（电磁场与微波技术专业论文）多域光网络中l1+vpn业务关键技术研究与实现.pdf

1 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：墨占粤卜 i i 期：竺生：尘兰 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： 丝亟 1 7 1 1 1 ： 导师签名：弛垄粤 i ii i ： 卯o ，为 ， i _ 多域光网络中l 1v p n 业务关键技术研究与实现 摘要 在光网络上直接提供宽带、优质、动态、灵活、可控的新型传送 业务是智能光网络未来发展的重要特征之一。a s o n 控制面的引入解 决了面向连接的问题，通过自动发现和自动建拆链，实现了点到点 的动态光路配置。而面向业务的光网络也需要一个平面的支持，业务 平面的出现便是面向业务驱动下的产物。同时，作为下一代光网络最 具潜力的增值业务之一，层一虚拟专用网( l 1v p n ) 可以通过公用 的w d m 网络为用户灵活地提供安全和可控的网络拓扑。l 1v p n 所具 有的资源共享的经济性、灵活性、可靠性、安全性和可扩展性等优势 能为运营商和用户带来双赢的局面。 i t u ts g1 3 和i e t fl 1v p nw o 对单域网中l 1v p n 业务的设 计、性能评价和详细架构进行了建议，也有了一程度的研究。然而， 多域光网络中l 1v p n 业务提供在实际的大型光网络具有重要的意 义，但是很难用一种固定的提供架构来满足变化的业务需求。另外， 多域光网络中，l 1v p n 资源预留复杂，难以做到端到端高效。目前 多域l 1v p n 的网络设计面临一系列的挑战。 本文的第一章分析了由技术驱动向业务驱动的必然性；简要介绍 了由传统a s o n 网络构架衍生出的a m s o n 结构。第二章对l 1v p n 的背景及相关理论进行研究，分析了l 1v p n 业务的需求、特点、组 网技术、应用现状和优势。第三章一方面在现有资源需求模型的基础 上分析多域光网络中l 1v p n 业务提供特点，改进和优化资源需求模 型；另一方面，提出两种茄孙构建算浊托诽行仿真比较与性茕分析。 第四章，对多域l 1v p n 的业务功能框架设计规划、各模块说明及处 理流程进行详细介绍。第五章，介绍了自适应业务试验平台，并对试 验结果进行分析。最后一章对全文进行总结与展望。 关键词：层一虚拟专用网多域资源需求模型提供架构构建算法 实现技术 h 丫。 q - 7 r e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no f l 1v p nk e yt e c h n o l o g yi n m u l t i d o n l 气j no p t i c a ln e t w o r k s a b s t r a c t p r o v i d i n gn e wt y p e so fb r o a d b a n d ，h i g h - q u a l i t y , d y n a m i c ，f l e x i b l e a n dc o n t r o l l a b l es e r v i c e sd i r e c t l yi no p t i c a ln e t w o r k sr e p r e s e n tt h ef e a t u r e o fn e x tg e n e r a t i o no p t i c a ln e t w o r k s t h ei n t r o d u c t i o no fa s o na d a p t e d c o n t r o lp l a n eh a sr e s o l v e dt h ec o n n e c t i o n o r i e n t e dp r o b l e m i tc a n a c h i e v ea p o i n t - - t o - - p o i n td y n a m i cl i g h tp a t hp r o v i s i o n i n gt h r o u g h a u t o m a t i cd e t e c t i o na n da u t o m a t i cb u i l d i n go rt e a r i n gd o w n h o w e v e rt h e s e r v i c e - o r i e n t e do p t i c a ln e t w o r ka l s on e e d st h es u p p o r to fap l a n e ，t h e e m e r g e n c eo fs e r v i c ep l a n ei sd r i v e nb yt h es e r v i c e o r i e n t e dn e t w o r k a t t h es a m et i m e l a y e r1v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k s ( l 1v p n s ) w h i c hi so n e o ft h ep o t e n t i a lv a l u e a d d e ds e r v i c e so fi n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r k sc a n p r o v i d ec u s t o m e r sw i t hp r e d i c t a b l ea n ds e c u r en e t w o r kc o n n e c t i o n so v e r as h a r e dp h y s i c a lo p t i c a l mn e t w o r k t h eo u t s t a n d i n gf e a t u r e so fl 1 v p ni n c l u d i n g e c o n o m i z a t i o n ，f l e x i b i l i t y , r e l i a b i l i t y , s e c u r i t y a n d s c a l a b i l i t yh a v em a d el 1v p naw i n w i ns o l u t i o nf o rb o t hi n t e r n e t s e r v i c ep r o v i d e r s ( i s p s ) a n du s e r s s o m es t u d i e sh a v ec o n s i d e r e dt h e d e s i g n a n dp e r f o r m a n c e e v a l u a t i o no fl 1v p ni n s i n g l ed o m a i na n dd e t a i l e d a r c h i t e c t u r a l p r o p o s a l sw e r ea l s op r o p o s e di ns t a n d a r db o d i e se g ，i t u - ts g1 3a n d i e 吓l 1v ，p nw g ) h o w e v e r , m u l t i d o m a i nl 1v p n sd e s i g ni s s i g n i f i c a n t i n p r a c t i c a ll a r g e s c a l eo p t i c a ln e t w o r k s i n m u l t i - d o m a i n o p t i c a ln e t w o r k s t h er e s o u r c er e s e r v a t i o no fl 1v p n i sc o m p l e xa n di t m a yp r o v ed i f f i c u l ti fw eu s eaf i x e dp r o v i s i o n i n ga r c h i t e c t u r et os a t i s f y t h ed i v e r s es e r v i c er e q u e s t s a tp r e s e n t ，l 1v p nn e t w o r kd e s i g ni n m u l t i d o m a i no p t i c a ln e t w o r k sh a sn o tb e e ns t u d i e dc o m p r e h e n s i v e l y t h ef i r s t c h a p t e r o ft h i sa r t i c l e a n a l y s e so ft r a n s i t i o nf r o m i i i t e c h n o l o g y - - d r i v e nt os e r v i c e s d r i v e n ；g i v e s ab r i e fi n t r o d u c t i o no ft h e a r c h i t e c t u r eo fa s o na n da m s o n t h es e c o n dc h a p t e rm a i n l yr e s e a r c h e st h el 1v p n sb a c k g r o u n da n d r e l a t e dt h e o r i e sa n dd e s c r i b e st h er e q u i r e m e n t s ，f e a t u r e s ，n e t w o r k i n g t e c h n o l o g y , a p p l i c a t i o na n dd o m i n a n tp o s i t i o no fl 1v p n s e r v i c e s t h et h i r d c h a p t e ra n a l y s e so ft h el 1v p ns e r v i c ep r o v i s i o n i n g c h a r a c t e r i s t i c si nm u l t i d o m a i no p t i c a ln e t w o r k so nt h eb a s i so fe x i s t i n g 一 一 - r e s o u r c e sd e m a n dm o d e l so nt h eo n eh a n d ；t h eo t h e rh a n dp r o p o s e st w o k i n d so ft o p o l o g i c a lc o n s t r u c t i n ga l g o r i t h m s ；c o m p l e t et h es i m u l a t i o ni n 。 o r d e rt oe v a l u a t et h e p e r f o r m a n c ea n dv e r i f y t h ef e a s i b i l i t yo ft h e p r o p o s e da r c h i t e c t u r e t h ef o r t hc h a p t e rg i v e st h ed e t a i l so ff u n c t i o n a lf r a m e w o r kd e s i g n ， m o d u l ed e s i g na n ds o f t w a r ei m p l e m e n t a t i o no fm u l t i d o m a i n t h ef i f t hc h a p t e rg i v e sab r i f ei n t r o d u c t i o na b o u tt h ea m s o n t e s t b e d r e s u l t sa r es h o w e da n de x p l a i n e df i n a l l y t h el a s tc h a p t e rc o n t a i n st h es u m m a r yo ft h ea r t i c l e k e yw o r d s ：l a y e r1 p r i v a t en e t w o r k s ( l 1v p n ) ，m u l t i d o m a i n ， r e s o u r c ed e m a n dm o d e l ，p r o v i s i o n i n ga r c h i t e c t u r e ，c o n s t r u c t i n ga l g o r i t h m ， i m p l e m e n t a t i o nt e c h n o l o g y i v 目录 第一章绪论1 1 1 下一代光网络的业务发展趋势1 1 1 1从业务的特点看下一代光网络的发展2 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。3 1 2a s o n 面临的挑l 钱3 1 3 自适应业务平面4 1 3 1 自适应业务平面的提出4 1 3 2a m s o n 结构模型5 1 4 多域l 1v p n 业务6 1 5l 1v p n 国内外进展7 1 5 1l 1v p n 研究现状7 1 5 2l 1v p n 国际标准化进展7 1 5 3 l 1v p n j 立用一8 1 6 论文结构和章节安排9 第二章l 1v p n 业务。1 l 2 1 虚拟专用网( v p n ) 业务1 1 2 1 1 概述1 1 2 1 2 v p n 分类。1 1 2 2 层一虚拟专用网( l 1v p n ) 业务1 2 2 2 1l 1v p n 的概念和参考模型1 2 2 2 2l 1v p n 业务需求1 3 2 2 3l 1v p n 业务模型1 5 2 2 4l 1v p n 功能特征1 5 2 2 5 l 1v p n 性能特点1 6 2 2 6l 1v p n 与l 2 l 3v p n 的比较。1 6 2 3l 1v p n 业务的应用与优势1 7 2 3 1应用模式1 7 2 3 2应用现状1 8 2 3 3应用优势1 9 2 4 本章小结2 0 第三章多域l 1v p n 业务模型及算法研究2 l 3 1 多域光网络面临的挑战一2 1 3 2l iv p n 资源需求模型2 l 3 2 1传统l 1v p n 资源需求模型2 1 3 2 2 多域l 1v p n 复杂约束条件多域软管模型。2 2 3 3 应用于复杂约束条件多域软管模型的拓扑构建算法。2 3 3 3 1多域l 1v p n 树型拓扑构建算法2 3 v 3 3 2多域l 1v p n 环型拓扑构建算法2 5 3 4 网络规划过程2 7 3 5 本章小结2 7 第四章多域l 1v p n 设计和实现2 9 4 1 路径计算单元( p c e ) 。2 9 4 1 1p c e 的提出2 9 4 1 2 多域光网络中p c e 的运用3 0 4 2 业务平面与s o i a 3 0 4 3 基本业务逻辑块( b s l b ) 3 1 4 4 多域l 1v p n 业务实现方案3 2 4 4 1多域l 1v p n 业务框架设计3 3 4 4 2 c e 实体。3 4 4 4 3 s d e 实体3 5 4 4 4 s c e 实体3 8 4 4 4 1 s a s c e 子模块3 8 4 4 4 2 s p s c e 子模块3 9 4 4 4 3 a a a 子模块4 0 4 4 4 4 网络通信器子模块4 0 4 4 4 5 邻接资源管理器予模块4 0 4 4 4 6 配置监视控制器子模块4 0 4 4 5 p c e 实体4 1 4 5 多域l 1v p n 流程4 2 4 5 1l 1v p n 业务总体实现流程4 2 4 5 2s d e 实体处理流程4 4 4 5 3s c e 实体处理流程4 5 4 5 3 1 s a s c e 子模块处理流程4 5 4 5 3 2 s p s c e 子模块处理流程4 7 4 5 4p c e 实体处理流程4 8 4 6 多域l 1v p n 功能。5 0 第五章多域l 1v p n 试验平台5 1 5 1 试验平台5 1 5 1 1 试验平台部署和试验环境介绍5 2 5 1 2 试验平台组网配置5 2 5 2l 1v p n 试验结果与分析5 3 第六章总结与展望5 5 6 1 总结一5 5 6 2 展望5 5 参考文献 致谢 5 7 攻读硕士学位期间学术成果 v l 6 1 北京邮电大学硕上学位论文 第一章绪论 第一章绪论 随着i n t e r n e t 快速发展带来的巨大冲击，移动话音和数据业务、互联网业务和 各种新业务的迅速普及和应用，各种业务呈现爆炸式的增长态势，这给服务供应 商带来广阔的市场前景和新的利润增长点。如何充分利用已有的网络基础设施， 通过有效的带宽管理，快速、低成本地提高它们的业务提供能力，创造能满足其 客户需求并能增加收入的新业务，是运营商首要解决的问题。 1 1下一代光网络的业务发展趋势 一个完整的通信网络包括接入网、交换网、传送网等层面，其中传送网担负 着信号由一点到其它点的传递功能，是整个通信网络的核心和基础部分。传统传 送网被垂直划分为不同的技术网络，业务提供依赖特定的网络类型，难以满足个 性、灵活、泛在、差异等多重业务取向的要求。随着电信i p 化、宽带化、移动化 成为全球发展趋势，以“客户( c u s t o m e r ) 、应用( a p p l i c a t i o n ) 、数据( d a t a ) 为中心的c a d - - - 要素构成未来业务驱动的核心内容。宽带网络视频、实时流媒体 通信、大容量文件传输、存储区域网络等的出现，用户使用习惯的改变，以及对 高质量服务保障的需要，无不驱动着传送网向具有综合业务支撑能力的方向发展 p - s 。 图1 - 1 下一代光网络的业务自由度 北京邮电人学硕上学位论文 第一章绪论 智能光网络的出现对于传送网发展有着深远的影响，而自动交换光网络 ( a u t o m a t i c a l l ys w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k ，a s o n ) 技术【6 d 3 j 是智能光网络的主要 代表。a s o n 通过引入控制平面将光网络由手动时代带进了智能时代，解决了以 会话控制为基础的点到点电路型连接的光路自动建立问题。但是该理论主要研究 面向连接( c o n n e c t i o n ) 提供的控管过程，没有给出面向业务( s e r v i c e ) 提供的 一致性方案；并且控制对象仅为交换节点中的光开关单元，不包括传输链路中的 各种可调谐光器件单元。于此同时，不论是家庭用户还是企业用户，已经不再满 足于点到点的光路，他们需要基于波长的高级别业务，l 匕女 i l lv p n ，多个点到 点光路的组合；b o d ，对光路时空属性的控制；s l a ，对服务等级的量化控制； 基于光路的存储服务和视频服务等【1 4 】。针对这些丰富多样的光网络新业务，可以 从带宽可变性、连接建立的自动化程度、用户感知控制度等多个方面进一步理 解其服务特征，如图1 1 所示。 带宽可变度反映了下一代光网络多粒度的特征，自由可变的带宽提供方式可 节省用户的资金；连接建立的自动化程度反映了下一代光网络动态的特征，自动 化带来了快速的业务提供；用户感知控制自由度反映了下一代光网络面向用户 的特征，针对用户提出的差异化、个性化要求，下一代光网络在提供给用户网络 监视能力的同时，还给予用户一定的管理控制能力。 从业务角度总结未来光网络发展特征，光网络将具有如下主要特征： 大容量，动态业务。 灵活的提供业务，灵活体现在多层，多域和多粒度。 开放的光网络平台将会使光网络提供更多适合用户的业务。 1 1 1 从业务的特点看下一代光网络的发展 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、网络计算业务、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。 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1 1 5 , 1 6 | 。在2 0 0 0 年3 月同本召开的国际电信联盟电信标准局( i t u t ) 会议上，q 1 9 q 1 3 研究组提出了a s o n ，并将它形成了g a s t n 和g a s o n 的 建议1 6 - s l 。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。 1 1 r 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 北京邮电入学硕+ 学位论文 第一章绪论 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 是光通信发展中的一场革命。 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、成本低的特点，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 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用户层面，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，这就要求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 新出现和未来即将出现的一系列新业务，光网络从传送网到即是传送网又是业务 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是分必要。 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 2a s o n 面临的挑战 自动交换光网络( a s o n ) 是一种通过能提供自动发现和动态连接功能的分 布式或部分分布式控制平面，在o t n 或s d h 网络之上，可实现动态的、基于信 令和策略驱动控制的网络，是一种具有灵活性、高可扩展性的能直接在光层上按 需提供服务的光网络。a s o n 的出现使得光网络向着智能化、快速化的发展道路 迈出了坚定的一步，从而为整个通信网络的发展奠定了可靠的基石。a s o n 最主 要的新特点包括：呼叫和连接过程的分离；自动资源发现机制的出现；网络生存 性技术的新特征等。 北京邮电大学硕： ：学位论文第一章绪论 光传送网由于a s o n 的引入，其分层模型从传统的两层结构( 管理平面和 传送平面) ，引入一个控制平面，从而演化成三层。a s o n 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。同时，按照传统的观念，光网络主要 的功能是传输。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，使得光网络 资源开发利用不足，许多光纤和波长还处在“沉睡状态 ，造成资源浪费。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，是将沉睡的资源“唤醒”，充分挖掘光传送 网资源潜力的一种有效方式。 1 3自适应业务平面 光网络业务正呈现出增长快速、不可预测、动态多变、类型多样、需求差异 的特点，光网络从传送网到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，面向业务光网络应该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；可以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；应能够监测业务的传输特性，当传输性能和业 务需求出现差异时自适应的修改光连接；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。 a s o n 体系结构主要解决面向连接提供的控管过程，没有给出面向业务提供 的一致性方案。因此目前的智能光网络难以满足个性、灵活、泛在、差异等多重 业务取向的要求【1 7 2 0 1 。 1 3 1 自适应业务平面的提出 原有的a s o n 框架缺少业务扩展的功能，引入新业务往往意味着增加新模 块，并会对网络规划和相关的信令及管理带来严重的影响。业务平面的引入使业 务扩展和业务定制成为可能。在a s o n 框架中引入业务平面而形成的框架结构 称为自适应多业务光网络( 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 k ，a m s o n ) 1 2 1 l 。 通过业务平面，可以实现两个分离，业务逻辑与连接控制相分离和业务提供与网 络提供相分离。为实现对光路传输过程的动态控制，在传送平面将大量采用具有 自动调节能力的器件模块。它们利用节点对q 因子、眼张开度、误码率、色散或 d o p 等物理量的监测信息，通过一定的自适应算法对信号的某些指标实时补偿， 北京邮电大学硕上学位论文 第一章绪论 从而达到优化传输性能的目的。图1 2 为光网络的发展趋势。 1 3 2a m s o n 结构模型 图1 2 光网络的发展趋势 参照r r u t 在q 1 2 0 0 系列建议【2 2 】中提出的智能网概念模型( i n t e l l i g e n t n e t w o r kc o n c e p tm o d e l ，1 n c m ) ，我们在a s o n 体系结构的基础上引入了业务 平面，形成a m s o n 架构，如图1 3 所示。在a m s o n 体系结构中，通过业务平 面，可以实现业务交换与业务控制相分离和业务生成独立于业务运行环境。业务 交换与业务控制相分离改变了由交换系统提供不同新增业务的传统方式，交换系 统将只负责交换和接入功能，不会为新业务的引入做任何改动，从而实现了业务 由业务平面集中提供。业务生成独立于智能光网络的业务运行环境使得业务的提 供不依赖于业务平面相关设备的供应商，独立的业务运行环境为业务的快速提供 奠定了基础。 我们在a s o n 框架上增加了业务平面及相应接口。扩展框架分为四个平面： 传送平面、控制平面、管理平面和业务平面。业务平面中包括业务控制单元 ( s e r v i c ec o n t r o le l e m e n t ：s e e ) 和业务数据单元( s e r v i c ed a t ae l e m e n t ：s d e ) 等构件。s c e 是业务平面的核心，它负责业务逻辑的解释执行，接收并处理s s m 的操作，数据库的访问，提供网络的管理与统计信息等。s d e 负责操作业务数 据库等功能。为了适配业务平面的功能，c p e 中新增了s s m ，s s m 负责业务的 识别并通过s n i ( s e r v i c en e t w o r ki n t e r f a c e ，业务网络接口) 与s c e 中的业务逻 辑交互操作。另外，用户通过u s i ( u s e rs e r v i c ei n t e r f a c e ，用户业务接口) 与业 务平面交互进行业务定制和业务执行，管理平面也新增了x 接口对业务平面进 北京邮电大学硕l ：学位论文第一章绪论 行管理。 厂一i - 蕊丁一1 - i s p ：业务平面c p ：控制平面t p ：传送平丽m p ：管理平面 s a ：业务分析器s p ：业务处理器s c e ：业务控制单元s d e ：业务数据单元 c p e ：控制平卣单元u s i ：用，、业务接口s n l ：业务网络接口c c i ：连接控制接口 e - n n i ：外部网络节点接口 i n n l ：内部网络节点接口x ：业务平面与管理平面的接口 n m i a ：管理平面与控制平面的接口n m i t ：管理平面与传送平面的接口 1 4多域l 1v p n 业务 图1 _ 3 a m s o n 结构模型 作为下一代光网络最具潜力的增值业务之一，层一虚拟专用网( l a y e r1 v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k s ，l 1v p n ) 是一种运行于多个被管理的公共波长之上、 可动态组织传送资源构成层一虚拟化专用网络的新业务类型。它是传统虚拟专用 网技术向光域延伸的结果。同时，为众多新型应用的开展提供优良的光带宽网络 环境。l 1v p n 使运营商能将他们的光网络分成多个虚拟网络提供给多个客户， 并且提供网络监控和管理功能，就好像客户拥有自己的光网络一样。通过提供 l i v p n 业务，运营商可以提供区别于传统带宽型的业务。v p n 客户将有能力控 制自己租赁的光网络资源而不必自己新建网络。l 1v p n 所具有的资源共享的经 济性、灵活性、可靠性和可扩展性等优势使得l 1v p n 业务成为智能光网络最具 发展潜力的增值业务。l 1v p n 的成功实现和应用，原因在于除了l 1v p n 能为 用户提供新的增值业务外，安全、高效、灵活、可管理的特性能为运营商和用户 带来双赢的局面。 l t u ts g1 3 和i e t fl 1v p nw g 对单域网中l 1v p n 业务的设计、性能评 价和详细架构进行了建议，也有了一程度的研究。然而，多域光网络中l 1v p n 北京邮 乜大学顾1 j 学位论文第一章绪论 业务提供在实际的大型光网络具有重要的意义，但是很难用一种固定的提供架构 来满足变化的业务需求。另外，多域光网络中，l 1v p n 资源预留复杂，难以做 到端到端高效。目前多域l 1v p n 的网络设计面临一系列的挑战。 l 1v p n 的成功实现和应用在很大程度上要取决于智能光网络的控制平面技 术在l 1v p n 方面标准化的成熟度，特别是在多厂商设备、垮域组网的网络环境 下，标准的成熟度就显得更加重要。 1 5l 1v p n 国内外进展 1 5 1l iv p n 研究现状 l e o ng o m m a n s 等利用可互通多域的业务平面，实现了一种开放的、可编程 的实例用于应用驱动的网络控制。此业务平面定义了两功能模块：认证、授权和 计费子系统以及动态资源分配控制模块，给出了一种新的光网络供给模型。 2 0 0 1 年，c a v d a rc 等人提出了一种基于管道模型的多层适应性l 1v p n 的 设计方案。管道模型是指每对c e s ( 用户边缘设备) 指定了资源需求，一个c e 对之间的需求形成一个点到点的逻辑管道。 2 0 0 2 年，k u m a ra 等人提出了在软管模型中供应l 1v p n 的新算法。软管模 式解决了管道模型的缺点，此模型只需要v p n 客户端针对每个端点指定其所需 的q o s 需求，即指定输入带宽( i n g r e s sb a n d w i d t h ) 和输出带宽( e g r e s s b a n d w i d t h ) 。 2 0 0 6 年，t a k e d a t 等人就l 1v p n 提出混合模型，它结合了管道模型和软 管模型，并使用混合方式的资源需求，可以有效的节省带宽资源。 2 0 0 6 年，a f a r r e l 等人将p c e 架构确定为一种使用异构网络资源来协调网 络业务的大有前途的候选方案。 2 0 0 8 年，t a k e d a t 等人已实现了p c e 来建立域间的标签交换路由( l s p ) ， 实现了跨域网的有效控制与管理。 1 5 2l 1v p n 国际标准化进展 i t u ts g1 3 研究组制定了l 1v p n 的相关标准，包括y 1 3 1 2 和y 1 3 1 3 。 其中y 1 3 1 2 规范了l 1v p n 的业务定义、业务方案、业务需求和业务架构元素 等。y 1 3 1 3 规范了l 1v p n 的功能和体系架构，用来支持y 1 3 1 2 描述的l 1v p n 业务。上述两个建议只定义了l 1v p n 的框架结构和功能需求，并没有规范具体 北京邮i u 大学硕 ：学位论文第一章绪论 的实施机制。s g l 3 在发布了这两个标准后，对l 1v p n 的研究基本处于停滞状 态。其他一些组织，如i t u ts g1 5 、i e t f 和o i f 对l 1v p n 业务相关的架构和 协议进行了更为详细的研究。 i t u t s g1 5 ：在2 0 0 4 年4 月的i t u t s g l 5 会议上，s g l 5 讨论了l 1v p n 对a s o n 体系结构的影响，并将对g 8 0 8 0 进行更新，以满足l 1v p n 的需求。 由于与l 1v p n 关系密切的a s o n 的标准化是由s g1 5 负责，因此未来l t u t 可能将l 1v p n 的标准化工作转移到s g l 5 。 i e t f i e t f 的l 1v p n 工作组专门对l 1v p n 的标准化进行研究。i e t f 对 l 1v p n 的研究基于i t u t 相关标准的内容，首先提出l 1v p n 的框架结构和功 能需求，然后研究具体协议的实现。i e t f 对l 1v p n 的支持主要基于通用多协 议标签交换( g m p l s ) 协议及其扩展。i e t f 主要研究两种业务模型：基本业务 模型和增强业务模型。基本业务模型的特点是用户设备( c e ) 、运营商边缘设 备( p e ) 之间的功能只有信令消息的交换，没有路由信息的交换。增强业务模 型的特点是c e 、p e 之间的功能既有信令消息的交换又有部分路由信息的交换。 o i f - o i f 规范了智能光网络的用户接口( o u n i ) 和用于各光网络节点互 连的网络接口( o n n i ) ，为l 1v p n 的链路建立提供协商机制，保证c e 到c e 光连接的建立，解决了不同智能光网络协议、设备的互连互通。l 1v p n 标准架 构如图1 - 4 所示。 ，户 、 ， ， ， ， ， ，、 ，、，、 一o-uni,o-nni 1 - d 4 1 一一、- _ - - 二：三 1 5 3l 1v p n 应用 日本n t r 公司是最早开始进行光网络自适应技术研究的公司之一。早在 1 9 9 9 年，n t t 公司就提出了针对未来网络发展的解决方案“自适应网络 北京邮电大学硕：七学位论文第一章绪论 ( a d a p t i v en e t w o r k ) ，认为未来网络应该具有“用户自适应性 和“自适应通 信需求变化”。 2 0 0 4 年，意大利教育与大学部实施”面向可扩展虚拟组织的高性能网格计算 使能平台”项目，提出利用面向业务的自动交换传送网作为支持全球网格计算的 传送框架。该传送网根据i t u t 的智能网络概念模型在普通的自动交换传送网上 加了一个平面，命名为业务面。 2 0 0 5 年，作为业界领先的电信设备供应商，上海贝尔阿尔卡特率先推出了 最新一代智能光交叉机系统1 6 7 8 m c c 设备和功能强大的1 3 0 0 系列网络管理系 统。它可以构建一个由智能核心网、多业务边缘汇聚和宽带多业务接入的端到端 新一代智能化光网络。该网络可提供强大的端到端智能管理和包括l 1v p n 业务 在内的、丰富的增值业务。 2 0 0 6 年，华为开发了o p t i xo s n9 5 0 0 智能光交换系统作为其推出的具有智 能特性的多粒度的带宽交换平台，其定位于城域骨干业务调度节点，可同时应用 于长途骨干业务调度节点。能够解决大量业务调度问题，简化网络管理。这一产 品具有支持l 1v p n 业务等智能特性。 许多国外的大型电信公司都争先恐后地推出了自己的l 1v p n 产品，例如 t e l l i u m 公司的s t a r n e t t m 产品和c i e n a 公司的l i g h t w o r k s 产品都能够支持l 1 v p n 的应用。 国外的少数运营商也已经开始提供l 1v p n 业务，如德国电信在其 s d h 2 0 0 0