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s d h 传送网通道调度的研究与实现 摘要 在传送网的建设过程中，由于种种原因，导致现有的传送网是一 个设备厂商众多、多种技术并存的复杂网络，这给传送网网管系统的 运行维护和综合管理带来了很大的困难。在以前的综合网管系统中， 没有实现自动生成通道调度方案的功能。在进行搜索通道路由时还需 要网络管理人员进行人工干预，这使得对于通道的管理和维护的工作 效率低下，需要在以后综合网管系统的建设中对其进行改进。 作者在对传送网相关知识的深入学习的基础之上，通过对传送网 网络结构的分析，提出了一种自动搜索通道路由的实现方法。本文随 后提出了自动搜索通道路由功能的设计思路和其中需要解决的主要 问题，并对这些问题进行了详细的分析，给出了相应的解决方案。接 下来，本文详细介绍了自动搜索通道路由功能在软件实现上的具体设 计和实现细节。最终，综合网管系统实现了自动生成通道调度方案的 功能，这样不仅减轻了网管人员的工作量，提高了工作效率，而且还 增强了通道调度的可靠性，体现出了综合网管系统的意义。最后，为 完善通道调度功能，还对通道保护进行了一些讨论。 关键词s d h 传送网通道路由算法 t 日er e s e a r c ha n di m e l e m 匝n t a t i o no fc han n e l r o ij ，兀n ga l g o r i 耶田i nt ra n s 缸s s i o nn e t w o r k a b s t r a c t i nt h ep r q c e 笃so fb u i l d i n gt h et r a n s m i s s i o nn c t w o r k , d u et ov a r i o u s 暂e a s o n s t h ee x i s t i n gn a n s m i s s i o nn e t w o r ki sac o m p l i c a t e dn e t w o r k w h i c hi sc o m b i n e d1 7 l r i t l lv a r i o u sv e n d o r s e q u i p m e n t sa n dt e c h n o l o g i 鹤。 s ot h et r a n s m i s s i o nn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mi sd i 伍c u l tt ob e m a n a g e da n do p e r a t e d p r e v i o u s l y , t h et r a n s m i s s i o nn e t w o r km a n a g e m e n t s y s t e mc a n tf i n dc h a n n e lr o u t ea u t o m a t i c a l l y , a n di t s t i l lh a st ob e m a n a g e dm a n u a 啦t h eu s e rh a st oo p e r a t em a n u a l l yi nt h ep r o c e s so f c h a n n e lm u t i n g 田地m a n a g e m e n to fc h a n n e lr o u t el i k e t h i sm a 玉嘲 m a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n ti n e f f e c t i v ea n di tm u s tb ei m p r o v e d o nt h eb a s i so ft h ei n d e p t hs t u d yo ft h et r a n s m i s s i o nn e t w o r k r e l e v a n tk n o w l e d g ea n dt h ea n a l y s i so ft h es n u c t u r eo ft r a n s m i s s i o n n e t w o r kb yt h ea u t h o r , t h i st h e s i sb r i n g sf o r w a r das c h f f m eo nt h e a u t o m a t i cc h a n n e lr o u t i n gi nt r a n s m i s s i o nn e t w o r k a n dt h et h e s i sa l s o d i s c u s s e st h ed e s i g na n dt 1 1 ek e yi s $ u e st ob es o l v e d a f t e rt h a t , t h et h e s i s d e s c r i b e st h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o nd e t a i l so fc h a n n e lm u t i n go n s o t w a r ed e v e l o p m e n t w i t l lt h eh e l po ft h i ss c h e m e , t h em a n a g e m e n t s y s t e mc a nc o n s t r u c tc h a n n e lr o u t ea u t o m a t i c a l l y , t h i ss c h e m ee a s o st h e o p e r a t i o n o fn e t w o r k m a n a g e r , i m p r o v e s t h e e f f i c i e n c y o ft h e t r a n s m i s s i o ns y s t e m ，a n dm a k et h ec h a n n e lr o u t i n gm u c hm o l ec r e d i b l e ， s ot h a tt h es i g n i f i c a n c eo fi m e g r a t e dn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mc a nb e i n c a r n a t e d i nt h ee n d ，t om a k et h ec h a n n e lr o u t i n gb e r e t , c h a n n e lr o u t e p r o t e c t i o ni sd i s c u s s e d k b yw d i u d ss d ht r a n s m i s s i o nn e t w o r kc h a n n e l r o u t i n ga l g o r i t h m 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：主! i 丝砸匿 闩期：圣盟。笙厶 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) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：玄l 丝a 照r 期：圣塑：丝l 导师签名： 北京邮电人学顾1 ：研究生毕业论文 s d h 传送喇通道调度的研究与实现 1 1 研究背景 第一章前言 在通信技术快速发展的今天，作为整个电信网的基础，传送网为整个网络所 承载的业务提供了传输的通道和平台。随着电信业务越来越趋于多样化，其对于 网络的需求在不断提高，传送网的规模也在不断扩大。为了适应传送网快速发展 的趋势，能够更好的利用现有的网络资源，建设高质量的网络管理系统显得尤为 重要，同时也越来越得到人们的重视。而事实也证明，建设高质量的网络管理系 统与建设高质量的传送网是同等重要的。一个好的网络管理系统可以将网络中的 信息直观的展现给网络管理人员、及时发现和判定网络故障、缩短网络失效时问、 提高网络资源的利用率、增加网络运营商的利润。网络运营商迫切需要功能更加 完善、更加安全可靠、使用更加灵活方便的网络管理系统来加强对其网络的管理 能力，提高网络的使用效率。所以，运营商在选择良好的网络设备和应用软件的 同时也会选择高质量的网络管理系统，为自己的网络进行高质量的管理。 在各种传送网技术中，s d h ( s y n c h r o n o u s d i g i t a l h i e r a r c h y ，同步数字系列) 传送网是目前应用比较广泛的一种传送网。经过多年的建设，我国已经建成覆盖 地域广泛、传输容量巨大的传送网络。但是在传送网的建设过程中，由于受到各 种原因的影响，现有的传送网形成了一个设备厂商众多、各种技术并存的复杂的 网络结构。所以s d h 传送网的网络管理系统建设也越来越引起人们的关注，成 为研究热点。通道作为传送网中业务的承载者，通过网管系统在结构如此复杂的 网络中实现对其的自动调度功能也是十分的重要和困难。如果能够在传送网中实 现自动通道调度，那么综合网络管理系统的功能就会更加强大，网络管理的效率 也会更高，有利于建设高质量的综合网管系统。本文对上述问题进行了深入的研 究，提出了s d h 传送网中通道调度的方法并且在实际的网管系统中得到了应用。 1 2 研究工作 在攻读硕士研究生学位期间，作者参与了多个网络管理系统项目的开发，通 过在这些项目中的学习和实践，对网络管理技术有了深入的认识和理解，对网络 北京邮i 乜人学硕1 研究生毕业论文 s d h 传送刖通道调度的研究j 实现 管理软件的开发有了一定的实践经验，特别是对s d h 传送网网络管理系统中的 通道调度功能进行了较为深入的研究。在此基础上，基本成功地解决了在s d h 传送网中实现自动生成通道调度方案的主要问题，丌发了实用的自动搜索通道路 由的功能。本篇论文的选题就是来源于此。 概括来讲，作者在攻读硕士研究生期b j 参与的主要研究工作如下： 1 1 中国联通长途传送网综合网管系统通道管理子系统的设计、开发和维护； 2 1 中电飞华电力线高速数据通信网综合网管系统的设计、开发和维护； 3 1 中电飞华电力线抄表管理系统线损管理子系统的设计、开发和维护。 1 3 本文结构 本文共计六章，各章内容简介如下： 第一章：前占。介绍论文的研究背景，作者参与的研发工作以及论文的整体 结构。 第二章：s d h 传送网及通道调度概述。简单介绍了s d h 传送网的发展、技术 和特点，对s d h 传送网综合网络管理系统的系统结构进行了分析，提出了传送 网中的通道调度问题，并对通道调度的两种方式进行了分析。 第三章：通道调度的设计。分析了s d h 传送网中通道调度功能的总体设计 思路，提出了其中需要解决的主要问题，并对这些问题进行了分析，给出了通道 调度的具体方法。 第四章：通道调度的实现。按照通道调度的设计思路对其进行具体的实现， 介绍了通道调度功能的实现细节，包括涉及到的数据结构、数据库设计和算法。 第五章：通道调度中的通道保护问题。提出了通道调度中通道保护的问题， 进行了详细的分析。 第六章：结束语。对论文工作进行了总结。 2 北京邮i 乜人学硕l 研究生毕业论文 s d h 传送州通道调度的研究j 实现 第二章s d h 传送网及通道调度概述 2 1s d h 传送网概述 自从电信网传输方式模拟转变为数字以后，一直沿用p d h 的传输方式。但是 由于p d h 自身存在的种种缺陷，已经不能满足电信网的发展要求，在这种情况下， s d h 的产生就成了必然的结果。上世纪八十年代木九十年代初，i t u _ t 提出了s d h 技术并在世界范围内就s d h 的基本软硬件问题达成了一致的协议。 2 1 1s d h 传输体制 2 1 1 1s d h 技术特点 s d h 作为一种新的传输体制，与p d h 相比有着许多优越性。 1 ) s d h 采用了同步复用方式和灵活的帧结构，简化了数字复接、分解过程， 避免了p d h 复用、解复用时固有的分插过程； 2 ) 使p d h 的1 5 4 4 m b i t s 和2 0 4 8 m b i t s 两大数字体系( 三个地区性标准) 在s t m 1 等级上获得了统一。s d h 有着良好的向前兼容和向后兼容性： 3 ) 帧结构中安排了丰富的开销比特，使s d h 网络的运行、管理和维护能力 大大增强，能够适应将来电信管理网的发展； 4 ) 具有全世界统一的网络节点接i s ，并对各网络单元的光接e l 有严格的规 范要求，满足了多厂商设备环境下互通的要求； 5 ) 采用了分插复用器( a d m ) 和数字交叉连接( d x c ) 等设备，使组网能 力和自愈能力大大增强，同时也降低了网络的维护管理成本。 正是由于s d h 具有上述这些p d h 无法比拟的优点，使得s d h 一经出现就 充分显示出了强大的生命力，获得了广泛的应用与支持。s d h 传输设备和网络以 很快的发展速度在世界范围内得到普及和发展，目前s d h 已成为世界各国核心网 的主要传输技术。 2 1 1 2s d h 技术标准 传送网是指逻辑功能意义上的网络，是从信息传送功能的角度对电信网的描 北京邮i 乜人学硕j 。研究生毕业论文s d h 传送m 通道调度的研究j 实现 述。要保证传送网中信息的正确传送，就要对传送网中的各种传输设备制定一个 统一的接口标准，对接口的传输速率、帧结构和复用结构进行标准化，而这些在 s d h 框架内都做了明确的规范。下面就对这三点进行简单的介绍： 1 ) 传输速率：s d h 规定了一套标准化的信息结构等级，称为同步传送模块 s t m n ( n = i ，4 ，1 6 ，6 4 ) 。其中最基本的模块是s t m - i ，其速率为 1 5 5 5 2 0 m b i t s 。对于更高级的s t m n 信号的速率可以从该基本速率的整 数倍得出，他们之间是4 的整数倍的关系，如s t m 一4 = s t m l 4 、s t m 一1 6 = s t m 一4 4 。 2 ) 帧结构：帧结构是s d h 传输技术的基础。s d h 的帧结构是以字节为单位 的块状帧结构，每一帧由9 行2 7 0 x n 列字节组成，n 是同步传送模块的 等级( 1 ，4 ，1 6 ，6 4 ) 。整个帧结构可以分为三个基本区域，即段丌销 区域、信息净负荷区域和管理单元指针区域。 3 1 复用结构：同步复用和映射方式是s d h 最为突出的特点，也是s d h 的 精华所在，它简化了数字信号的复用和解复用过程。s d h 的具体复用过 程是由一些基本的复用单元组成若干中阳j 复用步骤束进行的，s d h 的主 要复用单元介绍如下： 容器c n ( n = 1 4 ) ：容器是一种用来承载各种速率业务信号的信息 载体，它具有标准的速率等级。 虚容器v c 9 ：虚容器是用来支持s d h 通道层的连接，是s d h 中最 重要的一种信息结构。虚容器可以分为低阶虚容器v c n ( n = l ，2 ， 3 ) 和高阶虚容器v c - n = ( 3 ，4 ) 。虚容器由容器或支路单元组加上 相应级别的通道丌销组成。 支路单元t u n ( n = 1 ，2 ，3 ) ：支路单元是一种提供低阶通道层与高 阶通道层之间适配的信息结构。 管理单元a u n ( n = 3 ，4 ) ：管理单元是一种提供高阶通道层与复用 段层之日j 适配的信息结构。 同步传输模块s t m ：s t m 是用于支持在s d h 段层连接的信息结构。 i t u t 规定的s d h 的一般复用结构如图2 - 1 所示。 _ n 芦吓掣i 产侄礁鲐一r - v c ：4 西) 1 3 9 2 6 4 k b d s ，。i 呻7 生玩2 昀狰f 证ih c - 3 4 h 4 7 3 6 3 芸激 _ 、x 7 龟蛰t 功j 二雯j t r 卜一 氅兰嚣”x 7 、雩宅强磁，- i j 卜嗄) 一伽t m 筮用 j 岭2 ：匕i 箩彰， v c 。2 卜! 兰j 一1 2 k 州 定位隧物陋亘_ h = 鲤 2 0 4 8 k b i t $ 一唆射 。b 匀考屯童 蔓! ! 一：垒! 1 卜1 5 4 4 k b s l $ 图2 - is d h 的一般复用结构 4 北京邮f u 人学硕l ：研究生毕业论文 s d h 传送刚通道调度的研究 j 实现 2 1 2s d h 传送网分层结构 s d h 传送网可以从垂直的方向分解为三个独立的层网络，从上至下依次为电 路层、通道层和传输媒质层。相邻层网络之白j 符合客户层服务者的关系，但在 实现上可以彼此独立。电路层的中的链路连接是由通道层的通道提供的，而其通 道层的中的链路连接是由传输媒质层中的段提供的。s d h 传送网分层模型如图 2 2 所示： 图2 - 2s d h 传送网分层模型 下面对s d h 传送网的分层模型进行简单的介绍。 1 ) 电路层 电路层不包含在s d h 传送层，它是直接面向通信业务的，根据所提供的 业务还可以将电路层分类，例如分为电路交换层网、分组交换网和租用线路 网等。电路层网络与相邻的通道层网络是相互独立的，电路层网络产生信号 交由通道层网络传送和处理。 2 ) 通道层 通道层是s d h 传送网中的主要载体，涉及通道层接入点( a p ) 之间的信 息传递，并支持一个或多个电路层网络，为其提供服务。通道层根据速率的 不同可以进一步分为高阶v c 和低阶v c 组成的两种通道层，其主要作用是将 电路层的信号适配为v c 。s o h 传送网的一个重要特征是能够对通道层网络的 连接性进行管理控制，因此网络应用灵活方便。通道层网络与相邻的传输媒 质层网络是相互独立的，它能将电路层的各种业务按照要求的格式映射进传 输媒质层。 5 北京邮l b 人学硕l ：r d f 究生毕业论文 s d h 传送刚通道调度的研究j 实现 3 ) 传输媒质层 传输媒质层网络与传输媒质( 光缆或微波) 有关，它支持一个或多个通道 层网络，为通道层网络节点提供合适的通道容量。传输媒质层网络可以进一 步划分为段层网络和物理媒质层网络。 段层网络保证通道层两个节点之自j 信息传递的完整性。段层网络还可以 进一步细分为复用段层网络和再生段层网络，其中复用段层网络涉及复用段 终端之间的端到端的信息传递，而再生段层网络涉及再生器之间或再生器与 复用段终端之白j 的信息传递。段层网络本身与具体的传输媒体无关。 物理层是具体的支持段层网络的传输媒质。主要功能是将段层网络的信 号适配为适于在所用传输媒质上传输的形式。物理层网络主要完成光、电、 脉冲形式的比特传送任务。 2 1 3s d h 传送网相关资源概念 在s d h 传送网中进行通道调度，实际上是在对传送网中的网络资源进行调 度。s d h 传送网中存在多种网络资源，其中包括物理资源、逻辑资源等。下面 对s d h 传送网中通道调度涉及到的资源的概念进行简单的介绍。 1 ) 传输系统：由s d h 设备和设备之间的连接构成的链状或坏状的通信链 路。 2 ) 子网：传送网包含很多网元，这些网元的集合被划分成互无交集的真子 集，每个真子集可为一个子网。 3 ) 局站：传送网中地理概念上的节点，组成传送网的各厂商的设备都放在 局站中。 4 ) 网元( n e ) ：每个s d h 设备可以在逻辑上抽象为一个网元。每个网元都 有一个唯一的标识符，称为网元i d 。逻辑端口、时隙、交叉连接等概念 均建立在网元的基础之上。 5 ) 端口( p t p ) ：物理端口位于机盘之上，是提供信号输入输出的实体，而 逻辑端口是一对互为保护的物理端口的统一体，如果不存在端口保护， 那么一个独立的物理端口就可以看作是一个逻辑端口。端口可以分为线 路端口和支路端口两种类型，线路端口是内部速率能够进行复分用的端 口，支路端口是内部速率不能进行复分用，只能作为一个整体使用的端 口。 6 ) 复用段：两个s d h 复用设备白j 的连接称为复用段。 7 ) 时隙( s l o t ) ：线路端1 3 是内部速率可以进行复分用的端口，进行复分用 的每个单元称为时隙，支路端口内部认为只有一个时隙。 6 北京邮i n 人学硕j 。研究生毕业论文s d h 传送州通道辑睦的研究0 实现 8 ) 交叉连接( c c ) ：网元内两个时隙的连接称为一个交叉连接。建立一个 线路到支路的交叉连接通常称为“下支路”或者“落地”。 9 ) 保护交叉连接( 多发选优) ：起点或者终点不唯一的交叉连接。 1 0 ) 网络连接( n c ) ：一个子网内部端口到端口的连接称为网络连接。网络 连接是由交叉连接和复用段共同构成的信息传送链路。 2 2s d h 传送网综合网管系统结构 s d h 一个重要特点就是在顿结构中安排了丰富的丌销字节用于网络的管理、 运营和维护，从而使得s d h 网络管理的能力有了很大的增强。同时，s d h 传送网 对管理系统的依赖性也更加紧密了，只有在先进的网络管理系统的支持下，s d h 强大的优势及其优越的性能才能充分的体现出来。 在传送网建设仞期，各设备商向运营商提供了网管系统，但是各厂家提供的 网管系统只能对其子网内的设备进行管理，不能够跨厂商、跨系统进行传送网资 源管理。同时，考虑到成本和安全的问题，运营商一般不会只采用一家设备商的 设备而会采用多个厂商的设备，所以这就会引起一些麻烦：由于各个厂商提供的 设备和网管系统的不同，所以对于网络管理人员的要求很高，而且管理效率低； 网络管理人员不能从整个网络的角度去进行资源的管理，不能够从整个网络的角 度来分析、评估网络的运行债况。 鉴于以上原因，运营商迫切需要一个高质量的、能够对各厂商设备统一管理、 能够对全网的资源进行统一调度的一个综合网络管理系统。 在目i j i 的s d h 传送网综合网管系统的建设中，由于各种原因，传送网中各个 厂家的设备并不提供互操作接口，所以暂时还不能实现网元管理层的统一。目前 采用的是综合网管系统与厂家网管系统( 网元，子网管理系统) 互连互操作的方 法进行网络管理。网元，子网管理系统执行与具体设备或厂家子网相关的管理操 作，向上屏蔽设备的操作、管理细节。综合网管系统与设备的交互通过网元子 网管理系统完成，实现与各厂家具体设备无关的网络层综合管理。如图2 3 所示， 图0 p e m s 是网元管理系统，s n m s 是子网管理系统。网元管理系统可以采集、创 建和删除子网中网元内的c c ：子网管理系统不能对子网中网元内的c c 进行采 集、创建和删除，但是可以对子网内的n c 进行采集、创建和删除，也可以在子 网范围内完成自动通道路由选择的功能。 7 北京邮l 乜人学硕 。研究生毕业论文s d h 传送m 通道调度的研究i 实现 网络管理层 子阿管理层 朋元管理层 叫元层 图2 - 3s d h 传送网网管系统结构 根据目前厂商网管提供的子网或网元管理系统，搜索通道路由的方式可以分 为基于n c 和基于c c 两种通道调度方式。在下一节中将对这两种通道调度方式进 行分析。 2 3s d h 传送网通道调度概述 通道是两个传输设备之问已经做好交叉连接的一个传输路由，具备承载业务 的使用条件，它从一端的传输设备支路端口开始到另一端的传输设备支路端口终 止。作为业务承载网络的传送网，当需要丌通项业务时首先要建立一条承载该 业务的通道。如图2 - 4 所示，支路端口a 和b 之白j 的路径就是一条通道。 传输i 殳备l传输i l 名- 2传输醴备3 图2 - 4 通道示意图 在现有的传送网中，在进行通道调度时还需网管人员的手动干预，甚至需要 逐个网元子网进行通道路由操作，建立网元内交叉连接或子网内端到端连接。 这样的通道调度方法不但效率低下、浪费人力，而且还很容易出错。所以在多厂 商设备环境下实现跨传输系统的自动通道调度是十分必要的，这样不但可以节省 人力资源，提高管理效率而且进行通道路由时还不容易出错，这也是s d h 综合 网络管理系统中的重点和难点问题。 下面给出在综合网管系统中通道调度的流程：用户设定通道调度的规则，综 合网管系统根据用户设定的规则和传送网络中的资源使用情况，使用某种算法搜 索到通道路由并自动生成通道调度方案，且此路由方案可以由用户手动修改。调 8 北京邮i 乜人学硕l ：研究生毕业论文s d h 传送m 通道调度的研究i 实现 度方案生成后，调令自动下发，综合网管系统可自动完成调度的执行。对于不能 自动执行的调度过程，将调令到下发到相关部门，进行通道调度的具体操作。 本文中的通道调度功能完成的是生成通道调度方案的功能，并没有进行具体 的建立通道的操作，在后面提到的通道调度都是指搜索通道路由。 根据文章2 2 节中对网管系统结构的分析，通道调度主要有基于n c 和基于 c c 两种方式，这两种通道调度方式的粒度不同，其实现过程也不相同。下面对 这两种通道调度方式进行简单的分析。 1 ) 基于n c 的通道调度 将传送网在横向上进行分割，可以形成若干子网。分割后子网的边缘可见， 子网内部结构对其余部分是隐藏的，由子网管理系统对其进行管理。采用n c 进 行通道调度时，可以将获取的设备端口路径按照子网划分为若干段，然后由子网 管理系统完成在子网内部分通道路由的选择，建立n c ，然后再将这几段n c 连接 起束就可以获得完整的通道路由。综合网管系统不对子网内部的端口连接和交叉 连接进行控制。 2 、基于c c 的通道调度 如果采用c c 进行通道调度，实际上就是把n c 进一步细化，粒度变小，实 现起来更加灵活一些。系统根据实际的端口之白j 的连接和交叉关系，完成通道路 由的搜索。本文中的通道路由搜索就是使用粒度更小的c c 来进行的。 2 4 本章小结 伴随着s d h 传送网的迅猛发展，s d h 网络管理也成为研究热点。本章分析 了s d h 传送网的技术特点和建设综合网管系统的必要性，并讨论了建设综合网管 系统遇到的主要问题，在介绍通道概念的同时提出了s d h 传送网中通道调度的 问题，并对通道调度的两种方式进行了分析。下面在第三章、第四章将详细讨论 通道调度的设计与实现。 9 北京邮b 人学_ 颐1 研究生毕业论文s d h 传送m 通道调度的研究1 j 实现 第三章通道调度的设计 本章中，作者根据对用户需求和传送网络拓扑结构的分析，确定了通道调度 的总体流程，并设计了搜索通道路由的方法。 3 1 通道调度的用户需求 用户在开通通道时希望仅指定通道两端所属的局站，即起始局站和终止局 站，通道调度系统就能够自动的在这两个局站之间寻找出来一条符合要求的通 道，而且能够将通道的详细信息友好的呈现出来。当然，用户在进行通道调度的 时候，只能设置起始和终止局站及通道速率显然是不够的，因此应该在此基础之 上用户还可以设置其他的一些通道调度的约束条件。例如：通道数量、必过不 过局站、必过不过传输系统、搜索通道路由原则( 通道是直达或是转接或是拼 接路山) 等等。还有就是有时候系统自动生成的通道有可能满足不了用户的需求， 用户要求可以手动选择通道或者是手动修改系统自动生成的通道。满足了这些条 件，用户才能够使用通道调度系统选出更符合用户要求的通道，也能够使通道调 度系统更加人性化。 3 2 传送网络拓扑结构 一_ 鬈i 一点 b 刚，订 乇l 夕刖 。b锣羔，捧7 二 。 。峙! ，少7 ，1 fo ， 北京邮l 乜人学硕j ：研究生毕业论文s d h 传送叫通道调度的研究j 实现 在上图中，方框表示局站，一个局站可以包含一个或多个网元。局站中的圆 形表示网元，位于局站内部，是复用段的起始和终止节点。网元问的连接线段表 示复用段，一般来说两个网元结点间只有一条复用段，而一个网元可以和一个或 多个网元之问有复用段连接，例如局站l 中的网元。一系列网元结点和复用段连 接而成链状( 如l 1 ：h i j k ) 或者环状( 如r 2 ：e f - g h 一卜e ) 的传输链路称 为传输系统。 跨传输系统进行通道调度时经常需要站内转接，站内转接在图中并未画出。 同一局站中两个网元的连接方式一般是通过复用段进行高速率连接或者使用人 工转接的方式进行低速率转接，只要两个网元在同一局站内就认为它们的支路端 口之间可以通过人工进行站内转接。如上图中包含一个以上网元的局站内的所有 网元之间都可以通过人工建立站内转接。 在图3 一l 的网络拓扑结构中搜索一条局站路径，如果简单的使用图中的最短 路径算法显然是不合理的，理由如下： 1 ) 图中的节点是按照传输系统进行划分的，在传输系统内部查找路径与跨 传输系统查找路径是不同的，存在站内转接的问题； 2 ) 局站结点i 日j 的路径是通过网元结点之间的复用段来进行连接的，而局站 自j 复用段的连接关系可能并不唯一； 3 ) 单单完成搜索局站路径并不能达到通道调度的目的，搜索局站路径只是 通道调度步骤的前提和基础，必须与通道调度后面的步骤相结合，选择 合适的局站路径搜索方法； 4 ) 为了满足用户制定的通道调度规则，可能需要找到多条局站路径，然后 再根据用户制定的通道调度规则将得到的多条局站路径进行排序后依次 使用。 3 3 通道调度的总体设计 在具体的通道调度过程中，以通道的起始和终止局站为切入点直接寻找符合 用户要求的通道详细路由显然不是一个好的方法。因此，可以将通道调度的整个 过程分为若干个步骤，对每个步骤依次进行细化，而每一步骤都是相对独立的， 只关心本步骤的输入和输出所以各个步骤的细化过程也不会相互影响。这样最 终得到的通道调度的设计结构清晰易懂。 按照上述分析，可以将通道调度过程分为以下几个步骤： 北京邮i u 人学硕j j 研究生毕业论史s d h 传送州通道调度的研究j 实现 1 ) 根据起始和终止局站和设定的调度约束条件，分析网络拓扑，得到符合 条件的局站路径； 2 ) 确定设备路径，获取设备和端口序列，检查线路端口上的空闲时隙，完 成通道路由中的线路端口时隙的指配； 3 ) 获取支路端口可用时隙，建立交叉，通道下支路。 按照上述步骤执行的过程，其实就是通道路由一步一步细化的过程，将通道 路由细化到最后一步后，就可以生成调单交给网元管理系统或者下发给相关部门 来完成具体通道的建立。由于各种原因，可能会出现由第一步得到的局站路径按 照余下的调度步骤继续执行并不能成功得到通道路由的情况。主要原因是路径上 已经没有可用的资源或者是数据库中的数据出现了问题等。但是传送网中的任意 两局站白j 一般会存在多条简单的局站路径，所以第一步所得到的局站路径不止一 条，这时进行回溯，选择下一条局站路径继续进行通道路由即可，当然用户可以 根据具体需要和自身的经验来选择使用哪条局站路径。 3 4 搜索局站路径 s d h 传送网具有设备厂商众多、网络拓扑结构复杂的特点。对于拓扑结构这 样复杂的s d h 传送网中的通道路由选择问题，已经有不少人进行了研究并且得出 了一些解决方法。例如：利用设备厂商提供的子网管理系统进行子网内路山，然 后将各子网内的网络连接组合起来成为通道；利用邻接矩阵的动态路由搜索算法 查找出符合最少节点数通道调度原则的通道路由等。 虽然使用这些方法可以完成通道路由的调度功能，但同时也存在问题。传送 网中同一传输系统中的两个设备通过网管系统给通道路由所经过的设备发送消 息可完成通道的建立，但是不同传输系统之自j 的设备可能会需要数字交叉设备或 者人工来完成转接。首先，数字交叉设备价格很高，目前并不能在传送网中大量 的部署使用；其次，在进行跨传输系统的通道调度时使用人工来完成转接，这样 的做法效率低，而且容易出错。所以为了提高通道建立的效率和可靠性，应该尽 量减少通道路由在不同的传输系统之间的转接次数，最少转接次数原则应为通道 路由搜索算法中的重要原则。 例如在图3 2 所示的网络结构中，若要在a 和e 之白j 丌通一条通道，按照基 于最少转接次数调度原则的最优通道应该为r 1 ：a b c d e 和r 1 ：a - h g f e ； 而按照晟少节点数调度原则得出的结果却是r 卜r 2 ：a - h i - e 。虽然后者的节点数 量少，但是由于需要在r l 和r 2 两个系统间进行转接，效率并不高。所以需要设 计一个基于最少转接次数原则同时又考虑不同选路原则的通道路由搜索算法。 北京邮乜人学硕i 二研究生毕业论文s d h 传送刚通道调度的研究。j 实现 r 口 s l 1 l j l l i 3 4 1 计算距离集合 搜索局站路径就是要确定起止局站之间可达路径上的局站节点，而使用距离 集合的目的就是要获取这些局站节点及其之间的连接关系。计算距离集合的步骤 描述如下： 1 ) 初始化距离集合d ( 0 ) 为空集； 2 ) 寻找与起始局站节点在同一传输系统中的局站节点； 北京邮i b 人学硕l 研究生毕业论文s d h 传送m 通道调度的研究。i 宴现 3 ) 如果新找到的局站节点不属于集合d ( 0 ) ，则将此节点及其相关信息按照 集合中节点的数据结构加入集合d ( 0 ) ，执行下一步； 4 ) 上一步得到的距离集合为o ( n ) ，初始化距离集合d ( n + 1 ) 为空集； 5 ) 对于d ( r 1 ) 中的每一个局站节点寻找与其在同一个传输系统中的局站节 点： 6 ) 如果新找到的局站节点不属于集合d ( 0 ) 到d ( 1 1 ) 并且该局站所述传输系 统并没有在集合d ( 0 ) 到d ( n ) 中出现过，则将此节点及其相关信息按照集 合中节点的数据结构加入集合d ( n + 1 ) ： 7 ) 如果新找到的局站节点属于集合d ( n + 1 ) ，则更新集合d ( n + 1 ) 中对应节点 的信息； 8 ) 重复步骤4 到7 ，直到找到终止节点，执行获取局站路径的步骤；或者 搜索无法继续进行，即o ( n + 1 ) 为空集，起止局站之间无可达路径，返回 失败。 3 4 2 获取局站路径 计算得出距离集合实际上就是得出了起止局站之间的网络拓扑结构，起止局 站日j 的网络拓扑结构可以表示为如图3 3 所示。每一个距离集合可以看作是一个 局站节点平面，这样获取起止局站之白j 的路径就等同于获取一条由起始局站开始 到终止局站为止的条贯穿所有平面的路径。 d(o)d(1)d(n1)d(n) 图3 - 3使用距离集合表示起止局站问的网络拓扑结构 使用距离集合表示的网络拓扑图使得起止局站之白j 的通道路由变得很直观。 这样我们就可以通过深度优先遍历距离集合来获取局站路径，步骤如下： 1 ) 从距离集合的最远集合d ( n ) 丌始，找到终止局站节点； 2 ) 初始化最终路径信息：局站路径、传输系统路径和路径权重； 3 ) 获取终_ 止局站节点的信息：前一集合中可达该局站节点的局站节点编号 1 4 北京邮l 乜人学硕i ：研究生毕业论文s d h 传送州通道调度的研究o i 实现 序列，前一集合中可达该局站节点的局站节点与该局站节点相连接的传 输系统序列，前一集合中可达该局站节点的局站节点与该局站节点相连 接的路径，前一集合中可达该局站节点的局站节点与该局站节点相连接 的路径的权值，将这些序列拆分并且一一对应存储为四元组，每一个四 元组都与i j i 一个集合中的一个节点相对应，更新最终路径信息； 4 ) 遍历上一步骤所得的四元组，判断是否已经到达起始局站； 5 ) 若已经到达起始局站，说明已经成功获得一条局站路径，将其保存后回 溯到步骤4 并更新最终路径信息，继续遍历下一个四元组； 6 ) 若没有到达起始局站，则获取该四元组在前一集合中对应的局站节点及 其信息，与步骤3 中获取终止局站节点信息的方法一样，更新最终路径 信息，然后递归执行步骤4 ； 7 ) 遍历完步骤3 中得到的所有四元组，既可以得到起止局站节点之间按所 有可达局站路径，将所有路径按照规则排序。 根据以上两节的操作步骤可以得到多条局站路径，但是并不是所有的局站路 径都可以最终得到一条可用的通道路由。当获取线路支路端口及时隙，发现当 i i 局站路径不可用时，则将此局站路径删除，使用另外一条局站路径进行通道路 由；如果所有获取的局站路径都不可用，则说明在n 次转接条件下，起止局站之 间不存在可用的通道路由，则将按照3 4 1 节中的算法获得的距离晟远的距离集 合中的终止局站节点删除，继续计算距离集合，基本算法不变。 3 4 3 搜索局站路径示例 为了使上面两节介绍的搜索局站路径的方法更加直观，下面举例来说明搜索 局站路径的过程。在举例中设定了最少局站节点数的原则，这样则需要采用七元 组来表示集合中的节点，即原来基本的六元组再加上一个路径节点数的权值，表 示为( 节点序号，节点名称，前一集合中可达该节点的节点个数，i j 一集合中可 达该节点的节点序号，前集合中可达该节点的节点与该节点相连接的传输系 统，前一集合中可达该节点的节点在传输系统中与此节点之日j 的节点序列，前一 集合中可达该节点的节点在传输系统中与此节点之间的路径上的节点个数序 列) 。结合图3 2 ，说明搜索局站f l 与p 之问路径的过程，首先计算距离集合。计 算结果如下： 1 ) 由a 开始搜索，得到 9 ( o ) = ( 1 ，b ，2 ，1 1 ，r 1 1r l ，a _ b i a h g _ f _ e d c b ，1 i7 ) ，( 2 ，c ，2 ，1 i i ，r i i r 1 ，a b c l a h g f e d c ，2 1 6 ) ，( 3 ，d ，2 ，1 1 1 ，r 1 ir l ，a b c d i a h g f e 1 5 北京邮也人学硕i j 研究生毕业论文 s d h 传送h 通道调度的研究j 实现 b 0 3 7 4 o、 ，! ，7 二7 i ；孝c ：r 7 7 5 二3 ：l - i i 二二；：，j ，7 pr ；f：囊 ， 北京邮 u 人学硕j ：研究生毕业论文 s d h 传送州通道调度的研究 j 实现 采用深度优先遍历的方法遍历计算得到的距离集合，获得所有局站路径，计 算权值并进行比较得到a 、p 之间所有经过两次转接的可达路由中节点最少的路 由是：a b c d o n l l r p ，其中d 和i i l 为转接局站，在自动生成通道调度方案时 优先使用此局站路径。 3 5 获取线路支路端口并选择时隙 本文设计的通道调度功能除了提供自动搜索通道路由功能以外，同时也给用 户提供了丰富的手动功能：用户可以使用此功能手动创建通道调度方案，也可以 使用自动生成通道调度方案功能后再对自动选择出来的通道路由进行调整。用户 手动创建通道调度方案和系统自动生成通道调度方案的区别在于：选择局站路 径、线路端口时隙和支路端口时隙是由用户手工选择还是由系统自动选择，但是 其基本流程还是类似的，而且系统自动选择时隙的算法要更复杂一些，所以为避 免重复，下面只对通道路由端1 2 1 时隙的自动选择和手工调整方法进行介绍。 3 5 1 自动选择端口时隙 在系统自动选择了通道的局站路径以后，接下来就要根据局站路径自动选择 线路和支路端1 3 时隙，自动选择时隙的原则是在没有出现站内转接的情况下尽量 使用同一时隙，下面介绍系统自动完成调度时的流程，步骤如下： 1 ) 从起始局站丌始依次遍历相邻的两个局站节点。查询数据库获得获取设 备路径和其问的复用段，将复用段两端分别存入线路端口路径中；出现 站内转接情况时，查询数据库获取站内复用段； 2 ) 遍历上一步骤中获取的站内复用段，判断其终止端1 3 与下一传输系统中 的起始端口是否属于同一设备，如果是则说明该站内复用段可用；否则 该复用段不可用，需要将该复用段删除；若最终无可用站内复用段，则 需要进行转接，将路径以需要进行转接的地方划分为几段分别执行下面 的步骤，获取路由，然后再将这几段路由组合起来得到完整的通道路由： 3 ) 获取路径起止端1 3 所属网元中的所有可用时隙集合，如果任一集合为空 则说明查找通道路由失败，返回； 4 ) 获取所有线路端1 2 1 中的空闲时隙，将空闲时隙保存到与其端1 3 对应的集 合中： 5 ) 遍历起止线路端口可用时隙集合，将不可以和支路端口建立交叉连接的 时隙删除，得到起始线路端口可用时隙集合，若任意一个集合为空，则 说明通道无法下支路，通道调度失败，返回； 1 7 北京邮一坦人学硕j 研究生毕业论文s d h 传送通道调度的研究。j 实现 6 ) 遍历当前端口的可用时隙集合，判断以此端口为一端的复用段的另一端 线路端口的空闲时隙集合是否包括当前时隙，如果包含，则将另一侧线 路端口的当前时隙作为新的起始端点，继续下一步，否则删除该时隙， 遍历下一时隙； 乃获取当的线路端口所属网元的另一侧线路端1 3 的可用时隙集合，从而获 得其中可与当前时隙创建c c 的时隙集合。在非站内转接的情况下，网 元两端线路端口的时隙尽量一致。如果此集合为空则回溯到步骤6 ，如 果不为空则以此时隙为起点继续递归执行步骤6 ； 8 1 重复步骤6 7 ，直到遍历完最后一个线路端1 3 。如果遍历完所有的线路 端口也没有找到一条路径，则返回失败； 9 1