（计算机应用技术专业论文）supanet多粒度qos控制机制及其移动性管理技术研究.pdf

西南交通大学博士研究生学位论文 第1 页 摘要 上一世纪九十年代中期制订i p v 6 协议以来，i p v 6 就被国际上普遍视为下一代 i n t e m e t ( n e x tg e n e r a t i o ni n t e m e t ，n g i ) 的代名词。由于它沿袭现有i n t e m e t 的体系结 构，无法从根本上解决i n t e r n e t 面临的高速交换、服务质量保障、安全可靠与易管理、 以及移动性四大挑战。直到2 0 0 6 年美国全球网络创新环境( g l o b a le n v i r o n m e n tf o r n e t w o r ki n n o v a t i o n s ，g e n i ) 公开表明“有3 0 多年历史的i n t e r n e t 已经成为制约网络发 展的主要因素，必须研究全新的网络体系结构( c l e a ns l a t e a r c h i t e c t u r e ，c s a ) ”之后， 学术界和工业界才能逐步从i p v 6 就是n g i 的立场上转变过来。但是，迄今为止，在“什 么是c s a 和如何实现n g i ”的问题上，国际上尚无定论。 西南交通大学“四川省网络通信技术重点技术实验室”从2 0 0 1 年成立之日起，就把 研究n g i 的体系结构作为实验室的主要研究方向。考虑到未来骨干通信子网将以 d w d m 为代表的光通信技术为主，而接入通信技术将以包括无线通信技术在内的多种 技术并存的现实，很难像o s i r m 设想的那样将所有网络都采用统一的层次结构。因 此，实验室提出了“骨干通信子网优先，向外延伸次之”( b a c k b o n es u b s t r a t ef i r s t ， o u t w a r d se x t e n s i o ns e c o n d ，b s f o e s ) 的下一代网络发展战略。2 0 0 3 年实验室提出了 “三维以太城域网体系结构”框架，2 0 0 4 年更名为“单层用户数据交换平台体系结构” ( s i n g l e l a y e r u s e r - d a t as w i t c h i n gp l a t f o r m a r c h i t e c t u r e ，s u p a ) ，作为通用的骨 ：网体系 结构。s u p a 的研发目标在于构建高速、高效、安全和服务质量可保障的核心骨干通信 子网。s u p a 充分利用“带外信令”( o u t o f - b a n ds i g n a l i n g ) 概念，将“控制与管理”功能 与“用户数据的高速转发”功能相分离，进而将用户数据平台( u 一平台) 简化为单层结 构。s u p a 的u 一平台为用户数据提供面向连接的“虚线路交换”( v i r t u a ll i n e s w i t c h e d ) 服务。作为骨干网，s u p a 的u 平台通过其安全的、多粒度的隧道服务( t u n n e l i n g ) 将外部接入网( i n t e r n e t 、e t h e r n e t 或无线网络) 的用户数据( 帧、分组或其他形式的数 据) 进行封装和传输。 本论文反映的工作是在实验室前期有关s u p a 框架，特别是服务质量保障框架的 基础上，进一步研究和完善了s u p a 的多粒度服务质量控制机制，以及当i n t e m e t 和异 构无线网络作为s u p a n e t 接入网时，研究其服务质量可保障前提下的移动性管理技 术。本文的丰要研究工作包括： ( 1 ) 针对如何在s u p a n e t 原有机制上支持多粒度q o s 的问题，首先分析了 s u p a n e t 面向虚通道的q o s 保障机制，并在此基础上，分别定义了细粒度虚通道( f i n e g r a n u l a r i t yv i r t u a lt u n n e l ，f g v t ) 、平均数据率保障粗粒度虚通道( a v e r a g ed a t a r a t e g u a r a n t e e dc g v t , a d g c g v t ) 和尽力而为粗粒度虚通道( b e s te f f o r tc g v t ， b e c g v t ) ，组成了多粒度虚通道( m u l t i g r a n u l a r v i t r u a lt u n n e l ，m g v t ) 机制。然后 第1 i 页西南交通大学博士研究生学位论 研究了业务流映射机制，定义了业务流与m g v t 的映射规则：提出了c g v t 的一种资 源自适应算法，仿真实验结果表明资源自适应算法能够有效地提高资源利用率。最后， 在多粒度虚通道机制、业务流映射机制以及虚通道资源自适应机制的基础上，提出了 基于s u p a n e t 的多粒度q o s 控制框架模型。 ( 2 ) 针对如何在s u p a n e t 多粒度q o s 控制机制基础上，解决s u p a n e t 与i n t e r n e t 互联时产生的移动性管理问题，首先分析了该环境下存在的虚通道切换问题，分别设 计了f g v t 、a d g c g v t 以及b e c g v t 的切换方式，并在f g v t 的切换方式研究中， 提出了虚通道重建( v i r t u a lt u n n e lr e b u i l d i n g ，v t r ) ，虚通道延伸( v i r t u a lt u n n e l e x t e n s i o n ，v t e ) 和先扩后建( e x t e n s i o nf i r s tr e b u i l d i n gs e c o n d ，e f r s ) 的虚通道切换 方式，仿真实验表明，e f r s 的综合性能优于v t r 和v t e 。最后，在对m i p v 6 、f m i p 以及基于s i p 的移动性管理方案进行分析的基础上，分别研究了m i p v 6 、f m i p 以及 s i p 移动性方案与上述三种虚通道切换方式的融合机制。 ( 3 ) 针对如何在s u p a n e t 多粒度q o s 控制机制基础上，解决s u p a n e t 与异构 无线网络互联时的网络选择问题，首先利用层次分析法( a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s a h p ) 对3 g p p 业务类别进行了q o s 权重分析，设计了一种基于业务类别的区分加权 网络选择算法( d i f f e r e n t i a t i o nw d g h t e dn e t w o r ks e l e c t i o na l g o r i t h m ，d w n s a ) ，经仿真 实验验证，d w n s a 与平均权值算法相比，能够在保障业务q o s 需求的前提下，有效 地平衡候选网络的负载。然后，提出了一种基于虚通道资源的网络选择算法( r e s o u r c e o f v i r t u a lt u n n e lb a s e dd w n s a ，r v t _ d w n s a ) ，并定义了该算法中的多粒度虚通道参 数，通过仿真实验验证了r v t - d w n s a 的有效性。 ( 4 ) 最后，在对i t u t 定义的下一代网络移动性管理框架模型进行分析的基础上， 提出了s u p a n e t 多粒度q o s 控制机制下的移动性管理框架模型，定义了基于该框架 模型的位置管理功能模块和切换控制功能模块，设计了多粒度q o s 控制机制下的端到 端无缝切换流程。 本文的研究工作填补了s u p a n e t 在多粒度q o s 控制及其移动性管理研究方面的 空白，是完善s u p a n e t 框架的重要组成部分，为s u p a n e t 作为下一代网络骨干网的 其他相关研究工作提供了有力的支持。 关键词： s u p a n e t ；服务质量：移动性管理；虚通道切换；网络选择 西南交通大学博士研究生学位论文 第t t i 页 a bs t r a c t i p v 6 ，p r o p o s e di nm i d9 0 sl a s tc e n t u r y , h a sb e e nw i d e l yv i e w e da st h et h e s a u r u so f n g i ( n e x tg e n e r a t i o ni n t e r n e t ) h o w e v e r , i p v 6c a n n o tm e e tt h ec h a l l e n g e sf a c e dw i t h i n t e r a c ts i m p l yr e l y i n go ne x i s t i n ga r c h i t e c t u r e ，s u c ha sh i g h s p e e ds w i t c h i n g ，g u a r r e n t e e d q o s ，s e c u r i t y , r e l i a b i l i t ya n dm a n a g e a b i l i t y , a n dm o b i l i t y a c a d e m i cc o m m u n i t i e sa n d i n d u s t r yh a v es t a r e dt ot u r nf r o mt h es t a n d p o i n to f “i p v 6i st h en g i o n l ya f t e rg e n i d e c l a r e di n2 0 0 6t h a tt h ei n t e m e tb u i l tm o r et h a n3 0y e a r sa g oh a db e c o m et h em a i n c o n s t r a i n t si nn g i d e v e l o p m e n ta n dn e e d e dac l e a ns l a t ea r c h i t e c t u r e n e v e r t h e l e s s ，t h e r ei s s t i l ln oi n t e m a t i o n a la g r e e m e n ti na c a d e m i cc i r c l eo nw h a ti st h ec l e a ns l a t ea r c h i t e c t u r e s i c h u a nn e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yk e yl a b o r a t o r ya ts o u t h w e s tj i a o t o n g u n i v e r s i t yh a sb e e nd e v o t i n gi t se f f o r t so na r c h i t e c t u r eo fn g is i n c ei t sf o u n d a t i o ni n2 0 0 1 i nv i e wt h a tf u t u r eb a c k l ：i o n en e t w o r kw i l lb eb a s e do nd w d ma n di na c c e s sn e t w o r k s d i v e r s et e c h n o l o g i e si n c l u d i n gw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u eh a v et ob eu s e d ，m o s t u n l i k e l yau n i l i f e dl a y e r i n gs t r u c t u r ec a nb ea p p l i e du n i v e s e r l ya sb e f o r e c o n s e q u e n t l y , t h e d e v e l o p m e n ts t r a t e g yo fb s f o e s ( b a c k b o n es u b s t r a t ef i r s t ，o u t w a r d se x t e n s i o ns e c o n d ) f o rn g iw a sp r o p o s e d i n2 0 0 3 ，t h el a bi n t r o d u c e dt h e3 d e m a n ( t h r e ed i m e n s i o n a l e t h e m e t o r i e n t e dm a n ) a n dr e n a m e di ta ss u p a ( s i n g l e l a y e ru s e r - d a t as w i t c h i n gp l a t o r m a r c h i e c t u r e ) f o ra l lb a c k b o n en e t w o r k s t h eg o a lo fs u p a i st ob u i l dah i g h e f f i c i e n c ta n d h i g hs p e e ds u b n e t w o r kw i t hs e c u r i t ya n dg u a r r e n t t e e dq o s s u p as e p a r a t e st h eh i g h s p e e d s w i t c h i n gf u n c t i o n sf o ru s e r - d a t af r o mt h o s ef o rc o n t r o la n dm a n a g e m e n tw i t ho u t o f - b a n d s i g n a l i n gc o n c e p ts oa st or e d u c et h eu p l a t f o r m ( u s e r - d a t as w i t c h i n gp l a t f o r m ) i n t oas i n g l e l a y e r s u p a n e tp r o v i d e sac o n n e c t i o no r i e n t e dv l s ( v i r t u a ll i n es w i t c h i n g ) s e r v i c e a sa b a c k b o n es u b n e t w o r k ，i te n c a p l u a t e sf r a m e s ，p a c k e t s ，a n do t h e rf o r m so fa p p l i c a t i o nd a t a f r o ma n ya c c e s sn e t w o r k ( i n t e r a c t ，e t h e m e t ，w i r e l e s sn e t w o r k s ，a n de t c ) a n dt r a n s m i tv i ai t s v i r t u a lt u n n e l sw i t hs e c u r e da n dm u l t i g r a n u l a rq o sn a t u r e t h ew o r kp r e s e n t e di nt h i st h e s i sw a sb a s e do nt h ef f a m e w a o r ko fs u p a ，e s p e c i a l l yo n t h o s er e l e v a n tt oq o sp r o v i s i o n i n gi nt h el a b o r a t o r y i th a sb e e nd e d i c a t e dt ot w om a i na r e a s ： c o n t r o lm e c h a n i s mf o rm u l t i - g r a n u l a rq o sa n dm o b i l i t ym a n a g e m e n tw h e ni n t e m e ta n d h e t e r o g e n e o u sw i r e l e s sn e t w o r k sa c ta sa c c e s sn e t w o r ko fs u p a n e tw i t hq o se n a b l e d f u n c t i o n a l i t y t h em a i nw o r ka n dc o n t r i b u t i o n sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t oa d d r e s st h ei s s u eh o wt os u p p o r tm u l t i g r a n u l a rq o sb a s e do no r i g i n a l m e c h n a n i s m so fs u p a n e t , t h ev i r t u a lt u n n e l ( v t ) o r i e n t e dq o sm e c h n a n i s m so f s u p a n e tw e r ea n a l y z e da tf i r s t ，f i n eg r a n u l a r i t yv i r t u a lt u n n e l ( f g v t ) ，a v e r a g ed a t a r a t e g u a r a n t e e dc o a r s eg r a n u l a r i t yv t ( a d g c g v t la n db e s te f f o r tc o a r s eg r a n u l a r i t yv t 第页 西南交通大学博士研究生学位论 ( b e - c g v t ) w e r ed e f i n e d ，f o r m e dt h em u l t i g r a n u l a rv i t r u a lt u n n e l ( m g 1m e c h a n i s m t h e n ，t h em a p p i n gm e c h a n i s mb e t w e e nt r a m cf l o wa n dm g v tw a sr e s e a r c h e da n da r e s o u r c ea d a p t i v ea l g o r i t h m ( r a a ) o fc g v tw a sp r o p o s e d s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t r a ao fc g v tc a n i m p r o v er e s o u r c eu t i l i z a t i o nr a t ee f f e c t i v e l y f i n a l l y , t h em u l t i g r a n u l a r q o sg u a r a n t e ef r a m e w o r ko fs u p a n e tw a sp r o p o s e d ( 2 ) t 0a d d r e s st h ei s s u eh o wt o s u p p o r tm o b i l i t ym a n a g e m e n tb a s e do nt h e m u l t i g r a n u l a rq o sg u a r a n t e em e c h a n i s mw h e ns u p a n e ti n t e r c o n n e c t e dw i t hi n t e m e t ，t h e v th a n d o v e rm e t h o do n fm g v tw a sd e s i g n e da tf i r s t i nt h er e s e a r c hw o r k so ff g v t h a n d o v e r , t h r e ev th a n d o v e rm e t h o d s ，v i r t u a lt u n n e lr e b u i l d i n g ( v t r ) ，v i r t u a lt u n n e l e x t e n s i o n ( v t e ) a n de x t e n s i o nf i r s tr e b u i l d i n gs e c o n d ( e f r s ) w e r ep r o p o s e d t h e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t ，e f r sh a sb e t t e rp e r f o r m a n c et h a nv t ra n dv t e f i n a l l y , o n t h ea n a l y s i so fm i p v 6 ，f m i pa n ds i p b a s e d m o b i l i t ym a n a g e m e n t ，t h ei n t e g r a t i o n m e c h a n i s m so f v th a n d o v e rw i t ht h em i p v 6 ，f m i p , a n ds i pm o b i l i t yw e r er e s e a r c h e d ( 3 ) t oa d d r e s st h ei s s u eh o wt os u p p o r tm o b i l i t ym a n a g e m e n tb a s e do nt h e m u l t i g r a n u l a rq o sg u a r a n t e e m e c h a n i s mw h e ns u p a n e ti n t e r c o n n e c t e dw i t h h e t e r o g e n e o u sw i r e l e s sn e t w o r k , q o sw e i g h t so f3 g p pb u s i n e s sc l a s s e sw e r ea n a l y z e du s i n g a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( a h p ) a tf i r s t , t h ed i f f e r e n t i a t i o nw e i g h t e dn e t w o r ks e l e c t i o n a l g o r i t h m ( d w n s a ) f o rn e t w o r ks e l e c t i o nw a sd e s i g n e d s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t d w n s ai sb e r e rt h a na v e r a g ew e i 曲ta l g o r i t h mo nd e c i d i n gt a r g e tn e t w o r kr e a s o n a b l ya n d b a l a n c i n gn e t w o r kl o a d se f f i c i e n t l y t h e n ，ar e s o u r c eo fv i r t u a lt u n n e lb a s e dd w n s a ( r v t - d w n s a ) w a sp r o p o s e d ，a n dm u l t i - g r a n u l a rv tp a r a m e t e r sw e r ed e f i n e d f i n a l y , t h e e f f i c i e n c yo ft h er v t - d w n s a i sv e r i f i e db ys i m u l a t i o n ( 4 ) f i n a l l y , b a s e do nt h ea n a l y s i so fm o b i l i t ym a n a g e m e n tf r a m e w o r kf o rn g nd e f i n e d b yi t u - t t h em o b i l i t ym a n a g e m e n tf r a m e w o r ki nm u l t i g r a n u l a rq o sg u a r a n t e em e c h a n i s m s u p a n e tw a sp r o p o s e d ，t h e1 0 c a t i o nm a n a g e m e n tf u n c t i o n sa n dh a n d o v e rc o n t r 0 1 f u n c t i o n sw e r ed e f i n e da l s o t h ee n d t o e n ds e a m l e s sh a n d o v e rp r o c e d u r ei nm u l t i g r a n u l a r q o sg u a r a n t e em e c h a n i s mw a sd e s i g n e db a s e do nt h i sf r a m e w o r k t h i sr e s e a r c hw o r kh a sf i l l e dt h eg a p so fm u l t i g r a n u l a rq o sg u a r a n t e ea n dm o b i l i t y m a n a g e m e n ti ns u p a n e t ，i ti sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n to fs u p a n e tf r a m e w o r ka n d p r o v i d e ss t r o n gs u p p o r tt oo t h e rr e s e a r c hw o r kw h i c ht a k e ss u p a n e ta st h eb a c k b o n eo f n g n k e yw o r d s ：s i n g l e l a y e ru s e r - d a t as w i t c h i n gp l a t f o r ma r c h i t e c t u r en e t w o r k s ( s u p a n e t ) ； q u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) ；m o b i l i t ym a n a g e m e n t ；v i r t u a lt u n n e lh a n d o v e r ； n e t w o r ks e l e c t i o n 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本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、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保抵么用本授权书。 ( 请在以上方框内打) ) 学位论文作者签名玛面 日期加加峰年月f 因 指导老师签名： 嗍劢伊辱午碍铟 西南交通大学博士学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确的说明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： ( 1 ) 在s u p a n e t 原有的q o s 保障机制基础上，定义了细粒度虚通道( f g v t ) 和粗 粒度虚通道( c g ，包括a d g c g v t 和b e c g v t 两类) ，设计了业务流与虚 通道的映射机制以及c g v t 的资源自适应机制，形成了基于s u p a n e t 的多粒 度q o s 控制框架。提出了c g v t 的一种资源自适应算法，仿真实验结果表明资 源自适应算法能够有效地提高资源利用率。相关工作反映在论文的第3 章。 ( 2 ) 在i n t e r n e t 作为s u p a n e t 接入网的环境下，基于s u p a n e t 多粒度q o s 控制机 制，分别设计了f g v t 和c g v t 切换机制，提出了三种f g v t 切换方式( v r r 、 v t e 和e f r s ) ，仿真实验表明，e f r s 的综合性能优于v t r 和v t e 。在此基础 上，分别提出了m i p v 6 、f m i p 以及s i p 移动性方案与上述虚通道切换方式的融 合机制。相关工作反映在论文的第4 章。 ( 3 ) 在异构无线网络作为s u p a n e t 接入网的环境下，首先提出了一种基于业务类 别的区分加权网络选择算法( d w n s a ) ，经仿真实验验证，d w n s a 与平均加 权算法相比，能够在保障业务q o s 需求的前提下，有效地平衡候选网络的负载。 然后在d w n s a 的基础上，结合多粒度虚通道的可用资源，进一步提出了一种 基于虚通道资源的d w n s a 算法( r v t d w n s a ) ，并定义了该算法中的多粒度 虚通道参数，最后通过仿真实验，验证了r v t - d w n s a 的有效性。相关工作反 映在论文的第5 章。 ( 4 ) 总结了s u p a n e t 多粒度q o s 控制机制下的移动性管理模型，并定义了相关的 位置管理功能模块和切换控制功能模块，为进一步研究s u p a n e t 在移动环境 下的端到端q o s 保障奠定了基本框架。相关工作反应在第6 章。 靴敝储獬：焉匆 日期：2 0 1 0 年4 月5 日 西南交通大学博士研究生学位论文 第1 页 1 1 本论文研究背景 第1 章绪论 1 1 1i n t e r n e t 面临的挑战 上一世纪九十年代，图形化浏览器成为普通入能够掌握的i n t e m e t 访问工具，网 络用户数随之呈指数规律增长，从而使i n t e m e t 逐渐深入到各国国民经济的各个领域 并成为人类社会不可缺少的工具。网络的广泛应用，一方面带来了网络流量的剧增， 因而要求大幅度地提高骨干网络的数据交换与吞吐能力；另一方面，网络应用数据的 类型也从单一的文本数据延伸到包括音视实时数据在内的多媒体数据，而不同类型 的应用数据对网络服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，q o s ) 的要求开始挑战i n t e m e t “尽其 所能”的服务理念。随着网络应用的日益广泛和网络用户群的扩展，研究和熟知i n t e r n e t 技术的人数不断增加，网络的不安全性或漏洞也不断被发现，成为骇客攻击网络的突 破口，网络与网络应用系统的安全形势日益严峻并成为网络运营者和使用者最大的担 忧。当无线通信技术成为越来越普遍的网络接入手段时，网络移动性问题从传统的便 携机在固定接入点间的移动问题，演变为多模移动终端在移动网内连续的、甚至是快 速的位置变化问题和接入网切换问题，也涉及无线接入网与骨干交换网边界节点间的 移动接入和切换问题，从而使无线接入环境中的移动性问题成为未来网络继“高速交 换”、“服务质量保障”和“安全性”问题之后的第四大挑战。 上世纪九十年代，网络界已经提出了下一代网络( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ，n g n ) 和下一代瓦联网( n e x tg e n e r a t i o ni n t e m e t ，n g i ) 【2 】的概念，但长期以来，从学术界 到工业界的丰流观点，甚至包括美国在内的政府部门都把解决n g i 问题的期望寄托 在新版i p v 6 3 】之上。尽管木世纪之初，学术界已有人认识到：解决下一代网络的关键 在于研究新的网络体系结构，但并未成为多数人的共识。2 0 0 6 年，美国全球网络创 新环境( g l o b a le n v i r o n m e n tf o rn e t w o r ki n n o v a t i o n s ，g e n i ) 【4 j 公开承认“有3 0 多年历 史的i n t e r n e t 已经成为制约网络发展的丰要因素，下一代网络需要c l e a ns l a t e a r c h i t e c t u r e ( c s a ，全新的体系结构、从草图开始的体系结构等等) ”之后岭】，全球 学术界和工业界才逐步重新审视i p v 6 在下一代网络中的作用和地位，开始谈论网络 的“c l e a ns l a t ea r c h i t e c t u r e ”。 第2 页西南交通大学博士研究生学位论 1 1 2n g i 研究策略与体系结构问题 尽管“在保留现有i n t e m e t 体系结构的前提下通过i p v 6 实现下一代网络 n g i 研发 路线已经被越来越多的人抛弃，因为它无法解决网络面临的挑战和适应未来网络的需 要，但是，在“何谓c s a ”以及应当采用何种策略来研究n g i 或n g n 的问题上，至今 仍存在不同的观点。有人用试图用“革命”还是“改进渐进”( r e v o l u t i o no re v o l u t i o n ) 来描述国际上在n g i n g n 研发思路上的两种典型的取向，进而把“革命性”的 n g i n g n 体系结构称为“c l e a ns l a t ea r c h i t e c t u r e ”，而“非革命性”或采用“改进渐进” 方式获得的网络体系结构蔽之为“d i r t ys l a t ea r c h i t e c t u r e ”。 的确，习语“c l e a ns l a t e ”意为“重新开始”( f r o maf r e s hs t a r t ) 或者“从草图开始” ( f r o ms c r a t c h ) 。但是，迎接现有i n t e r n c t 面临的挑战和适应未来网络的需求是否需要 将现有的网络体系结构全部推翻重来，只有在分析面临的挑战和未来网络的需求基础 上，才能得出正确的结论。否则，就有可能刚从“i p v 6 就是n g i ”的极右，跳到“全部 推翻重来”的极左。从另一个角度看，“改良渐进”的研究与实施策略，既有利于保护 现有投资，也更容易实现新旧网络之间的平滑过渡，只要能达到迎接面临的挑战和适 应未来网络需要的目的，一言以蔽之为“d i r t ys l a t ea r c h i t e c t u r e ”未必合理。反过来，推 倒重来的体系结构如果不能解决好面临的挑战和适应未来网络的需要，也未必不是 “d i r t ys l a t ea r c h i t e c t u r e ”。 在如何构建下一代网络模型和体系结构上也存在两类争锋相对的观点：沿袭“层 次结构模型”和采用“无层结构模型”。反对层次结构模型的理由主要是现有层次结构 缺少灵活性，不利于必要的“跨层操作”( c r o s s 1 a y e ro p e r a t i o n ) 。例如，无线网络中 路径的确定往往需要借助于低层( 数据链路层或物理层的信道质量) 信息【6 】。反对的 另一类理由是现有层次结构中存在功能重复问题，降低了网络效率。例如，流量控制 和检错重传功能就存在于多个协议层次上【_ 7 1 。不过，迄今为止的典型“无层网络体系结 构”，如m i t 的f a r a 模型8 1 ，在相关的研究中未涉及如何迎接n g i 的骨t 通信子网 不可回避的安全、服务质量保障和高速、高效交换问题。事实上，m i t 的f a r a 模型 明确地申明该模型是在假定可用的通信子网交换平台( s u b s t r a t e ) 的基础上进行的讨 论【8 】。换言之，f a r a 模型是回避了通信子网的交换问题的“无层”模型，整个f a r a 模型的网络至少涉及“两层”( s u b s t r a t e 和f a r a 涵盖部分) 结构。 支持层次结构模型的人则认为【9 】：尽管3 0 多年的网络运行经验表明现有o s i r m 描述的层次结构存在不合理性，必须改进、简化或优化，但这并不能因此证明这是分 层结构的致命缺点或不可逾越的障碍。以“跨层操作”问题为例，如果在保证同一服务 接口的前提下，层内的可选功能允许“0 ”功能，则完全可以在不违背相邻层问提供服 务的原则的前提下，达到实质上的“跨层操作”；而层间功能重叠问题也可以通过简化 或优化来避免。 西南交通大学博士研究生学位论文 第3 页 与“革命”还是“进化”的争论一样，采用“无层结构”还是“层次型结构”的争论在短 期内难以得出最终的结论，但这并不妨碍不同的研究组按照各自的思路进行n g i 的 研究，最终让事实来证明其研究结果的合理性。 1 1 3 四川省网络通信技术重点实验室关于n g i 的研究 四川省网络通信技术实验室( s c n e t c o ml a b ) 是国际上最早提出并着手研究下 一代网络体系结构的单位之一。2 0 0 3 年，m i t 发表了f a r a 模型；同年，s c n e t c o m l a b 也在国际上发表了以城域网为背景的“三维以太城域网体系结构”( 3 d e m a n a r c h i t e c t u r e ) 0 0 1 及其核心交换技术“面向以太网的物理帧时槽交换技术” ( e t h e r n e t o r i e n t e dp h y s i c a lf r a m et i m e s l o ts w i t c h i n g ，e p f t s ) t 1 2 】；2 0 0 4 年实验室将 3 d e m a n 作为未来核心骨干通信子网的基础，改称为“单层用户数据交换平台体系结 构”( s i n g l e 1 a y e ru s e r - d a t as w i t c h i n gp l a t f o r i l la r c h i t e c t u r e ，s u p a ) 【”h j ，使用s u p a 的网络，称为s u p a n e t 。 骨干通信子网( b a c k b o n es u b n e t w o r k s ) 是计算机网中为多个局域网或子网提供 信息交换通路和实现瓦联的网络部分的称谓1 1 5 ，因此，下一代网络能否在全球范围内 提供安全、服务质量可保障的高速、高效的交换服务，关键就在于骨干通信子网。近 年光纤通信技术的发展，特别是d w d m 技术的进展将单波长的传输能力提高到 1 0 0 g b p s 以上，而误码率降低至1 0 j 卜1 2 ，从而使单根光纤传输能力达到t b p s 数量级， 这实质上将未来骨干网的通信技术锁定在以d w d m 为代表的光纤通信技术上。因此， 能否在d w d m 通信环境中解决好上述问题，是研究n g i 必须首先突破的环节。这就 是实验室提出了“核心骨干通信子网优先，外延次之”( b a c k b o n es u b s t r a t ef i r s t o u t w a r d se x t e n s i o ns e c o n d ，b s f o e s ) 的策略的出发点之一p j 。 i t u 的g 9 0 2 把接入网( a c c e s sn e t w o r k ，a n ) 定义为：“在用户网络接口( u n i ) 与服务节点接口( s n i ) 之间提供电信服务所需的传送承载能力的实体( 如电缆群、 传输设备等) ”1 1 6 j 。这一定义实际上把接入网限定为物理层的通信技术上，即所谓的“最 后一公里”的传输技术。i t u 的y 1 2 3 l 进一步定义了i p 接入网( i pa c c e s sn e t w o r k ) 的概念，即在i p 用户( i pu