（计算机应用技术专业论文）基于gmpls的ason光层路由算法研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 智能光网络是下一代光网络不可避免的趋势，而a s 0 n 则是智能光网络的 典型代表。它通过引入控制平面并结合g m p l s 协议实现连接的自动建立和拆 除，并在相应机制下完成网络故障的动态保护和恢复。a s o n 的基本功能模块 包括三个部分：路由、信令和链路管理。由于采用了全新的网络体系，a s o n 网 络的路由计算功能由g m p l s 基于约束的路由模块单独完成。基于约束的路由既 要在源目的节点之间找到一条路径，还要保证该路径满足业务的流量工程需求， 可以说基于约束的路由算法是a s 0 n 为用户提供可靠性服务的关键部分。 本文首先介绍了a s o n 的概念，描述了r w a 问题的解决思路，以及g m p l s 控制协议和a s o n 路由体系，然后分析了基于g m p l s 的约束路由机制和路由 算法，在此基础上，提出了一种基于s r l g 约束的c s p f 改进算法，并在g l a s s 仿真平台上对算法进行了仿真验证。本文所提算法既考虑了传统的k s p 算法涉 及的q o s 约束，如带宽、延迟，还通过s r l g 权重参数和负载平衡因子实现了 陷阱避免和流量均衡。该算法一方面可以查找多条s r l g 分离的路径，然后根 据网络的保护恢复机制同时为业务计算工作路径和备份路径，另一方面可以在 网络中寻找剩余带宽较多的链路，避免某些最短路径因为过多使用而发生拥塞， 从而为业务提供更为可靠和完善的数据传输服务。同时该算法还可以进一步扩 展，实现松散显式路由约束，让数据流通过用户指定的节点和链路完成传输。 在g l a s s 仿真平台上的仿真结果表明，该路由算法是可行的，它能够有效降低 网络业务的拥塞率，提高网络资源利用率。 本文内容安排如下： 第1 章主要介绍了智能光网络的概念、本课题来源及研究意义，以及本文 所做工作和创新点。 第2 章介绍了路由和波长分配问题，描述了解决该问题的思路。 第3 章介绍了g m p l s 控制协议及g m p l s 对信令协议的扩展。 第4 章详细描述了a s o n 网络的路由体系结构及g m p l s 对路由协议的光 网络扩展。 第5 章介绍了基于g m p l s 的约束路由机制和路径选择算法。 第6 章对本论文所使用的仿真工具g l a s s s s f 作了简单介绍。 第7 章分析了c s p f 算法设计的方法和思路，提出了改进的c s p f 算法，并 使用g l a s s 软件对算法进行了仿真验证和结果分析。 第8 章对本文工作做了总结，并提出了下一步工作方向。 本文得到了国家自然科学基金项目( 批准号：9 0 3 0 4 0 1 8 ) 资助。 关键词：自动交换光网络，通用多协议标记交换，约束路由，共享风险链路组 约束最短路径优先 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ei m e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r k ( i o n ) i s 血et r e n do ft 1 1 en e x tg e n e m t i o no p t i c a l 雕庀w o r k s m o r c o v e r t h ea u t o m a t i c a l l ys w i t c h i n go p t i c a ln e t w o r k ( a s o n 】h a s a c t e dm a n yr e s e a r c h e r s i n t e r c s t sa sar c p r e s e n t a t i o no fi o n a s o nt i l m st ob ea n i n t e l l i g e mn e t 、v o r kb yi t n p l e m e i n i n gac o n t r 0 1p l a n e t h ec o n t r 0 1p l a l l ec a i ls e tu pa n d t a k ed o w nal s pt u i l l l e la m o m a t i c a l l yu n d e rt 1 1 ec o o p e r a t i o no fg m p l sp r o t o c o l s ， 趴dc o m p l e t e 也ep r o t e c t i o na n dr e c o v e r yo f n e “，0 r kf a i l u r e s a c c o r d i n gt oi t s 血n c t i o n s ，a s o ni sd e p a n e di n t om r e eb a s i cm o d l l l e s ：r o m i n g s i 邸a l i n ga n dl i i l km 趾a g e m c n t b e c a l l s eo ft h en e w l ya r c h i t e c t u r eo fa s o n ，也e r o u t i n g 胁i o nc a n tb ef i n i s h e dj u s tb yr o u t i n gp r o t o c o l s ，i na s o n ，t h er o m i n g p r o t o c o i i sr e s p o n s i b l ef o rm ef l o o d i n go fn e 押，o r ks t a t e sa n dr e s o u r c e s ，i u s tw i 血o m m er o m i n gc o m p u t 砒i o n ，w h i c hi s i m p l e m e m e db ys o m ec o n s t m i n t - b a s e dr o u t i n g w i 也g m p l sc o n 仃0 1 ，a s o nc o m 口l e t e st h en e t w o r kr o m i n gc o m p u t a t i o nt h r o u 曲t 圮 c o n s t r a i m - b a s e dr o u t i n gm o d u l e si ng m p l st r 墒ce n g i n e e 血g 1 1 1 e r e f o r e ，t h e c o n s t r a i n t - b a s e dr o u t i n g 如n c t i o ns h o u l dg u a r a n t e em et er e q u e s t0 fu s e r s c o n n e c t i o n sw h i l el o o l ( i n gf o ras h o r t e s tp 劬b e t w e e nas o u r c en o d ea j l dad e s t i n a t i o n n o d e h e n c e ，m ec o n s 砌m - b 觞e dr o m i n ga l g o r i m mi sak e vp a nt od r o v i d er e l i a b l e s e r v i c ef b rc o i l i l e c t i o n si na s o n 1 1 1 i st h e s i sf i r s n yi n 们d u c e st l l ec o n c e p to fa s o n 蚰dt 1 1 es i 弘a l i n g 趾dr o 埘n g p m t o c 0 1 sb a s e do ng m p l s t h e n “d e s c r i b e sr w ap r o b l e ms m n m a r i l ya n ds h o w s h o wt or e s o l v e l ep r o b l e m a r e rt h a t ，i ta l l a l y s e s 也ec o n s 订a i n t - b 船e dr o m i n g a r c 址e c t u r e 蛆dr o u t i n ga l g 耐t l i i l si nm 佃l st r a 伍c e n g i n e e 血l g a tl a s t ，a i l e x t e n d e dc s p fa l g o r i t h mb a s e do nc o n s t f a i n ts r 工j gi s 口r o p o s e da n dv a l i d a t e db y s i m u l a t i o n s t h ea l g o r i t l mi n v 0 1 v e si ns o m e 订a m t i o n a l0 0 sp a r a m e t e r sl i k e b 姐d w i d t h ，d e l a y ，e t c f u r n l e r ，i tc o n s i d e r sal o a d - b 出a i l c e df h c t o rt h a tm a k e st l l e a l g o r i t c a n 丘n d 也el i n k sw i 血m o r ef b eb a n d w i d mt ou s et oa v o i dc o n g e s t i o ni n s o m es h o r t e s tp a t h sb e c a u s eo fo v e d o a d t h u s ，m ea l g o r i t u nc a np r o v i d es e r v i c et h a t i sm o r er e l i d b l e a tt h es a m et i m e ，如ea l g o r i t l l mi se x t e n d a b l e f o re x 锄p l e ，i tc a i l l e a dt h el l s e r sd a t af l o wt os o m es p e c i f i cn o d e s 趴dl i r 嫩sb vi n v o l v i n gi nm el o o s e e x p l i c i tr o 埘n gc o n s t r a i n t t h ea 1 9 0 d i ss i m u l a t e do ng l a s s p l a t f b m ，an e t w o r k s i m u l a t o rf o ro p t i c a ln e “m r k s t h es i m u l a t i o nr e s u h sv a l i d a t em ea l g o r i 血mt 0b e r i g h ta n df e a s i b l e ，e s p e c i a l l yi nr e d u c i n gt h ec o n g e s t i o no f n e t w o r ka i l di m p r o v i n g 也e u t i l i t yo f n e t w o r kr e s o u r c e s n l et i l e s i sh a se i g h tc h a p t e r sa sf o l l o w s c l a p t e r1 i n t r o d l l c e s 也ec o n c e p to fa s o n ，i n c l u d i n gi t sd e v e l o p m e n t 觚d a d v a l l t a g e s ，e x p l a i n st h es o u r c ea n dr c s e a r c hm e a n i n go fm i sm e s i s ，m e ns h o w st l l e w o r ka n di n n o v a t i o no f t h i sm e s i s 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 c h a p t e r2i n 仃o d u c e sr o u t i n g 甜l dw a v e l e n 昏ha s s i g m e mp r o b l e mi no p t i c a l n 眈w o r k s ，a n da n a l y z e sm eg e n e r a ls 0 1 u c i o nt oi t c h a p t e r3c o n s i d e r sg m p l ss i g n m i n gp r o t o c 0 1 sf o rt h ec o n 仃0 1p l a n eo fa s o n a i i dg 】p l se x t e n s i o n st oc r - l d pa n dr s v p t e c h a p t e r4d e s c r i b e s 让l er o u t i n ga r c h i t e c t i l r eo f a s o ni nd e t a i l ，i n c l u d i n gr o m i 主1 9 d i 行e r e n c e sb e 似e e ni pn e 似o r ka n da s o n ，r o u t i n gr e q u i r e m e m 访a s o n ，r o u t 啦 劬c t i o nm o d u l e s 蛆de x t e n s i o n st 0r o u t i l l gp r o t o c o l sf o ra s o n c h a p t e r5i m r o d u c e st h ec o n s 缸a i n t - b 船e dr o u t i n gm e c h a n i s mi na s o na n d r o u t ec o m p u t a t i o na l g o 打山mb a s e do ng m p l s c h a p t e r6g h o w st l l ea r c h i t e c t l l r eo ft h es i m u l a t i o np l a t f o 咖g l a s s s s f ，t e l l s h o wt od os i m u l a t i o n so ni t c h 印t e r7a i l a l y s e s 山em e m o do fd e s i g n i n gc s p fa l g o r i m ma tf i r s t ，t l ”n p m p o s e sa ne x t e i l d e dc s p fa l g o r i t l l mb a s e do nc o n s t r a i ms r l ga n ds i m u l a t e si to n g l a s sp l a t f o r ma tl a s t ，w h i c hv a l i d a t e st h ea l 眢。打【h mt ob er i g h ta n d 诧a s i b l e i n a d d i t i o n ，也ec h a p t e rs h o w st h es i m u l a t i o nr e s u l t sa 1 1 dc o m p a r e sm e mw i mo 也e r a l g o r i m m sp e r f o m a n c e c h 印t e r8s u m m a r i z e s 也i sm e s i s ，a n dp u t sf o 珊，卸ms o m es u g g e s t i o n sf o rt 1 1 e f l l t u r er e s e a r c h t h ew o r ki ss u p p o r t e db yt h en a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no f c h i n a ( 9 0 3 0 4 1 0 8 1 k e yw o r d s ：a s o n ，g m p l s ，c o n s t r a i n t b a s e dr o m i n g ，s r l gc s p f i i i 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 近几年来，随着数据业务( 尤其是i p 业务) 和宽带多媒体业务爆炸式的增 长，不仅对网络带宽的需求越来越大，而且对跨域互联互通和网络带宽的动态 分配要求也越来越迫切。目前的光网络，同步数字序列( s d h ：s y n c h r o n o u s t r a n s p o r ts j g n a l ) 和同步光纤网i l 】( s o n e t ：s y n c l l r o n o u s0 p t i c a ln e t w o r k ) 采用 了以“环”为主的结构，密集波分复用( d w d m ：d e n s ew j v e l e n g ld i v i s i o n m u m p l e x i n g ) 则采用点对点的链路辅以少量环，这些都无法实现灵活的带宽分 配、网络互联和全互联。再加上i p 业务自身所具有的特点，如突发性、自相似 性和不对称性等，使得传统光网络对数据业务的处理越发显得不足：带宽分配 复杂，人工配置工作量大；分层结构中各层不同的带宽分配粒度导致了资源的 浪费，甚至相互的冲突：无法提供基于整个网络的端到端的保护功能。 为了解决上述问题，各大运营商和标准化组织开始考虑建立一种具有动态 连接能力、能够支持多种类型业务、并可以根据实际的需求对带宽进行实时分 配的光网络，即智能光网( i o n ：i n t e l l i g e n to p t i c a ln e 柳o r k s ) 。其中，动态交换 连接的实现主要是通过引入控制平面【2 1 ，由控制平面的路由和信令控制机制来完 成。而国际电信联盟电信标准部( i t u t ) 定义的自动交换光网络( a s o n ： a u t o m a t i c a l l y s w i t c h e d o p t i c a l n e t w o r k s ) p ，4 l 相比于一般光网络的先进性就在于， 它首次引入控制平面，并将交换功能引入光层，这就使得在目前光逻辑器件仍 不完备、光传送网还处于“低能”的情况下，通过“智能”的控制使得光网络 变得“聪明”起来。也就是说，a s o n 是一种用户发出请求，由信令控制实现光 传送网内链路的连接、拆线、交换、传送等一系列功能的新一代光网络，凭借 其在结构和功能上的优越性，自然而然地成为下一代光网络发展的方向和典型 代表。因此，a s o n 又称为智能光网络。 相较于传统的光网络，通过引入控制平面使光网络产生了质的变化，实现 了智能化的连接和管理，而i e t f 提出的通用多协议标签交换【5 j ( g m p l s ： g e n e r a l i z e dm p l s ) 则成了实现a s o n 网络控制平面的最佳核心协议。为了更好 地支持光网络的传输，o m p l s 对m p l s 标签进行了扩展，使得标签不但可以用 武汉理工大学硕士学位论文 来标记传统的数据包，还可以标记t d m 时隙、波长、波长组、光纤等；为了充 分利用网络资源，满足一些新业务的开展，实现光网络的智能化，g m p l s 还对 信令和路由协议进行了修改和补充；为了解决光网络中各种链路的管理问题， g m p l s 设计了一个全新的链路管理协议l m p ( l i n km a n a g e m e n tp r o t o c o i ) ；为了 保障光网络运营的可靠，g m p l s 还对光网络的保护和恢复机制进行了改进【7 】6 总的看来，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。 1 2 智能光网络发展 a s 0 n 是一种汇聚了电信领域的光传送网技术和数据领域的i p 技术的新型 网络。它从诞生之日起就得到了业界的高度重视和热烈响应，国际各标准化组 织都在不遗余力地积极推进a s 0 n 相关协议的制定；各大设各制造商正在全力 研发新一代基于a s o n 的智能光网络产品；实力雄厚的运营商也在建造试验网 的基础上，不失时机的推出商用网。 1 2 1a s o n 标准化进展 目前主要有四个标准化组织【8 1 在进行智能光网络的研究和标准制订工作，分 别是国际电信联盟电信标准部( i t u t ) ，光域业务互联联盟( 0 d s i ) ，光互联网 论坛( o i f ) ，因特网网络工程部( i e t f ) 。事实上，a s o n 标准的制定工作是在 i t u t 的主导下，各组织密切配合、互相补充、共同推进的。 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 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。i t u t 与其它标准化组织的不 同在于它是从整体结构的角度研究光网络的，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。 o i f ( o p t i c a li n t e m e 脚o r k i n gf o r u m ) 不是一个正式的标准组织，下设体系 结构、运营商、运行告警维护配置( o a m & p ) 、信令、物理和链路层等 工作组。o i f 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o u n i ( 用户网络接口) 。o 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 2 武汉理工大学硕士学位论文 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o - u n i 是实施重叠模型光网络的基础。与o 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。 o 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 d s i ( o p t i c a ld o m a i ns e r v i c ei n t e r c o l l i l e c t ) 主要是由s y c a m o r e 公司在1 9 9 9 年创建的，目的是解决光网络的开放接口问题。o d s i 的目标是定义一个o u n i ， 并推广智能光网络的概念。o d s i 在2 0 0 1 年早期完成了其0 u n i 规范，并提交 给了o i f 。o i f 信令工作组决定采用o d s i 的o u n i 作为其0 u n i 的基础结构。 两种0 一u n i 的主要区别在于信令协议选择的不同。o d s i 开发的是一种基于t c p 的信令协议，而o i f 选择多协议标记交换( m p l s ) 作为信令协议。0 d s i 完成 的主要工作包括：开发了一种开放式o u n i 接口，允许电层设备向光交换网络 请求所需带宽：进行多厂商的互操作性测试；向正式的标准组织提交功能规范 和互操作性测试结果。o d s i 对于启动o - u n i 规范的制定工作起了重要的作用， 加速了o i f 的工作进度。 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 对i m 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 l l 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 po v c r o p t i c a l ( i p o ) 工作组、c c a m p ( c o 衄o nc o n 打o la n dm e a s u r c m e n tp l a n e ) 工作组和 m p l s 工作组等。 我国在智能光网络的研究工作中，主要依据的还是i t u - t 的相关建议，同 时兼顾i e t f 和0 i f 的相关文档1 9 】。 1 2 2 设备制造商和运营商概况 由于智能光网络巨大的市场潜力及多个标准化组织的前期工作，国际上许 多通信设备制造厂商相继投入力量开发此类产品，同时实力雄厚的运营商也利 用这些产品积极开展智能光网络的规划和部署。本节简单介绍有代表性的设备 供应商的智能光网络解决方案。 1 ) s y c 锄o r e 公司 3 武汉理工大学硕士学位论文 s y c a m o r e i lo j 是智能光网络市场的先驱，它提出智能光网络有两大技术要点： 硬光技术和软光技术。硬光技术指物理层的光子技术及其硬件设备，软光技术 指为控制光通路建立和提供服务所需的软件，即网络智能，它是发挥光层潜能 使静态光网变为动态智能光网的关键。s y c 唧o r e 为智能光网络定义了4 个要素： 传输平台、交换平台、网络互联智能、网络管理系统，并专注于开发适用于端 到端的智能光网络传输平台、交换平台及管理软件和路由协议，提供完整的智 能光网络解决方案。 s y c 锄o r e 系列智能光网络产品支持o s p f 动态路由协议，智能分布到各网 元，各个网元之间能实时、动态地交换相关路由和节点信息，用户光路的建立 采用标准的c r l d p 信令协议，可以实现不同厂商间的互通。其系列产品已先 后在s t o 蛐、v o d a f o n e 等多个国际著名的大运营商的网络中投入使用。 2 ) c i e n a 公司 c i e n a i lo 】是较早推广智能光网络的新兴厂商，它和c i s c o 公司一起创建了o i f 组织，并在u n i 和i e t f 信令的规范制定中发挥了积极的作用。c i e n a 公司对各 种协议进行了考察，详细研究了如何在s o n e t s d h 及w d m 网络中增加网络 和服务发现、自动化的端到端电路配置、以及各种各样的保护与恢复功能等。 基于这些成果，c i e n a 自行开发了光信令和路由协议( 0 s r p ，o p t i c a ls i g m l m ga n d r o u t i n gp r o t o c 0 1 ) ，该协议己在超过3 0 多个实际网络中运行并提供商业服务。 由于o s r p 的成功应用，它已为g m p l s 及a s o n 的研究提供了经验，例如， g 7 7 1 3 1 和g 7 7 1 4 1 的主要内容即来自o s r p 。 3 ) a l ca _ t e l 公司 a l ca _ t c l “j 目前的a s o n 产品理念a b s 是使用u n i 接口规范和s d h 集中 型网管，信令和路由分别基于r s v p t e 和o s p f ，基本结构基于i e t f 的对等模 型。其光网络智能解决方案以提升网络管理能力为核心，将i p 和s d h s o n e t 流量置于统一的多业务管理平台之下，提供端到端的波长业务，优化网络操作。 灵活、模块化、可扩展性是越c a c e l 节点的特征。 4 ) a t & t 及其运营中的智能光网络 a t & t 【l0 ，“】作为世界著名的运营商，一直关注着智能光网络的发展，其光网 络的主要目标为： ( 1 ) 降低网络的总成本( 投资成本和运营成本) ( 2 ) 增加网络带宽、交换容量、光缆覆盖，扩展用户 4 武汉理工大学硕士学位论文 a t t 的智能光网络基于两种网络设备：多业务传输平台( m s p ) 和i o s 。 m s p 采用c i s c oo n s15 4 5 4 城域多业务平台，主要在网络边缘汇聚低速业务至 2 5 g 蜘t s 和1 0 g b i 魄速率，再经光交换选路通过网络。i o s 采用c i e n a 的设备， 主要完成以4 5 m b i t ，s 为基础带宽颗粒的实时交换和动态指配。 2 0 0 2 年1 月，a t & t 开通了覆盖全美的智能光网络。目前，该网络连接l o o 多个城市，智能光交换机超过1 0 0 ，多业务平台超过8 0 0 。新网络不仅减少了成 本和指配出错的计划，也简化了网络结构层次，缩短了企事业用户的高速电路 指配时间，能有效对付网络大故障，快速恢复业务。 上面介绍的只是若干有代表性的公司，主要反映了国际上产业界的动态。 国内各大厂家对a s o n 的研究基本与国际同步，但是还处于技术跟踪和储备阶 段，没有提出比较明确的具有自身特点的解决方案【1 l 】，在a s o n 上任重道远。 1 3a s o n 优点 a s o n 直接在光网络中引入了基于i p 的智能控制技术，提供运营商所关注 的q o s 保证、恢复、以及环保护等特性。除此之外，在网络中引入a s o n 的主 要好处【“】还包括： 1 ) 允许将网络资源动态地分配给路由，缩短了业务层升级扩容时间，明显 增加了业务层节点的业务量负荷。 2 ) 具有可扩展的信令能力。 3 ) 智能光网络单机集成了多种a d m 和d c s 设备，简化了网络，降低了投 资费用。光网络的可扩展性也是节省费用的主要因素，智能光网络的灵活组网 和扩展能力，可为电信运营商节约网络扩展的费用。 4 ) 光层的快速业务恢复能力减少了用于新技术配置管理的运行支持系统软 件的需要，只需维护一个动态数据库，也减少了人工出错机会。 5 ) 智能光网络可提供自动化的快速点对点配置能力，增强了运营商快速提 供优质服务的能力，降低了网络的操作费用，使之成为有效运行、能赢利的网 络。 6 ) 可以引入新的业务类型，诸如按需带宽业务、波长批发、波长出租、分 级的带宽业务、动态波长分配租用业务、带宽交易、光拨号业务、动态路由分 配、光层虚拟专用网( 0 v p n ) 。 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 国内外研究动态 按照f r o s t & s u l l i v a n 公司预测，全球o x c 市场将从2 0 0 1 年的3 3 6 亿美元 增加到2 0 0 6 年的6 0 亿美元，自动交换光网络将成为未来光通信发展的重要方 向和市场机遇。目前a s o n 实际产品的实现途倒”】有两种方式： 1 ) 在已有的成熟的光网络节点设备( 如s d h a d m ，m s t p ，o a d m 和0 x c 等) 上进行扩展，增加内嵌的控制平面功能，主要是路由、信令和链路资源管 理方面的功能，并修改管理平面软件，实现实时提供可配置带宽和动态的端到 端连接管理能力。 2 ) 提供新的a s o n 节点设备，在其中综合了a s o n 体系的三个平面。c i e n a 公司的c o r ed i r e c t o r f c d ) 是其代表。c d 每个机架具有“og b i 魄的交叉容量， 提供1 0 g ，2 5 g 等群路光接口。c d 的独立控制体系平面体现在每个机架都有控 制模块，各个控制模块之间通过s d hd c c 4 1 2 开销字节互连，构成整个网络的 控制平面。和一般的s d h 设备一样，用d c c l 3 作为管理信息信道。n o n e l 的 0 p t e r a 系列和l u c e n t 的l 眦l b d au 1 1 i t 设备在某些方面同c d 类似。 我国在a s o n 研究工作中主要还是依据i t u t 相关建议，同肘兼顾w 和o i f 标准。在2 0 0 3 年1 0 月i t u ts g l 5 第5 次全会上，中国电信从运营管理 角度提出了“a s o n 支持l c a s 和虚级联的需求”文稿，华为公司对该需求的 具体实现技术进行了研究，向大会提交了“a s o n 支持l c a s 和虚级联的技术” 文稿。两篇文稿对a s o n 实用化有重要意义，均被大会采纳。中兴通信向i t u t 提交r s v p t e 【1 4 】信令故障机制的处理，对原有r s v p t e 规范进行了改进，也得 到i t u t 采纳。 我国的主要电信运营商也对a s o n 技术给予了高度重视，积极开展技术研 究和经济性分析，如北京通信公司建设的面向2 0 0 8 年奥运会的本地宽带综合传 送网，就是国内首个全面采用a s o n 和m s t p 技术的城域网。 2 0 0 2 年，中国高速信息示范网实施完成，第一次系统性地攻克了新一代网 络技术，使中国成为继美、法、日等国之后第六个全面掌握该领域核心技术 的国家，彻底扭转了中国在新一代信息网基础设施建设中设备完全依赖国外的 被动局面，取得了跨越式发展和群体突破。在“十五”8 6 3 计划光通信主题中列 出了三个研究课题：a s o n 节点设备研制与系统实验、a s o n 分层路由技术和 a s o n 网络测试技术。研究成员将以企业为主，联合著名大学，开发实用化的 6 武汉理工大学硕士学位论文 a s o n 节点设备。 2 0 0 4 年o i f 测试验证了不同厂商的设备通过e 小i 【】进行互联互通的可能 性，第一次在传输设备上实现了互联互通。测试采用基于o s p f ，t e 16 的单级路 由协议，验证了s c ( 交换连接) 和s p c ( 软永久连接) 【1 7 】建立和删除的基本功 能。o i f 将e 小i n i 的信令协议和路由协议分为两个规范，目前已经完成了基于 r s v p t e 的e n n l l o 信令部分，路由部分还在制订过程中。 1 5 课题来源及研究意义 a s 0 n 是光传送网向智能化发展的产物，它通过在网络中引入控制平面实现 了光网络的自动资源配置和动态连接。控制平面由信令网络支持。由多种功能 部件副组成，包括一组通信实体和控制单元( o c c ：光连接控制器) 及相应的 接口。这些功能部件主要用来调用传送网的资源，以提供与连接的建立、维持 和拆除( 释放网络资源) 有关的功能。这些功能中最主要的就是信令功能和路 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( r 、m ) 算法、各种不同业务的接入和整合技术、光管理信息的编 码和分发、网络生存性策略和自动保护恢复等。 实际上，由于光网络路由与传统i p 网络路由性质不同，导致不能直接把传 统网络中的路由协议运用到a s 0 n 网络中来。在智能光网络中所使用的路由掷 议，不管是i s i s t e 还是0 s p f t e ，都不能直接进行路由的查找和计算，它只 负责进行网络状态资源信息的分发，网络中的路由计算交给单独的约束路由算 法实现【l ”。智能光网络的光层路由算法，亦及基于约束的路由，是实现g m p l s 网络流量工程的核心部分，它通过不同的优化目标对路由过程进行约束，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 以我们要设计一个高效、快速的路由算法，一方面使得计算得到的路径尽可能 的短，另一方面可以进行网络的流量分配，在一定程度上平衡网络的负载，提 高网络资源的利用率。再借助一定的故障保护与恢复机制，在网络出现故障时， 提供快速的网络恢复路径，为用户提供可靠的传输服务。 到目前为止，还没有标准的用于智能光网络的路由算法。因此，如何合理 7 武汉理工大学硕士学位论文 地进行网络配置，动态地进行适应性的路由计算就是一个亟待解决的重要问题。 本课题就是以智能光网络的光层路由功能为研究重点，在基于g m p l s 的智能光 网络中，提出一种基于s r l g 约束的c s p f 【2 0 j 路由算法，一方面满足业务的0 0 s 需求( 如带宽、延迟) ，另一方面在一定程度上平衡网络的负载，提高网络资源 的利用率，并降低业务发生阻塞的可能性。同时该算法还可以通过计算多条分 离路径，实现链路的保护和恢复。 本文得到了国家自然科学基金项目( 批准号：9 0 3 0 4 0 1 8 ) 的资助。 1 6 本文所做研究和贡献 本文所做主要工作如下： 1 ) 对a s o n 网络的体系结构和路由结构进行学习和研究，了解a s o n 网络 的基本架构和工作原理。掌握g m p l s 协议为支持光网络所做的路由和信令扩 展，尤其是带流量工程的开放式最短路径优先协议( 0 s p f t e ) 、约束路由的标 记分配协议( c r l d p ) 和链路管理协议的工作过程。 2 ) 分析智能光网络中核心的智能节点设备光交叉连接器( 0 x c ) 【2 ”，了解 其基本功能和模块组成。 3 ) 学习g l a s s ( g m p l sl i 曲n a v e a g i l es w i t c h i n gs i m u l a t o r ) 仿真软件的 使用，并在此基础上进行光网络协议和算法的仿真。 4 ) 对c s p f 算法进行研究，设计并实现了一种基于s r l g 和流量约束的 c s p f 算法，并在g l a s s 中进行了仿真验证，对仿真结果进行了分析。 本文所做主要贡献： 1 ) 根据光交叉连接器( o x c ) 的功能模块组成，在g l a s s 仿真软件中实 现了智能光节点。 2 ) 设计并实现了一种基于s r l g 和流量约束的c s p f 算法。该算法可提供 基本的q o s 保证，如带宽、延迟，还可以均衡网络流量，在一定程度上平衡网 络负载，降低业务阻塞率，提高网络资源的利用率。 3 ) 算法可以进一步扩展，从而支持松散显式路由约束。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章路由和波长分配问题 2 1r w a 问题概述 在传统的基于电路交换的电话网中，只涉及到为连接请求建立路由的问躁， 而在光网络中，由于其特殊性，在给定一个连接请求之后，需要为之建立路由 并在路由上分配波长，这通常称为路由和波长分配( r 、：r 0 u t i n ga 1 1 d w a v e l e n g t l la s s i g 砌e n t ) 问题i 。 r w a 问题主要表现在有光路径的建立请求时，计算如何在网络的物理拓扑 结构中选择一条从业务源节点到目的节点的路由，并为路由经过的链路分配波 长。在具体解决时可以综合考虑，统筹解决，但这样解决难度较大，尤其当网 络规模较大时，问题更加突出。由于r 、a 问题是n p 完全( n p c ：n p c o r n d i e t e ) 问题，为了降低其复杂性，一般将r w a 问题分为路由问题和波长分配问题分别 研究：即先解决有关选路的问题( r 问题) ，再鳃决波长分配问题( w 问题) 。 前者确定连接建立的物理通路( 路由) ，后者在选定的路由上分配一个或者一 系列的波长。 针对不同的业务特性和连接请求方式，r w a 问题的研究主要可以分为静态 光路建立( s l e ：s t a t i cl i g h t p a 协e s t a b i i s h m e n t ) 和动态光路建立( d l e ：d y n a m i c l i g h t p a t he s t a b l i s h m e n t ) 两种，简称静态和动态r w a 问题。如果网络中的连接 请求是预先知道的，只需为这些连接计算路由和分配波长，而且计算可以是离 线的( o 蕾l i n e ) ，即不需要实时的计算，这类称为静态r w a 问题；如果网络中 连接请求是动态到达，而且连接在保持一定的时间后才拆除，因而光路径的建 立和拆除也是动态的，即要求实时进行路由计算和波长分配，这类称为动态刖队 问题。 2 2 光网络r w a 相关问题 在光网络中，光通道的计算在3 个重要方面与一般的i p 路径计算不同。首 先，一个光通道不仅由经过的光交换节点和光链路( 光纤) 决定，还由沿着每 条光链路分配的波长( 信道) 决定。其次，当获得一个正确的光通道时，光通 道计算必须考虑不同的物理层约束，如功率预算、色散等。最后，需要光通道 9 武汉理工大学硕士学位论文 计算以显式路由对象的形式产生端到端的显示路由，但是在i p 路由里列出每个 目的地的下一跳i p 地址的路由表就足够了。 另外，考虑到光通道的保护和恢复，光通道计算必须能够产生多个不会同 时发生故障的不同路由。以上所有新需求使得光通道计算比i p 路由更具挑战。 光网络中路由的关键问题主要包括： 1 ) 物理层约束 一般情况下，在选择一个物理通道时，各种物理层的约束因素都要考虑到。 在许多当前有关光路由的计算过程中，通常假设所有的路由有合适的信号质量， 因此一些物理约束不需要考虑。一个光网络可以分成区域大小有限的几个子网， 然而随着网络规模的增加，一个区域可能太大以致不能保证所有的光通道都有 合适的信号质量。在这种情况下，不同的物理层约束应该直接包括在路由状态 信息和相关路由算