（计算机应用技术专业论文）基于gmpls的ason光层路由算法的研究与改进.pdf

分类号t p 3 9 3密级 公开 重庆邮电大学硕士学位论文 论文题目基于g m p l s 的a s o n 光层路由算法的 研究与改进 题名和副题名) 英文题目r e s e a r c ha n di m p r o v e m e n to nr o u t i n g a l g o r i t h mf o ro p t i c a ll a y e ri ng m p l s b a s e da s o n 论文提交日期2 q q 2 ：5论文答辩日期 2 q 虹。6 。2 论文评阅人塑壹垒趑避缝 整垫缝熬蛑! 塑篮 答辩委员会主席 奎塑垫塾丝重壅查堂 2 0 0 7 年5 月3 0 日 重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 随着光网络和光技术的不断发展，出现了以智能光网络为代表的下一 代光网络，其中a s o n 则是智能光网络中的典型代表。它通过引入基于 g m p l s 协议的控制平面动态调配网络资源，实现连接的自动建立和拆除， 完成网络故障时的动态保护和恢复，可以更好地满足用户和网络运营商的 需求。a s o n 由控制平面、管理平面和传送平面组成，控制平面是a s o n 的核心部分，它的基本功能分为：连接、路由、链路管理、自动发现。与 传统网络不同，a s o n 网络中路由的计算由单独的基于约束的算法来实现， 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 o n 为用户提供 可靠性服务的关键部分。 本文从基于g m p l s 的a s o n 网络体系结构入手，首先介绍了a s o n 的基本概念，描述了a s o n 路由体系和r w a 问题，以及g m p l s 控制协 议体系，随后着重介绍了基于g m p l s 的约束路由机制和c s p f 路由算法， 在此基础上，对其中的w s r l g 算法进行了改进，引入了负载平衡因子， 在一定程度上平衡了网络负载。最后在g l a s s 仿真平台上对算法进行了 仿真验证。 本文还提出了一种快速、有效的基于s r l g 约束的c s p f 改进算法， 它考虑了传统的k s p 算法涉及的q o s 约束，如带宽、延迟，并且通过排 除使算法陷入s r l g 陷阱的链路以实现查找多条s r l g 分离路径。在 g l a s s 仿真平台上的仿真结果表明，该路由算法可行且有效，不仅能根据 a s o n 网络的特点，应用于a s o n 的路由选择以及保护与恢复，并能够降 低网络业务的阻塞率，提高网络性能。 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 重庆邮电大学硕士论文摘要 a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n gd e v e l o p m e n to fo p t i c a ln e t w o r ka n do p t i c a lt e c h n o l o g y , n e x tg e n e r a t i o no p t i c a ln e t w o r ka p p e a r e dw h i c hi sr e p r e s e n t e db yt h e i n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r k ( i o n ) m o r e 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 g o p t i c a ln e t w o r k ( a s o n ) h a sa t t r a c t e dm a n yr e s e a r c h e r s i n t e r e s t s a sa r e p r e s e n t a t i o no fi o n t h r o u g ht h ei n t r o d u c t i o no fac o n t r o lp l a n eb a s e do n g m p l sp r o t o c o l s ，i tc a na l l o c a t en e t w o r kr e s o u r c ed y n a m i c a l l y ，s e tu pa n d t a k ed o w nal s pt u n n e la u t o m a t i c a l l y , c o m p l e t et h ep r o t e c t i o na n dr e c o v e r y o fn e t w o r kf a i l u r ea n dt h e nm e e tt h en e e d s o fu s e r sa n do p e r a t o r sb e t t e r a s o ni sc o n s i s t e do fc o n t r o lp l a n e ，d a t ap l a n e ，a n dm a n a g e m e n tp l a n e c o n t r o lp l a n ei st h ek e yp a r to fa s o na n di sd e p a r t e di n t ot h e s e b a s i c m o d u l e s ：r o u t i n g 、c o n n e c t i n g 、l i n km a n a g e m e n t 、a u t o m a t i cd e t e c t i o n d i f f e r e n tt r a d i t i o n a ln e t w o r k ，t h er o u t i n gf u n c t i o nc a n tb ef i n i s h e dj u s tb y r o u t i n gp r o t o c o l s i na s o n ，t h er o u t i n gp r o t o c o li sr e s p o n s i b l e f o r t h e f l o o d i n go fn e t w o r ks t a t e sa n dr e s o u r c e s ，j u s tw i t h o u tt h er o u t i n gc o m p u t a t i o n ， w h i c hi si m p l e m e n t e db ys o m ec o n s t r a i n t b a s e dr o u t i n g w i t hg m p l sc o n t r o l ， a s o nc o m p l e t e st h en e t w o r kr o u t i n gc o m p u t a t i o nt h r o u g ht h ec o n s t r a i n t - b a s e d r o u t i n ga l g o r i t h mi ng m p l st r a f f i ce n g i n e e r i n g t h 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 gf u n c t i o ns h o u l dg u a r a n t e et h et er e q u e s to fu s e r s c o n n e c t i o n sw h i l el o o k i n gf o ras h o r t e s tp a t hb e t w e e nas o u r c en o d ea n da d e s t i n a t i o nn o d e h e n c e ，t h ec o n s t r a i n t b a s e dr o u t i n ga l g o r i t h mi sak e yp a r t t op r o v i d er e l i a b l es e r v i c ef o rc o n n e c t i o n si na s o n i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，w ee n t e ro nt h er e s e a r c ha ta r c h i t e c t u r eo fa s o n i t f i r s t l y i n t r o d u c e st h eb a s i c c o n c e p t o fa s o n ，t h e nd e s c r i b e s r o u t i n g a r c h i t e c t u r eo fa s o n 、r w a p r o b l e ma n dt h ea r c h i t e c t u r eo fg m p l sc o n t r o l p r o t o c o l s a f t e rt h a t ，i ta n a l y s e st h ec o n s t r a i n t - b a s e dr o u t i n ga r c h i t e c t u r ea n d r o u t i n ga l g o r i t h m si ng m p l st r a f f i ce n g i n e e r i n gi nd e t a i l o nt h i sc o n d i t i o n ， t h ep a p e ri m p r o v e st h ew s r l g a l g o r i t h mo fc s p fa l g o r i t h m i tc o n s i d e r sa l o a d b a l a n c e df a c t o rt h a tb a l a n c e1 0 a do ft h en e t w o r ki nac e r t a i ne x t e n t a t l a s t ，t h ea l g o r i t h mi ss i m u l a t e da n dv e r i f i e do ng l a s sp l a t f o r m a ne f f i c i e n ta n dr a p i dc s p fa l g o r i t h mb a s e do nc o n s t r a i n ts r l gi s i i 重庆邮电大学硕士论文摘要 p r o p o s e da n dv a l i d a t e db ys i m u l a t i o n s t h ea l g o r i t h mi n v o l v e si n s o m e t r a d i t i o n a lq o sp a r a m e t e r sl i k eb a n d w i d t h ，d e l a y ，e t c a n de l i m i n a t et h el i n k w h i c hm a k i n gt h ea l g o r i t h mf a l li n t ot h es r l gs n a pt os e a r c hm a n ys r l g d i s j o i n tp a t h s t h ea l g o r i t h mi s s i m u l a t e do ng l a s sp l a t f o r m a n dt h e s i m u l a t i o nr e s u l t sv a l i d a t et h ea l g o r i t h mt ob er i g h ta n df e a s i b l e ，i tcanb e a p p l i e d f o rt h e r o u t i n gs e l e c t i o n ，p r o t e c i t o n a n dr e s t o r a t i o no fa s o n a c c o r d i n gt ot h ef e a t u r e ，a l s or e d u c i n gt h ec o n g e s t i o no fn e t w o r ka n da c h i e v e b e t t e rp e r f o r m a n c e 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 u t i n g ，s r lg ，c s p f i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 入已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重迭邮盎太堂或其他教育 ， 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谢意 靴擞储鹕筋、一解醐捌钳眇日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重底整直太堂有关保留、使用学位论文的规 定，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，允许论文被查 阅和借阅。本人授权重庆整直太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：苈丈萄 签字日期： 2 叼年j 月扣日 一名：秀弼 签字日期：力呷翁月； 日 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 l 。1 引言 第一章绪论 近几年来，i p 数据业务迅猛发展，对网络带宽的需求越来越大，而且 由于i p 业务量本身的不确定性和不可预见性，对网络带宽的动态分配要求 也越来越迫切。而传统的s d h s o n e t 环网结构带宽利用率低，分配复杂， 人工配置工作量大，难以满足数据业务的动态、突发需求。从而促使人们 在传统的静态光网络中引入动态智能控制机制，使新一代的光网络具有智 能化和自动化，实现高效传送数据业务，能够按需分配带宽和提供不同的 服务等级。 目前，新一代光网络的核心技术主要包括：光网络核心层中的智能光 网( i o n ) 技术，光传送网( o t n ) 技术、光网络汇聚层接入层中的多业务传送 平台( m s t p ) 技术和光以太网技术等。光传送网( o t n ) 技术主要针对长途骨 干和未来光网络透明承载多种业务而设计，能够实现功能强大的光层面的 网络管理和维护：多业务传送平台( m s t p ) 技术和光以太网等技术是目前城 域光网中在边缘层和接入层上涌现的新兴技术，这些技术将使新一代的 s d h s o n e t 系统平台能够直接提供集成的数据接口和数据处理能力i l j 。 与以上三种技术相比，i o n 智能光网技术有着更加鲜明的网络体系结 构上的创新，其通过建立一个通用控制面，实现从静态光联网向自动交换 光网络演进，同时实现业务网络与传送网络协同工作，成为了新一代光联 网技术的焦点。众多的国际标准化组织和机构都在积极参与智能光网相应 体系结构和协议的研究和制定工作。其中国际电联i t u t 提出的自动交换 光网络( a s o n ：a u t o m a t i c a l l ys w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k s ) 1 2 , 3 1 凭借其在结构 和功能上的优越性，自然而然地成为了下一代光网络的方向和典型代表。 a s o n 是一种动态、自动交换传送网，由用户动态发起业务请求，网 元自动计算并选择路径，并通过信令控制实现连接的建立、恢复、拆除， 是融交换和传送为一体的新一代光网络，又称智能光网络。相较于传统的 光网络，引入的控制平面是智能光网络技术的核心部分。智能光网络通过 控制面技术来实现对带宽的动态分配、端到端的保护和恢复，以及实现数 据网元和光层网元之间的协同工作。而i e t f 提出的通用多协议标签交换 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 4 5 ( g m p l s ) 是目前实现a s o n 网络控制平面的主要核心协议。为了更好 地支持光网络的传输，g m p l s 拓展了传统的m p l s ，可以支持多种类型的 交换，包括时分交换、波长交换和空间交换( 端口交换、光纤交换等) ； g m p l s 还对传统的m p l s 的路由、信令协议和控制机制做了进一步拓展， 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 0 1 ) ；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。 总而言之，a s o n 无疑是传送网技术的革命性突破，而g m p l s 与a s o n 的融合更体现了i p 技术融入光网络的发展趋势。 1 2 a s o n 的特点 a s o n 与传统光网络的区别在于它增加了一个控制平面，通过控制平 面中各个模块的相互作用。能够实现智能的控制，从而快速地为业务建立 连接，同时还能实现自动拓扑发现等功能。a s o n 具备以下一系列重要的 性能特点1 0 j ： 1 1 快速的业务提供能够实现资源的更有效利用和增加开辟新业务的 机会，如带宽调整、波长出租、波长批发、光v p n 等新业务： 2 1 更高级别的网络安全生存性。在网状网拓扑下的保护和恢复机制 能够提供给用户更加可靠的业务传输。a s o n 的控制平面能在光层对传输 故障快速做出反映，进而即时地将数据流倒换到备用通道上，实现了业务 的快速保护和恢复，大大提高了网络的生存性： 3 ) 具有自动发现邻居、网络资源和业务的功能； 4 ) 具有流量工程能力，允许将网络资源动态地分配给路由； 5 ) 更简化的网络规划和设计。规模大的传输网在规划和设计时都非 常复杂，存在许多不确定因素，诸如不固定的数据流量、不确定的业务需 求、不同业务的安全等级，以及各种不同的网络协议和控制平面的相互兼 容性等。a s o n 技术采用标准化的控制平面和简单的网管系统，重用现有 的一些协议，使网络规划和设计变得更加简单。 2 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 ，3 智能光网络的发展 1 。3 。1a s o n 标准化进展 到目前为止，主要有三个标准化组织【7 】在进行智能光网络的标准化工 作，包括i t u t ( 国际电信联盟电信标准部) 、o i f ( 光因特网论坛) 、i e t f ( 因 特网网络工程部) ，各标准化组织之间的工作任务既有重叠，又互为补充。 i t u t 是通信行业主要的标准化组织，它在a s o n 领域的主要工作是 定义了一个标准的自动光网络体系结构，与其他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，之后再决定如何实现。i t u t 主要负责 a s o n 体系结构方面的内容，另外它在分布式呼叫与连接管理、路由协议、 自动发现等方面给出了框架结构与协议规范，还对链路管理、连接允许控 制、管理平面等方面进行了规范。 i e t f 对i n t e r n e t 中使用的核心技术进行开发和标准化，侧重规范具体 协议和信令。i t u t 主要关心整体结构组成元素的标准化，而i e t f 则侧 重于开发用于支持整体结构的工具和协议族。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。它提出了通用多协议标记 交换( g m p l s ) 的一系列标准草案，包括信令协议( r s v p t e c r l d p ) 、路 由协议( o s p f ) 、链路管理协议( l m p ) 等。考虑到运营商和网络实现的需求， i e t f 正致力于使g m p l s 不仅支持对等模型，而且支持重叠模型。为此， i e t f 开始考虑借鉴i t u t 和o i f 的工作，使其g m p l s 协议族更具完整性。 o i f 并不是一个正式的标准化组织，它给出详细的实现规范供标准化 组织采用。o i f 主要关注客户端，在a s o n 技术领域主要制定接口标准 l i n i 和n n i ，目前主要关注的是l p 客户端，规范u n i 和n n i 尚在进行当 中，i - n n i 有了一个初步的定义，目前已经完成了u n l l 0 信令规范、u n l l 0 信令规范r e l 2 、u n l l 0 计费的c d r 、u n l 2 0 、u n i 和n n i 的安全扩展和 运营商内部的e n n i 信令规范。 我国的a s o n 系列标准的制定工作从2 0 0 2 年起由中国通信标准协会 传送网工作组确定启动。国内a s o n 标准的制定主要依据i t u t 的框架结 构和相关建议，同时兼顾i e t f 和o i f 的相关规范。前期着手制定两个有 关a s o n 标准框架和体系结构方面的标准自动交换光网络( a s o n ) 标准的体系结构和自动交换光网络结构和功能要求。前者主要是参 考国际上i t u t 、i e t f 和o i f 的相关建议来制定的，具体规定a s o n 标 3 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 准的体系框架结构，用于指导传输网标准组在a s o n 方面的标准制定。后 者是以i t u t 的g 8 0 7 和g 8 0 8 0 建议为基础，结合我国网络需求提出 a s o n 的参考结构和功能要求，将用于指导我国a s o n 的规划设计和设备 开发。目前a s o n 标准的体系结构已经完成征求意见稿。 1 3 2 国内外应用现状 由于智能光网络所具有的强大优势，其发展得到运营商和设备商的极 大关注。国际上许多通信设备商都在此方面投入力量开发产品，l u - c e n t 、 n o r t e l 、a l c a t e l 、c i e n a 、s y c a m o r e 等公司都有了一些相关的产品。比较国 内外各运营商所进行的a s o n 网络建设和运维的情况，国外运营商引入 a s o n 产品的硬件平台来组建m e s h 网相对较早。美国a t & t 公司率先应 用c i e n a 的c o r e d i r e c t o r 在全国范围内建设了连接近1 0 0 个城市的智能光 网络，这是至今为止最大的m e s h 组网结构。v o d a f o n e 在英国本土采用 s y c a m o r es n l 6 0 0 0 新建了7 9 个节点的骨干网络，并且所有的业务都采用 了恢复的生存性方式。b e l l s o u t h 、n t t 等采用s y c a m o r es n l 6 0 0 0 组建 a s o n 网络。日本n t t 公司部署了有4 0 多个智能核心交换节点的智能光 网络。西班牙电信利用a l c a t e l 的1 6 7 4 l g 组成了1 6 个节点的骨干传输网， 已经应用a l c a t e l 提供的集中恢复工具实现网络恢复功能，而且第二期工 程将安装a l c a t e l 的控制模块g m r e 实现分布式控制。美国电信运营商 3 6 0 n e t w o r k s 、t o u c ha m e r i c a n 、澳大利亚著名电信运营商o p t u s 和巴西的 t e l e m a r 等也都开始在骨干网中进行智能光网络的部署。 a s o n 在国外运营商的成功应用给了国内运营商很多可以借鉴的经 验，国内各大运营商也都在积极跟踪研究，陆续展开了a s o n 的基础应用 研究和测试计划，多个运营商进行了设备和互通测试：如中国电信在美国 的s u p e r c o m m 2 0 0 4 会议上的测试，该会议上共有1 5 家厂商、7 家运营商 参加了a s o n 性能的测试，并实现了多运营商间、多厂商设备间的a s o n 网络互通测试：中国移动与信息产业部电信研究院合作进行了国内第一次 大规模的a s o n 设备测试，对于来自国内外的8 个厂家的设备进行了测试； 中国联通对成功应用a s o n 组建网络的国外运营商进行了考察和学习”1 。 由此可见，a s o n 技术的发展受到了国内运营商的高度关注，目前国 内主要是在城域传送网和省二干传送网有部分应用，部分运营商也将在骨 干网中引入a s o n 技术。借北京2 0 0 8 奥运会的契机，北京通信将采用上 海贝尔阿尔卡特的m s s l 6 7 8 组建北京通信城域网2 0 多个骨干传输节点的 4 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 m e s h 网。 除了运营商非常关注a s o n 网络的发展外，国家“8 6 3 ”项目也在大力 支持a s o n 在中国的发展，并为a s o n 的商用提供契机。目前已经结束的 国家 8 6 3 ”项目关于a s o n i o n 的研究，促使华为、中兴等一些国内设备 制造商进行了智能光网络设备的研发。同时国家“8 6 3 ”的重大项目“3 t n e t ” 包括了a s o n 技术的研发以及示范网的建设，该项目将在长江三角洲自主 建成我国的新一代运营级的高性能宽带应用示范网。 1 4 研究目的及主要任务 a s o n 技术的出现是光传送网络向网络智能化方向发展的产物，通过 引入智能化的控制平面，实现网络的自动流量工程、网络自动拓扑发现和 自动业务发现以及多种保护和恢复方案。智能光网络的控制平面由信令网 络支持，由多种功能部件组成，包括一组通信实体和控制单元( o c t - 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。 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 o n 网络中来。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。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。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，设计一个高效、快速且 在网络故障时能用于保护与恢复的路由算法就是一个亟待解决的问题。本 课题就是以智能光网络的光层路由功能为重点，主要对以下方面进行了研 究： 对a s o n 网络的组成和路由体系结构进行了跟踪研究，介绍了g m p l s 协议为支持光网络所做的路由和信令的扩展及其工作过程。掌握了基于 g m p l s 的a s o n 路由模型的基本架构和工作原理。 针对智能光网络路由计算的特点，对c s p f 算法进行了深入的研究。 对w s r l g 算法进行改进，引入了负载平衡因子，在一定程度上平衡了网 络负载。同时，提出一种快速、有效的基于s r l g 约束的c s p f 路由算法， 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 一方面满足业务的q o s 需求( 如带宽、延迟) ，另一方面通过计算多条分离 路径，进行路由选择，以及在网络出现故障时提供保护和恢复，为用户提 供可靠的传输服务。 在介绍了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 ) 仿真 软件的使用方法基础上，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，搭建了a s o n 仿真平台，并在此 基础上对改进的w s r l g 算法以及基于s r l g 约束的c s p f 路由算法进行 了仿真验证，对仿真结果进行了分析。 1 5 本文的主要工作和篇章结构 本文内容安排如下： 第1 章主要介绍了智能光网络的概念、本课题的研究目的以及本文所 做工作。 第2 章介绍了a s o n 网络的路由体系结构以及路由和波长分配问题。 第3 章介绍了基于g m p l s 的a s o n 控制面协议体系，详细介绍了基 于g m p l s 的智能光网络约束路由及g m p l s 对路由协议的光网络扩展。 第4 章分析了c s p f 算法设计的方法和思路。 第5 章对w s r l g 算法进行了改进，同时提出了一种基于s r l g 约束 的c s p f 改进算法，最后简单介绍了本论文所使用的仿真工具g l a s s s s f ， 在此基础上对算法进行了仿真验证和结果分析。 第6 章对本文工作做了总结，并提出了下一步工作方向。 6 重庆邮电大学硕士论文第二章a s o n 路由技术以及r w a 问题 第二章a s o n 路由技术以及r w a 问题 2 1a s o n 路由特点 智能光网络的控制面可以实现路由、信令和链路资源管理这三个方面 的功能，其中路由功能的实现是最为复杂的，它不仅负责网络内拓扑结构 发现及网络资源使用信息的获取分发，还要根据各种约束策略计算出网络 的最佳路由。 其中，智能光网络的路由和传统i p 路由技术的区别主要表现在以下几 个方面： 1 ) i p 网中数据转发是采用数据报方式，逐跳进行，不需要事先建立 连接，而在基于电路交换的光网络中，数据的交换是基于端到端，需要事 先建立端到端的连接。 2 ) i p 网络中，每个路由器根据l p 数据包中的目的地址进行独立的路 由选择并每跳转发，每个路由器都必须有精确、相同的网络拓扑数据库信 息和路由算法。而在a s o n 网络，由于光网络的连接是显式路由，并且对 于某一连接请求，路由计算是由接受连接请求的单一网元单独完成，因此 不同网元使用的路径选择算法可以不同。事实上，对于相同的信息，不同 的路由算法可以采用不同的处理方式。 3 ) 在i p 网络中可以事先配置好保护通道，而在失效发生以前并不占 用网络资源。在电路交换光网络中建立保护通道通常需要占用相应的资 源。 4 ) 邻居发现过程是许多域内i p 路由协议的基本功能。光网络中的邻 居发现是由链路管理协议的自动发现机制来实现的。在光网络中，这一过 程除了基本的邻居发现，还包括链路相关属性的发现。i t u tg 7 7 1 4 定义 了自动发现过程的基本模型，i e t f 的l m p 协议定义了一种通用的实现方 式。 2 2a s o n 路由体系结构 i t u t ( 3 7 7 1 5 中提出了一个与协议无关的a s o n 路由体系结构，它定 7 重庆邮电大学硕士论文 第二章a s o n 路由技术以及r w a 问题 义了在a s o n 网络中建立交换连接( s w i t c hc o n n e c t i o n ) f f 铂软永久连接( s o f t p e r m a n e n tc o n n e c t i o n ) 连接选路功能的结构和要求。该结构支持( 3 8 0 8 0 定 义的3 种不同路由方式：分级路e h ( h i e r a r c h i c a lr o u t i n g ) ，源路f i t ( s o u r c e r o u t i n g ) ，逐跳路由( s t e p b y s t e pr o u t i n g ) 。 2 2 1a s o n 路由功能结构 运营商可以基于特定的策略对网络进行分割，分割的依据可以是地 理，管理范围，技术等。运营商可以将细分后的网络看作是由不同的路由 域组成，以便提供路由服务。a s o n 路由体系结构在网络被分割为多个路 由域，并对网络资源进行了分配后使用。 从整体上讲，a s o n 路由体系结构包括与协议无关的组件如链路资源 管理器l r m ( l i n kr e s o u r c em a n a g e r ) 、路由信息库r d b ( r o u t i n g i n f o r m a t i o n d a t a b a s e ) 和路由控制器r c ( r o u t i n g c o n t r o l l e r ) ，以及与协议相 关的组件如协议控制器p c ( p r o t o c o l c o n t r o l l e r ) 。这些具体的路由功能组件 的构成如图2 1 所示： l 路由势露库tl k ，。， 匿悼 - 凰 图2 1 路由功能组件构成 各个功能组件作用如下； 1 ) 路由数据库r d b 组件：用于存储本地网络拓扑结构、可达性、路 由策略配置和其它通过路由信息交换获得的信息，同时还可能包含有配置 信息。r d b 可以包含多个路由域的路由信息，那么访问同一个r d b 的r e 就可能共享路由信息。 8 重庆邮电大学硕士论文 第二章a s o n 路由技术以及r w a 问题 2 ) 链路资源管理器l r m 组件：主要负责本地链路资源的发现和管理， 一旦发现本地资源发生变化，则将其控制的链路资源的任何状态改变告知 r c ，更新r d b 。 3 ) 路由控制器r c 组件：负责响应连接控制器为了建立连接而对通道 或路由信息的请求，包括与对端r c 交换路由信息，并通过对路由信息数 据库的操作回复路由查询( 路径选择) ，同时也负责向管理网络发送所需的 拓扑信息。r c 是与协议无关的，从路由控制器中得到的信息使得它能提 供它所负责域内的路由。 4 ) 协议控制器p c 组件：将路由原语转换成特定路由协议的消息，因 此是与协议相关的。p c 还处理和路由协议相关的控制信息，这些控制信 息用于路由信息交换的管理和维护。 2 2 2 a s o n 路由需求 a s o n 路由需求一j 主要包括3 个部分；体系结构需求、协议需求和路 径选择计算需求。 体系结构需求：r c 间交换的信息要服从参考点的策略限制；r p ( 路由 执行器) 的工作不依赖其他级别的路由协议；路由域问的路由信息交互不依 赖域内的协议；路由域问的路由信息交互不依赖控制的集中或分布方式： 路由邻接拓扑和传送网络拓扑不必匹配；每个路由域要在运营商网里唯一 标识；路由信息支持单独域的抽象观点，抽象的程度依赖操作者的策略； r p 需要提供系统失效后进行恢复的能力。 协议需求：协议支持多级结构；支持摘要路由信息；支持节点问的多 条链路以及链路和节点多样性；支持结构升级，包括层次、域的集合和分 割；对链路、节点、路由层次数量可扩展；作为对于路由事件( 拓扑更新、 可达性更新) 的反应，r d b 需要收敛并提供抖动处理机制；路由协议支持 和提供附加属性，如安全目的属性。 路径选择需求：a s o n 体系结构中的连接控制器c c ( c o n n e c t i o n c o n t r o l l e r ) 用于根据信令建立光路径，需要将路径选择算法得到的路径作 为参数来建立光路径。路径选择可以通过两种计算方式完成：离线计算( 通 过管理平面进行路由规划) 和实时在线计算( 控制平面实现) 。选择哪种方式 取决于计算的复杂性、可靠的拓扑信息、特定的网络上下文环境。其中， 路径选择不能造成环回路径、至少支持( ；8 0 8 0 中的路由策略的一种( 层次 路由、源路由、逐跳路由) 并且应支持约束路由。 9 重庆邮电大学硕士论文第二章a s o n 路由技术以及r w a 问题 2 2 3a s o n 网络的路由实现方式 为了达到控制一个连接建立的目的，a s o n 控制平面需要在多个组件 之间进行信息交互。与连接过程相关的组件主要包括：c c ，r c 和l r m 。 不同的路由模式导致了节点之间控制功能模块的不同分布和连接控制器 之问不同的关系。 1 ) 分级路由模式： 在a s o n 中，从水平方向来说，一般可划分成不同的路由域，每个路 由域又可分为不同的子网。而子网之间可以相互嵌套，一个大的子网( 上层 子网) 内部可以包含若干个小的子网( 下层子网) ，以此形成多层次的结构。 每个子网都知道本身的拓扑结构并能进行动态连接控制，但不了解层次结 构中的上层或者下层子网的拓扑结构。在分级路由中，子网层次的每一级 都有一个包含c c ，r c 和l r m 的主节点负责本级子网的选路，每级主节 点之间按照层次结构的关系相互作用来选择路由。 2 ) 源路由模式： 和分级路由不同，在源路由模式中，连接选路是在路由域的范围内独 立进行的。由于一条连接可能经过多个路由域，在源路由模式中，从源节 点开始连接所经过的每一个路由域，其入口节点( 第一个节点) 负载本路由 域的路由选择，并负责判断连接所需要进入的下一个路由域的入口节点， 这样逐个路由域进行选路，直到最终到达目的节点所在的路由域。 3 1 逐跳路由模式： 逐跳路由模式同源路由模式大致相同，不同之处在于在逐跳路由模式 下，路由的选择是以节点为单位逐跳进行的，与i p 网络中数据包的转发方 式类似，而在源路由模式下，则是以经过的路由域为单位逐段进行的。 2 3a s o n 的路由和波长分配问题 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 问题，而在波分复用( w d m ) 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 w a ：r o u t i n ga n dw a v e l e n l g t ha s s i g n m e n t ) 问题l i 。 光路径是用于连接客户的光通路，即光通道源节点与目的节点之间的 通路。一条光路径可以使用该通路的一个或几个波长。r w a 问题主要表现 重庆邮电大学硕士论文 第二章a s o n 路由技术以及r w a 问题 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( 路由子问题) ，并为路由经过的链路分配波 长( 波长分配子问题) 。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。寻路和波长选择问题中，路由的选取 对性能的影响更为显著【j r w a 问题分为基于静态业务的和基于动态业务的，静态r w a 问题是 预先给出多条光路连接需求，计算路由和分配波长，计算可以是离线的， 即不需要实时计算；对于动态情况，光路需求逐条地提出，但一条光路持 续一段时间后又被拆除，要为每一条光路做实时r w a 计算。a s o n 中， 永久连接( p c ) 属于静态r w a 问题，交换连接( s c ) 属于动态r w a 问题，软 永久连接( s p c ) 其r w a 算法的特点介于两者之问。在本节中，我们主要探 讨动态路由情况下的r w a 问题，对其中的路由选择子问题进行分析。 路由和波长分配问题属于n p c ( n pc o m p l e t e ) 问题，随着网络规模的 增大，问题求解的复杂性也急剧上升。当选择路由和选择波长同时进行的 方法称为结合法，即组合算法；先进行选路，再进行波长分配的方法称为 分解法，即顺序算法而具体采用组合法还是分解法又跟业务模型有很大 的关系。由于在智能光网络中，大部分业务具有实时、动态的特点，故一 般采用分解法，先解决有关选路的问题( 即r 问题) ，再解决波长分配的问 题( 即w 问题) 。 目前处理路由子问题的算法有以下几种i j 引： 1 ) 固定路由f r ( f i x e dr o u t i n g ) ：这是一种最简单的路由方案。在全 网拓扑己知的情况下，用某种最短路径算法( 例如d i j k s t r a 或是f l o y d ) 为每 一个源宿节点对预先计算出一条连接这两个节点的路由。当连接请求到达 时即在这条预先计算好的路由上为连接请求分配波长，建立连接； 2 ) 固定各选路由f a r ( f i x e d a l t e r n a t er o u t i n g ) ：f r 方案的问题是无 法有效地利用网络资源，因此出现了f a r 方案。在这种方案中，预先为每 一对源宿节点计算多条备选路由，构成备选路由集。当请求到达时，按照 预先排定的顺序确定路由，即当优先级较高的路由阻塞时，才会考虑优先 级较低的路由； 3 ) 自适应路由a r ( a d a p t i v er o u t i n g ) ：从性能上看，a r 是一种较好 的方案。因为f r 和f a r 方案都不能考虑到网络当前的状态，而a r 则可 以根据当前的网络状态动态地进行路由选择。 关于波长分配算法，由于不是本论文讨论内容，此处不作介绍。 重庆邮电大学硕士论文 第三章基于g m p l s 的a s o n 控制面的协议体系 第三章基于g m p l s 的a s o n 控制面的协议体系 3 1g m p l s 控制协议 从功能层面来讲，a s o n 由控制平面、管理平面和传送平面三大平面 组成。管理平面完成传送平台、控制平面和整个系统的管理维护功能，它 负责所有平面间的协调和配合，能够进行端到端连接的配置和管理，是控 制平面的一个补充，包括网元管理系统和网络管理系统；传送平台为用户 提供从端到端双向或单向信息传送，同时，传送平面与控制平面和管理平 面都有通信接口，通过这些接口，管理平面和控制平面就可对传送资源进 行控制和管理；而控制平面是a s o n 最具特色的核心部分，它由路由选择、 信令控制以及资源管理等功能模块和传送控制信令信息的信令网络组成， 完成呼叫控制和连接控制等功能，并通过分布式的连接管理机制实现光通 道的动态建立和拆除，以及进行网络资源的