（光学工程专业论文）ip+over+wdm网络生存策略的研究.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要 摘要 随着互联网业务流量以指数级增长，一个前所未有的转变正在发生，那就是 静态配置的面向连接的业务( 比如传统语音业务) 正在被动态配置的无连接的i p 业务所取代。而w d m 技术提供了巨大的带宽，已成为传送网中最主要的传输技术， 因此i po v e rw d m 的应用势在必行。 与此同时，波分复用技术不断发展，使复用信道数逐渐增加，单波长信道上 的信息传输速率也逐步提高，最终导致了光传送网承载容量的急剧扩大。在这样 的超高速、超大容量的光网络中，一旦发生网络故障，如果不能及时恢复将导致 传输业务失效，造成巨大的经济损失和严重的社会影响，因此对i po v e rw d m 网 络的生存性研究是十分必要的。 考虑到充分利用网络资源并且对业务提供可靠的保护，本文提出了重负载光 路保护策略( h e a v yl o a dl i g h t p a t hp r o t e c t i o na l g o r i t h m ) 以及不同的备用 光路资源使用模式。它的主要思想是有选择性的对i po v e rw d m 网络提供光层的 保护，这样减少了用于保护的网络资源，而且可以通过改变门限值动态的选择要 提供保护的光路。然后本文仿真比较了不同的备用光路资源使用模式和门限值下 算法的性能。仿真证明，同等网络条件下，专一保护模式的业务阻塞率和光路保 护率均低于共享保护模式，而且业务阻塞率和光路保护率与门限值的选择也有很 大关系。在实际应用中，可以动态的选择备用资源使用模式和门限值，从而在资 源利用率和网络生存性之间取得平衡。 关键词：i po v e rw d m g m p l s对等模型 生存性集成路由算法 第1 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t a b s t i 溃c t w i t ht h ee x p o n e n t i a lg r o w t ho ft h ei n t e r n e ta n dt h er e s u l t i n gt r a f f i c p e rh o s t ，a nu n p r e c e d e n t e ds h i f th a so c c u r r e di nt r a f f i cp a t t e r nf r o m f i x e dc o n f i g u r e dc o n n e c t i o n o r i e n t e ds e r v i c e s ( e g ，v o i c es e r v i c e ) t o d y n a m i cc o n n e c t i o n l e s si ps e r v i c e s a n dw d mp r o v i d e su n p r e c e d e n t e dl e v e l s o fb a n d w i d t hs c a l a b i l i t y ，s ot h ea p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n to fi po v e r w d mi si m p e r a t i v e w d mt e c h n o l o g i e sa r ed e v e l o p i n gc o n t i n u o u s l ya n dt h en u m b e ro f w a v e l e n g t hc h a n n e l sm u l t i p l e x e di na no p t i c a lf i b e ri si n c r e a s i n g g r a d u a l l y ，a n da tt h es a m et i m et h et r a n s m i s s i o nr a t eo fa s i n g l e w a v e l e n g t hc h a n n e li sg r o w i n gs t e pb ys t e p t h e r e f o r e ，t h e c a p a c i t yo fo p t i c a lt r a n s m i s s i o nn e t w o r ki se x p a n d i n gd r a m a t i c a l l y i n t h i sk i n do fs u p e rh i g h r a t ea n dl a r g e c a p a c i t yo p t i c a ln e t w o r k ，i ft h e s e r v i c ed a m a g e db yn e t w o r kf a il u r e sc a nn o tb er e c o v e r e di m m e d i a t e l y ，t h e h u g ee c o n o m i cl o s sa n ds e v e r es o c i a lc o n s e q u e n c ew il1b ec a u s e d s o ，t h e s t u d yo ns u r v i v a b i l i t yo fi po v e rw d mn e t w o r kn o wh a sb e c o m ea ni m p o r t a n t 1 s s u e i nt h ec o n s i d e r a t i o no fu s i n gr e s o u r c e e f f i c i e n t l ya n dp r o v i d i n g r e lia b l ep r o t e c tio nf o ri po v e rw d mn e t w o r k ，t h eh e a v yl o a dl ig h t p a t h p r o t e c t i o na l g o r i t h mw i t hd i f f e r e n tb a c k u pl i g h t p a t hr e s o u r c es h a r i n g m o d ei sp r o p o s e di nt h i sp a p e r t h eh e a v yl o a dl i g h t p a t hp r o t e c t i o n a l g o r i t h mp r o v i d e so p t i c a l l a y e rp r o t e c t i o ns e l e c t i v e l yf o rt h ei po v e r w d mn e t w o r k ，t h a tc a nr e d u c et h er e s o u r c ef o rp r o t e c tio n ，a n dt h r o u g h c h a n g i n gt h et h r e s h o l d ，t h ea l g o r i t h mc a ns e l e c tt h el i g h t p a t hn e e dt o b ep r o t e c t e dd y n a m i c l y t h e nt h r o u g ht h es i m u l a t i o no fh e a v yl o a d l i g h t p a t hp r o t e c t i o na l g o r i t h m ，i ti sp r o v e dt h a tt h eb l o c k i n g p r o b a b i l i t ya n dl i g h t p a t hp r o t e c t i o np r o b a b i l i t yo fd e d i c a t e dp r o t e c t i o n 蔡1 1 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t m o d ea r el o w e rt h a ns h a r i n gm o d 皂，a l s ot h eb l o c k i n gp r o b a b i l i t ya n d 1 i g h t p a t hp r o t e c t i o np r o b a b i l i t yd e p e n do nt h r e s h o l dv a l u e i nt h e a p p l i c a t i o no fh e a v yl o a dl i g h t p a t hp r 6 t e c t i o na l g o r i t h m ，w ec a ns e l e c t b a c k u pli g h t p a t hr e s o u r c eu s i n gm o d ea n dt h r e s h o l d v a l u ed y n a m i c l yt o a c h i e v eb a l a n c eb e t w e e nr e s o u r c eu t i l i z a t i o na n dt h es u r v i v a b i l i t yo f n e t w o r k k e y w o r d ：i po v e rw d m g m p l sp e e rm o d e l s u r v i v a b i l i t y i n t e g r a t e dr o u t i n ga l g o r i t h m 第l i i 页 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个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 含为获得南京邮电大学或其它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。 研究生签名：磁日期：竺! 墨2 ：p 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 ，c7 研究生签名： 丝 导师签名： 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1i po v e rw d m 是大势所趋 由于i p 业务的爆炸性增长，i po v e ra t m 、i po v e rs d h 、i po v e rw d m 都 将得到飞速发展，下一代i n t e r n e t 或多媒体通信骨干网必将是基于i p 技术的多 协议光互联网【。其中其核心骨干网将采用i po v e rw d m 技术，次骨干网及其 边缘则采用i po v e rs d h 和i po v e ra t m 技术。同时由于i po v e rw d m 具有i p o v e ra t m 和i po v e rs d h 无可比拟的体系简单直接、网络设备少、网管复杂性 小、额外开销低、延时小、传输效率最高等特点，i po v e ra t m 和i po v e rs d h 最终都将发展为i po v e rw d m 。 1 2w d m 在现代通信网中的应用 1 2 1w d m 技术简介和发展概况 w d m ( 波分复用) 就是指从光域上用波长复用方式来改进传输效率，提高 复用效率。其突出优点为能在一根光纤中同时传输不同波长的几个甚至成百上千 个光载波信号，不仅能充分利用光纤的带宽资源，增加系统的传输容量，而且还 能提高系统的经济效益。 迄今为止，w d m 技术是研究最多、发展最快、应用最为广泛的技术，w d m 从 提出到今天，短短数年，一直保持强劲的增长势头。经过数年的发展和应用，w d m 技术己趋于成熟，而且越来越成为现代通信系统中不可替代的传输技术【2 ，3 1 。目 前，w d m 系统的传输容量正以极快的速度向前发展，直接基于w d m 传输的业务也 越来越多。 另外，作为超高速、大容量的w d m 配套技术也已相当成熟，如多信道的w d m 传输设备、宽带放大器、放大器的增益均衡器、增益功率的控制技术等已经实现， 宽带波长可变滤波器、光交叉连接等已取得了一定的成果，先进的数据编码技术 也已成功地应用于w d m 系统中，以提高传输距离。以上这些成果也为超高速、大 第l 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 容量的w d m 技术全面应用打下了良好的基础。 w d m 技术正对光通信的发展起着重要的作用，采用w d m 技术来扩容是当前唯 一现实的超大容量传输技术。它不仅可以节约大量光纤而迅速扩容，而且还可以 节约大量再生中继器，以降低整个系统的成本。从长远意义来看，它奠定了未来 全光网络的基础。 1 2 2w d m 从干线走向城域网 随着人们通信需求的不断增长，特别是i n t e r n e t 业务的爆炸性发展，为 了缓解通信网络的拥挤状况，增加网络的灵活性及适应数据业务的需要，人们开 始考虑在城域网中采用w d m 技术，因为w d m 技术具有如下优势： ( 1 ) 解决光纤短缺 随着通信需求的不断增长，城域网中的空闲光纤已很少，而w d m 技术则可 以很好地解决光纤短缺的问题，不需铺设新的光纤。更重要的是，在城域网中 采用w d m 技术不仅仅解决了光纤短缺问题，还可以给网络提供更多的功能和更 大的灵活性。因此，即使在光纤不短缺的城市里，同样可以很经济地引入w d m 技术来加强网络的灵活性，以使网络能适应当前各种业务迅速发展的需要。 ( 2 ) w d m 技术对业务透明 w d m 系统对业务的透明性使得它可以同时承载各种不同的业务，例如话 音、数据、图像等，即它提供了一个通用的光层传输平台，可以同时传送各种不 同类型的业务，而且w d m 的各个信道的速率可以不同。w d m 技术的以上优点对于 城域网更加重要。因为，城域网中业务的类型很多，而且不同的业务要求的速率 和带宽也不相同，w d m 对业务和数据速率的透明性及分插复用能力使得电信运营 商能够迅速向用户提供所需的业务，适应当前信息业务快速发展的需要，占领市 场，增加收入。此外，w d m 的技术的使用给新业务引进提供了极大的方便性，只 需增加波长通道就可以随意地引入或增加新型的业务。 ( 3 ) w d m 技术可改善城域网的服务质量 采用w d m 技术可以在光层对网络进行保护。这比在电层进行保护要经济的多。 因为光层的保护不涉及具体的业务类型，所以对所有业务均可采用统一的恢复保 护措施。从而在传统和新型业务中均可向用户提供更好的服务质量。 第2 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 可以预见，w d m 技术将逐渐从骨干网渗透到城域网，甚至企业网和接入网中， 最终实现全光网。 1 3 对i po v e rw d t 网络生存性研究的必要性 当使用w d m 技术时，光缆上将承载十分巨大的业务量，这时一旦光纤或光缆 发生故障，则造成的损失就非常严重。从w d m 技术的发展来看，w d m 系统的通路 数由早期的4 波长发展到8 波长、1 6 波长到今天的1 6 0 波长商用系统，网上实 际应用的系统容量已经达到8 0 l o g b i t s ，单通道4 0 g b i t s 的w d m 系统受到 路由器大容量端口的驱动，已经逐步商用化。也就是说在这样的波分复用系统中 一根光缆断裂就会造成大量的信息丢失。 网络生存性研究具有深远的意义【4 p j 。生存性网络可以给国家和个人挽回巨 大的经济损失。随着中国加入世贸组织后国内电信市场的逐渐开放，通信业的竞 争越来越激烈，从而具有生存性的网络对一个网络运营商来说极其重要，因为网 络运营商能否提供可靠的通信，已经与其商业信誉、综合竞争力等密切相关。随 着人们生活水平的提高，社会经济生活及个人的日常生活越来越依赖于通信网 络，只有智能的会自动恢复的信息网才能满足人们的高质量的生活需求。所以， 网络的生存性问题是我们要考虑的重要问题。 1 4 论文结构安排 本文主要研究了i po v e rw d m 网络对等模型下的生存策略，包括分层图模型 的建立、业务请求路由策略、重负载光路保护策略以及用于保护的光路资源的使 用等。本文的工作内容安排如下： 第一章，介绍了w d m 技术的发展和研究生存性的必要性。 第二章，介绍了i po v e rw d m 的三种交互模型，并分析了对等模型的节点结 构和业务模型。 第三章，介绍了网络生存性的基本概念和各种生存性技术。如生存性定义、 评价指标、故障种类、故障恢复机制以及g m p l s 技术框架和基于g m p l s 的生存机 制等。 第3 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 第四章对i po v e rw d m 网络生存策略进行研究，基于i po v e rw d m 网络业务 分层图，本文提出了动态重负载光路保护策略( h e a v yl o a dl i g h t p a t h p r o t e c t i o na l g o r i t h m ) ，并对该策略进行仿真分析。 第五章，结束语总结全文并指出下一步的实验设想。 参考文献 1 m a n c h e s t e rj ，b o n e n f a n tp ，n e w t o nc t h ee v o l u t i o no ft r a n s p o r t n e t w o r ks u r v i v a b i1it y j i e e e c o m m u n i c a t i o n m a g a z i n e ， 1 9 9 9 ， 3 7 ( 8 ) ：4 4 5 1 2 m u k h e r j e eb ，w d mo p tic a lc o m m u n ic a tio nn e t w o r k s ：p r o g r e s sa n d c h a l l e n g e s j ，i e e ej o u r n a lo ns e l e c t e da r e a si nc o m m u n i c a t i o n s ， 2 0 0 0 ，v 0 1 1 8 ( 1 0 ) ：1 8 1 0 1 8 2 4 3 g r e e np e ，o p t i c a ln e t w o r k i n gu p d a t e j i e e ej o u r n a lo ns e l e c t e d a r e a si nc o m m u n i c a t i o n s ，1 9 9 6 ，v 0 1 1 4 ( 5 ) ：7 6 4 7 7 9 4 吴彦文，郑大力，仲肇伟，光网络的生存性技术 m ，北京，北京邮电大学出版 社，2 0 0 2 5 韦乐平，下一代网络生存性的总体考虑 j ，世界电信，2 0 0 0 ，第7 期：6 - 8 第4 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章口o v e r w d m 网络模型 第二章i po v e rw i ) m 网络模型 2 1i po v e rw 伽网络的出现 2 1 1lpo v e rw d m 网络协议栈的演进 i po v e rw d m 网络结构的形成经历了从四层结构到两层结构的演化过程【l j ， 如图2 一l 所示。可以看出，随着技术的发展和业务的变化，四层结构中的独立 a t m 层和s d h 层将会逐步消失，但其基本功能不会消亡，将会分别融入i p 层和 w d m 层中去。整个功能结构层次将变得更加简单，趋向扁平化的两层结构。最左 边是一种经典的结构。数据业务的提供需要经过四个功能层的处理。首先将业务 映射进i p 包，再封装进a t m 信元，a t m 信元再映射进s d h 层，最后转换为光信 号在w d m 光层上传送。这种经典的四层功能结构在相当长时间内仍然是无法避免 的。然而，随着网络中i p 业务逐渐成为主导业务后，这种结构正暴露出日益严 重的内在缺陷。首先，在这种结构下，带宽的支配十分麻烦。不仅需要很长的人 工配置时间，而且带宽的支配受限于每一设备的可用带宽。即便绝大多数的设备 有空闲带宽可用，但四层结构中任意一层的任意单个设备的带宽瓶颈，都可能限 制整个网络的带宽或容量的可扩展性。其次，这四层结构在功能上是重叠的，其 带宽分为四种完全不同的粒度，即i p 包、a t m 信元、s d h 帧和w d m 波长，实际应 用却不需要这么多粒度，而且每一层都带有其它相邻层的功能，特别是保护恢复 功能，几乎层层都有，造成十分复杂乃至可能冲突的局面。最后，随着数据业务 量的带宽达到2 5 g b i t s 甚至l o g b i t s 后，各层中不少为语音业务设计的功能 成为多余。因此，目前的研究重点是由开销较大、功能重叠的多层协议向更为紧 密的i p 直接到w d m 的集成化方向发展。 第5 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章i p o v e r w d m 网络模型 i p s d h w d m 囡 图2 - 1i po v e rw d m 网络协议栈的发展过程 2 1 2 lpo v e rw d m 网络结构 在i po v e rw d m 网络结构中包含两个网络层次，一个是i p 层，另一个是w d m 光层。光层的物理拓扑是由光纤链路连接的多个光交叉连接节点o x c 2 j 组成，这 里假定每条光纤链路都包含两根传输方向相反的光纤，每根光纤上有多个波长， 每个波长的容量为吉比特级。光层以光路( 1 i g h t p a t h ，也称为信道，c h a n n e l ) 的形式为i p 层路由器提供端到端连接，带宽粒度为波长级。光路是电终结的， 即光路的源宿节点都是电域设备i p 层路由器。组成一条光路的各光纤链路可以 采用同一波长( o x c 不具备波长转换能力) 或不同波长( o x c 具备波长转换能力) 。 i p 层的逻辑拓扑由光路连接的i p 层路由器构成，因此光路又称为逻辑链路 ( 1 0 9 i c a ll i n k ) 。i p 层路由器请求是i p 层的业务形式，其路径由显式路由决 定，并通过信令协议建立。i po v e rw d m 网络中高性能的i p 层路由器通过核心 光网互联。光层不能处理单个i p 分组，它只能以具有固定带宽的光路形式向i p 层提供连接。i p 层路由器的请求带宽通常显著低于光路的容量，它们甚至具有 不同的带宽粒度( i p 层路由器业务流一般为几十兆到几百兆，而光路的容量是 波长级的，甚至可以达到4 0 g b i t s ) 。为了有效地利用网络资源，不应该为每个 i p 层路由器的业务请求分配一个独立的光路，而是要将多条低容量的信道复用 ( 或称之为疏导) 到大容量的光路上。 第6 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章1 p o v e r w d m 网络模型 2 2i po v e r 删网络的三种交互模型 根据i p 层和w d m 层控制平面的集成度以及选路信令协议的不同，i po v e rw d m 网络存在三种交互模型【3 】：重叠模型( 0 v e r l a ym o d e l ) ，对等模型( p e e rm o d e l ) 和增强模型( a u g m e n t e dm o d e l ) ，如表2 1 所示。决定上述模型的主要差别为： 在i p 层和w d m 层之间是存在统一的还是分离的控制平面。 模型控制平面路由 重叠模型独立相互独立的路由域，域间交换很少的信息 对等模型集成统一的路由域和路由协议，域间自由交换路由信息 增强模型 独立 相互独立的路由域，但域间交换路由信息概要 表2 - 1 三种模型的比较 2 2 1 重叠模型( o v e ria ym o d ei ) 重叠模型又称客户一服务者( c l ie n t s e r v e r ) 模型，是国际电联( i t u ) ，光互 联论坛( o i f ) 和光域业务互联( 0 d s i ) 等国际标准组织和准标准组织所支持的网络 模型，如图2 - 2 所示。这种模型的基本思想是将业务层( i p 层) 和光传送层( w d m 层) 分成两个基本独立的智能网络层，彼此的关系可理解为客户一服务者关系：业 务层向光传送层请求传输服务，光传送层作为一个开放的通用传送平台，为业务 层提供动态互联。 第7 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章i p o v e r w d m 网络模型 逻辑链路 i p 层 w d m 层 光路 图2 2 重叠模型 作为光网络的客户层，i p 网络向光网络提出的连接建立请求是“黑盒子” 式的，它并不了解光网络内部是如何进行资源调度、分配的。客户层的i p 路由 器通过u n i 向光网络提出建立信道的请求，而光网络的控制平面将其转化为建立 相应光路的请求，为客户层提供端到端的连接。i p 层的路由及信令协议与w d m 光网络的路由及信令协议是相互独立的。因此光层必须规范对拓扑分布、路由计 算和信令协议的定义。 这种模型结构简单，具有许多优点：首先，可以统一透明的光传送平台，支 持多客户层信号；其次，将客户层特定要求通过接口送给光服务层，由光网络层 来完成客户的连接要求，可以屏蔽光传送层的网络拓扑细节；第三，这种模型允 许w d m 层和工p 层独立演进，这样光网络层可以继续快速演进，不会受制于由摩 尔定律所限定的1 8 个月翻一番的i p 层发展速度；第四，采用子网分割后，运营 者既可以充分利用原有基础设施，又可以在网络其它部分引入新技术，不为原有 基础设施所累；最后，这种模型可以利用成熟的标准化u n i ，比较容易在近期实 现多厂家光网络中的互操作性，迅速实施网络商用化敷设，这对网络运营者十分 重要。 这种模型的缺点是功能重叠，两个层面都需要有控制功能( 例如都有选路功 第8 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章i p o v e r w d m 网络模型 能) ：其次是扩展性受限，为了实现数据转发，需要在边缘设备间建立点到点的网 状连接，即存在2 问题：最后，由于两个层面存在两个分离的地址空间，因此 需要复杂的地址解析。 2 2 2 对等模型( p e e rm o d e1 ) 对等模型又称集成模型或混和模型，如图2 - 3 所示，是i e t f 所支持的网络 模型，为此i e t f 在m p l s 基础上提出了g m p l s 的概念【4 , 5 , 6 】。g m p l s 采用集成的方 式，基本思路是将m p l s 的选路和信令功能加以扩展形成一个控制平面的协议规 范，以实现对i po v e rw d m 网络统一的控制和管理。g m p l s 对m p l s 的扩展以及 在光传送层的应用将在后面章节中介绍。 l pr u u l e r 图2 - 3 对等模型 相对而言，对等网络模型突破了业务层和光传送层之间的界限，通过统一 的控制平面将业务提供者和光传送网有机的结合在一起。在对等模型中，光传送 层的控制智能转移到i p 层，由i p 层来实施端到端的控制，即i p 层可以看见光 传送层的结构，并做出智能化的全局路由决策。 此时光传送层和i p 层可以看作是一个集成的网络，具有统一的路由域和控 制平面，两层之间可以自由地交换路由信息并运行同样的选路和信令协议，实现 一体化的管理和流量工程。所以采用统一控制面的对等模型可以消除重叠模型由 于管理分离、控制操作语义不同而带来的冗余性。 在图2 3 中，i p 路由器和o x c 相互之间是对等的实体，并且在i p 域和光 第9 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章i p o v a w d m 网络模型 域只运行一个路由协议实例。一种通用的i g p 协议，如o s p f - t e 或i s - i s - t e 可 以被用来交换拓扑信息。该模型假定所有的i p 路由器和o x c 都有共同的编址和 寻址方案。 对等模型的主要特点有：i p 路由器和o x c 设备在一个管理区域内；i p 路 由器直接作为o x c 的邻接，交换拓扑信息；i p 路由器对光传送层拓扑有着完全 的认识，所有i p 路由器和o x c 设备可以共享一个网络拓扑；i p 路由器和o x c 运 行统一的路由和信令协议，使用单个的地址结构。 在对等模型中采用了统一的控制面方案，相应的路由机制是综合路由 ( i n t e g r a t e dr o u t i n g ) ，这样不仅减少了管理的复杂性而且能够结合i p 层和w d m 层两个层面的资源信息进行选路，因而有更好的阻塞性能。综合路由相对于分层 路由，可以获得更高的网络资源利用率，以及在变化的动态业务下使得网络有更 好的鲁棒性( r o b u s t n e s s ) 和弹性( r e s i l i e n c e ) 。可见，对等模型应该是i po v e r w d m 网络发展的最终方向。因此，本文将重点研究对等模型下的i po v e rw d m 网 络生存性。 2 2 3 增强模型( a u g m e n t e dm o d ei ) 增强模型可以看作是上述两种模型的折中。在这种模型中，i p 层和w d m 层 各自有独立的控制平面，属于不同的路由域，如图2 - 4 所示。它们运行各自的路 由协议，但通过u n i 交换部分可达信息。例如，可以为光网络设备分配i p 地址， 并且由光层路由协议承载，从而与i p 层共享可达信息。这种模型结合了前述两 种模型的优点。与对等模型相比，在近期内较易实现，而且其光子网的规划和恢 复过程可以与i p m p l s 网络的路由相互独立，故也是一种方便的网络解决方案。 另外，这种方法还支持通常情况下光网络和i p 网络由不同实体管理的情形。 第1 0 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章i p o v e r w d m 网络模型 图2 - 4 增强模型 2 3i po v e rw d m 网络节点结构 c 本文所要研究的是基于i po v e rw d m 网络的对等模型，假定所有的节点由两 部分构成【7 ，8 】：l s r ( 标签交换路由器) 和o x c ( 光交叉连接器) ，如图2 5 所示。 在这样的节点结构中，l s r 处理电域业务，o x c 处理光域业务，并且都在g m p l s 控制平面下统一管理。在光域，o x c 通过复用、解复用器( m u l t i p l e x e r 、 d e m u l t i p l e x e r ) 和光纤连接，将波长信号复用到光纤上或从光纤中解复用出来， 另外，o x c 还负责将波长信号从一个输入端口空分交换到其他输出端口，并且实 施在光域的波长路由功能。 第i i 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章i p o v e rw d m 网络模型 f i b e r 吟 命 l o c a li n c o m i n g t r a 踊c l o c a lo u t g o in g t r a f f i c l s r 。r r a n s m i t t e rr e c e i v e r 曩毒? i j jk = _ - ! l 二自! e ：_ _ - 一 w a v e l e n g t 玎面 = = = = 一，7 一 o x c 图2 - 5 对等模型节点结构 嘭 嘭 m u h i p l e x e r 在电域，l s r 通过光收发器( t r a n s m it t e r 、r e c e i v e r ) 和0 x c 的上、下路 端口( a d d d r o pp o r t s ) 相连。当光纤中的波长信号需要在本地上下路时，它便 通过下路端口送入l s r ，经光接收器分解成电信号。电信号先经过3 r 处理 2 1 ， 即重放大、重整型、重定时( r e a m p l i f i c a t i o n ，r e s h a p i n g ，r e t i m i n g ) ，然后 l s r 能够以任意带宽粒度对业务进行处理，最后提交给本地用户。电信号也可被 发送器调制到其他波长上，通过上路端口送回o x c 中继续传送，这样l s r 就起到 了o e o 波长转换的作用。当波长信号不需要送入电域处理时，它仅在0 x c 中以波 长带宽粒度进行透明的交叉连接。 实际网络中，o x c 可能具有不同的波长转换能力p j ，包括全波长转换、部分 波长转换和无波长转换。在本文的网络模型中，出于一般性考虑( 有利于降低成 本) ，假设所有的o x c 不具备波长转换能力，只能以波长带宽粒度进行波长交换， 即只能将一条输入光纤上的波长交换到另一条输出光纤的同一波长上。在不具备 波长转换能力的w d m 光网络中，一条光通道需要整条路由上所有链路选择相同的 波长，即需要满足波长连续性约束。 在本文讨论的节点模型中，实际上在适当的时候，可以通过l s r 的0 e 0 转换 第1 2 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章i p o v e l w d m 网络模型 能力实现波长转换 10 1 ，从而提高成功建立连接的概率，但这是以增大节点处理 延时为代价的。 2 4i po v e rw d m 对等网络业务模型 在i po v e rw d m 网络对等模型中，电域( i p 层) 和光域( w d m 层) 构成了双 层网络结构，其中光交换节点o x c 和光纤链路共同形成了光域的拓扑，即物理拓 扑( p h y s i c a lt o p o l o g y ) 。而i p 层l s r 通过光域中动态建立起来的一条或多条 光路( l i g h t p a t h ，或称为光通道) 和其他l s r 互相连接，形成了一种在物理拓 扑之上的逻辑拓扑，即虚拓扑( v i r t u a lt o p o l o g y ) 【j 。这里的光路是指从某 l s r 的发送器开始，到第一个l s r 接收器结束的路径，中间可经过若干个o x c 的 交叉连接。 在虚拓扑中，每条光路等同为一条链路，称为虚链路( v i r t u a ll i n k ) ，可 以被流量工程和路由计算使用。物理拓扑中的光路和虚拓扑中的虚链路一一对 应。连接请求到达时，l s r 计算出到其他l s r 的端到端路径，然后通过一条或多 条光路来建立l s p 连接。 图2 6 所示为一对等的5 节点i po v e rw d m 网络，每个网络节点在逻辑上被 拆分成两部分：l s r 和o x c ，它们之间用虚线连接起来，分别处于i p 层和w d m 层 之中。在w d m 层，由a ，b ，c ，d ，e 五个o x c 和它们之间的光纤链路构成了物理 拓扑：在i p 层，由a ，b ，e ，d ，e 五个l s r 和它们之间的虚链路构成了虚拓扑。 如图所示，物理拓扑上节点b 和节点c 之间没有直连的光纤链路，但是当它 们之间建立起来b 经a 到c 的光路后，对应在虚拓扑中，节点b 和节点c 之间形 成了直连的虚链路。同样，在节点b 和节点e 之间也存在直连的虚链路。相反， 由于在节点a 到节点b 之间、节点b 到节点d 之间没有建立起光路，虽然它们在 物理拓扑中存在直连的光纤链路，在虚拓扑中却不存在虚链路。 第1 3 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章i po v e r w d m 网络模型 l s r o x c 图2 6 虚拓扑和物理拓扑对应关系 物理拓扑上，任意两节点之间可以建立的光路其实不止一条( 与两个节点的 节点度和光纤链路支持的波长数有关) ，所以对应在虚拓扑中，两节点间的虚链 路可能有多条，它们可能由不同波长的光路形成，也可能由不同路径、不同物理 跳数的光路形成。 虚拓扑上，两节点之间可能有不止一条虚链路能用来建立l s p 请求，但是由 于l s p 是面向连接的，不能把业务分摊在多条链路上传送，所以对于特定的l s p 请求，事实上只能选择其中一条虚链路上建立连接。 当一条虚链路刚刚建立时，它的带宽b 等于单个波长的带宽。当有l s p 在该 虚链路上建立时，b 相应的减少；当有l s p 超时拆除后，它所占用的虚链路带宽 相应的增加。当b 增加到单个波长带宽时，则认为该虚链路上没有承载任何业务， 在虚拓扑中应该删除此虚链路，同时在物理拓扑中恢复相应的资源。 参考文献 1 吴健学，李文耀编著自动交换光网络 m 第一版北京：北京邮电 大学出版社2 0 0 3 ：1 4 1 8 ：2 8 - 3 0 2 龚倩，徐荣，张民等编著光网络的组网与优化设计 m 第一版北京： 北京邮电大学出版社2 0 0 2 ：5 6 - 5 7 第1 4 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章1 p o v e rw d m 网络模型 3 b a n e r j e ea ，d r a k ej ，l a n gj p g e n e r a l i z e dm u l t i p r o t o c o ll a b e l s w i t c h i n g ：a no v e r v i e wo fr o u t i n ga n dm a n a g e m e n te n h a n c e m e n t s j c o m m u n i c a t i o n sm a g a z i n e ，i e e ev o l u m e3 9 ，i s s u e1 ，j a n 2 0 0 1 ：1 4 4 1 5 0 4 i e t fd r a f t ，e r i cm a n n i e ，g e n e r a l i z e dm u l t i - p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g a r c h i t e c t u r e j ，d r a f t - i e t f - c r a m p - g m p l s - a r c h i t e c t u r e - 0 4 t x t s ， f e b r u a r y2 0 0 3 5 p a s h w o o d s m i t he ta l ，g e n e r a l i z e dm p l s s i g n a li n g f u n c t i o n a l d e s c r i p t i o n j ，d r a f t i e t f m p l s g e n e r a l i z e d s i g n a l i n g - 0 2 t x t ： i e t f d r a f t 。w o r ki np r o g r e s s 。m a r c h2 0 0 1 。i e t f h t p ：f 删i e t f o r g 6 k k o m p e l l a ，y r e k h t e r ，e ta 1 ，r o u t i n ge x t e n s i o n si ns u p p o r to f g e n e r a l i z e dm p l s j ，d r a f t i e t f c r a m p g m p l s r o u t i n g 一0 4 t x t ，w o r ki n p r o g r e s s 。i e t f h t t p ： l 恻i e t f o r g 。 7 c o m e l l a s j ，m a r t i n e z r ，p r a t j i n t e g r a t e di p w d mr o u t i n gi n g m p l s b a s e do p t i c a ln e t w o r k s j n e t w o r k ，i e e ev o l u m e1 7 ，i s s u e2 ， m a r c h - a p r i12 0 0 3 ：2 2 2 7 8 m u k h e r j e eb ，o uc ，h o n g y u ez h u t r a f f i cg r o o m i n gi nm e s ho p t i c a l n e t w o r k s j o p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o nc o n f e r e n c e 。2 0 0 4 o f c2 0 0 4 v o l u m e2 ：2 3 - 2 7 9 h o n g y u ez h u ，h u iz a n g ，m u k h e r j e eb an o v e lg e n e r i cg r a p hm o d e lf o r t r a f f i cg r o o m i n gi nh e t e r o g e n e o u sw d mm e s hn e t w o r k s j n e t w o r k i n g ， i e e