”将不再可行。因为在基于w d m 的光网络中会尽量减少光电光转换， 一些全光节点甚至全光子网会被引入其中。即使对于存在光电光转换的网络，由 于网络规模大，器件设备多，其问必然存在诸多差异。信号传输过程中经过的路 径不同，信号的衰减、畸变就会不同，因为网络中不同链路部署的光纤长度不同、 型号不同、新旧程度不同、放大和再生处理不同，而且业务光通道的传输环境会 不断发生变化，比如温度变化、光纤震动、故障后重路由等。如果不采用自适应 技术，网络的规划设计和工程施工将会变得极其困难，光网络的信号传输质量将 无从保证。 所以，应该研究光连接的自适应拆建和自适应传输问题。在物理层应该采用 大量的具有自适应调节能力的光器件，包括可调谐激光器、可调谐放大器、均衡 器、自动色散补偿器等。使用先进的光域监测技术，对光信道功率、工作频率、 色散等等的物理参数进行实时监控，光信号的发射、接收、放大、补偿、均衡等 都保证在业务到达之前自动调整到最优，根据业务路由变化、温度变化或机械振 动引起的光信号质量监测结果的变化自动调整优化，保证业务传输质量处于最 优。信令、路由和资源分配算法应该综合考虑业务的q o s 需求和业务信号在路 由中的各种物理损伤，如功率、色散、a s e 等，保证光路的可用性，降低因物 理层限制造成的阻塞。 1 2w s o n 的提出 2 0 0 7 年6 月，华为首次正式提出w s o n ( w a v e l e n g t hs w i t c h e do p t i c a l n c t w b r k ) 概念，向i e t f 标准组织提交w s o n 框架和需求草案，并被接纳。w s o n 也就是基于w d m 传输网的a s o n ，是目前i e t f 标准组织倡导的智能波分标准， 除了传统a s o n 的功能外，主要解决波分网络中光纤波长自动发现、在线波长 路由选择、基于损伤模型的路由选择等问题。w s o n 作为a s o n 技术对波长网 络控制的延伸，在继承了其极高的带宽利用率、网络可靠性，和极低的网络运营 成本等特性外，还解决了波长智能调度的问题。它将进一步完善基于a s o n 的 智能化传送，并实现端到端全网智能传送，通过对底层物理损伤信息的感知，选 择相应的i r w a 算法 3 2 ，3 8 4 2 对路径进行选择，以降低网络的物理阻塞率。 1 3 论文结构 如前所述，w s o n 的分层模型与a s o n 分层模型相同，都是在传统的两层 结构( 管理平面和传送平面) 基础上又引入了一个控制平面，从而进化成三层， 北京邮电大学硕士学位论文 绪论 应该说是光网络发展过程中的一个重大突破。而且还提出了业务和连接的分离， 但基于这种三个平面的结构，业务的改变将导致控制平面软件的改变，使得业务 相关的操作变得复杂而没有通用性。控制平面分担了传统光传送网管理平面的智 能控制，业务提供由集中式人工配黄演变为分布式自动提供，实现了连接的自动 化，但对光传输方面并没有进行任何改进。控制平面对传输设备的配置仅仅是对 交叉和上下路进行倒换，对光信号的发射、放大、补偿、接收等自适应传输所涉 及的问题并没有予以考虑。 为了适应上述业务对光网络自适应性的需求，我们提出了一种新的光网络一 一自适应光网络。它的创新性在于其网络体系将引入业务平面，其分层模型由三 层发展为四层，增加了业务平面，并扩展了传送控制面。 本论文在w s o n 的基础上，提出a m s o n ( a d a p t i v em u l t i s e r v i c eo p t i c a l n e t w o r k ，自适应多业务光网络) 的架构，将可调节光器件引入至w s o n 网络的 传送平面，通过控制平面的智能控制，实现对底层可调光器件的调节，从而在原 有网络光路质量评估的基础上，对传输质量进行优化，迸一步降低网络的阻塞率。 本文主要介绍a m s o n 平台中路由模块的扩展和实现。论文一共分为四个 部分： 第一章主要分析了下一代光网络的主要驱动力，从技术向业务的转变，并根 据未来业务发展的特点分析了下一代网络的发展趋势。 第二章主要提出了自适应传输的概念，并在该概念的基础上提出a m s o n 的体系架构，通过将a m s o n 与w s o n 、a s o n 的体系架构进行对比，讲解 a m s o n 架构的优势。 第三章主要对a m s o n 中的路由模块功能进行分析，在功能分析的基础上 对路由模块的进行设计，以满足自适应传输的要求。对o s p f 协议进行扩展，在 原有路由信息泛洪的基础上，实现对物理损伤信息和可调节光器件信息的泛洪。 第四章主要通过对a m s o n 实验平台的搭建，通过路由模块与其他模块协 同工作，对a m s o n 平台中的路由模块功能进行测试，验证路由模块的扩展在 自适应传输中的意义。 北京邮电人学硕j 二学位论文自适应多业务光网络 第二章自适应多业务光网络 自适应多业务光网络是指将可调节物理损伤补偿光器件引入至传送平面，并 扩展控制平面各模块的原有功能，同时引入业务平面，通过业务平面的自适应业 务分析，及控制平面对物理损伤的自适应补偿计算，实现网络的业务处理的自适 应性和业务传输的自适应性。 在本章中，我们将首先介绍a s o n 和w s o n 的网络架构，在此基础上介绍 能够满足自适应传输要求的a s m o n 体系架构，介绍该网络整体架构及控制平 面的扩展。 2 1 自动交换光网络( a s o n ) 自动交换光网络a s o n 的概念来源于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 ，智 能光网络) 。2 0 0 0 年的i t u t 正式确定由第十五研究组( s g l 5 ) 开展对a s o n 的标准化工作。i t u - t 进一步提出自动交换传送网( a u t o m a t i cs w i t c h e dt r a n s p o r t n e t w o r k ，a s t n ) 的概念，明确a s o n 是a s t n 应用与o t n 的一个子集。a s o n 是在选路和信令控制下，完成自动交换功能的新一代光网络，是一种标准化了的 智能光传送网，代表了未来智能光网络发展的主流方向，是下一代智能光传送网 络的典型代表。a s o n 的提出，是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。a s o n 可以根据网络中业务资源分布模式动态变化的需求，通过信令系 统或者管理平面自主地建立和拆除光通道，不需要人工干预。 2 1 1a s o n 体系结构 a s o n 与传统的光传送网络相比，突破性的引入了更加智能化的控制平面， 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 过程。其体系结构如图2 1 所示，主要有三个平面：控制平面，管理平面以及传 送平面。通过数据通信网( d a t ac o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ，d c n ) 联系三个平面， d c n 负责实现控制信令消息和管理信令消息传送的信令网络【3 3 】。 a s o n 中控制平面的信令、路由协议都是沿用原有的i p 网络协议，并在此 基础上做了相应的扩展以适应光网络中的应用。因此，a s o n 控制平面实际上就 北京邮电大学f ! ! ；| i ：学位论文 白适应多业务光| ) c ) 9 络 是一个以d c n 作为其物理支撑的用于控制传送平面设备的i p 网络，相应的控制 节点就是i p 控制节点。 n m | t ：隧绍管理l 援u 图2 - 1a s o n n 络的体系结构 在a s o n 网络中，传送平面和控制平面不像使用m p l s 技术的m 网络中那 样联系紧密。实际上，它们可以认为是两个分离的网络，不需要有相同的拓扑结 构，如图2 2 所示。网络中，一个典型的o x c 结构由一个交换矩阵和一个分离 的控制平面处理器组成。这里，我们认为交换矩阵是传送平面的节点，而控制平 面处理器是控制平面节点。控制平面一般使用纤外或者纤内带外的控制信令通道 连接各个节点，而传送平面使用数据业务通路，传送和控制平面拓扑不必相同。 在传送平面相邻的两个o x c 在控制平面可以不相邻，反之亦然。从光连接的可 靠性方面来讲，我们要求控制平面的故障不会对传送平面造成影响。图2 - 2 表明 了控制平面和传送平面间的逻辑关系。下面部分表示传送平面的逻辑拓扑，上面 部分表示控制平面的逻辑拓扑。 图2 - 2a s o n 控制平面与传送平面的分离结构 一 北京邮电人学硕- 上学位论文 自适应多业务光明络 2 1 2a s o n 控制平面原理 控制平面由独立的或分布于网元设备中的多个控制节点( 或控制实体) 组成， 它们通过控制信道相互连接。而控制节点又由自动发现、路由、信令和链路资源 管理等一系列逻辑功能模块组成。在g 8 0 8 0 的建议中，控制平面节点由六个核 心功能组件组成，它们分别是呼叫控制器( c a l l c ) 、连接控制器( c c ) 、路由控 制器( r c ) 、链路资源管理器( l r m ) 、协议控制器( p c ) 以及流量策略( t p ) 。 这些组件分工合作，共同完成控制平面的功能。 图2 - 3a s o n , t 2 制平面组建关系 此处我们主要讲解其中四个组件c c 、r c 、l r m 和r s v p 之间的关系，其 中r s v p 为信令模块，其具体交互关系如图2 3 所示。c c 负责管理平面下发的 连接请求，r c 主要负责计算路由，l r m 获取本地资源信息，对资源信息进行管 理，r s v p 负责将信令下发至沿路各节点。c c 在控制平面会协调其他模块之间 的工作，对连接请求和建立进行整体的控制。 2 1 3 控制平面的基本功能 a s o n 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。 它主要为传送平面提供对建立、拆除和维护端到端连接有支持能力的信令，以及 为信息的传输选择最适合通道的选路能力，同时还提供与此有密切联系的命名和 编址方案。a s o n 的正常运行主要依赖于控制平面的3 个基本功能：资源发现与 管理功能、路由功能和信令功能。 通过下面这个交换连接建立的例子，讲解控制平面建立连接的主要流程。其 北京邮电大学硕：学位论文自适应多业务光网络 网络拓扑如图2 - 4 所示。用户u 1 希望通过光网络建立一条与u 2 相通的链路， 这条链路可以通过在光网络中建立一个w d m 波长交叉连接实现。首先，u l 向 控制平面发出业务请求，经过控制平面分析后，得到实现该业务的具体连接，与 i p 网络的逐跳转发不同，光网络是面向连接的，控制平面根据连接请求，结合 由网络拓扑信息所得的路由表，计算出一条路径，如0 1 0 2 0 3 0 6 。路由的 计算只是得到一个可行的路径，而沿路各节点的链路资源的使用，需要通过信令 机制来进行预约。在源节点0 1 ，会得到路由计算出的路由( 0 1 一 0 2 0 3 0 6 ) ， 信令将沿着这条路径，依次在每个节点对连接需要的资源预留进行，并把预留资 源的标上标签告诉下个节点，如果每个节点都能够成功地预约链路资源，那么信 令会再将交叉连接下达给沿路各节点，完成交叉连接。 图2 - 4a s