（电磁场与微波技术专业论文）多粒度智能光网络信令技术的研究与实现.pdf

北京邮电大学硕士学位论文 多粒度智能光网络信令技术的研究与实现 摘要 随着信息时代的到来，特别是i n t e r n e t 业务的爆炸式增长，使 得对传输网络和设备的要求越来越高，要求网络具有智能性强、带宽 大、阻塞率低、成本低等性能。传统的光网络不能满足这些新的需求， 因此，多粒度智能光网络应运而生，成为光网络发展的一个新的方向。 对于光网络业务的流量来讲，很多的业务并不需要在最小的波长 粒度等级进行复用，可以在较大的光纤和波带等级中直通，多粒度智 能光网络就是采用大粒度直通的方式，具有简化的节点结构，智能的 信令控制功能和完善的网络管理功能，国际和国内的多家科研机构投 入精力正对其进行研究，但目前国际上还没有形成统一的标准协议， 本论文在国家8 6 3 项目和国家自然科学基金项目的资助下，主要针对 多粒度智能光网络信令技术的研究和实现，提出了多种信令流程，扩 展的多粒度信令消息格式，并通过实例验证了信令方案的可行性。 经过两年多的研究生学习阶段，本论文主要完成了以下的工作： 1 分析了多粒度智能光网络发展的现状，对国际、国内的情况 进行了总结归纳； 2 介绍了多粒度光交换系统的相关理论知识，其中包括节点结 构、信令技术和网络管理三个方面，并针对r s v p - t e ( 基于流 量工程扩展的资源预留协议) 的信令流程和消息格式等进行 了详细地描述； 3 结合项目的实际需要，提出了多粒度的信令流程和扩展的信 令消息格式，主要针对r s v p t e 协议中的r s v ph o p 、 e x p l i c i t _ r o u t e 和s e n d e r _ t e m p l a t e 对象进行扩展，参考 g m p l s 协议在格式中增加了多粒度的标签项，具有较好的兼容 性和可扩展性； 4 软、硬件相结合，搭建了一套完整的多粒度智能光网络的演 示平台，该平台可以实现多粒度信令通道的建立、拆除、故 障的保护恢复等功能，通过该平台，有效的验证了多粒度信 令方案的可行性。 关键词：多粒度光网络r s v p t e 信令信令协议 北京邮电大学硕士学位论文 t h es i g n a l i n gt e c h n o l o g yo f m u i t i g r f n u l a r i t y0 p t i c a ln e t w o r k a b s t r a c t w i t ht h ei n c o m i n go ft h ei n f o r m a t i o na g ea n dt h e d e v e l o p i n go f i n t e r n e ts e r v i c e s ，i n t e l l i g e n c ei sn e e d e db e s i d e st h ew i d t ha n dt h er a t eo f b a c k u p a n dt h ee q u i p m e n t s a r eb e i n gm o r ea n dm o r ee f f i c i e n t t h e t r a d i t i o n a lo p t i c a ln e t w o r kc o u l d n tb es a t i s f i e d s ot h em u l t i g r a n u l a r i t y o p t i c a ln e t w o r k c o m e s i t s u n n e c e s s a r yt h a tm a n yo p t i c a l s e r v i c e sa r e d e c o m p o u n d e do n e v e r yn o d e m a n y o ft h e ma r e s t r a i g h tt h r o u g h t h e p a t h so f aw a v e b a n do r af i b e r s u c hi st h e m u l t i g r a n u l a r i t yt e c h n o l o g y t h es i m p l e n o d e s t r u c t u r e ，a u t o m a t i cs i g n a l i n gc o n t r o la n dp e r f e c tn e t w o r km a n a g e m e n t a r ei t s c h a r a c t e r s m a n y i n s t i t u t i o n sa r e p u t t i n g t h e i r e n e r g i e s i n t o r e s e a r c h i n g i t b u tt h e r ei sn ou n i f i e dp r o t o c 0 1 t h i st h e s i sh a sb e e n f i n i s h e du n d e rt h eh e l po fn a t i o n a l8 6 3p r o j e c ta n dn s f c ，i ti sa b o u tt h e s i g n a l i n gp r o t o c o l so f t h em u l t i g r a n u l a r i t yo p t i c a ln e t w o r k t h ef l o w so f s i g n a l i n ga n dt h ee x p a n d e dm e s s a g ef o r m a t sh a v eb e e np u tf o r w a r d 。t h e s c h e m eh a sb e e n p r o v e d f e a s i b l e a f t e rt w o y e a r s ，t h e a u t h o rh a sf i n i s h e dt h i st h e s i sw i t h m a n y a c h i e v e m e n t s ，a sf o l l o w s ： 1 t oa n a l y s et h e m u l t i g r a n u l a r i t yo p t i c a ln e t w o r ka n ds u mu pt h e d e v e l o p i n gs t a t u sa th o m e a n da b r o a d 2 t oi n t r o d u c et h e t h e o r ya b o u t t h en o d e s t r u c t u r e ，s i g n a l i n gt e c h n o l o g y a n dn e t w o r k m a n a g e m e n t e s p e c i a l l y t od e s c r i b et h er s v p t e p r o t o c o li ns i g n a l i n gf l o w sa n d f o r m a t s 3 t o p u t f o r w a r d s i g n a l i n gf l o w s t oe x p a n d t h ef o r m a t so f r s v p h o p , e x p l i c i t r o u t e a n d s e n d e r t e m p l a t e i nt h e w a y o f a d d i n g t h e m u l t i g r a n u l a r i t y l a b e lw i t h g o o dc o m p a t i b i l i t y a n d e x p a n s i b i l i t y 4 t ob u i l du paf l a tt or e a l i z et h ef u n c t i o n s ，f o re x a m p l e ，s e t t i n gu pa 北京邮电大学硕- l 学位论文 p a t h ，r e m o v i n ga n dr e c o v e r i n g i ta n ds oo n t op r o v et h ef e a s i b i l i t yo f t h es i g n a l i n g p r o j e c t k e yw o r d s ： m u l t i - - g r a n u l a r i t yo p t i c a ln e t w o r k r s v p - t e s i g n a l i n gs i g n a l i n gp r o t o c o l 北京邮电大学硕士学位论文 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 本人签名：猛业 本人承担一切相关责任。 日期：之塑! ! 型 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掰密后适用本授权书。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：猛盘日期： 导师签名：_ 盈如堕越一 日期： i 贼6 、为 趔n 。塑 北京邮l u 大学坝l ：学位论文 1 1 概述 第一章绪论 人类进入二十一世纪也就进入了信息“爆炸”的时代，随着信息科技的快速 发展，通信网络也在发生巨大变化。i p 网络及其业务的快速发展，对网络性能 的要求也越来越高，要求网络具有带宽大、时延小、传输差错率低等特性。随着 人们对带宽等要求的增加，需要光网络的节点设备具有简化的节点结构，较高的 吞吐容量，较低的成本。因此，结合时分、空分和波分等多种交换方式的多粒度 光交换系统应运而生，它将是下一代智能光网络的发展趋势，是光通信发展的一 个新的罩程。 】1 i 国内外发展现状 随着多粒度光网络的逐步发展，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。比如：c i e n a 公司的m e t r o d i r e c t o r 和c o r e d i r e e t o r 智能光交 换机，分别用于城域网和长途骨干网，这种交换机遵循o i f 的u n i1 0 和i e t f 的g m p l sr s v p - t e 标准，支持从t d ms t s 一1 到波长一级的多粒度上的交换；加拿 大a c c e l j g h t 网络公司以及同本n t l 公司在s u p e r e o m m 上推出的太比特g m p l s 光交换机，支持来自租用线、光波长、s o n e t 环的信号的优先级划分和交换：作 为多粒度交换技术积极倡导者之一的朗讯( l u c e n t ) 公司也推出了其智能全光交 换机l a m b d a r o u t e r ，基于m i c r o s t a r “3 dm e m s 技术，实现了多粒度的光交换， 能够随时动态的提供服务和波长管理功能。在多粒度的交叉连接设备方面，阿尔 卡特( a 1 c a t e l ) 公司也研制出了能够支持波长、波带以及光纤级交换的交叉连 接结构，这种交叉连接设备的样机已经在丹麦、挪威、比利时和法国的实际网络 中得到了应用。a l c a t e l 还曾向t e t f 提交过一份“光多粒度体系结构框架”草 案，闸明多粒度光交换的概念和指导思想，虽然该草案已经失效，但思想已被传 承。近期，韩国电信又向i e t f 提交了“扩展g m p l s 支持多粒度光交叉连接设备” 的草案。 在固内，多所著名高校以及大型通信公司也正致力于多粒度光交换网络设备 北京邮电大学硕士学位论文 的跟踪研究与开发工作。北京大学提出了一种基于标签的多粒度光交换机结构， 由多粒度光交换模块、电的控制器和信令代理组成，可以实现l l 的光纤交换、 p ( l - i ) 个波带或波长组的交换、n ( l - i ) 个波长的交换，还可实现若干波带及 波长上下路。上海交通大学研究了一种多粒度混合光网络的自动交换控制方法， 采用多个接i ：3 交换能力描述符表示链路的多粒度疏导能力。各节点链路状态使用 路由协议通告。上海交通大学研制出一种基于光突发交换的多粒度光路由器，同 时支持突发级和动态波长路由级光交换，核心光路由器采用双光开关矩阵结构对 应不同的交换粒度，高速光开关矩阵配备光纤延迟线阵列作为光缓存来降低丢包 率。 此外，由于多粒度光交换技术的前瞻特性，国内外的理论研究也在多方面展 开，主要围绕多粒度交换的节点结构、波带交换、基于g m p l s 的控制技术等方面 展开。 1 1 2 智能光网络概况 随着光网络的不断发展，人们把目光投向了将光网络组网技术和以i p 为基 础的网络智能技术相结合的智能光网络。 1 9 9 8 年以美国s y c a m o r e 公司为代表的一些公司首先提出了智能光网络的概 念，将a t m 和i p 路由功能引入光网络中，把光网络发展成高度自主对应业务需 要的、经济有效的、可在光层上直接为全网提供端到端服务的智能网。 与传统的光网络相比，智能光网络主要有以下几方面的优势：1 、在光层实 现业务动态分配，缩短了业务提供时间，提高了网络资源的利用率，可根据业务 需要提供带宽；2 、具有端对端网络监控保护、恢复能力，使网络变得更可靠、 更安全；3 、具有分布式处理功能：4 、与所传送客户层信号的比特率和协议相独 立，可支持多种客户层信号；5 、实现了控制平台与传送平台的独立；6 、实现了 实时的流量工程控制，网络可根据客户层的业务需求，实时动态地调整网络的逻 辑拓扑，以避免拥塞，实现网络资源的最佳配置：7 、与所采用的技术相独立；8 、 网元具有智能性；9 、可根据客户层信号的业务等级来决定所需要的保护等级； 1 0 、支持各种带宽的交换和管理。 智能光网络的分层结构 智能光网络的出现是光网络技术的一项重大进步，它将交换引入到了光层， 采用的是客户端服务器( c l i e n t s e r v e r ) 的体系结构，直接面向最终用户，用 户可以通过网络接口请求服务，智能光网络的分层结构主要包括三个平面：控制 北京邮电大学硕士学位论文 平面c p ( c o n t r o l p l a n e ) 、传送平面t p ( t r a n s p o r tp l a n e ) 和管理平面 m p ( m a n a g e m e n tp l a n e ) ，三个平面间的相互关系如图所示。 囝1 1 智能光两络分屡结构图 控制平面 控制平面是智能光网络的核心部分，也是智能光网络区别于其他光网络的重 要方面，具有良好的可靠性、可扩充性和通用性，可用于s d h 、p d h 等多种不同 的传送网技术。智能光网络具有网孔型拓扑结构，可将控制平面分割成不同的部 分，各部分之间可以自由组合，提高了网络的灵活性。 控制平面主要完成的是呼叫控制和连接控制，其中包括呼叫的建立、连接、 释放，系统的监测与维护发生故障时完成自动恢复动作。智能光网络通过控制 平面、接口、信令、协议等可以动态的分配光网络的拓扑结构，动态分配路由和 带宽，使网络的利用率大大提高。 传送平面 传送平面是由一系列的传送实体构成，是客户端到服务端的信息传送通道。 传送平面由光复用段层、光传输段层和光通道层组成，采用网孔状结构，其节点 设备为o x c ( 光交叉连接) 和o a d m ( 光分叉复用) 等交换设备，这些特性使得该 平面可以支持多粒度交换技术。 智能光网络的传送平面不仅传送业务信号，还负责传送控制平面与管理平面 的信令信息。智能光网络要求控制平面具有信号监测和恢复功能，传送信号时可 对信号进行监测，及时发现故障，并有自动恢复的能力，提高了网络整体的传输 效率。 管理平面 管理平面完成整个网络的管理与维护工作，详细可分为控制平面管理、传送 平面管理和资源管理，是网络能够正常运行的重要保证，其基本的功能包括：故 北京邮u 人学硕l 学位论文 障管娌、性能管理、配置管理、计费管理和安全管理等。 智能光网络多粒度光交换 智能光网络的动态连接机制要求光网络具有复杂的网格结构，随着传送容量 的增大，对光交换矩阵的要求也越来越高，由此也就出现了“多粒度光交换”的 概念。它的命名借鉴了物理学巾粒度等级的概念，将物理媒质中传送的光信号按 等级 “大到小分为光纤级、波带级、波长级和v c 级等，多粒度的分级图如下所 示。 图1 2 多粒度l s p 分级结构图 “多粒度光交换”的概念一经提出就受到了很多研究机构及厂商的关注，它 的优势也在不断的研发过程中逐步的显现出来。在原有的交换结构中，需要对全 部输入光纤解复用到波长一级，然后以波长为单位进行交换( 交叉连接) ，最后 再把波长复用到输出光纤。考虑到在一个节点之上，大部分业务都是“转发业务” 而不是“接入业务”，因此实际上一个节点并不需要解复用出所有的波长，然后 再对所有波长进行复用后输出。可以考虑将通过节点的多个“转发业务”汇聚在 同一个波带或是同一个光纤内传输，从而在节点的m g o x c ( 多粒度o x c ) 内实现 “波带路由”或是“光纤路由”；或者是将多个“接入业务”汇聚在同一个波带 或是波长内，m g o x c 直接实现波带级上下路或是光纤级上下路，从而减少o x c 的 端l _ 数量，降低成本。采用多粒度交换技术之后，交换节点不必对所有的波长都 进行解复用和复用，因此端口数可以大大降低，从而降低节点的成本。 “多粒度光交换”思想的引入不仅提高了光网络设备的传送效率和吞吐容 量，而且丰富了光网络的智能化控制和管理的层次与水平，从而大大增强了网络 对4 i 嗣颗粒度带宽处理能力的灵活性。 4 北京l l i l i e 大学瑚：i ：学位论义 1 2 论文主要研究工作及成果 本谍题研究的主要指导思想是在实现基本功能的基础上，实现部分的创新。 通过搭建一个多粒度的平台，演示多粒度光交换的主要功能，在具体的细节方面 有适当的简化。笔者在攻读硕：b 学位期间，参加了国家“8 6 3 项目”智能光 网络多粒度光交换系统与应用( 项目号：2 0 0 3 a a l 2 2 5 3 0 ) 的研究工作，本文的研 究工作也是在该项目的资助下完成的。 1 2 1 研究方法 功能需求分析：本研究项目要实现多粒度光网络中信令通道的建立、拆除及 故障的保护恢复等功能，可通过建立包括硬件设备在内的实际网络演示上述的功 能特性。 设计信令方案：针对已经建立好的网络构架，设计多粒度的信令方案。其原 则是在实现功能的基础上具有简单的信令流程，简化的易于扩展的消息格式，简 单的节点处理过程，提高网络的性能( 阻塞率、时延等) 。现有的信令协议并不 能满足多粒度网络的需要，因此，要对现有的协议迸行必要的改进，将协议中的 消息对象进行扩展，设计多种不同的信令流程。参照国际组织i t u - t 、i e t f 等制 定的关于智能光网络相关的协淡标准，实现主要针对g m p l s 信令协议的扩展。现 在困际。e 存在多种信令协泌，但应用最广泛的是r s v p t e 协议，因此，本项目的 信令部分也选用了该协泌，扩鼹了其中的消息对象。多粒度的信令通道可采用分 层建立的模式，相对独立的建立光纤、波带、波长等通道。 绪令方案的实现：在信令方案实现的过程中包台软件及硬件两个部分，软件 方面采用嵌入式系统进行丌发，现有的嵌入式系统较多，但考虑到v x w o r k s 的微 内核结构及其实时多任务的特性，我们选用v x w o r k s 作为开发平台，实现基本的 多粒度信令功能，另外还编写了a p i 函数，实现了软、硬件的接口部分。 1 2 2 文章结构 论文的整体结构包括六章，其中： 第。章是“绪沦”，主要介绍关于论文的基本概念及相关的背景知识； 第二章是“多粒度光交换系统”，介绍了多粒度光网络的发展现状，及其涵 盖的三个方面：节点结构、信令技术和网络管理。给出了“串行式”和“反馈式” 北京邮i u 入学坝i ：学位论文 两种多粒度节点的基本结构，简要地对两种结构的性能进行比较。另外，介绍了 智能光网络中信令的功能和结构，比较了三种常用的信令协议，分别是私有网络 接朋仂、议( p n n i ) 、基于流量工程! 扩展的资源预留协议( r s v p t e ) 和基于路由受 隈一标记分配协议( c r l d p ) ，详细介绍了r s v p t e 协议的基本消息流程和基本对 象等； 第三章是“多粒度光网络的信令实现方案”，提出了针对本项目扩展的多粒 度光网络扩展的信令消息和流程，对多种信令流程进行比较，提出了信令系统实 现的整体方案设计； 第四章是“多粒度光网络信令的实现”，给出了本项目的整体结构，包括信 令部分、网管部分及传送平面的具体配置，实现的功能包括建路、拆路、故障倒 换等，形成了一个完整的多粒度光交换系统的应用实例，并列举了实现过程中遇 到的问题及解决方法； 第五章是“论文总结”，概括了论文的内容和结构，提出了论文中的不足之 处和需要进一步研究的问题，阐明了本论文的意义和地位。 】2 3 取得的成果 笔者与课题组的同学道完成了“智能光网络多粒度交换系统与应用”项目 的全部工作，该项目在验收时得到专家的很高评价。 本论文在以下两个方面具有创新之处： 现有的关于智能光网络的信令协议多数都是针对单粒度进行设计的，在本论 文中，结合项目的需要，笔者独立提出了适合于多粒度光网络的扩展的 r s v p t e 的信令消息格式，对其中的r s v ph o p 、e x p l i c i tr o u t e 、 s e n d e rt e m p l a t e 等对象进行了扩展： 在光节点的控制平面管理方面，参考单粒度的节点管理模式，独立提出了一 种新型的多粒度光节点的管理方案光节点的链路状态表，该方案的提出 使节点更加智能，处理能力增强，网络传输效率增加； 结合该项目的研究工作，以第一作者发表了两篇学术论文，“多粒度光网络 中的信令研究与实现”和“信令技术灵活配置a s o n 资源”。 参考文献 f 1 殷洪玺，张宁，徐安十一种基下标记的多粒度光交换机中国发明专利 0 2 1 2 4 1 7 3 22 0 0 2 年1 2 珂2 5 日 6 北京1 1 l f i l u 人学颁卜学位论文 2 】金耀辉，胡卫生，姜渖，千晓冬。干悦多粒度混合光网络的自动交换控制方法 中国 发明专利0 3 1 1 4 9 3 322 0 0 3 年7 月2 3 日 【3 】张杰，徐云斌，求鸿升等自动交换光网络a s o n 人民邮电出版社2 0 0 4 年 4 李昀，易准基丁a s o n 的智能光网络及其控制平面现代电信科技2 0 0 3 年3 月 5 5包钾尔智能光网络简介现代通信2 0 0 2 年 6 韦乐平智能光网络的概念、体系并演进通信亍日= 界2 0 0 3 年4 月 【7 】顺畹仪，张杰等光传送网机械i ：业山版社2 0 0 3 年 【8 】顾畹仪张杰等全光通信刷( 修汀版)北京邮电人学出版社2 0 0 1 年 9 s u z u k i ，m ；o t a n i ，t ；h a y a s h i ，m t r e n d so f o p t i c a ln e t w o r k i n gt e c h n o l o g i e s t r a n s p a r e n t o p t i c a ln e t w o r k s ，2 0 0 3 p r o c e e d i n g so f 2 0 0 35 t hi n t e r n a t i o n a lc o n f e r e n c eo n v o l u l t l e ；l ， 2 9j u n e 3j u l y2 0 0 3 p a g e s ：2 6 31 v 0 1 1 【1 0 1j a j s z e z y k ，a t h ea s o na p p r o a c ht ot h ec o n t r o lp l a n ef o ro p t i c a ln e t w o r k s t r a n s p a r e n t o p t i c a ln e t w o r k s ，2 0 0 4p r o c e e d i n g so f2 0 0 46 t hi n t e r n a t i o n a lc o n f e r e n c eo nv o l u m e ：l ， 4 _ 8j u l y2 0 0 4 p a g e s ：8 7 - 9 0 v 0 1 1 】1 徐云斌宋鸿升，顾畹仪州1 二多粒度光交换：付点的g m p l s 信令机制扩展北京邮电 人学学报2 0 0 4 年第3 期 7 北京邮电大学硕士学位论文 第二章多粒度光交换系统 光传送网可支持如i p 、a t m 和s d h 等多种业务，对光节点的发展提出了更高 的要求。传统的光节点设备在光层上都是在单粒度波长级别上进行适配的，核心 是一个大容量的交叉连接设备。因此，传统的光传送方式存在着一定的弊端，包 括：1 、节点硬件设备结构复杂，每个节点解复用所有的波长，硬件的数量较多， 结构复杂；2 、成本高，硬件的数量多，导致了传统节点结构的费用较高；3 、时 延大，无论本地节点是否有波长上下路都要解复用和复用，占用了较多地传送时 间。 对于光网络业务的流量来讲，很多的业务并不需要在最小的波长粒度等级进 行复用，可以在较大的光纤和波带等级中直通，多粒度光交换技术也应运而生， 相比较而言，多粒度克服了传统网络的缺点，具有节点结构简单，成本低，时延 小，智能性强等自身的优势，有着很好的发展前景。 2 1多粒度光网络涉及的几个方面 对多粒度光交换系统的研究主要包括多粒度节点结构、智能的控制平面技术 及多粒度网络管理技术等三个方面。 多粒度的节点结构是完成所有功能的物理支持，所要完成的功能是实现不同 粒度下的光交换，常用的粒度等级分别是光纤级、波带级和波长级。在达到功能 要求的基础上，完善节点的结构设计，使节点结构简化，成本降低，具有较好的 模块性，具有一定的扩展功能。 智能控制技术是多粒度中的关键技术，也是智能光网络的最大特点。智能控 制技术中包括网络的路由技术，信令技术，资源管理等方面。分析一个网络性能 的优劣要从上述各个方面入手，路由技术是在多粒度环境下实现网络的最优化设 计，及业务模型的建立与分析；信令问题是分析解决在多粒度环境下分层建立的 信令流程，实现信令协议：资源管理是研究在多粒度环境下资源的自动发现机制， 资源的优化等问题。 多粒度的网络管理系统实现了控制平面与传送平面的统一，可以用来配置业 务，另外，要求网络管理界面具备很好交互的功能，便于用户使用。 北京邮f u 人学烦= ? 学位论文 2 2 多粒度节点的基本结构 在原有的交换结构中，需要对全部输入光纤解复用到波长一级，然后以波长 为中位进行交换，最后再把波长复用到输出光纤。考虑到在一个节点之上，大部 分业务都是“转发业务”而不是“接入业务”，因此实际上一个节点并不需要解 复用出所有的波长，然后再对所有波长进行复用后输出。可以将通过节点的多个 “转发业务”汇聚在同一个波带或是同一个光纤内传输，在节点内实现“波带路 由”或是“光纤路由”，从而减少o x c ( 光交叉连接) 的端口数量，降低成本。 目前多粒度光节点结构主要分为反馈式和串行式两种不同的方式，下面将分 别介绍两种节点结构，并将二者的功能特性进行简要地分析。 2 2 j 多粒度节点串行式结构 图2 1 多粒度节点串行式结构 从图中可以看出，如果光纤中没有波氏需要上下路的话，可在f x c ( 光纤 交叉连接) 层直接进行光纤级别的业务交换。此外，它还可把光纤解复用到波带， 如果波带中的波长不需要上下路的话，同样可以使用w b x c ( 波带交叉连接) 层 的波带交叉连接矩阵来交换整个波带。也就是说只有当波带中的波长需要上下 路的时候，波带才会被解复用。而对于普通的o x c 来说，其所有的输入光纤都需 要解复用到波长，进行波氏级别的交换，平面上结构的改变也要求控制平面能够 适应相应的变化，端口数日多，增加了结构的复杂度。串行式结构的特点是输入 光通道依次经过各个粒度的交换模块。 北京| | i j u 人学坝一：学位论文 2 , z 2 多粒度节点反馈式结构 目“m “jw 女f h ” 日k h 】- _ i h ” 图2 2 多粒度节点反馈式结构 反馈式多粒度光节点结构主要由光纤交叉连接( f x c ) 、波带交叉连接( w b x c ) 、 波k 交叉连接( w x c ) 以及波长上下路模块组成。其中f x c 和w b x c 基于全光交叉 连接模块实现，w x c 可以采用全光方式实现，也可以采用o e 一0 方式实现。这种 结构的特点是输入光通道经过逐级解复用到小粒度的交叉连接模块进行交换以 后，然后返回底层的大粒度交换模块。 2 2 3 节点性能分析 下面我们就这两种结构的特性以及控制复杂度等问题进行比较分析。 1 模块性 模块性主要指的是链路模块性以及波长波带模块性，它们分别指当增加节 点的端口数目或者增加复用的波k 波带数目时，只需添加新的器件，而不必或 者尽量少的改动原有的器件和连接结构。 1 0 北京i j i | f u 人学坝i 浮位论文 ( ”) 让k ，7 波措雠块性( b ) 链蹄模块性 图2 - 3 交叉连接矩阵的模块性 对于反馈式结构，由于光纤交叉矩阵不具备模块性，如果需要增加节点输入 和数据光纤端口的数目时，就需要更换新的光纤交叉模块。在般情况下，如果 光纤端口的数日增多，出希望波带和波长交叉连接端口增多，这样爿会保持多粒 度节点r p 光纤、波带和波长三者i ：j 勺比例不会发生变化。在这种情况下，波带交叉 连接矩阵和波长交叉连接矩阵要求能够具备链路模块特性，因为光纤波带端口 数日的增多相当于波带波长交换粒度上增加了输入链路的数目。当然我们也可 以采用光纤粒度不可扩展、波带粒度具备波带模块性、波长粒度具备链路模块性， 或者足光纤和波带粒度不可扩展、波长粒度具备波长模块性等多种结构，这样就 会造成多粒度节点各个交换粒度比例的变化，另外网络的扩展主要通过增加光纤 中的波带或者波长的数目来完成，会受到光纤波长容量的限制。 对于串联式结构，光纤交叉矩阵同样不具备模块性。当需要增加光纤链路数 日时，需要同时更换输入和输出光纤交叉连接模块。另外，输入和输出波带交叉 模块应该是对称的，它们应该具有相同的模块扩展特性。对于多粒度节点，采用 反馈式结构以及采用串联式结构都可以获得部分的模块扩展特性。 2 控制复杂度 在这县我们采用原子功能模型的方法来分析多粒度节点的控制复杂度问题。 要实现列底层多粒度节点的控制，首先就要建立底层节点的功能模型。 北京t l l f f d 人学坝f j 学位论文 图2 _ 4 多粒度光交换原子功能模型 其中f x c 、w b x c 、w x c 分别为光纤交叉连接、波带交叉连接以及波长交叉连 接；f p t 、w b p t 分配为光纤路径终端和波带路径终端；f p a 、w b p a 分别为光纤路 径适配功能以及波带路径适配功能；t c p 和a p 分别为连接终止点和适配点。通 过建立上面的模型，我们可以分别对反馈式多粒度光交换结构以及串联式多粒度 光交换结枣句进行分析，如图所示。 ( a ) 反馈式多粒度节点原子功能模型( b ) 串联式多粒度节点原子功能模型 图2 5 多粒度节点原子功能模型 出上图我们可以看出，串联多粒度光节点与反馈式多粒度光节点在原子功能 模型结构上是类似的，如果在本地节点进行波带级别的交叉连接，二者所经过的 交叉矩阵数目是相同的，但是对于反馈式结构来说，没有输入和输出w b x c 以及 f x c 之分，二者是统一的。在只进行波带粒度交叉的情况下，反馈式结构只需要 穿越三级交叉矩阵，而串联式结构需要穿越四级交叉矩阵；在只进行光纤粒度交 叉情况下，反馈式结构只需要穿越一级交叉矩阵，而串联结构需要穿越两级交叉 矩阵。一般来说，在多粒度光网络中，底层传送资源的配置时间是和所需要配置 北京邮l u 大学坝。i ：学位论文 的交叉连接矩阵的数目成正比的，因此，在进行粗粒度交换的情况下，反馈式结 构所需要的时延应该少于串联结构所需要的时延。在动态的多粒度信令方案中， 有时候到达某一个节点信令信息需要等待本地资源配置返回成功响应以后才能 够向。f 一个节点继续传送，在这种情况下，反馈式多粒度交换结构其所需要的连 接建立时延会优于串联式多粒度光交换结构。 通过对串联式和反馈式多粒度光节点的比较我们可以看出，二者在功能结构 上是相同的，都可以实现光纤、波带与波长的三级交叉，有所不同的是反馈式结 构在进行粗粒度交叉时要比串联结构功能简化。另外，从成本方面来看，串联结 构在一定的解复用比例下，其成本要优于反馈式结构。在网络规模比较小的情况 下，采用串联结构要优于反馈式结构。 2 3 网络管理 网络管理系统是网络的重要组成部分，是保证通信网正常、可靠、经济和安 全地运行的重要支撑手段，很多网络特性的使用和提供，在很大程度上取决于相 应的列络管理系统的能力和质量。网络管理技术一直是通信网络技术中的热点和 重点之一。 网络管理主要包括以下五大功能：故障管理，配置管理，性能管理，安全管 理和汁费管理。 故障管理( f a u l tm a n a g e m e n t ) ：对网络的运行情况异常和设备安装环 境异常进行监测、隔离和修复的一组功能，包括告警监测、故障定位、 故障修复及测试等。 配最管理( c o n f i gm a n a g e m e n t ) ：包括提供状态、控制及安装功能：对 网络单元的配罱、业务投入、丌始、停止业务等进行管理，对网络的状 态进行管理等。 安全管理( s e c u r i t ym a n a g e m e n t ) ：控制进网和保护网络及网管系统， 防止有意和无意的滥用、未经许可的接入和通讯的丢失等：包括接入和 用户权限的管理、安全审查及安全告警等。 性能管理( p e r f o r m a n c em a n a g e m e n t ) ：保证最有效地利用网络资源和 网络资源的能力，对网络设备的性能和网络单元的有效性进行评价，并 提出评价报告的一组功能。 计费管理( a c c o u n t i n gm a n a g e m e n t ) ：处理和计算业务和资源使用情况 的记录，并产生客户使用所有业务的计帐报告。 北京i | | | ! l u 人学坝i ：- 9 位论文 网络管理是分层实现的，i t u t 将网管业务分为四个层次，即网元原理 ( e l o l n e n tm a n a g e m e n t ) 、网络管理( n e t w o r km a n a g e m e n t ) 、业务管理( s e r v i c e m a n a g e m e n t ) 和事务管理( b u s jh e s sm a n a g e m e n t ) 。 日前的网络管理协议主要有三种：s n m p ( 简单网络管理协议) 它是由 s g m i ，( 简单网关管理协议) 改造而来，信息库比较简单，被很多设备上采用；c m i p ( 通用管理信息协议) 它提供了完整操作、相应请求和事件通告机制，但协 议相对复杂，丌销大，使用的较少；c o r b a ( 通用对象请求代理体系结构) 允许分布式的应用程序间互操作，基于面向对象，降低程序复杂性。 在设计网管系统的拓扑结构时，根据管理规模和实际情况，在管理结构上可 分为集中式管理和分布式管理两种方式。 分布式网络管理适用于大舰模的企业网络，设置一个全网的网管中心对骨干 网的路由器，交换机进行控制和管理，并对网管中心的各种应用的业务主机系统 进行管理。分布式管理的优点主要体现在管理的层次非常明显，不同的网络级别 管理各级的节点、系统及应用。在进行故障处理时，也是分级别进行。在网络管 理中心还可咀采用冗余配置，有一套故障处理备份方案，满足大型网络管理的可 靠性和连续性。但是，分布式网络管理的投资较大，同时要与带外管理方式相结 合，增加了用户的负担，不适合于中小型网络。 集中式管理方式只设置一个网络管理中心，负责全网的主机系统的管理、网 络设备管理及网络应用的管理。分布于各地的网络设备如果出现故障，都统一交 山劂管中心管理员处理。集中式管理的优点是统一管理，增加了网管系统的安全 性和易管理性，但由于任何管理信息都交给网管中心处理，有可能促成网络拥塞， 使阚管中心成为瓶颈。 2 4 智能光网络的信令技术 智能光网络重要特征是实现对由用户发起的呼叫进行动态、按需的控制，而 信令是体现上述特征的保障，也正是由于信令协议的引入使智能光网络资源配置 更加灵活，业务分配速度更快，网络资源管理更加有效，网络生存性也显著提高。 在智能光网络中，信令协议的功能包括：完成自动交换连接，实现快速的端到端 光通路保护监控和恢复，快速地建立、拆除和维护一条跨全光网络的光通路。 4 北京1 1 1 】；m 人学烦士学位论文 1 4 1 概述 1 信令系统在控制平面中的位置 信令系统是控制平面的主体，完成呼叫和连接的建立、释放和查询等功能， 当然，实现这些功能离不丌信令系统与控制平面中的其它模块的相互交互。信令 系统将接收来自网管系统的连接操作请求，接收来自路由模块的路由信息，完成 管理系统的各种操作指令，接收来自其它信令系统的操作请求，进行资源预留以 及连接配罨等操作。信令系统在控制平面中的位霞如图所示。 从图中可以看出，信令系统和其它外部系统的交互有下列四种接口： 内部接口：信令模块和本地节点的其它模块之间的接口，如信令模块可 以通过内部接口从路出功能模块获得路由信息； 向下接口：信令模块通过此接口向底层的传送资源发送指令，进行连接 的支配操作，此接口由连接控制接口( c c i ) 来实现，在本地节点内部， 其关键是对底层的传送资源进行建模，形成信令信息的指配指令和底层 传送节点接口之间的映射关系： 横向接口：信令模块通过此接口和其它节点的信令模块进行信息交换。 此接口逻辑上表示为u n i n n i ，i t u t 已经对其进行了具体的规范。和 其它信令模块进行交互的信息主要采用t c p i p 进行封装，由协议控制 器来保证信息的安全性； 向上接口：信令模块通过此接口和网管系统进行信息的交互。此接口逻 辑上表示为n m i a 。网管系统和控制模块需要对底层的传送资源标识协 调一致。这样，信令模块才能正确的理解网管系统发送的配置指令。 连接售息空换 垄堡堕枣 + n l i i u n i n n i 连接请求 图2 - 6 信令系统在控制平面中的位置 北京i i i i j l u 火学坝l 学位论文 2 信令系统的实现方案 下丽给出一种信令系统具体的实现方案，如图所示 r 撤刚管系统 应删编狴接口 连接指配指令下达 敞障信息l 报一 配* 到情令模块 指令执行f ：l l i 构返回 键路资源管理卜_ 叫 连接管理模块 ( 敞障管理功能) i 连接赦念 战障：l c 洲操作结果返f l 连接控接口( c c i ) 到节点 连接指配 管理 代理 翮惮鬻秽隧7 迹珲塑里j l 信息缓存 一消息处理模块| 卜r t t 图2 7 信令系统的实现方案 i 到信夸刚络 磊习等 图。p 各个模块的功能如下： 连接管理模块完成基本的信令功能； 标签资源管理模块有连接管理模块维护，对本地资源标签进行管理维护，本 地标签资源库可以用于标识本地资源的可用状态： 应用编程接e l 模块为管理系统和连接管理模块之间的接口，可以使得连接管 理模块接收来自管理系统的命令并且返回操作执行结果； 管理代理对接收来自网管系统的消息，然后将其转换为连接管理模块可以识 别的消息，同时将本地控制模块的一些状态资源返回管理系统； 链路资源管理模块可以实腌对本地资源的状态标识，如通告本地节点或链路 的故障： 消息处理模块接收来自以太网接口的各种消息，并将它们送往各自的处理模 块： 连接控制接口完成对本地节点的控制与管理。 3 信令通道的实现方案 信令通道的实现方案分为带内和带外两种。 带内：带内的信令通道方式指信令信息同业务数据在同一个信道内传输，有 时可以采用数据帧格式的丌销字节来传输，如s 0 n e t s d h 的开销字节。 北京邮电大学硕士学位论文 带外：带外的信令方式采用业务数据信道和控制信令信道分离的方式。如在 光网络中采用o s c 监控信道传输信令信息。 考虑到全光网络中对业务数据透明传输的要求，以及保证信令通道故障与数 据通道故障的分离，一般采用带外的信令通道方式。 2 4 2 智能光网络中的信令协议 信令问题的核心是对连接的管理。为了实现信令的功能，i t u - t 、i e t f 、o i f 和a t m 论坛等组织已经规范了三种分布式呼