（通信与信息系统专业论文）基于gmpls的无源光网络管理的研究.pdf

华北电力大学硕士毕业论文摘要 摘要 无源光网络( p o n ) 被认为是下一代宽带接入的最佳解决方案。本文把通用多 协议标签交换( g m p l s ) 引入到接入网，提出了基于g m p i ，s 的无源宽带光网络技术， 简称g m p l sp o n ，并对其关键技术以及相对其他p o n 系统的优越性做出了简单的阐 述。其次，对g m p l sp o n 的底层网络管理机制进行了规范。设计了o a m 子层的内容， 包括帧的定义、工作方式、实现的基本功能，进行了有效性仿真实验。最后，根据 g m p l sp o n 网络结构，提出具体的基于策略的管理方案，此方案的特点是能够实现基 于流的业务管理，满足不同用户对服务质量的要求，实现计费管理。并给出了管理 模块的设计、主要功能的工作流程以及部分策略的实现。 关键词：g m p l s ，p o n ，o a m ，基于策略的网络管理，q o s a b s t r a c t p o n ( p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ) i sb e i n gc o n s i d e r e da st h em o s tp r o m i s i n gs o l u t i o n f o rt h en e x tg e n e r a t i o nb r o a d b a n da c c e s sn e t w o r k t h i st h e s i si n t r o d u c e sg m p l s ( g e n e r a lm u l t i p r o t o c o l l a b e l s w i t c h ) t e c h n o l o g yi n t o a c c e s sn e t w o r ka n d p r o p o s e st h ec o n c e p t i o no fg m p l sp o n c o m p a r e dw i t ht h eo t h e rp o ns y s t e m s ，s o m e k e yt e c h n o l o g i e s a n dv i r t u e sa r ei n t e r p r e t e di nt h ef o r m e rp a r t t h e n ，t h i st h e s i s s t a n d a r d i z e st h eb o t t o mn e t w o r km a n a g e m e n tm e c h a n i s ma n ds e t sd o w nt h eo a m s u b l a y e rc r i t e r i o n ，i n c l u d i n gf r a m i n gt e c h n o l o g y , w o r k i n gm o d e ，b a s i cf u n c t i o na n dt h e v a l i d i t ys i m u l a t i o n a tl a s t ，a c c o r d i n gt ot h en e t w o r ks t r u c t u r eo fg m p l sp o n ，i ta l s o p u t sf o r w a r das c h e m eo fp o l i c y b a s e dn e t w o r km a n a g e m e n tw h i c hc a nm a n a g et h e s i n g l ef l o wo rs e r v i c e a sar e s u l t ，g m p l sp o nc a ns a t i s f yd i f f e r e n tu s e r sf o rd i f f e r e n t q u a l i t yo fs e r v i c ea n dr e a l i z eb i l l i n gm a n a g e m e n t t h em a n a g e m e n tm o d u l ed e s i g n ， w o r k i n gf l o wa n ds o m ec o d ea b o u tp o l i c ya r ep r e s e n t e d h u iy a n j i a o ( c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m ) d ir e c t e db yp r o ff a ng e k e yw o r d s ：g m p l s ，p o n ，o a m ，p o l i c y - b a s e dn e t w o r km a n a g e m e n t ，q o s 华北电力人学硕十毕业论文主要符号表 p o n a p o n e p o n g p o n m p l s g m p l s g m p l sp o n g m a c o o s d i f r s e r v i n t s e r v v o d i s d n a d s l r s v p c r c s p d l o i t o d n o n u p o s t d m t d m a f e c i l m n h l f e 刚 l s p 主要符号表 p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k mp o n e t h e r n e tp o n g i g a b i t c a p a b l ep o n m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g g e n e r a l i z e dm u l t i p r o t o c o l l a b e ls w i t c h i n g g m p l s b a s e dp o n g m p l s b a s e dm e d i aa c c e s s c o n t r o i q u a l i t yo fs e r v i c e d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s i n t e g r a t e ds e r v i c e s v i d i oo nd e m a n d i n t e g r a t e ds e r v i c ed i g i t a l n e t w o r k a s y m m e t r i c a ld i g i t a l s u b s c r i b e rl i n e r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o i c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k s i m p l ep o nd a t a l i n kl a y e r p r o t o c o l o p t i c a ll i n et e m i n a l o p t i c a ld i s t l b u t i o nn e t w o r k o p t i c a ln e t w o r ku n i t p a s s i v eo p t i c a ls p l i t e r t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s f o r w a r d i n ge q u i v a l e n c ec l a s s i n c o m i n gl a b e lm a p n e x th o pl a b e lf o r w a r d i n g e n t r y f e c t 0 n h l f e l a b e ls w i t c h e dp a t h 无源光网络 a t m 无源光网络 以太无源光网络 吉比特无源光网络 多协议标签交换 通用多协议标签交换 基于通用多协议标签交换的 无源光网络 基于g m p l s 的媒质接入控 制层 服务质量 区别服务区别业务 综合服务综合业务 视频点拨 综合业务数字网 非对称数字用户环线 资源预留协议 循环冗余校验 简单p o n 数据链路协议 光线路终端 光分配网络 光网络单元 无源光分路器 时分复用 时分多址 转发等价类 输入标签映射 下一跳标记转发条目表 将f e c 与n t l f e 一一对应 标签转发路径 华北电力人学硬十毕业论文主要符号表 l d a p g e m g t c o m c l o m c c p m d 0 a m a a l t l v m i b m p c p s l a p d p p e p c o p s s n m p p b n m g u i a p i l i g h t w e i g h td i r e c t o r ya c c e s s 轻量级目录访问协议 p r o t o c o l g p o ne n c a p s u l a t i o nm e t h o dg p o n 封装模式 g p o nt r a n s m i s s i o n g p o n 传输汇聚予层 c o n v e r g e n c e o n um a n a g e m e n ta n dc o n t r o lg n u 管理控制接口 i n t e r f a c e o n um a n a g e m e n ta n dc o n t r o lg n u 管理控制通道 c h a n n e l p h y s i c a lm e d i ad e p e n d e n t 物理媒质依赖 o p e r a t i o n s ，a d m i n i s t r a t i o n操作维护管理 a n dm a i n t e n a n c e a t m a d a p t a t i o nl a y e ra t m 适配层 t y p el e n g t hv a l u e类型长度值 m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e 管理信息库 m u l t i p o i n tc o n t r o lp r o t o c o l多点控制协议 s e r v i c el e v e la g r e e m e n t服务水平规约 p o l i c yd e c i s i o np o i n t策略决策点 p o l i c ye n f o r c e m e n tp o i n t策略执行点 c o m m o no p e np o l i c ys e r v i c e s 公共开放策略服务 s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n t简单网络管理汾汶 p r o t o c o l p o l i c yb a s e dn e t w o r k基于策略的网络管理 m a n a g e m e n t g r a p h i c su s e ri n t e r f a c e图形用户界面 a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n g应用程序编程接口 i n t e r f a c e 2 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于g m p e s 的无源光网络管理的研 究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期问，在导师指导下进行的研究工作和取得 的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力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。 学位论文作者签名：亟造盗：日期：之塑些童盟塑 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文：学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：j 燃 日期：谚堕缢墨鲺麴 导师签名： 日 2 华北电力人学硕士毕业论文 1 1 本课题的选题意义 第一章引言 随着信息技术的飞速发展，i p 数据业务快速增长，人们对通信的需求已从传统 的电话、传真、电报等低速业务逐渐向高速的i n t e r n e t 接入业务、可视电话、视频 点拨( v o d ) 等宽带业务领域延伸，用户对上网速率的需求也越来越高。目前，北 美骨干网上的业务量已达到了6 9 个月左右就翻一番的地步，而且迄今没有减缓 的迹象。在骨干网上，由于波分复用的运用，单根光纤在实际商用系统中的传输容 量已达1 0 0 g b s ，网络节点( 无论是交换机还是高性能路由器) 的吞吐量均已突破 6 0 8 0g b s 。另一方面，用户侧终端的速率也在突飞猛进，其c p u 的性能每1 8 个 月就翻一番。然而接入网基本上仍停留在较窄带宽水平上，与网络侧和用户侧的发 展很不协调，成为通信网的“瓶颈”。传统的接入方式，如拨号上网、综合业务数 字网( i s d n ) 、数字用户环线( d s l ) 、电缆调制解调器( c a b l em o d e m ) 所提供的 带宽已力不从心。比如当前f 在使用的a d s l ，其下行最高也只有6 - 8 m b p s ( 实际上 根本达不到这个速率) ，只能作为宽带接入的过渡性产品。因此，目前的接入网阻碍 了整个网络的进一步发展，导致很多高带宽业务得不到应用。 宽带接入是目前接入网研究的热点，鉴于光接入网明显的高带宽优势以及光部 件价格的下降，宽带接入网的出路在于走光接入网之路是无疑的。无源光网络( p o n p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ) 作为解决最后一公罩的宽带光纤接入技术越来越受人们的 青睐，是光纤进入用户驻地( f t t p ) 最有效的网络解决方案。由于节省大量光纤资 源，长远看p o n 是光纤接入的理想选择之一，适合大多数用户的普遍接入。并且 p o n 消除了户外有源设备的参与，所有的信号处理功能均在交换机和用户室内设备 中完成。其传输距离虽然比有源光纤接入系统的传输距离短，但它具有宽带资源共 享、节省机房投资、能解决宽频接入、综合建网成本低、维护容易等特点，可以经 济地为家庭用户服务。由于光器件价格的下降和用户终端带宽需求的增长，p o n 己 显示出它经济和技术上的可行性。因此目前业界普遍认为p o n 是接入网发展的方 向。 目前关于p o n 的研究很多，但是都没有考虑到与骨干网结合的问题。随着骨干 网的进一步发展，骨干网与接入网相融合的问题将会很突出。因此有必要开发一种 与未来全光智能网能够统起来的接入网技术，使p o n 技术更能够适应网络的发展 需求。 华北电力人学硕十毕业论文 1 2 课题研究背景 1 2 1 无源光网络概述 无源光网络技术是一种点到多点的光纤接入技术，由b t 实验室于2 0 世纪8 0 年代初提出。它由局侧的光线路终端( o l t ，o p t i c a ll i n et e r m i n a l ) 、光分配网络 ( o d n ，o p t i c a l d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ) 、和用户侧的光网络单元( o n u ，o p t i c a l n e t w o r ku n i t ) 组成。通常使用无源光分路器( p o s ，p a s s i v eo p t i c a ls p l i t e r ) 作为 o d n 。无源光网络可以灵活地组成树型：星型、总线型等拓扑结构，典型结构为树 形结构，如图l 一1 所示。 图1 - 1 无源光网络结构 无源光网络一般下行( o l t 到0 n u ) 采用时分复用( t d m ) ，上行( o n u 到 o l t ) 采用时分多址( t d m a ) 接入，并且上行和下行以粗波分复用共享一根光纤。 在这种方式下，来自o l t 的下行帧经过o d n 后以广播的方式发送到每个o n u ， o n u 根据帧头所带的目的地址决定接收或者丢弃该帧：上行传输时，由o l t 指定 各o n u 的发送时隙，o n u 在指定时隙中发送上行数据，以避免上行冲突。 目前已经成熟或接近成熟的无源光网络技术，主要分有a p o n b p o n ( a t m p o n 宽带p o n ) 、e p o n ( 以太网p o n ) 和g p o n ( 千兆比特网p o n ) 。这三种技术都 是现在国内外关于光接入网技术的研究重点，以下分别对它们进行介绍。 1 2 1 1a p o n a p o n 是2 0 世纪9 0 年代中期丌发的，当时a t m 被视为能够提供各种类型通 信的唯一协议，而p o n 是最经济的宽带光纤解决方案。因此，将数据链路层a t m 华北电力人学硕十毕业论文 1 ，2 课题研究背景 121 无源光网络概述 无源光网络技术星一种点到多点的光纤接入技术由b t 实验室于2 0 世纪8 0 年代初提。它出局侧的光线路终端( o l t o p t i c a ll i n et e r m i n a l ) 、光分配网络 ( o d n ，o p t i c a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k ) 、和用户侧的光网络单元( o n u ，o p t i c a l n e t w o r ku n i t ) 组成。通常使用光源光分路器( p o s ，p a s s i v eo p t i c a ls p l i t e r ) 作为 o d n 。无源光网络可以灵活地组成树型：星型、总线型等拓扑结构，典型结构为树 形结构，如图l 一1 所示。 图1 - 1 无源光网络结构 无源光网络一般f 行( o l t9 0o n u ) 采用刚分复用( t d m ) ，上行( o n u 到 o l t ) 采用时分多址( t d m a ) 接入，并且上行和下行以粗波分复用共享一根光纤。 在这种方式下，来自o l t 的下行帧经过o d n 后以广播的方式发送到每个o n u ， o n i d 根据帧头所带的目的地址决定接收或者丢弃浚帧；上行传输时，由o l t 指定 各o n u 的发送时隙，o n u 在指定时隙中发送上行数据，以避免上行冲突。 目前已经成熟或接近成熟的无源光网络技术，主要分有a p o n b p o nr a t m p o n 宽带p o n ) 、e p o n ( 咀太网p o n ) 和g p o n ( 千兆比特网p o n ) 。这三种技术都 是现在国内外关于光接入网技术的研究重点，以f 分别对它们进行介绍。 a p o n 是2 0 世纪9 0 年代中期丌发的，当时a t m 被视为能够提供各种娄型通 信的唯一协议而p o n 是最经济的宽带光纤解决方案。因此，将数据链路层a t m 信的唯一协议而p o n 是最经济的宽带光纤解决方案。因此，将数据链路层a t m 华北电力人学硕l ：毕业论文 技术与物理层p o n 技术相结合的a p o n 被认为足当时最佳组合。在全球2 】个主要 电信运营商为主要参与者的全业务接入网( f s a n ) 工作组的不懈努力下，i t u 从 1 9 9 8 年开始陆续制定出一系列适用于全业务接入网的a p o n 标准一一g 9 8 3 x 。该 系列，包括8 个关于a p o n 的标准，为光纤接入设备制造商提出了具体的性能要求。 a p o n 以a t m 作为通道层协议在p o n 物理媒质中传输的是长度固定的a t m 信元；支持话音、数掘等多种业务，提供明确的业务质量保证和服务级别，具有完 善的操作维护管理( o a m ) 系统；支持最多3 2 个o n u 和2 0 k m 的传输距离，提供 最高为上下行1 5 5 6 2 2m b i t s 的传输速率。物理层o a m ( p l o a m ) 信元夹杂在上 行和下行的数据信元中，提供如测距、上行带宽允配等对速度要求很高的实时控制 功能。a p o n 采用上行t d m a 、下行t d m 的方式实现多个o n u 的接入。采用“搅 拌”的安全机制对下行数据加密，由o n u 生成和发送上行密钥，用以o l t 进行下 行加密由于这些密钥的动态变化，加密后的下行数据很难被破译。a p o n 继承了 a t m 融合电路交换和分组交换的优点，通过面向连接的机制保证了端到端的服务质 量，并运用统计复用实现了较高的带宽利用率。同时还具有相当完善的q o s 机制如 流量控制和拥塞控制等，在保证带宽利用率的同时实现了网络的安全性和可靠性， 因此很快就有a p o n 产品投入实际应用。但是a p o n 的发展并不顺利。其原因主要 有三个：是现在因特网使用t c p i p 协议，用户终端设备都是i p 设备，采用a t m 技术必须将i p 包拆分重新封装为a t m 信元，这种处理既费时复杂又浪费带宽，同 时还增加了额外的成本。目前i p 业务量越来越大，这已成为a p o n 的致命伤。二 是传输速率不够高，下行为6 2 2m b i t s 或1 5 5m b i t s ，上行为1 5 5m b i t s ，带宽 被1 6 3 2 个o n u 所分享，每个o n u 只能得到5 2 0m b i t s 。另一个更重要的原 因是，与以太网设备相比，a t m 交换机和a t m 终端设备相当昂贵。 1 2 1 2e p o n 随着i n t e r n e t 的高速发展，i p 已明显成为主导的通信协议，这种用户接入的i p 化趋势也反映在普通居民用户群中，因特网业务拒成为普通居民用户同益重要的接 入业务。从电子邮件到w e b 浏览乃至视频业务，带宽要求正以几倍几十倍的速度增 长。在局域网( l a n s ) 中，以太网获得了广泛的应用，已成为事实上的标准，目前 大约9 5 的l a n s 采用以太网。显然，采用a p o n 连接两个以太网不是一个理想的 选择。正是在这种背景下，两大国际通信标准组织i e e e 和i t u t 分别成立工作组 来讨论和制定新的光纤无源接入网的标准。 2 0 0 0 年底，i e e e 8 0 2 3 工作组成立第一英里以太网( e f m ，e t h e r n e ti nt h ef i r s t m i l e ) 研究小组，致力于制定以太无源光网络( e p o n ) 技术的研究。e p o n 就是将 信息封装成以太网帧进行传输的无源光网络，足一种基于高速以太网平台并且提供 华北电力人学硕士毕业论文 多种综合业务的宽带接入技术。e p o n 可以支持l ，2 5 g b s 对称速率，随着1 0 g 以太 技术的成熟，最大速率可达1 0 g b s ：可以支持1 0 k m 和2 0 k m 两种最大传输距离， 各自支持的分支数不低于3 2 路和1 6 路。e p o n 系统将目前最为简单和厂。泛使用的 以太网技术与p o n 系统相结合，不但可以免去l p 数掘传输协议乖1 格式的转化，而 且能够提高网络兼容往，简化实现复杂度。与a p o n 相比，e p o n 比a p o n 具有更 宽的带宽、更低的价格和更高的宽带业务能力。 e p o n 在标准方面已经基本完善。2 0 1 3 4 年7 月，i e e e 8 0 2 ，3 a h i 列被正式批准成 为“以太网第一英里”的标准。其中对于以前认为的e p o n 难点问题，如o a m 功 能，动态带宽分配等方面做出了详细的标准。当然e p o n 也有自身的两大缺点，即 效率很低和难以支持以太网之外的业务。当遇到话音t d m 业务时就引起q o s 问题。 效率低是因为e p o n 是用8 b 1 0 b 编码作线路码，其本身就引入2 0 的带宽损失， 1 2 5 g b i t s 的线路速率实际就只有1 g b i t s 了。但a p o n 和下面将要介绍的g p o n 系 统都使用扰码做线路码，其机理与s o n e t 或s d h 一样，由于只改变码，不增加码， 所以没有带宽损失。 在e p o n 的应用方面，现在领先的有国际上s a l i r a ，a l l o p t i c 等新兴公司，也有 一些老牌公司，如n o k i ab r o a d b a n d ，q u a n t u mb r i d g e 等，国内在e p o n 方面研发比 较领先的格林威尔公司，华中理工，武汉烽火等。其中格林威尔公司的多业务e p o n ( m se p o n ) 系统最有特点，其系统支持上下行对称1 2 5 g 带宽，支持o n u 的自 动加入，支持t d m 业务，提供动态静态带宽分配，弹性保护倒换等功能。还有人 提出了借鉴e p o n 的国际动向，指出在e p o n 中实现数据、电视、电话三种业务融 合的实施方案等。 1 2 1 36 p o n 在提出e p o n 的同时，f s a n 工作组启动了另外一项支持更高比特速率、全业 务及高效率的无源光网络标准工作，旨在规范工作速率高于l g b i t s 的p o n 网络， 这项工作被称为g p o n 。2 0 0 2 年9 月f s a n 推出了支持多业务透明传输，提供明确 的服务质量保证和服务级别，以及电信级网络监测和业务管理的吉比特能力无源光 网络( g p o n ) 解决方案。在2 0 0 3 年年初的i t u t 会议上，通过了g 9 8 4 ，1 1 3 l 和g 9 8 4 2 【4 】 的g p o n 系列标准，2 0 0 4 年2 月通过了g 9 8 4 3 【5 j 标准，2 0 0 4 年6 月通过了( 3 9 8 4 4 【6 】 标准。其中，g 9 8 4 1 对g p o n 接入系统的总体特性做了规定：g 9 8 4 2 主要对g p o n 的物理媒质相关子层做了规定；g , 9 8 4 3 主要对传输汇聚( t c ) 层的相关要求做了 规定，g 9 8 4 4 定义了o n u 管理控制接口( o m c i ，o n um a n a g e m e n ta n dc o n t r o l i n t e r f a c e ) 的相关要求。i t u tg 9 8 4 建议在g 9 8 3 系统的基础之上重新考虑了对业 务的支持、安全策略、比特速率等，尽可能地保持了i t u tg 9 8 3 和g 9 8 2 建议的 华北屯力人学硕 ：毕业论文 特性，并可以对现有的光分配网络后向兼容。g p o n 的传输基于g e m 帧或a t m 信 元，其技术特征主要体现在g p o n 传输汇聚( g t c ，g p o nt r a n s m i s s i o nc o n v e r g e n c e ) 层。g t c 分为成帧子层和适配子层。成帧子层完成g t c 帧的封装，完成所要求的 g p o n 的传输功能，g p o n 的特定功能( 如测距、带宽分配等) 也在成帧子层实现， 在适配子层看不到。适配子层提供协议数据单元( p d u ) 与高层实体的接口。a t m 和g e m 信息在各自的适配子层完成服务数据单元( s d u ) 与p d u 的转换。o m c i 适配子层高于a t m 和g e m 适配子层，它识别v p i v c i 和p o r ti d ，并完成o m c i 通道数据与高层实体的交换。系统支持的分支比最高为1 ：6 4 ，随着光收发模块的发 展，可以提高到1 ：1 2 8 。g p o n 支持的传输速率最高为上下行1 2 5 2 5 g bj t s ，传输 距离最远可达6 0 k m ，平均最大传输时延小于1 5 m s 。上下行业务可以双纤传输，也 可以在一根光纤上，使用粗波分复用实现双向传输。还可以根据需要，在传统树型 拓扑的基础上采用保护结构来提高网络的生存性。 与e p o n 相比，g p o n 无疑具有比较大的优势。据f l e xl i g h t 专家分析，在传送 i o t d m 业务和9 0 数据业务的情况下，e p o n 的传输效率只有4 9 ，而g p o n 可达 到9 3 。e p o n 无法支持信号q o s 分级，特别是运营商已经搠有了庞大的t d m 网络， 希望能够实现一个平台上的综合接入，物理层可以为s d h o t n 或其他同步通道，但目 前很难预计g p o n 的价格是否适宜，有些类似于a p o n 的情况。e p o n 和g p o n 的另 一个区别是，e p o n 是山设备商发起推动的技术而g p o n 技术是由运营商驱使的，因 此，g p o n 技术更能反映运营商的业务需求。从长远发展来看，传输效率更高、o a m 能力和i 业务支持能力更强的g p o n 技术将具有较好的发展前景，如果其最终成本能与 e p o n 相比拼的话，将是解决“最后一公里”瓶颈的最理想p o n 技术。 从理论上分析，g p o n 比e p o n 具有较大的优势，但是从目前业务类型看，如果是 面向普通客户的接入业务，简单的上网业务仍是主流，因此g p o n 的优势无法体现， e p o n 仍有其成本上的优势。如果运营商面向的是多业务需求的客户，他们更青睐于专 线，又不需要p o n 系统接入，g p o n 会陷入a t m 一样的尴尬局面。 1 2 1 4p o n 技术的发展现状 宽带p o n 技术正越来越受到运营商、设备商、甚至是政府的重视，面临前所未 有的机遇。业界对e p o n 技术和g p o n 技术前景尤为看好，曾经风云一时的a p o n 山于技术复杂、设备价格高，加之a t m 网络在市场的萎缩，很难在将来的光纤接 入市场中占据一席之地。 据美国i n f o n e t i c s r e s e a r c h 公司统计，2 0 0 3 年全球p o n 设备产值达1 8 2 亿美元， 比2 0 0 2 年增长了2 4 0 ，从2 0 0 4 年起到2 0 0 7 年这一市场仍将高速增长。p o n 在亚 太地区发展很快，特别是在日本，大量的用户在使用e p o n 和a p o n 。例如，n t t 华北电力人学硕士毕业论文 和s o f l b a n k 公司在其网络中采用的是e p o n 技术，n 1 t r 公司计划在2 0 0 5 年投入8 8 亿美元实现光纤到家，预计到2 0 1 0 年将有3 0 0 0 万用户连接到f 1 _ r h 网上。美国的 运营公司倾向于采用g p o n 技术，s b c 、v e r i z o n 公司都计划在2 0 0 6 年丌始采用 g p o n 技术建设光接入网，a t t i c a 、思科、北电网络、i n t e r n e tp h o t o n i c s 、s a l i r a 和 a l l o p t i c 等都在e p o n 产品的开发上做出了一定的努力。f l e x l i g h t 、阿尔卡特、 t e r a w a v e 、比利时根特大学及意大利电信实验室等都在积极进行g p o n 技术和产品 的研发。为城域网市场提供光以太网系统产品的a t r i c a 公司也宣布将与f l e x l i g h t 联合出售g p o n 产品。在国内，2 0 0 5 年1 0 月，盛立亚系统公司宣布其符合i e e e 8 0 2 3 a h 标准的e p o n 产品获得了申国信息产业部颁发的入网证书，这将意味着 e p o n 产品将在中国广大的通信网络中使用。 1 2 2 多协议标签交换技术概述 1 2 2 1m p l s 多协议标签交换1 7 ( m p l sm u l t i p r o t o c o l l a b e ls w i t c h l 是i e t f ( i n t e r n e t e n g i n e e r i n g t a s kf o r c e ，因特网工程任务组) 于1 9 9 7 年提出的用于下一代i p 高速骨 干网络分组交换的标准，由c i s c o 、a s c e n d 、3 c o m 等网络设备厂商所主导。 m p l s 是集成式的i po v e r a t m 技术，即在帧中继及a t m 上结合路由功能。数 据包通过虚拟电路来传送，只须在o s i 的数据链路层执行硬件式交换( 取代网络层 的软件式路出) ，使数据包传送的延迟时间减短，增加网络传输的速度，更适合多 媒体信息的传送。m p l s 最大技术特色为可以指定数据包传送的先后顺序，并且通 过使用标记交换，网络路由器只需要判别标记即可进行转发处理。 m p l s 的运作原理是提供每个i p 数据包一个标记，并由此决定数据包的路径以 及优先级。与m p l s 兼容的路由器接收到数据包后，仅读取数据包标记，无须读取 每个数据包的i p 地址以及标头，然后将所传送的数据包置于帧中继或a t m 的虚拟 电路上，并迅速将数据包传送至终点的路由器，进而减少数据包的延迟。同时由帧 中继及a t m 交换器所提供的q o s 对所传送的数据包加以分级，可以大大提升网络 的服务质量，提供更多样化的服务。 m p l s 是经济高效、高度可靠的多业务i p 网络的基础。通过m p l s ，服务提供 商和企业可以提高带宽的效率和扩展性，降低运营和管理开支并提供可靠的业务。 m p l s 还是第三层v p n 等新型i p 业务的重要支持技术，还可通过第二层v p n 来支 持现有的专线、帧中继和a t m 业务。在m p l s 的基础上，可以实现统一的控制平 台，支持流量工程( 显式路由) 、约束路由技术，并支持区别业务服务( d i f f s e r v ) ，是 未来数据交换的发展方向。 华北电力大学硕士毕业论文 1 ，2 ，2 2g m p l s 2 0 0 0 年，i e t e 又提出了通用多协议标签交换( g m p l sg e n e r a l m u l t i p r o t o c o l l a b e ls w i t c h ) ，将m p l s 的控制平面向光域进行延伸，能提供对全光网的统一管理 和控制。g m p l s 继承了几乎所有m p l s 的特性和协议，但两者又具有本质的差异。 m p l s 的网络由单纯的分组交换节点组成，传输网络被浓缩并等同为一个预先配簧 好的物理线路，这就是标准的重叠网络架构。分组交换节点没有能力按照自己的意 愿、按照资源的需求情况调节其物理线路资源，需要管理人员进行人工调整。g m p l s 则改变了这种状态，它定义了四种接口类型：分组交换接口p s c 、时隙交换接口 t d m c 、波长交换接口l s c 、光纤交换接口f s c 。 按照g m p l s 的框架，g m p l s 使用了对等的网络模型，开放了光域的内部结构， 路由器可以对光层进行控制。这样使控制平面扁平化，跨越了核心光网和周边的设 备，。提供了统一的智能控制和管理平面，在进行路由和控制时可以实现动态智能的 统管理。通用多协议标签交换流量工程技术的运用有利于网络高效、可靠的运转， 同时使网络的资源和传输性能达到最优化。g m p l s 预想的目标就是统一传输网络 和交换网络，建立一个统一的通信平台，提高管理效率和提升交换速度。i p 层与光 层相融合推进光网络智能化的方向是确定无疑的。目前在这方面已经做了许多研发 工作，正式的标准已于2 0 0 4 年1 0 月问世。g m p l s 将成为未来全光智能网的标准 在国际上已形成共识。因此，基于g m p l s 的智能全光网是未来骨干网和城域网的 必然发展趋势。 1 ，3 论文研究重点和结构安排 随着骨干网技术的进一步发展，接入网技术与其相融合是必然的趋势。前面介 绍的三种无源光接入技术都没有考虑接入网与服务提供商本地核心网的融合。造成 传输效率低、服务质量较差、缺乏统一的资源控制和管理能力。因此我们提出了基 于通用多协议标签交换协议的无源光网络系统( g m p l sp o n ) ，可以把无源光接入 网和服务提供商本地核心网无缝的融合起来，形成基于i p g m p l s 的统一智能控制 和管理平台，提高传输效率，优化资源分配，利用通用多协议标签交换的面向连接 特性解决现有接入网的服务质量问题。 在现代化的电信运营领域中，接入网运行的好坏、运行的质量，直接关系到运 营商和网络用户的切身利益，因此网络管理技术的研究提到了仪事日程，具有重要 的意义。只有保证网络不i a j 断的正常运作，才能保证运营商和网络用户双方的利益。 但睦期以来由于技术市场驱动力等因素，接入网网络设备一直是远程网络管理的盲 点。例如目前a d s l 作为主流的宽带接入方式，随着其用，。同渐增多，如何实现宽 7 华北l 乜力人学硕士毕业论文 带用户的快速接入，方便地实现用户终端的数据配置、快速定位和排除故障，提高 用户满意度和宽带网络的平均收益率，已经成为限制宽带接入市场快速发展的重要 运营问题。目前a d s l 接入基本采取人工的方式进行用户的丌户和故障处理，这需 要大量的时问、物力和人力，从而导致开户速度慢，故障处理困难，使宽带的运营 成本居高不下。因此我们在丌发p o n 的时候要引以为戒，在建网初期就要考虑到网 络管理的问题，对g m p l sp o n 网络管理体系结构、网络管理系统功能和接口模型 等管理技术进行研究，真币使无源光接入网的优越性发挥到极致。 基于g m p l s 的无源光网络剐剐提出，很多问题还处于探索与讨论阶段。本人 有针对性的进行了研究，在底层管理和基于策略的g m p l sp o n 网络管理体系结构 的设计方面作了一系列的研究和丌发工作。主要分为以下几个章节： 第一章概述了课题研究的意义和技术背景，包括无源光网络的现有技术a p o n 、 e p o n 和g p o n 的基本原理，以及m p l s g m p l s 技术的概念。 第二章详细介绍了g m p l sp o n 设计初衷，g m p l sp o n 的体系结构、工作原 理及其关键技术。 第三章讨论了g m p l sp o n 底层操作维护管理的内容，包括o a m 实现的功能， o a m 的传输机制，o a m 帧的定义，给出了管理信息库的初步设计，最后做出了仿 真，证明了o a m 信令的有效性和可行性。 第四章研究g m p l sp o n 高层管理，提出了基于策略管理的g m p l sp o n 网络 管理方案，从保证服务质量的角度，晓明了采用策略管理的优越性。其中重点是实 现基于流的业务管理机制，包括业务的提供模式，计费模式，服务质量协商等。给 出o n u 和o l t 中管理模块的结构，实现的流程以及部分策略的实现。 第五章对论文的工作做了一个总结，提出研究的不足和需要加以改进的地方。 并且对下一步的研究进行了展望。 论文最后列举了作者在攻读硕士学位期间发表的论文以及本文的参考文献。 华j e 电力人学硕_ _ = 毕业论文 第二章g m p l sp o n 网络正在改变着我们日常生活中的各个方面，包括工作、学习和娱乐的方式。 不同的应用或者客户对网络传输中的许多特性有着不同的要求。这些要求主要包括 时延、时延抖动、带宽、数据包丢失率、以及可用性等。许多服务提供商都在努力 实现根据服务等级协定的内容，提供相应的服务，以保证特定用户或应用数据流的 传送。 目前的三种无源光网络都没有考虑与未来骨千网和i p 业务的紧密融合。在协议 方面也较复杂，造成与传输无关的信息过多，效率比较低。如a p o n 和e p o n 需要 进行i p 层到数据链路层的映射，需要再封装，还要再加上若干复杂的控制信息等。 而g p o n 则过多地考虑与现有的i t u t 业务和传统的时分复用业务的兼容，造成控 制协议和业务映射协议较复杂。因此研究宽带高速高效且符合现代网络时代潮流的 光接入网技术就显得极为重要和更为迫切。考虑到接入网是整个通信网的重要组成 部分，而且未来的无源光接入网也是全光网中不可缺少的部分。本课题组提出的基 于g m p l s 的无源宽带光接入网络技术，简称g m p l sp o n ，可以把接入网和未来 的城域网骨干网无缝的融合起来，形成统一的i p g m p l s 全光智能通信网。从而大 大提高端到端的数据交换效率；提高服务质量；合理使用网络资源，提高网络资源 利用率；统一网络管理平台和交换平台。 2 1g m p l sp o n 概述 基于通用多协议标签交换协议的无源光网络系统如图2 1 所示，由o l t 、o d n 和o n u 构成。其中o d n 由无源器件组成，例如：单模光纤、光分路器耦合器、 连接器等；o l t 和o n u 均为有源器件，o l t 一般安装在业务供应商的中心局，o n u 位于用户端，用于提供数据、视频和语音业务的用户接口。此接入网系统作为核心 网的边