（通信与信息系统专业论文）自动交换光网络的生存性研究.pdf

重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 自动交换光网络a s o n ( a u t o m a t i cs w i t c h e do p t i c mn e t w o r k ) 是一种用户发出 请求，由信令网控制并实现网内链路地连挠拆线、交换、传送等一系列功能的新一 代网络，它是在传送网的光层网络基础上演进而来的，其着眼点是要把富有潜力的 光网络发展成能高度自主地应对业务需要的、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。 网络的生存性( s u f v i v a b i l i t y ) 是指网络抵制故障业务中断或干扰的能力，在网络发 生任何故障后能尽快将受影响的业务重新选路到空闲资源，以减少网络故障而造成 的社会影响和经济上的损失，使网络维护一个可以接受的业务水平的能力。而多层 网络的生存性是指在分层网络之间可能存在的生存性方案的嵌套和这些方案之间的 相互作用。 本文首先论述了a s o n 的基本理论及其核心技术g m p l s 。在此基础上，研究了 a s o n 的生存性技术其中对基于g m p l s 的a s o n 网络的生存性机制和a s o n 多 层网络的生存性研究进行了深入的探讨。 在研究过程中，一方面，对于基于g m p l s 的a s o n ，提出了一种新的寻找s r l g 分离路径的选择算法d l s s w s ( d i s j o i n t - l s ps e l e c t i o ns c h e m ew i t hs r l g ) 通过对网 络拓扑和d 日酗妇算法进行修改，d l s s w s 算法能够正确地找到s r l g 相分离的 l s p 。性能仿真表明，d l l s w s 算法不仅比传统算法复杂度低，而且找到s r l g 分 离的l s p 对要比传统算法多得多。 另一方面，对于a s o n 多层网络，提出了一种有效的多层联合生存性策略。在 这种策略中，光层首先执行恢复动作，如果光层无法恢复所有受损的业务，则上层 的口层接着发起其自身的恢复机制。基于仿真的分析表明，所提出的二层联合恢复 策略优于单层的恢复策略。我们论证了口层恢复时具有更好的粒度优势，而光层恢 复时则具有更高的速度。本文也对几个影响恢复性能的网络参数进行了研究。 路组 关键词：自动交换光网络，通用多协议标签交换，生存性，保护，共享危险链 重庆邮电大学硕士论文a b s t r a c t a b s t r a c t a 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 san e wg e n e r a t i o no p t i c a ln e t w o r k w h i c hu s c 塔s e n dr c q u i r e r n e n t sa n dt h es i g n a l i n gn e t w o r kc o n t r o l sa n da c h i e v e sas e r i e so f f u n c t i o n si n c l u d i n gc 把a t i o n , t e a r - d o w n , s w i t c h i n g , t r a n s p o r t i n go fl i n ka n ds oo ni no p t i c a l w a n s l ) 0 r tn e t w o r k i ti sd e r i v e df z o mo p t i c a ll a y e rn e t w o r ko ft h et r a n s p o r tn e t w o r k w e d e v o t eo u r s e l v e st od e v e l o p i n gt h eo p t i c a ln e t w o r kw i t hl l i g hp o t e n t i a f i t yr ob ea ni n t e l l i g e n t n e t w o r kw i t hh i # yi n d e p e n d e n t l yc o p i n gw i t hs e r v i c e sn e e d e d e c o n o m i cv a l i da n d p r o v i d i n g e n d - t o - e n ds e r v i c e sf o rt h ew h o l en e t w o r kd i r e c t l yi no p t i c a ll a y e r n e t w o r ks m v i v a b i l i t yi st h ec a p a b i l i t yb yw h i c ht h en e t w o r k 锄5 1 h v i v ef r o ms e r v j c e d i s r u p t i o no re q u i p m e n tf a u l t i no r d e rt om i n i m i z et h ee c o n o m i cl o s sa n ds o c i a li m p a c t t h e n e t w o r kn e e dt or c r o u t et h ea f f c d e ds e r v i c et os p a r er e s o u r c c si nc a s ea n yf a u l to c c u r si n t h en e t w o r k w h i l em u l t i - l a y e rn e t w o r ks u r v i v a b i l i t ym e , a l l st h a tt h e r em a ye x i s t ss o m o d i f f e r e n t s u r v i v a l s c h e m e s n e s t i n g o r r e a c t i n g t o e a c h o t h e r i n t h e m u l t i - l a y e r n e t w o r k t h i sd i s s e r t a t i o nf i r s td e s c r i b e dt h eb a s i ct h e o r yo fa s o na n ds t u d i e di t si m p o r t a n t t e c h n o l o g y - g m p l s a f t e rt h a t , w es t u d yt h es u r v i v a lt e c h n o l o g yo fa s o n t h e r e i n t o , t h e s u r v i v a lm e c h a n i s mo fg m p l s - b a s e da s o nn e t w o r ka n dt h em u l t i - l a y e rn e t w o r k s u r d v a b i l i t ya r er e s e a r c h e dt h o r o u g h l y i nt h ec o b r s co fr e s e a r c h , w ed i s c u s s e dt h ei s s u eo fn o d ed i s j o i n t - l s ps e l e c t i o nw i t h s r l gi ng m p l s - b a s e dn e t w o r k s an o v e ls r l gd i s j o i n tl s p ss e l e c t i o ns c h e m ec a l l e d d l s s w si sp r o p o s e d t h ep r o p o s e dd l s s w s c o r r e c t l ys e l e c t ss r l gd i s j o i n tl s p sb y m o d 蛳n gn e t w o r kt o p o l o g ya n dd i j k s t m sa l g o r i t h m t h ep e r f o r m a n c ee v a l u a t i o ns h o w s d l s s w sc a nf i n dm u c hm o l cs r l gd i s j o i n tl s pp a i r st h a nc o n v e n t i o n a la l g o r i t h m s m o s ti m p o r t a n t , d l s s w si sau n i v e r s a lf r a m e w o r k , w h i c hc a nb eu t i l j z e d b y a l l c o n v e n t i o n a la l g o r i t h m st oc o r r e c t l ys e l e c ts r i j 3 d i s j o i n tl s p s i ng m p l s - b a s e dn e t w o r k s t h ec o m p l e x i t yo fd l s s w si sr e a s o n a b l ea n da c c e p t a b l e d l s s w sp r o v i d e sab e t t e r s o l u t i o nf o r t h es e l e c t i o no f s r l g d i s j o i n tl s p si ng m p l s - b a s e d n e t w o r k s o nt h eo t h e r 姒w e p r o p o s ea j o i n tt w o - l a y e rr e c o v e r ys c h e m ef o ri p - c e n 砸cw d m b a s e do p t i c a ln e t w o r k sw h e r et h eo 皿c a il a y e rw i l lt a k et h er e c o v e r ya c t i o n sf i r s t , a n d s u b s e q u e n t l yt h eu p p e ri pl a y e ri n i t i a t e si t so w nr e c o v e r ym e c h a n i s m , i ft h eo p t i m a ll a y e r d o e sn o tr e s t o r ea l la f f e c t e ds e r v i c e s as i m u l a t i o n - b a s e da n a l y s i ss h o w st h eb e n e f i t so ft h e p r o p o s e dt w o - l a y e rr e c o v e r ys c h e m eo v e rs i n g l e - l a y e rr e c o v e r ys e b e m c s w ed e m o n s t r a t e t h ea d v a n t a g e so f f i n e r g r a n u l a r i t yi ni pl a y e rr e c o v e r ya n dt h ee f f e c t i v e n e s si ns p e e do nt h e l i 重庆邮电大学硕士论文a b s t r a c t o p t i c a ll a y e r t h ei m p a c to fs e v e r a ln c “，o i kp a r a m e t e r so nr e c o v e r yp e r f o r m a n c ei sa l s o s t u d i e di nt h ed i s s e r t a t i o n k e yw o r d s ：a s o n , g m p l s ，s u r v i v a b i l i t y , p r o t e c t i o n , s r l g i i i 重庆邮电大学硕士论文 独创性卢明 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重鏖邮电太堂或 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谢意。 签椿辟旖蝴物弦否锄；日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庞邙虫太堂有关保留、使用学位论文的 规定，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，允许论文 被查阅和借阅。本人授权重庆整鱼太堂可以将学位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、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 躲翻争裤新躲乏瑚俭 签字日期：矿口多年多月乡日 签字同期：2 护伊石月乡同 l o i 。重庆邮电大学硕十论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 自动交换光网络的研究背景 1 1 1a s o n 出现的背景 a s o n 的出现不是偶然的。它的兴起可以归结为：i n t e m e t 快速发展带来的巨大 冲击，运营商提供新型增值业务时所面临的挑战，以及探索未来经济有效组网方式 的需要。 近年来，随着信息化进程的加快，数据业务在骨干网上持续爆炸性增长，尤其 是对口业务的需求激增。i p 业务具有突发、多变、不确定、不可预见等特点，采用 今天的s d h 、w d m 网络已经无法充分利用光纤带宽，且网络配置缓慢、操作复杂。 因此，网络运营商不仅要解决带宽问题，更需要具有灵活提供带宽的能力，同时， 市场的开放和竞争的压力都要求有一种创新的光联网技术，以支持未来大容量的数 据业务 未来的光网络业务远不只是一个更大的波长通道。运营商必须加快业务部署速 度，及时地对用户需求予以反应，同时拓宽业务范围，提供o o s ，开发具有利润增 长点的新应用光网络需要予以“带宽驱动型”运营模式向“用户驱动型”运营模 式转变，借助路由协议和信令机制，为光网元注入智能，使光网络变得“聪明”起 来，从而提高带宽的使用率和多业务承载能力。这时，光层从一种静态的传输媒体 变成一种智能的网络结构，业务层( 例如口层) 和传送层( 例如光层) 能够融合， 实现理想的协同工作，大规模降低建网的投入和运维成本光网络技术需要上一个 新台阶，从静态联网向智能化联网方向发展，引入交叉、信令、交换等动态概念， 来实现动态带宽分配和提供多种业务。 运营商正在寻求一种开放的网络体系，该体系网络结构简单，扩展能力增强， 组网灵活，具有实时业务提供能力，通过标准控制平面高效分配资源，优化带宽调 度，统一多厂商接口这样的光网络具有显而易见则优越性和广阔的发展前景。 这样，高度自主应对业务需求、经济有效、可在光层上直接提供高增值业务的 智能化光网络a s o n 应运而生1 1 1 2a s o n 介绍 a s o n 是能够智能化地自动完成光网络交换连接功能的新一代光传送网。所谓 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 自动交换连接是指：在网络资源和拓扑结构的自动发现的基础上，调用动态智能选 路算法，通过分布式信令处理和交互，建立端到端的按需连接，同时提供可行可靠 的保护恢复机制，实现故障情况下连接的自动重构。 为了实现自动交换连接功能，a s o n 必须具备些基本功能，包括发现功能， 如邻居发现、拓扑发现、业务发现；路由功能，各种条件下路由计算、更新与优化： 信令功能，完全信令模式下的连接管理，并结合流量工程；保护和恢复功能，网络 在出现问题时实现快速业务恢复；策略功能，链路管理、连接接纳控制和业务优先 级管理；业务提供功能，方便开展波长批发，波长出租，带宽贸易，光虚拟专用网 等新型业务，等等 与传统光网络技术相比，a s o n 有以下特点 1 以控制为主的工作方式 a s o n 的最大特点就是从传统的传输节点设备和管理系统中抽象分离出了控制 平面。自动控制取代管理成为a s o n 最主要的工作方式。表1 1 比较了这两种方式。 基于控制的工作方式的优点在于处理速度快、实时化，与数据业务相适应。 表1 1 控制与管理工作方式的比较 管理 控制 可扩展性好很好 可靠性好好 可操作性正在标准化正在标准化 配置速度慢快 路由效率很好 好 人工干预多少 光控制平面的实现有两大阵营：i r u - t 的a s o n 和i e t f 的g m p l s 。 g m p l s 是来自于m p l s - - t e 为支持光域而进行的扩展，它是一个协议族，使 用基于口的控制平面。a s o n 既不是一个协议也不是协议族，它是一个体系，定义 了在光控制平面的组件间的交互作用g m f l $ 继承了口的思想和协议，a s o n 却 吸收了广泛用于电信传送网的协议概念，例如s o n e t s d h 、s s 7 和a t m 。 因此，a s o n 和g m f i _ s 不是一种竞争关系，而是互补的关系。双方有一定联系， 并且对彼此的工作互相认知和评估。许多个人和公司参与进来确保这两种体系同步 工作。但在具体细节上会存在问题，有许多来自技术、文化、甚至行政上的差异， 例如，g m p l s 遵循高度实用化的指导原则，而a s o n 的制定则更像是个完美主义者。 从a s o n 和g m p l s 的商业前途角度来分析，有个形象的比喻：“龟免赛跑”， 最终的胜利者还不清楚a s o n 扮演的是“龟”的角色，负担沉重；g m p l s 扮演的 是“兔子”的角色，行动迅速。市场将最后决定它们的胜负不过更有可能是“双 2 重庆邮也大学硕士论文第一章绪论 赢”= 者的融合 2 分布式智能 a s o n 的重要标志是实现了网络的分布式智能，即网元的智能化，具体体现为 依靠网元实现网络拓扑发现、路由计算、链路自动配置、路径的管理和控制、业务 的保护和恢复等功能一方面，连接的建立采用分布式动态方式，各节点自主执行 信令、路由和资源分配；另一方面，a s o n 设备可自动发现在物理、逻辑上与之有 关系的网元；此外，在网络出现故障时，a s o n 还可利用分布式算法快速执行保护 恢复等。分布式的智能是a s o n 强大功能的体现。 3 多层统一与协调 传统光网络中，各个层网络是独立管理和控制的，它们的协调需要网管参与。 而a s o n 中网络层次细化，体现了多种粒度，但多层的控制却是统一的，通过公共 的控制平面来协调各层的工作多层控制时涉及层间信令、层问路由和层发现，还 有多层生存机制。只是采用多层统处理的思想，帮助a s o n 实现自动化的功能。 4 面向业务 如前所述，a s o n 业务提供能力强大，业务种类丰富，能在光层直接实现动态 业务分配，不仅缩短了业务部署时间，而且提高了网络资源的利用率。更重要的是， a s o n 支持客户与网络间的服务等级协t g ( s l a ) ，可根据业务需要提供带宽，可根据 客户信号的服务等级( c o s ) 决定所需要的保护等级，是面向业务的网络 a s o n 被誉为传送网概念的重大突破，它是种具有高灵活性、高可扩展性的 基础光网络设施。a s o n 是从i p 、s o n e r s d h 、d w d m 的环境中升华而来的， 将口的灵活和效率，s d h s o n e t 的保护能力以及d w d m 的容量，通过创新的分 布式网管系统有机地结合在一起，形成以软件为核心的能感知网络和用户服务要求， 并能按需直接从光层提供业务的新一代光网络。 1 1 3a s o n 的意义 a s o n 的好处体现在它提供的业务和经济收益上。 、 a s o n 最诱人的好处是它可从光域( 波长) 提供多种新型的高速和增收业务 a s o n 能够提供一系列的创新光网络业务： ( 1 ) 超宽带宽业务和非标淮带宽业务； ( 2 ) 按需带宽业务； ( 3 ) 动态虚拟环配置和端到端电路配置业务； ( 4 ) 虚拟光网络业务 a s o n 实际上提供了一种区分光网络业务。市场丌放、竞争加剧需要运营商提 供有竞争力的特色业务，而不是以价格战来取胜。而在当今无管制的市场中，一种 3 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 更有竞争力的业务是区分业务非区分业务导致低的利润空间。提供高层光网络区 分业务，是以满足和提高客户的满意程度为主要目的的新一代光网络平台的重要特 点，也是运营致胜的法宝 a s o n 中集成了多种a d m 和d c s 设备，节省了占地空问利能耗，简化了网络， 因而降低了投资费用。a s o n 充分优化并挖掘了现有网络资源潜力，缩短了运维时 间，具有灵活组网和扩展能力，因而节约了网络操作管理费用。a s o n 在机会成本 方面也不是弱顶，因为a s o n 突显业务创收的特点。利用a s o n 分布式智能在光网 络中推行区分光通信业务，各种类型的新型增值业务符合市场需求，对拉动消费效 果明显，可以开辟新市场，赢得新用户，从而扩大盈利空间。 总之，带来成本的降低和收入的增艇，s o n 经济价值自然不言而喻。在运营 商眼里，a s o n 意味着网络调度时间的缩短、网络资源利用率的提高、网络运营费 用的降低、网络安全的改善和网络业务等级的多样化。运营商利用a s o n 能同时实 现低成本运作和提供先进的光通信业务，这样他就能够在这个竞争日益激烈的市场 上占据领先地位，赚收最多的利润，这也是网络运行和管理的焦点所在。 1 2 a s o n 生存性技术的研究背景及概述 1 2 1 生存性问题的提出 自从贝尔发明电话以来，通信技术不断发展，它一方面方便了我们的生活，另 一方面又使我们的生活更加依赖于通信，特别是在政治、军事、经济等方面，各种 通信网络的结构愈加复杂，功能不断扩大，其发展更依赖于通信技术等信息技术。 通信网络的故障，将给人们的生活带来极大不便，甚至可能使整个社会陷入瘫痪。 另外，技术进步和社会需求要求传输线路的速率越来越高。近年来，数据通信 业务和语音业务都在不断增长，其中以口业务的增长最为显著，保守的估计是每6 个月翻一番。据太平洋贝尔公司报道，该公司的口业务量在1 9 9 5 年已经达到语音业 务量，而在2 0 0 3 年，a t & t 公司则宣称其i p 数据业务已经超过语音业务。如此迅猛 的数据业务增长势头促使光网络传送速率不断提高。单波长信道传送速率已由早期 的2 s g b i t s 发展到了现在的4 0 g - b i t s ，尽管如此，昂贵的经济代价已经不允许用单 波长通信来满足未来数据业务的要求于是如何利用光纤近5 0 t b i t s 的理论带宽容量 成为各国竞相研究的热点技术在这一研究过程中，波分复用w d m ( w a v e l e n g t h d c v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 、密集波分复用d w d m ( d e n s ew d m ) 由于其优越的性能价 格比，渐渐走向成熟，而成为通信网扩容最有效的方法之一。目i i ，波分复用信道 数由几个发展到了几十个，几百个。据报道，一个总容量为3 2 t b s ( 2 0 g b s x1 6 0 信 4 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 道) 的系统，在不采用前向纠错编码的情况下，能成功传输1 5 0 0 k m ，误码率小于1 0 嘎列 超大容量将成为下一代光网络的基本特征。 也正因为如此巨大的传输带宽，和人们对于网络的依赖，网络中任一网元失效， 都将造成巨大的经济损失和社会影响。例如在一个单根光纤中实现柏个波长的 w d m 系统中，按目前已商用化的1 0 g b i t s 传输速率计算，单纤故障就会影响几千万 话路呼叫，如果一根2 4 芯的光缆因意外事故切断，则可能影响几亿话路的通信。据 美国明尼苏达大学的研究结果估计，如果通信中断1 小时，航空公司要损失2 5 0 万 美元，投资银行要损失6 0 0 万美元；如果通信中断2 天，则足以使投资银行倒闭。 传输网络故障比以往任何时候产生的影响都要大。 网络故障的发生可以通过提高系统的可靠性来尽量减少，但要求网络业务百分 百的可通率则是不现实的。据美国联邦通信委员会报告，在美国，平均每两天就会 发生一次影响超过3 万用户的通信事故在我国，此类事故也不在少数。减少网元 失效次数是解决问题的一种途径，而在网络设计之初，考虑到网元失效的不可避免 性，使网络本身就具有抵抗失效的能力和预先设定网络恢复策略，则是解决问题的 另一种途径，尤其是在光纤网络中，后者显得尤为重要。再者，随着电信市场的开 放，通信业的竞争越来越激烈，仅仅提供无保护能力的传输通道已经满足不了通信 市场的需求，为了赢得信誉，提高综合竞争力，网络运营管理者迫切需要考虑如何 提高网络生存能力( s u r v i v a b i t y ) 、自愈( s e l f - - h e a l i n g ) 能力。网络的生存能力成为 现代网络，特别是下一代网络设计中需要关注的重要内容之一在这样的背景下， 一个新的研究领域一网络生存性研究在近些年来得到快速发展，同时也成为通信网 络研究的前沿重点之一。 1 2 2 生存性技术概述 网络的生存性技术保证网络在发生故障时对受损业务进行恢复在各种技术的 网络中( 如口网络、s d h 网络和w d m 网络等) 部有自己相应的生存性机制，而对于 a s o n 来说，生存性技术更具有自身的特色。 网络的生存性( s u i v i v a b i l i t y ) 是指网络抵制故障业务中断或干扰的能力，在网络发 生任何故障后能尽快将受影响的业务重新选路到空闲资源，以减少网络故障而造成 的社会影响和经济上的损失，使网络维护一个可以接受的业务水平的能力。而多层 网络的生存性是指在分层网络之问可能存在的生存性方案的嵌套和这些方案之间的 相互作用。 生存性问题可以从不同的角度进行分类：从单层恢复的角度柬说，主要包括基 于链路和路径的故障恢复、基于集中式控制和分御式控制的故障恢复、预先规划和 动态路由计算的故障恢复、基于专用资源和共享资源的俄复：从+ h 互作用的恢复策 5 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 略来看，主要包括多层恢复的策略和集成的恢复策略，其中多层恢复的策略又可分 为最底层恢复、最高层恢复和在多层恢复3 个子问题，而集成的恢复策略又可分为 并行触发和顺序触发两个子问题。如图1 - 1 所示。 网络的生存性使得网络能够在故障情况下维护一定等级标准业务。网络生存性 通过在网络提供弹性( 胁n 嘲嘞机制而获得。当业务流通过的路径上发生了故障时， 以下一些基本的故障恢复过程需要提出来；故障检测、故障定位、故障通知和故障 恢复。 蕾 蜒 曩 皇 州 蝎 单层恢复 古 魁 钵 星 埭 巡 铺 图1 1 生存性问题的分类 1 故障检测 执行恢复动作的关键需求就是要快速而可靠地检测到网络中的故障。如果发生 了故障，就需要进行检测、定位和通知故障以触发需要进行的恢复动作，例如保护 倒换和重路由。需要考虑的故障包括各种各样的网络硬件和软件资源的失效。通常 发生的故障的原因是施工使得电缆被切断了，或者停电或者火灾使得节点失效了。 另外，其他故障可能会由维护工作引起，例如，错误地拔出了光缆。而在光网络中 一个常见的问题就是激光器停止了工作，这将会导致光信号丢失c l o l ) 的故障。 网络中的故障可以利用各种机制进行检测，这些机制可分为：硬件故障检测， 检测信号质量，软件故障检测，在信号流中插入控制消息。 下面是针对主要故障类型的故障检测方法； ( 1 ，信号丢失c l o s ) 、 电链路的故障在通常情况下是最先由线路卡( m 一，一i 0 的。为了触发顺序的恢 复动作，检测到的故障必须报告( 通知) 给节点的控制平面。接收到这样的故障通知后， 节点可开始重路由程序或者触发受损连接倒换到一条预先配置好的备用路由上来 ( 2 ) 光丢失c t + o l ) 光链路的故障可归铸r 激光器故障或者光纤断裂。就像电域中的l o s 故障一臂， 6 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 故障信息要通知给节点的控制平面以触发必要的恢复动作 ( 3 ) 操作、管理和维护( 0 j 址d 流 在s d h 中，o a m 流利用了开销字段，如在s t m 4 帧的开销字段中保留了一些 特殊字节在a t m 中，o a m 流用含特殊v i i 和v c i 值的o a m 信元来实现。 ( 4 ) 链路管理协议( 在g m p l s 协议中，l m p 用于发现和检测链路。在这些功能当中，协议可以用 双向的带外控制信令检测到链路故障 ( 5 ) h e l l o 和k e e p a l i v e 信号 就像传统的路由协议一样，例如开放式最短路径优先o s p f 协议和边界网关协议 ( b o p 4 ) ，h e l l o 和k e e p a l i v e 消息被多协议标签交换f n , l s ) 信令所定义用来监视相邻 节点的状态和相连的链路。资源预留 ) 协议用h e l l o 消息，而标签分发协议a u d p ) 用k e e p a l i v e 消息 如果丢失了多个( 至少31 ) h e n o 消息，就认为可靠地检测到故障了为了减少 信令的负载，这些信号之间的间隔时间相对较长，因此，用这种信令机制检测硬件 或者底层故障相对来说时间较长。这种信令故障检测方法的一个优点就是它能检测 到软件和协议故障，而通常这些故障是不能被底层硬件设备检测到的。 故障检测一般应该在最靠近故障的层进行对于光网络来说，是物理( 光) 层。在 物理层故障检测的通常方法是检测无l o l ，其他基于光信噪比、光测误码率、色散、 串扰和衰减的检测技术也正在发展中。 2 故障定位 在检测到故障发生后，需要对故障发生的位置进行定位 故障定位需要节点问互相通信以决定故障发生在何处( 例如，s o n e t 的告警指示 信号a i s 用来在区问定位故障) 用l o l 方法来检测故障的一个现象就是沿着连接的 路径，m l l 会向下游传播，因此所有的下游节点会检测到故障。 l m p 中包括了用来在透明渔光) 和不透明( 光电) 网络中进行故障定位的方法。这 是通过与数据通道相分离的控制通道在相邻节点间发送i m p 通道失效消息来实现 的。这种控制平面和传送平面相分离的方式使得一个单独的消息集被用于故障定位， 而不管传送平面的编码方式 3 故障通知 在一个节点检测到故障后，必须通知给网络的其他节点采取合适的动作进行故 障的恢复。 0 ) r a p 错误信令和通知 m p l s 恢复的一个重要方面就是l s p 错误的故障信令和通知。当一个已经建立 的l s p 发生故障时，就要报告给入口l s r 。然而，l s p 故障通知不会象硬件故障检 7 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 测这么快，但它能直接触发恢复动作 ( 2 ) o m p l s 通知消息 在g m p l s 中，通知消息扩展了l s p 错误信令。通知消息能发送给负责恢复失 效l s p 的任何节点，并且消息能包含附加的信息，例如关于多个故障l s p 的信息。 0 ) m p l s - - o a m 流 一种新的解决m p l s 故障通知和信令的方法定义了m p l s 网络中o a m 功能的 需求和机制。其主要思想就是引入了一个连接确认( a ，) 消息来检测链路和节点的完 整性，并在检测到故障时触发合适的恢复动作。c v 消息在l s p 的源和目的间周期地 发送( 通常1 秒钟1 次) ，具他相关的信息是前向检测标识“f d i ”和后向检测标识 “b d l 0 它们分别承载着检滑5 类型以及上游和下游节点的地址。 4 故障恢复 恢复机制通常分类为保护倒换和恢复机制，这取决于备选的路径是在故障发生 前预先计算好的，还是在故障发生后根据命令计算的。 保护又分专用、共享保护，链路、路径保护恢复又分路径恢复、链路恢复和 部分恢复。一旦故障被检测和定位出来了，保护和恢复就可用来缓解故障。保护和 恢复的区别集中体现在它们不同的操作时间长度上。保护需要预分配资源( 典型地需 要1 0 0 的资源富余量) 并且能快速地响应故障( 少于几百微秒) 。例如，s d h s o n e t 自动保护倒换( a p s ) 可在5 0 m s 内把业务从主路径倒换到次级路径上。这需要同时在 主路径和次路径上同时传输业双叫做1 + 1 保护) ，在接收节点处有选择器来选择使 用的路径。这种方式同没有a p s 保护的路径相比需要两倍的网络资源。另一方面， 恢复依靠动态资源的建立，并且恢复连接比保护倒换需要经历更多的状态。恢复可 能也涉及到动态的路由计算，如果备用路由没有预先计算或者预先计算的资源不再 可用，则这种动态路由计算的代价很高。 传统上，保护和恢复被认为主要使用了两种技术：路径倒换和线路倒换在路 径倒换中，认为故障发生在路径的端点( 例如，路径的起始和终止节点) ，而线路倒换 中，认为故障发生在检测到故障的传送节点处。路径倒换可进一步划分为路径保护( 次 级保护路径预先分配) 和路径恢复( 通过动态或者运用预先计算路径进行连接的重路 由) 线路倒换可分为区段保护( 流量倒换到连接着相同的两个节点的可替代通道或者 链路上) 和线路恢复( 流量倒换到两个节点间的可替代路由上，这可包括通过附加的中 间节点1 。 为了更有效地进行故障的恢复，必须有相应的机制进行配合。例如分发相关的 链路属性，包括保护带宽和保护能力，通过网络建立次级路径的功能，用信号通知 在主路径和次路径日】的倒换机制 8 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 3 本文的主要工作及其章节安排 1 3 1 本文的主要工作 本文首先描述了a s o n 的基础理论，对a s o n 的体系结构及其核心技术g m p l s 进行了研究，并在此基础上，研究了a s o n 的生存性技术。其中对基于g m p l s 的 a s o n 网络的生存性机制和a s o n 多层网络的生存性研究进行了深入的探讨。在研 究过程中，一方面，对于基于g m p l s 的a s o n ，提出了一种新的寻找s r i 好分离 路径的选择算法；另一方面，对于a s o n 多层网络，提出了一种有效的多层联合生 存性策略 1 3 2 本文章节安排 第一章，绪论，本章介绍了a s o n 的研究背景及其基本概念，并简单描述了a s o n 生存性的背景及其基本知识。 第二章，a s o n 的体系结构，本章简要描述了a s 0 n 的特点及其体系结构，主 要描述了3 大平面：管理平面、控制平面和传送平面；三大接口：管理t 接口( n m i d 、连接控制接o ( c c 0 和管理a 接口( n m i - a ) , 描述了3 种类型的连接：永久连 接( p c ，p e r m a n e n tc o n n e c t i o n ) 、软永久连接( 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 c ，s w i t c h e dc o r m e c d o n ) 。 第三章，g m p is _ - 智能光网络的核心技术，对g m p l s 的标签、层次化l s p 、 路由与寻址、信令和链路管理等方面加以分析，并对g m p l s 的意义进行了概括 第四章，基于g 卿l s 的智能光网络生存性研究，在以下几方面进行了详细描述： 1 ) a s o n 的生存性机理；2 ) 基于g 艘l s 实现的生存性。最后基于以上几点，对s r l g 分离的通道保护策略进行了深入的研究，并提出了一种新的有效策略d l s s w s 。 第五章，多层网络的生存性，考察了a s o n 网络的层次关系，分别对上层和底层 的独立恢复策略进行了研究，并指出了独立恢复策略的缺点。本章提出了一种多层 联合恢复策略，并给出了与单层恢复策略比较的仿真结果。 第六章，结论与未来的工作，总结了本论文的研究内容，以及展望了a s o n 生 存性研究的发展趋势和前景。 9 重庆邮电大学硕士论文第二章a s o n 的体系结构 第二章a s o n 的体系结构 a s o n 是一项新的智能光网络技术，是下一代网络发展的重要方向。本章主要 从国际电信联盟叨1 ) 等国际标准化组织的相关协议出发，对a s o n 的体系结构进 行了全面而深入的介绍。 在本章中，我们首先介绍自动交换光网络的起源和新特点，然后对主要由3 个 平面、3 个接口和3 种连接构成的a s o n 体系结构进行了概述。 2 1a s o n 的基本概念 2 1 1a s o n 的提出 r r u t 最先提出的自动交换传送网络( a s t n ) 是种通用意义上的网络概念，它 与具体的技术无关，并且能提供一系列支持在传送网络上自动建立和释放连接的控 制功能。而a s o n 实际上是a s t n 技术在光网络中的一种应用实例。 u - t 为a s t n 制定了标准建议g 8 0 7 。该建议描述了a s t n 控制平面的网络 级需求，规范了a s t n 的体系结构和与连接相关的一组控制功能。a s t n 由3 个平 面组成：传送平面、控制平面和管理平面控制平面的基本功能包括：在传送平面 建立和释放多种形式的连接、维护端到端的连接、连接接纳允许控制、路由选择、 连接和资源管理等。这些功能结构在a s o n 中也有相应的体现，在下面的章节中我 们将会具体介绍。 a s o n 在r 兀7 - 1 的文献中定义为：“通过能提供自动发现和动态连接建立功能的 分布式( 或部分分布式 腔制平面，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种网络。” a s o n 的提出，使原来复杂的多层网络结构可以变得简单化和扁平化，从光网 络层开始直接承载业务，避免了在传统网络中业务升级时受到的多重限制。在这种 网络结构中最核心的特点就是支持电子交换设备( 如i p 路由器等) 动态向光网络申请 带宽资源。电子交换设备可以根据网络中业务分布模式动态变化的需求，通过信令 系统或者管理平面自主地去建立和拆除光通道，不需要人工干预。 a s o n 直接在光纤网络之上引入了以口为核心的智能控制技术。可以有效地支 持连接的动态建立与拆除，可基于流量工程按需合理分配网络资源，并能提供良好 的网络保护恢复性能。因此，可以说a s o n 代表了光通信网络技术新的发展阶段 和未来的演进方向 重庆邮电大学硕士论文 第二二章a s o n 的体系结构 2 1 2a s o n 的新特点 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不断发展奠定了可靠的基石。# s o n 的特性就在于它首次在 传输网络中引入了信令的概念，同时将数据网和传输网管理的优点融合在一起，进 而实现了实时动态网络管理 a s o n 控制技术的应用带来了许多新的网络特征，提供了更多的网络功能。其 中，最主要的新特点包括： 1 呼叫和连接过程的分离 a s o n 中连接的建立是通过信令的交互自动完成的，这也是与传统光网络相比 最为突出的特点之一在a s o n 中，一条通路的建立需要先后经过两个过程：呼叫 和连接，这类似于电话连接的建立过程。呼叫过程主要进行用户接入权限的认证； 连接过程主要实现资源的预留和分配。可以这么说，连接过程是包含在呼叫过程中 的一个子过程，只有连接建立过程结束，呼叫过程才完成。 在删- t 的建议中把呼叫和连接过程分开来处理，这样可以减少在中间连接控 制节点上冗余呼叫控制信息的传送，减少对消息和参数进行解码和翻译的时间一 般地，呼叫控制可以在网络接入点或网关以及网络边界处进行。这样一来，中间的 节点就只须支持连接功能了值得注意的是，一次呼叫过程可以支持多个连接的建 立 连接控制负责对每个连接进行总体控制连接控制同链路控制紧密相关。对于 一条连接的总体控制是通过协议完成的，这些协议能控制一条连接的建立、释放过 程并能对连接状态进行维护 2 自动资源发现机制的出现 自动资源发现技术是a s o n 的一大特色，它是指网络能够通过信令协议实现网 络资源( 包括拓扑资源和服务资源) 的自动识别。这对于网络来说是一项相当重要的功 能，它使得a s o n 网元呷) 或者终端系统( 如a s o n 网络的客户) 能确定它们是否正 确地相互连接，并可确定通过这些连接能提供什么样的业务这就为实现分布式连 接管理中的路由和信令功能迈出了重要的第一步。 资源发现过程的自动化对于目前网络中各节点的光纤数量成倍增长的情况相当 重要，它可避免手工配置过程中可能发生的错误，并能帮助诊断是否有错误的连接 存在。目前，各大国际标推化组织都从不同的角度对自动发现机制进行了规范定义。 r t l j - t 提出的g 7 7 1 4 协议对传送网络的自动发现技术进行了通用的、抽象的 框架性描述o i f 提出的u n i1 0 协议具体讨论的是在用户网络接 , o j l 、n ) 处的自动 发现机制，它描述了在用户和网络之问的邻居发现和服务发现的。虹f 蛇过程。而i e t f 重庆邮电