（通信与信息系统专业论文）下一代光传输网的保护恢复技术研究.pdf

南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业：工学通信与信息系统 研究方向：网络与应用技术 作者：2 0 0 7 级硕士研究生洪峰 指导教师：王文鼐教授 题目：下一代光传输网的保护恢复技术研究 英文题目： r e s e a r c ho np r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o nt e c h n o l o g yo f n e x tg e n e r a t i o no p t i c f lt r a n s p o r tn e t w o r k 主题词：a s o n ；路由；保护恢复；共享风险链路组；分段保护 keywords ：a s o n r o u t i n g p r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o n s h a r e d r i s kl i n kg r o u p s s e g m e n t e dp r o t e c t i o n 、 南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 摘要 随着i n t e m a 的快速发展，数据业务在骨干网上保持持续快速增长，其中以p 业务尤 为突出。而传统p 承载网采用的s d h 技术不能充分利用光纤资源且网络配置缓慢、操作 繁琐，因此制约了p 业务在s d h 网络中的发展。为了改变这种现状，人们将以m 为基础 的智能网络技术和以s d h 为基础的光层组网技术结合起来，形成了自动交换光网络 ( a s o n ) 。由于a s o n 网络是网格网，保护和恢复实现的网络环境更加复杂，因此需要对 a s o n 的恢复保护技术进行深入的研究，使a s o n 具有高效可靠的保护恢复能力。 论文首先阐述了a s o n 的发展背景和网络结构，分析了a s o n 保护技术中的s r l g 陷阱问题，比较了常见的几种解决陷阱问题的算法，最后对造成算法阻塞的s r l g 陷阱问 题提出了新的算法。其中，针对选路失败的可避免陷阱问题，本文提出了一种迭代检测冲 突域算法。算法提出了s r l g 冲突域的概念，使得在下一次选路时可以避开已检测到s r l g 陷阱。最后对迭代检测冲突域算法和现有的工作路径优先( a p f ) 算法进行了性能分析和比 较，得出结论是迭代检测冲突域算法可在不降低算法复杂度性能的基础上有效提高网络抗 阻塞性能。针对不可避免陷阱问题，在现有的分段保护思想指导下，依据试验的数据，提 出了一种分段数为2 的分段保护算法，并对分段保护算法和现有的l h f ( i m th o p 硒嘲障 法进行了性能分析和比较。得出结论是，本算法在不降低抗阻塞性能的基础上可有效降低 算法复杂度，表现为算法时间性能明显改善。 关键词：自动交换光网络；路由；保护恢复；共享风险链路组：分段保护 南京邮电大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t a st h er a p i dd e v e l o p m e no fi n t e r n e t ，d a t at r a f f i co nb a c k b o n ei n c r e a s e se x p l o s i v e l y ， e s p e c i a l l yd o e si ps e r v i c e s b u ts d h n e t w o r kh a sr e s t r i c t e dt h ed e v e l o p m e n to fi ps e r v i c e s ，f o r s d hn e t w o r kc a n n o tf u l l yu s eb a n d w i t ha n dh a r dt oa l l o c a t ea n dc o m p l i c a t e dt oo p e r a t e d , w h i c h i sn o ts u i t a b l ef o ri ps e r v i c e s t oc h a n g et h i ss i t u a t i o n , e x p e r t si n t e g r a t et h eo p t i c a ln e t w o r k t e c h n o l o g yo fs d ha n da s o nw i t ht h ei n t e l l i g e n tn e t w o r kt e c h n o l o g yw h i c hb a s e do ni p a t l a s t , t h ea u t o m a t i cs w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k ( a s o n ) i sf o r m e d a s o ni sm e s h - n e t w o r k , i t n e e d sm o r ea g i l i t y ，i n t e l l e g e n ta n de 虢i e n tr o u t i n ga n dp r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o na b i l i t i e s t h et h e s i sf i r s td e s c r i b e s t o p i c sb a c k g r o u n da n df u t u r e t h e nf o c u s e so nt h et r a p p r o b l e m s , w h i c hc o u l dc a u s ef a i l u r ei ns r l g d i s j o i n tp r o t e c t i o na n dr e s t m t i o na l g o r i t h m s f o r t h ea v o i d a b l e - t r a p s ，an e wc o n c e p to fc o l l i s i o nd o m a i n ( c d ) i sp r o p o s e da n dan e wa l g o r i t h m n a m e di t e r a t i v e l yc o l l i s i o nd o m a i n - d e t e c t i n ga l g o r i t h m ( i c d ) b a s e do nt h i sc o l i c e p ti sf o u n d e d f o rt h ei n a v o i d a b l e - t r a p s ，an e ws e g m e n t e da l g o r i t h mi sp r o p o s e db a s e do nt h ei d e ao f s e g m e n t - p r o e e t i o na n dn e t w o r ks i m u l a t i o ne x p e r i m e n t s t ot e s ta n dv e f i 句t h ee f f e c t i v e n e s so ft h e s en e wa l g o r i t h m s ，t h s i sc o m p a r e sa n da n a l y s e s t h e s en e wa l g o r i t h m sa n dc u r r e n ts r i j g - d i s j o i n ta l g o r i t h m s i nt h ea n a l y s i s i c di sc o m p a r e d w i t ht h ea p fa l g o r i t h ma n dt i mr e s u l tf i g u r e so u tt h a t 嗍a l g o r i t mc o u l dc 伍c i e n t l yd e c r e a s et h e b l o c k i n gp r o b a b i l i t y n e ws e g m e n t e dp r o t e c t i o na l g o r i t h mi sc o m p a r e dw i t ht h el h fa l g o r i t h m a n dt h er e s u l ts h o w st h a tn 嘲ra i g o d t h mc o u l d 踊c i e n f l yd o 嘲t h et i m ec o m p l e x i t yw h i l en o t c a u s em o r e b l o c k i n gp r o b i l i t y , w h i e hc o u l ds e e l li nt h et i m ec 扣嘎n p l e x i t y k e yw o r d s ：a s o nr o u t i n g p r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o ns h a r e d 砒s kl i n kg r o u p s e g m e n t e dp r o t e c t i o n 南京邮电大学硕士研究生学位论文目录 目录 摘要i a b s t ra c t i i 目j 录i i i 第一章绪论1 1 1 弓l 言1 1 2 课题研究意义2 1 3a s o n 保护恢复技术研究现状3 1 4 作者所作的研究工作和论文内容安排5 第二章a s o n 体系结构与协议。7 2 1a s o n 体系结构及相关技术7 2 - 2a s o n 的三个平面7 2 3a s o n 的三种连接1 0 2 4as 0 _ n 的接口。l l 2 5a s 0 i n 的三种组网模型1 2 第三章a s o n 网络保护恢复技术研究1 4 3 1 网络保护恢复技术的比较。1 4 3 1 1s d h 网络的保护和恢复一1 4 312ip网络的保护和恢复1， 3 1 a 恻网络的保护恢复。一1 6 3 2 a s o n 网络的保护恢复机制 3 2 - 1 保护机制 1 6 1 6 3 2 2 恢复机制1 9 3 3a s o n 网络保护恢复的应用策略2 0 3 3 1 保护和恢复的结合：2 0 3 3 2 分等级的保护恢复2 1 3 3 3 a s o i n 网络域间的保护恢复2 l 第四章基于s r i 心的路径保护技术研究。2 4 4 1 基于弧ig 的路径保护。2 4 4 1 1 光网络的通路保护一2 4 4 1 2 基于s l 也g 的路径保护2 4 4 1 3s r i n 分离路径保护中的陷阱问题2 5 4 2s r l g 分离的路径保护算法研究2 7 4 2 1 整数线性规划算法2 7 4 2 2 启发式算法o 2 7 4 2 3 算法分析比较。2 9 第五章解决可避免陷阱问题的迭代检测冲突域算法3 0 5 1 迭代检测冲突域算法的描述与分析3 0 5 2 算法的实现。3 1 5 3 算法有效性分析3 3 5 4 算法性能分析与比较3 4 5 5d 、结3 5 第六章解决不可避免陷阱问题的分段保护算法3 6 l n 南京邮电大学硕士研究生学位论文目录 6 1 分段保护算法的描述与分析3 6 6 2 网络描述3 8 6 3 保护路段数对网络性能的影响3 9 6 4 算法的实现4 l 6 5 算法有效性分析4 3 6 6 算法性能分析与比较4 3 6 7d 、结4 4 结多巨语4 5 参考文献4 6 致谢4 9 攻读硕士期间发表的论文。5 0 i v 直塞整由太堂亟班究生堂位论塞 筮二重缝j 金 第一章绪论 1 1 引言 随着i n t c m e t 和计算机技术日新月异的发展，数据业务的种类日益丰富，诸如视频点 播、电子商务、电视会议、可视电话等宽带业务如雨后春笋般涌现。数据业务由于具有突 发性和不可确定性的特点，对承载网络不再仅仅是需要带宽的支持，对网络智能化分配带 宽的要求也日益提高。为了适应网络发展的新要求，需要对传送网络的整体构架、技术模 式、组网方式以及业务节点的实现方式等方面进行改造，使现有的静态传输网络向动态、 可运营管理的智能化网络方向演进【i 】。 传统光网络( s o n e t s d h ) 使用的节点设备动态分配带宽的能力极低，只能采用人工 指配的光路连接模式，这种静态配置带宽的方式带来如下问题【2 j ： 第一，静态配置带宽导致网络需要的备用资源过多，网络资源利用率低下，从而造成 设备投资浪费和更多的安全隐患； 第二，传统的静态配置网络资源方式升级扩容缓慢，操作繁杂，难以跟上网络发展的 要求，使运营商竞争力下降； 第三，不能根据数据业务的需求，动态、实时地调整网络的逻辑拓扑结构，缺少智能 带宽分配，无法实现高效的流量工程控制，很难保证服务质量并实现资源的最佳配置，且 带宽利用率过低，不能满负荷运转。 由于数据业务的迅速发展对网络的要求日益提茼传统承载网使用人工静态配置网络 连接的方法已无法满足各种业务对网络连接智能化的要求。为数据业务提供更加高效灵活 的路由和保护技术，是光网络发展的新方向。 为满足上述光网络发展的新要求，一种在原有网络分层模型中增加控制平面面，并由 控制平面来自动完成连接和配置管理，并对通信过程中出现故障后进行自动恢复保护的的 新式组网技术一自动交换光网络( 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 ) 随之出现 【3 j o a s o n 在控制平面控制之下实现光网络自动交换功能，因此可以实现根据业务需求动 态指配网络带宽，合理优化网络资源的功能。a s o n 的核心是在原有的三层网络模型中增 加了控制平面，通过控制平面实现自动连接与拆除、自动恢复与保护等网络智能化要求。 窟塞蛏虫太堂亟班究生堂位论塞 筮= 童缝论 具有a s o n 功能的网络节点能实现连接实时建立和拆除，对带宽等网络资源进行动态管理， 基于g m p l s 技术实现流量工程，并能根据业务优先级和故障类型对网络连接进行恢复和 保护，从而使得网络的可维护性和生存能力得到极大改善，满足网络运营商对带宽利用率、 网络资源动态分配、高效的保护恢复能力的严格要求。同时，a s o n 将传统承载网络的多 层复杂结构变得扁平化，直接在光网络层开始承载业务，避免传统网络在业务升级时由于 网络结构复杂带来的操作繁杂、效率低下等诸多弊端，a s o n 的优越性能一经展示便立刻 受到国际学术界和运营组织的广大欢迎和支持。a s o n 的概念已经引起了n u - t 、i e t e 、 o i f 等国际标准化组织的广泛关注，被视为具有自动交换功能的下一代光传送网【4 】。 如上所述，a s o n 网络的组网方式由传统光传输网s d h s o n e t 的环状网演变为网状 网，并在管理平面和传送平面之间引入了控制平面。这个改进让a s o n 网络具备了口网 络动态分配和智能控制的优点，使得a s o n 网络的核心控制技术技术同时具有口网络和 s d h 网络的特点。具有波长变换能力的a s o n 节点使a s o n 的路由更灵活和智能。当网 络出现故障时，a s o n 网络能够根据网络的配置信息、拓扑信息、和当前网络状况等实时 信息选择最佳恢复和保护路径，特别是采用分布式恢复技术和智能的管理与控制技术，使 a s o n 网络在面对重大和多重网络故障时能够灵活选择最佳的保护和恢复方式，从而使网 络的生存能力得到极大的提高。因此，我们应充分利用好a s o n 的这些新特性，研究适合 a s o n 网络特点的恢复和保护技术。对a s o n 路由技术和保护恢复技术的研究符合光传送 网技术发展的趋势，具有有重要的意义。 1 2 课题研究意义 下一代光网络中由于具备波长变换能力的大型光交叉机( o x c ) 和智能化控制节点的 大量使用，使得路由算法发生了根本性的变化，例如路由计算由原有的集中方式趋向于分 布式，网络的路由和保护恢复算法必须适应这种分布式计算的要求。由于a s o n 是一个发 展很快的新鲜事务，目前国际学术界和工业界还没有给a s o n 制定出统一的技术标准，因 此a s o n 设备制造商所采用的路由算法和保护恢复技术也不一而同。研究a s o n 网络的路 由和保护恢复算法，使网络在有限的资源条件下能够尽可能的为数据业务提供高效可靠的 传输服务，提高网络的传输效率和和生存能力，是当前a s o n 主要研究方向之一，具有重 要的实用价值。 通信技术的发展对现代社会的影响广泛而深远，人们的生产和生活日益依赖于通信， 2 直塞鲤虫太堂亟班荭生堂位论塞 簋= 童缝j 幺 通信网络的故障对社会造成的危害日益加剧，因此通信网络的安全性和生存能力日益引起 人们的关注。据美国f c c 报告，平均每两天都有一次影响到3 0 0 0 0 客户的网络故障发生， 而故障修复的平均时间是5 1 0 小时【6 j 。 基于自愈环( s h r ) 和自动线路保护倒换( a p s ) 等保护恢复技术的传统s d h 网络虽 然可以在5 0 m s 以内实现业务的保护切换，但是其保护和恢复技术要求网络必须具备大量 的冗余带宽来为工作路径提供备份，实际网络利用率往往低于5 0 ，从而造成巨大的资源 浪费。由于s d h 组网采用的是环状网，当工作路径和备份路径同时损坏时，s d h 的保护 机制并不能发挥作用，从而带来安全隐患。 a s o n 的组网方式为网格状，具有和口网络类似的分布式特点，并在传输平面和管理 平面之间引入了控制平面，同时使用的资源自动管理的新技术能够实现按照业务等级进行 路由和保护的要求，相比传统s d h 网络在生存能力上具有更大的优势。因此，利用a s o n 网状网的特点，在借鉴口网络特点的基础上研究保护和恢复技术，是a s o n 网络保护和 恢复技术研究的重点方向。 传统s d h 网络的生存性能是建立在环网保护的基础之上，很难提高对网络故障的恢 复能力，因此网络的生存能力不强并且资源利用率低下。而a s o n 网络的生存能力是建立 在网格状网的基础之上，允许采用恢复技术充分提高网络的资源利用率。由于恢复技术需 要在网络发生故障之后进行故障判别和定位之后进行故障捧除，因此对恢复算法的时间性 能要求较高。因此，如何保证在不降低网络抗阻塞性能基础上同时改善恢复的时间性能， 对研究a s o n 网络的恢复技术具有重要的指导意义。 由i e t f 提出的共享风险链路组( s h a r o dr i s kl i n kg r o u p s ：s r l g ) t 1 0 】概念，已成为a s o n 网络保护恢复技术的标准。通过引入共享风险链路组的概念，能最大程度的避免工作路径 和保护路径同时失效的风险。目前，基于共享风险链路组的路径保护恢复技术被广泛应用， 但目前提出的各种算法都有一定的局限性，至今没有形成统一的标准，因此对基于共享风 险链路组的路径保护恢复算法研究不仅具有深远的理论意义，而且具有重要的实用价值。 1 3a s o n 保护恢复技术研究现状 a s o n 网络的概念在学术界和工业界一直受到极大的重视，经过几年的激烈讨论和组 网实验，对a s o n 的研究与开发己取得一系列重大成果。a s o n 得到了世界权威标准化组 织如i e t f 等的支持和各大知名研究机构的充分重视，在国际上具有重要影响力的通信设 3 亩塞鲣由太堂隧班究生堂位i 金窆筵= 童绪论 备制造商的参与，以及实力雄厚的运营商的积极部署。 目前各大标准制定机构对a o s n 的研究主要是从框架结构和功能方面进行了规划，例 如r r u - t 的g 8 0 8 0 协议的增补版【7 】中仅仅对a s o n 网络中保护恢复的功能模块和域问、域 内故障类型及相应的保护恢复技术进行了描述，并未对具体实现技术进行定义，而i e t f 针对g m p l s 协议实现的光网络恢复和保护技术也只是提供了一些框架性的建议瞵】，对 a s o n 网络保护恢复技术的术语、实现方式和主要功能进行了简要阐述，也未给出算法的 具体实现细节。虽然各大标准化组织标准工作没有给出具体的技术细节，但是由于保护恢 复技术在a s o n 中的重要地位，所以目前世界上有很多的高校组织和研究机构都在从事 a s o n 网络保护恢复技术的研究。 目前比较有影响力的研究结果如澳大利亚墨尔本大学g r o v o r 教授带头的研究小组提 出的虚保护环，以及p 环理论等新技术 9 1 。但由于p 环理论和虚保护环的技术复杂度较高， 因此实际应用推广缓慢。 i e t f 的a s o n 工作组在2 0 0 1 年发表的草案中提出了s r l g 的概念。基于s r l g 分离 思想的的保护恢复技术能够最大程度的减少工作和保护路径同时失效的风险。同时由于考 虑到物理层的实际情况，基于s r l g 的保护和恢复技术具有操作简单、涵盖故障类型全面、 可靠性高等诸多特点，赢得了学术界和工业界的一致响应，成为a s o n 网络保护恢复的实 际标准之一，在实践中被广泛采用。由于基于s r l g 分离的路径保护恢复算法已被证明为 n p c o m p l e t e 问题【1 1 1 ，因此不存在时间复杂度为多项式的算法，目前提出的主要几种算法 有： k 最短路由算法张s h o r t e s tp a t h ：g s p ) i t 2 ：首先计算出k 条目标路由，其次分别为 目标路由计算保护路由，最后从中选出最佳路由。随着k 值的增加，该算法可以有效提高 算法的抗阻塞性能，但也随之带来时间复杂度开销的增长； 整数线性规划( i n t e g r a ll i n e a rp r o g r a m m i n g ) 算法：通过对网络所有可用工作路径进行 分析，分别为每一条可用路径计算保护路径，最终根据工作和保护路径的开销之和选择最 优工作和保护路径。整数线性规划算法具有最好的抗阻塞性能，能最大限度的避免陷入可 避免陷阱，但是时间复杂度太高，可扩展性差，无法应用于大规模的网络。基于i l p 的算 法主要有e n h a n c 嗣t w o s t a g ei l p 算法f 1 3 j ，b e s t - s h a r i n gi l p 算法【1 4 j 等； 启发式算法：算法实现简单，时间复杂度低，但是抗阻塞性能较差，实践表明，该算 法有3 0 的f l 率陷入可避免陷阱( a v o i d a b l e t r a p ) ，如s i m p l e a p f 算法【1 5 1 。 上述算法都是针对某一项性能进行设计，而其他性能并不尽如人意，如k 最短路由算 法可有效提高抗阻塞性能，却提高了时间复杂度；a p f 算法虽然时间复杂度较低，但是陷 4 直塞邮虫太堂亟班宜生堂位j 金玄 筮= 重绮i 幺 入可避免陷阱的概率较高；整数线性规划算法的抗阻塞性能最好，但是时间复杂度却是最 高的，因此上述算法都必须加以改进，以适应实际应用中的要求。 “ 、 1 4 作者所作的研究工作和论文内容安排 依据所搜集的资料和上述对于a s o n 路由及保护恢复技术分析的结果，作者在攻读硕 士学位期间以及在与国网电力科学研究院合作项目期间对a s o n 网络的保护恢复技术进行 了细致深入的研究，主要的工作成果包括： 通过对a s o n 网络和口网络之间相关的保护恢复技术进行细致分析，重点研究了 a s o n 网络中基于s r l g 分离的路径保护恢复技术； 针对可避免陷阱问题提出了基于陷阱发现的s r l g 分离保护路径算法，目标在降低算 法时间复杂度的同时降低网络阻塞率，并对新算法进行了仿真分析； 针对不可避免陷阱问题，依据仿真试验的结果提出了一种分段数为2 的分段保护算法， 目标在不改变阻塞率性能的基础上改善原有算法的时间复杂度性能，并通过仿真试验验证 了算法的可行性。 论文的组织结构如下： 第一章阐述了课题提出的背景、国内外的研究情况、研究意义及本论文的主要研究内 容和成果。 第二章介绍了a s o n 的体系结构，以及体系结构中的三个平面、三种连接方式、三种 组网模型和连接平面的接口。 第三章阐述了目前a s o n 网络的保护机制和恢复机制，首先将a s o n 与口网络和s d h 网络的保护恢复技术进行了比较，然后分析了a s o n 保护和恢复技术的应用策略。 第四章介绍了s r l g 的概念，以及基于s r l g 分离的保护路径算法中常见的两种陷阱 问题，分析比较了当前几种主要的路径保护算法。 第五章针对造成选路失败的可避免陷阱问题进行深入分析，提出了一种迭代检测冲突 域算法。算法提出了s r l g 冲突域的概念，使得在下一次选路时可以避开已检测到s r l g 陷阱。对迭代检测冲突域算法和现有的工作路径优先( a p f ) 算法进行了性能分析，分析结 果显示，迭代检测冲突域算法可在不降低算法复杂度性能的基础上有效提高网络抗阻塞性 能。 第六章在现有的分段保护思想指导下，针对不可避免陷阱问题，依据试验的数据，提 直立鲣虫太堂亟班究生堂位i 金室 筮= 童绪论 出了一种分段数为2 的分段保护算法，并对分段保护算法和现有的l h f ( l a s th o pf i r s t ) 算 法进行了性能分析，分析结果表明，本算法在不降低抗阻塞性能的基础上可有效降低算法 复杂度，表现为算法时间性能明显改善。 结束语部分对本论文的主要工作进行总结，给出论文的不足，并提出该课题进一步研 究的个人见解。 6 第二章a s o n 体系结构与协议 “ 2 1a s o n 体系结构及相关技术 由于a s o n 网络在传送平面和管理平面之间加入了控制平面，从而使光网络能够在信 令系统的控制下实现类似口网络的自动发现和分配网络带宽、自动建立和拆除连接等功 能，从而可以实现流量工程，满足传送网络智能化的要求。a s o n 网络结构的特点具体表 现为三种连接方式、三个平面以及所支持的三种网络模型等方面。 2 2a s o n 的三个平面 u t 提出的a s o n 体系结构包括3 个平面，即传送平面f l t ：t r a n s p o r tp l a n e ) 、控 制平面( c p ：c o n t r o lp l a n e ) g l 管理平面( m p ：m a n a g c m g j a tp l a n e ) 。数据通信网a d ( 烈：d a t a c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ) 是负责实现控制信令消息和管理消息传送的信令网络，它通过相 关接口联系三大平面，如图2 1 所示 a s o n 网络中根据连接对象和业务需求的不同，将连接划分为三种不同的类型：永久 连接( p c ：p e r m a n e n tc o n n e c t i o n ) 、半永久连接( s p c ：s o f tp e r m a n e n tc o n n e c t i o n ) 和交换连 接( s o ：s w i t c h e dc o n n e c t i o n ) n 6 】。划分的目的是为了在面向不同的业务类型时采用不同的 连接，从而可以根据业务特点和网络现状选择合理的连接方式。 如图2 1 ，永久连接类似于传统的s d h 网络连接方式，网络管理人员通过管理平面直 接配置传送平面资源建立连接，网络的控制和管理都是通过管理平面来实现，连接在建立 之后永远存在，直到收到管理平面发来相应的连接拆除命令。永久连接继承了传统s d h 网络的连接建立方式，对现有s d h 设备具有很好的兼容性。 7 图2 - l a s o n 中的永久连接 如图2 2 ，交换连接类似于口网络中的p 路由连接建立方式，连接的建立基于控制平 砸的信令控制能力。连接的请求由网络终端发起，通过控制平面与传送平面之间的信令交 互实现连接的自动建立和拆除。交换连接不同于永久连接之处在于连接的建立和拆除由业 务发起，具体实现过程由控制平面实现，而不需要人工手动进行控制。交换式连接满足了 在光网络中自动建立和拆除连接的要求，且满足动态、快速的要求并可在光网络中实现流 量工程。交换连接是a s o n 连接的核心和本质，体现了a s o n 发展的方向。 图2 - 2 a s o n 中的交换连接 如图2 3 ，半永久连接的建立是由控制平面和管理平面共同完成的。半永久连接介于 8 直塞鲤鱼太坐亟班究生堂位i 金奎 筮三童墨q 鲢佳丕结掏墨迹这 永久连接和交换连接之间，是混合的分段连接方式。终端发起的连接到网络的分段如同永 久连接一样由管理平面直接配置，而网络分段的连接如同交换连接一样，首先通过管理平 面向控制平面发起请求，然后由控制平面完成。在这种连接方式中，管理平面则相当于交 换连接中的网络终端，业务发起的连接建立和拆除请求到达管理平面后，管理平面再向控 制平面发送连接建立和拆除请求。半永久连接可以看作是从永久性连接到交换式连接的一 个过渡。 图2 - 3 a s o n 中的半永久连接 以上介绍了a s o n 网络采用的三种连接建立方式，其中交换式连接是a s o n 连接的核 心，体现了a s o n 网络区别于传统s d h 网络的本质不同。交换式连接使得a s o n 网络具 有d 网络智能化路由选择的特点，是下一代光网络的发展方向。上述三种连接方式既满足 了未来光网络的发展要求，也考虑了与现有s d h 网络的融合，有利于a s o n 网络的长远 发展。 9 直塞噬虫太堂亟班究生堂位论毫 星三重墨丛佳丞结掏皇边这 2 3a s o n 的三种连接 如图2 - 4 ，a s o n 体系结构中功能的划分包括三个层【1 6 1 ，即管理平面( m p ：m a n a g e m e n t p l a n e ) 、传送平面( t p ：t r a n s p o r tp l a n e ) 以及控制平面( c p ：c o n t r o lp l a n e ) 。a s o n 架构中 采用数据通信网( d c n ：d a t ac o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ) 实现这三个层之间的通信，并通过相 关接口来负责信令和管理消息的发送接受。 图2 - 4 a s o n 的三个平面 管理平面的功能主要是为网络管理者提供整个系统的管理功能，包括配置管理、故障 报警、计费系统、网络优化、信息采集等。管理平面处于整个a s o n 架构的最顶层，向上 面向网络管理者，为网络管理者制定规则提供依据，向下面对控制平面和传送平面，协调 这两个层之间的工作和互动。a s o n 管理平面的重要特征是管理功能的智能化和分布化， 管理平面通过由光传送平面和业务层共享的控制平面提供对光资源的管理，而将网络资源 管理的智能化集中在业务层。控制平面和管理平面的功能是相互依靠互为补充的，两者协 同工作从而完成对于网络资源的路由规划、性能检测、故障管理以及链路配置等动作进行 实时动态的操作。另外管理平面由于处于整个网络的最顶部，因此具有最高的优先级，从 而使网络管理者可以对整个网络进行规划和管理。在某些特殊情况下，网络管理者甚至可 以强行为某个业务进行连接的建立或者拆除。 控制平面为管理平面提供连接控制和呼叫控制的能力，通过信令的交互完成对传送平 面的控制，对管理平面下发的连接请求进行确认、接收、路由、连接建立和释放等。控制 l o 直塞邮宝太堂亟班荭生堂位j 金窑 筮三童丛丛佳丕结掏曼坯邀 平面的物理实体由提供信令和路由功能的一系列组件构成，并由信令网支撑。它主要包括 以下几个部分：允许节点交换控制信息的信令信道；允许节点快速建立和拆除端到端连接 和信令协议：能以分布方式更改和维护的拓扑数据库；快速灵活的恢复机制。从功能上看， 控制平面可分为路由选择、路径控制、链路状态广播、资源发现和更新等功能模块。为保 证能实时动态的交换网络的各种控制信息和信令，控制平面采用了接口、协议及信令系统， 并且可以实现光通路的动态建立和拆除，网络资源的动态分配，还能够及时发现链路故障 并采取相应的保护恢复动作。 传送平面的功能主要是为数据业务提供端到端的单双向数据传送服务，同时也可以承 载管理信息和控制信息，处于整个a s o n 架构的最底层。传送平面使用一系列光交叉连接 节点( o x c ) 实现光信号的交叉连接、保护倒换和传输功能，在具备波长倒换功能的o x c 中，还可以实现波长变换，支持多粒度交换。具备波长倒换能力的a s o n 网络可以实现多 种业务接入和带宽灵活分配，从而为实现流量工程提供可靠的底层物理保障。不同于传统 的s d h 网络只能在电层检验信号质量，a s o n 节点支持在光层直接检测信号的质量，这一 进步避免了交换节点中进行光电变换带来的时间开销，从而极大提高了交换的速度和质 量，同时在网络发生故障之后还可以迅速进行故障的检测定位，从而极大提高了故障恢复 的速度和效率。 2 4 & s o n 的接口 a s o n 在逻辑上可以有用户一网络接口( u n i ) ，内部网络一网络接口( h 州i ) 和外 部网络一网络接口( e 小m i ) 。 u n i 是业务请求者和业务提供者控制平面实体间的双向信令接口，通过它，客户层网 络可以自动要求建立新的连接、删除或询问已有连接的状态，它支持以下功能：呼叫控制、 资源发现、连接控制、连接选择。注意，它没有与u n i 相关的路由选择功能。此外，它运 行在光客户端和光网络之间，支持呼叫安全和授权功能或增强的检索功能及呼叫安全和认 证及增强的号码业务。它的主要功能为：连接建立、连接拆除、连接修改、状态查询。它 的功能实现需要有能够充分满足功能要求的信令协议，这有两种侯选方案：c r l d p 和 r s v p t e 。 i - n n i 是属于一个或多个有依赖关系域内控制平面实体间的双向信令接口，通过它的 信息支持以下功能：资源发现、连接控制、连接选择、连接路由选择。它定义了控制网络 l l 直塞整由太堂亟班究生堂位论塞 筮三童s q 毯佳丕结掏生协这 内单元之间的接口，为双向信令接口，对它来讲，需要重点规范信令与选路功能。因此， 提供了网络内部的拓扑信息。由于它为域内接口，使用专用协议，因此可以不考虑标准化。 e - n n i 是属于不同域内控制平面实体间的双向信令接口，通过它的信息支持以下功能： 呼叫控制、资源发现、连接控制、连接选择、连接路由选择。它定义了不同域的通用控制 面间接口，同样为双向信令接口。其主要功能为在不同域间交换可达性信息，屏蔽了网络 内部的拓扑信息。 i - n n i 和e - n n i 接口使用o s p f - t e 、l m p 、r s v p - t e 或b g p 协议。 除此之外，a s o n 还需要有信令网，提供信令和管理信息通道，采用公用信号方式， 既可以采用m p l s 协议，也可以采用t c p i p 协议。目前，几乎所有的厂家均使用t c p i p 协议。 2 5a s o n 的三种组网模型 针对光网络中i p 、a t m 、s d h 等电层设备与底层光传输网络之间相互关系的不同， a s o n 中定义了三种组网模型【1 7 l ，分别是对等模型( p e e rm o d e l ) 、层叠模型( o v e r l ym o d e l ) 和混合模型( m i x e dm o d e l ) 。 对等模型：对等模型由i e t f 提出。在对等模型中，电层设备和光层设备的地位平等 对立，这种设计思想是可以使电层设备清楚网络中所有设备的拓扑结构，从而可以为连接 计算出一条贯穿全网的端到端路由。光层设备和电层设备共用一个统一的控制平面，从而 可以将已在网络中成熟应用的电路控制技术扩展到光路控制中去。通过这个统一的控制 平面，处于同一a s o n 网络的不同运营商可以使用其他运营商的终端设备，可以避免多个 运营商管理方法的不同带来的混乱。但为实现全网统一控制也会带来一些问题，例如网络 中控制信息泛滥，运营商内部网络信息公开等。 层叠模型：层叠模型由r r u 和o i f 提出，通常也被称作服务提供者客户模型( s e r v e r c l i e n t m o d e l ) 。在层叠模型中，光层设备和电层设备被明确区分为两个对象看待。其中电 层设备被看作客户。光层设备被看作服务提供者，接受电层设备的服务请求，采用与电层 设备不同的地址空间和信令系统。二者在网络中相互独立，彼此之间通过明确规范的u n i 接口交换控制信息。同时，通过为电层和光层之间通信规范出明确的u n i 接口，使光层对 外可屏蔽运营商网络内部的细节。因此，光层内部的拓扑状态信息对电层是不可见的。从 电层看下去，光层类似一个有若干接口的黑箱子，电层中的a t m 交换机、p 路由器等设 备可通过这些接口动态向光网络申请带宽资源。层叠模型中电层和光层可独立发展，互不 1 2 直塞邮虫太堂亟班究生堂位论玄 筮三童曼丛佳丕结掏墨协议 影响。各层之间功能明确，允许进行子网分割，有利于现有光网络向a s o n 网络的平稳过 渡。但由于网络连接由端到端设备来建立，造成终端到网络之间大量的控制信息，使得网 络的扩展性受到终端设备数量的制约。另外，由于光层对电层的不可见性，也造成了业务 层路由不能充分利用光传输平面的拓扑信息，造成资源浪费。 混合模型：混合模型由n u 和o i f 提出。提出混合模型的初衷即在于充分考量了上面 两种网络模型的优缺点，混合模型使得运营商可以对自身网络内部的电层和光层采取对等 模型进行构建，对自身网络和其他运营商的网络之间采取层叠模型。这样既可以在不同运 营商网络之间屏蔽网络内部细节，也可在自身网络内部实现高效选路，提高网络资源利用 率。 第三章a s o n 网络保护恢复技术研究 3 1 网络保护恢复技术的比较 网络的保护恢复是指网络抵制故障或干扰的能力。保护恢复技术在网络发生故障后能 及时将受影响的业务重新选路到空闲资源，尽快地恢复受影响业务的可靠传送，以减少因 故障而造成的社会影响和经济损失，使网络保证业务的可靠有效传输。 3 1 1s d h 网络的保