（光学工程专业论文）可重构光网络的性能监控.pdf

柯i 邮i u 人学颂l j 叭允生学位论殳 摘篮 摘要 快速增长的互联网业务对光网络提出了越来越高的要求，同时也促进了光网络的发 展。对于具有不确定性和不可预知性的l p 业务流，需要构建一种自动地、动态地分配带宽 资源，适应以数据业务为主导的可重构光网络。对可重构光网络的管理特别是性能管理是 非常重要的。 实现光性能监控的技术有很多种，包括光谱分析法、直方图法、副载波复用法、q 因 子法等。本文研究基于异步抽样的平均q 因子光性能监测技术。该技术具有无需时钟恢复 和解开帧结构，可以适用于各种信号格式和速率的数字信号，易于实现、成本效益高，对 实际光网络的维护和测试有重要的意义。以往的研究主要集中于运用异步眼图来估算误码 率，探讨抽样脉冲宽度对平均q 值的影响以及关联的抽样点对测试结果的影响，仅能应川 于单波长系统中，对多波长系统未作研究。本文研究了抽样点数和抽样间隔对平均q 值的 影响，并应用于d w d m 多波长系统中。 论文首先介绍了国内外在光网络及其管理方面的发展现状。接着探讨了可重构光网络 的结构，o x c 、o a d m 和e d f a 的特点、结构以及对它们的管理和性能监测。接下来本 论文总结了光信号在传输过程中受到的损害，介绍了光性能监测( o p m ) 技术和光通道需 监测的性能参数，列举了几种常用的性能监控技术。然后，本论文在前人对异步抽样监控 方法的基础上，提出了一种新的异步抽样方案，克服了以前方案不适用于多波长系统的缺 点，建立了数学模型，并进行了大量的计算机仿真。重点讨论了抽样点数和抽样问隔对平 均q 值测试的影响，研究了平均q 值和系统实际q 值的关系，还得出多波长系统对抽样 点数和抽样间隔的要求，为该方法应用于多波长光网络中奠定了基础。最后，本论文对所 做的研究工作进行了总结，对进一步的后续研究工作和想法进行了展望。 关键词：可重构光网络，网络管理，光性能监控，异步抽样，平均q 因子 l 柯糸i i o 乜人二f i 页i 砂f 究7 i i f t 沦文 b s - r r 人c 。j a b s t r a c t f a s t g r o w i n gi n t e m e tb u s i n e s sm a k e si n c r e a s i n gd e m a n da n dp r o m o t e st h ed e v e l o p m e n to f o p t i c a ln e t w o r k s t h eu n c e r t a i n t ya n du n p r e d i c t a b l en a t u r eo fi pd a t ar e q u i r et ob u i l da n a u t o m a t i ca l l o c a t i o no fb a n d w i d t hr e s o u r c e si no r d e rt oa d a p tt od a t a d r i v e nr e c o n f i g u r a b l e o p t i c a ln e t w o r k s i ti si m p o r t a n tt ob u i l dt h em a n a g e m e n to fr e c o n f i g u r a b l eo p t i c a ln e t w o r k p a r t i c u l a ri np e r f o r m a n c em o n i t o r i n g t h e r ew e r em a n yt e c h n i q u e sf o ro p m t h ep a p e rr e s e a r c h e st h eo p t i c a lp e r f o r m a n c e m o n i t o r i n gt e c h n o l o g yw h i c hb a s e do nt h ea v e r a g eq f a c t o ro ft h ea s y n c h r o n o u ss a m p l i n g t h e t e c h n o l o g yh a sn on e e do fc l o c kr e c o v e r ya n df r a m es t r u c t u r e i tc a nb ea p p l i e dt oav a r i e t yo f s i g n a lf o r m a t s i th a si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c et ot h ea c t u a lo p t i c a ln e t w o r k sm a i n t e n a n c ea n d t e s t i n g p r e v i o u ss t u d i e sf o c u s e do nt h eu s eo fa s y n c h r o n o u se y ed i a g r a mt oe s t i m a t et h ee r r o r r a t e ，e x p l o r et h es a m p l i n gp u l s ew i d t ho nt h ea v e r a g eq v a l u ea n dt h ei m p a c to fa s s o c i a t e d s a m p l i n gp o i n t so nt h et e s tr e s u l t s ，a l s of o c u s e do ns i n g l e w a v e l e n g t hs y s t e ma n dd i d n tc o n d u c t a ni n d e p t hr e s e a r c hf o rm u l t i - w a v e l e n g t hs y s t e m t h ep a p e rr e s e a r c h e st h ei m p a c to ft h e s a m p l i n gp o i n t sa n ds a m p l i n gi n t e r v a l ，a n da p p l i e st ot h em u l t i w a v e l e n g t hd w d ms y s t e m f i r s t l y , t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to ft h eo p t i c a ln e t w o r ka th o m ea n da b r o a d t h e ni te x p l o r e st h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dt h es t r u c t u r eo fo x c ，o a d ma n de d f a ，a sw e l la st h e i r m a n a g e m e n ta n dp e r f o r m a n e em o n i t o r i n gi nt h er e c o n f i g u r a b l eo p t i c a ln e t w o r k n e x t ，t h ep a p e r s u m m a r i z e st h e d a m a g eo fo p t i c a ls i g n a ld u r i n gt r a n s m i s s i o n i t i n t r o d u c e st h e o p t i c a l p e r f o r m a n c ep a r a m e t e r sw h i c hr e q u i r ea n dl i s t ss o m ec o m m o n l y u s e dp e r f o r m a n c em o n i t o r i n g t e c h n o l o g i e s t h ep a p e rp r o p o s e san e wa s y n c h r o n o u ss a m p l i n gp r o g r a mb a s e do nt h ep r e v i o u s s t u d i e s i to v e r c o m e st h e d i s a d v a n t a g eo fp r e v i o u sp r o g r a mw h i c hd i d n ta p p l yt o t h e m u l t i w a v e l e n g t hs y s t e m i ts e t su pm a t h e m a t i c a lm o d e l sa n dm a k e sal a r g en u m b e ro f s i m u l a t i o n s i tf o c u s e so nt h ei m p a c to fs a m p l i n gp o i n t sa n ds a m p l i n gi n t e r v a lo nt h ea v e r a g eq v a l u e ，a n dg e t st h er e l a t i o nb e t w e e nt h ea v e r a g eqv a l u ea n dt h ea c t u a lqv a l u e i ta l s oo b t a i n s t h er e q u i r e m e n t so ft h es a m p l i n gp o i n t sa n ds a m p l i n gi n t e r v a lf o rt h em u l t i w a v e l e n g t ho p t i c a l n e t w o r k f i n a l l y ，t h ep a p e rh a sd o n es o m er e s e a r c hw o r k sa n di d e a si nt h ef u t u r e k e yw o r d s ：r e c o n f i g u r a b l eo p t i c a ln e t w o r k s ，n e t w o r km a n a g e m e n t ，o p t i c a lp e r f o r m a n c e m o n i t o r i n g ，a s y n c h r o n o u ss a m p l i n g ，a v e r a g eq f a c t o r i l 南京邮电大学学位论文原创性声明 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 f l , g 石j f 究成果。尽我所知，除了文中特另t l d f l 以标注和致谢的地方外，论文中彳包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也刁i 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：囤趔。眺 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、国家图书馆有权保帑本人所送 交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论 文。本文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。 研究生签名：蜜叵毽笠导师签名：运边u 期： 订j ：! 由f i 乜人0 顺l j 研究7 i i 。f 一沦文第章绍沦 第一章绪论 i i 光网络的现状及发展趋势 随着网络化时代的到来，人们刘信息的需求与日俱增。全球范围内i p 业务突飞猛进的 发展，在给传统电信业务带来巨大冲击和挑战的同时，也为电信网的发展提供了新的机遇。 从当前信息技术发展的潮流来看，数据化、宽带化、综合化已成趋势，传输与交换的融合， 电路交换向分组交换演进，网络向更加宽带化、智能化、集成化、兼容性、灵活性和高可 靠性的方向发展已成必然【i 】。 近十年来，随着网络的不断演进和巨大的信息传输需求，对光纤通信提出了更高的要 求，同时也促进了光纤通信技术的发展。仅以波分复用技术( w d m ) f f 0 ，由于w d m 具百 大容量、透明性、可重构性、易扩容性等优异性能，近年来得到了极大的重视和飞速的发 展，其相关的光器件、光系统、光网络等方面的发展代表了光通信技术的发展方向，已成 为国际和国内在光纤通信领域内的研究重点和应用热点，以美国、欧洲、日本为代表的许 多发达国家和地区对此投入了大量的人力、物力并分阶段、有步骤地进行研究，现在己经 取得了很大的进展和成就。在国内，光纤通信技术也得到了长足的发展。我国通过“十五” 科技攻关和“8 6 3 ”项目的支持，已经攻克了4 0 g b i t s 的关键技术，在国际上首次实现了 4 0 g b i t s s d h 在g 6 5 2 或g 6 5 5 光纤上传送5 6 0 公里、8 0 x 4 0 g b i t s 信号传送8 0 0 公里，并 成功在上海到杭州的光缆线路上建成8 0 4 0 g b i t s d w d m 系统，从2 0 0 5 年至今，运行良好。 中国电信于2 0 0 7 年9 月，在南京到杭州的线路上成功地进行了4 0 g b i t s 的传输试验。这是 我国第三次4 0 g b i t s 传输，第一次试验是2 0 0 4 年c e r n e t 在北京至天津之间进行的 4 0 g b i t s 传输，第二次试验则是上述上海到杭州之间的8 0 4 0 g b i t s d w d m 系统。试验本 身除了验证4 0 g b i t s 技术的成熟度之外，更是显示了运营商对提高传输容量的需求。另外， 随着以人网的速率从万兆向4 0 g b i t s 和1 0 0 g b i t s 的发展，4 0 g b i t s 的应用甚至更高的速率 将是难以阻挡的潮流，我国光通信技术的发展也一定会顺应这一需要【2 1 。 基于波分复用的全光通信网比传统的电信网具有更大的通信容量，具备以往通信网和 现行光通信系统所不具备的优点：全光网结构简单，端到端采用透明光通路连接，沿途没 有光电转换与存储，网中许多光器件都是无源的，便于维护、可靠性高；网络中使用o x c 、 o a d m 加入新的网络节点时，不影向原有的网络结构和设备，从而降低成本。当用户通信 量增加或网络出现故障时，可以改变o x c 的连接方式，对网络进行重构；全光网以波长 l 向小咖：l 乜人0 ：坝巧i 了e 个0 ：f 口i 仑文第草绢沦 选择路由，对传输码率、数据恪式及调制方式均具有透明性，可提供多种协议业务，彳i 受 限制地提供端到端业务：w d m 全光网采用波分复用技术，充分挖掘光纤带宽潜力，。增大 传输容量，1 7 与现有的通信i 捌有良好的兼容性。 对于全光网络的发展来说，目前还存在一些技术挑战，如光州络的网络管理、网络的 互连和互操作、光性能的监视和测试等。 网络管理：除了基本的功能外，核心光例络的刚络管理应包括光层波长路由管理、 端到端性能监控、保护与恢复、疏导和资源分配策略管理。 互连和互操作：i t u 和光互连网论坛( o f i ) i t ：致力于互操作和互连的研究，已取得 了一些进展。i t u 的研究集中在开发光层内实现互操作的标准。o f i 则更多的关 注光层和网络其他层之间的互操作，集中进行客户层和光层之间接口定义的开发。 光性能监视和测试：需要对光层的所有子层进行性能监视。目前光层的性能监视 和性能管理大部分还没有标准定义，但正在迅速开发之中。 全光刚是通信刚发展的目标，分两个阶段完成。第一个阶段为全光传送恻，即在点对 点光纤传输系统中，全程不需要任何光电转换。长距离传输完全靠光波沿光纤传播，称为 发端与收端间点对点全光传输。第二个阶段为完整的全光网。在完成上述用户间全程光传 送例后，有不少的信号处理、储存、交换以及多路复用分用、进网出网等功能都要由光 子技术完成。完成端到端的光传输、交换和处理等功能，这是全光网发展的第二阶段，即 完整的全光网【3 。 全光通信正以其不可比拟的优势向前推进。今后将最终实现光联网，实现光联网的基 本目的是：实现超大容量光例络：实现网络扩展性，允许网络的节点数和业务量的4 、= 断增 长；实现网络可重构性，达到灵活重组网络的目的；实现网络的透明性，允许互连任何系 统和小同制式的信号，实现快速网络恢复【4 1 。 从上述涉及光纤通信的发展现状与趋势来看，完全有理由认为光纤通信进入了又一次 蓬勃发展的新高潮。而这一次发展高潮涉及的范围更广，技术更新更难，影响力和影响面 也更宽，势必对整个电信网和信息业产生更加深远的影响。它的演变和发展结果将在很大 程度上决定电信例和信息业的未来大格局，也将对本世纪的社会经济发展产生巨大影响。 1 2 光网络管理的发展及特点 能否对网络实施有效地控制和管理是所有网络运营者十分关注的问题。由于通信发展 的迫切要求，全光传送网的概念一经提出即成为光纤通信领域研究的热点。尽管已经有大 由! 邮i 乜人学硕一l i g f 充个中化沦文第审绍沦 容量的波分复用传输设备和光交叉连接设备面世，光通路的连接依然是以人工方式配置。 这种方式效率低、操作复杂、容易发生错误，严重制约了网络的灵活性、可靠性和可扩展 性。因此全光l 叫的管理方案也为未来电信i 列的管理提出了新的课题。由于目前对光例络的 管理系统的研究也还是处于起步阶段，远还没有达到成熟和标准化的程度。目前的光网络 管理系统大都是借鉴电信网络的管理系统【5 】，而日由于光网络就是存现在的电信网络上发 展起来的，如今的电信传送网在今后段时间内仍将是光网络的最大用户，因此今后光网 络管理系统仍然与电信网络管理系统有着千丝万缕的关系。目前在电信网中，一种独立于 通信网络而专职进行网络管理的电信管理列t m n ( t e l e c o m m u n i c a t i o nm a n a g e m e n tn e t w o r k ) 正在迅速兴起【6 。 首先，对电信管理网( t m n ) 做一个简要说明。电信管理刚( t m n ) 是实现电信网管 理功能的一个支撑网。t m n 在概念上是一个独立于被管理对象的网络，它具有包括一系列 标准接口( 协议和消息规定等) 的统一的体系结构，使得各 a e s i , 同类型的操作系统( 蹦管 系统) 能够与电信设备互连，从而实现电信网的自动化和标准化的运行、维护和管理 ( o a & m ) 。t m n 提供大量的各种管理功能，可以提高电信刚的运行效率和可靠性，降低 o a & m 成本，促进网络及业务的发展。另外，t m n 采用开放系统互连( o s i ) 系统的管理 概念和工具，所以t m n 可以看作是应用o s i 概念来进行电信服务和电信刚管理的刚络。 目前，对全光网的上层管理的研究，特别是对整个大传输刚的管理，不同传输介质网 络之问的管理还很不成熟。贝尔实验室中国基础科学研究院( b l r c ) 研发的o n m p ( o p t i c a l n e m o r km a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 在国内光网络管理领域走到了前列。o n m p 光网管理协议 系统以朗讯新一代的全光交换机w a v e s t a rl a m b d ar o u t e r 为硬件平台。它包含了一系列管 理控制功能，如保护及恢复，故障管理等。 目前，全光网的管理内容和技术正处于一个发展阶段，还没有形成统一的国际标准。 t m n 提供一整套完善的、通用的删络管理系统规划与设计的概念和标准，代表了现代刚络 管理发展的潮流和趋势。而全光网是下一代的传送网方案，是一个能够支持未来各种电信 传送业务的透明平台。所以为了与已有的电信例以及s d h a t m 管理恻兼容，光传送刚的 管理也要遵循t m n 的设计原则。 但是基于网络分层原理，全光网的传送功能结构又可以细分为光信道层、光复用段层 和光传输段层。因此，全光网的管理刁i 仅包括对光传送网络层的整体管理，还包括对每一 子层的管理。和s d h a t m 管理嘲相比，全光例的管理应当属于1 同层次的管理。基于全 光网自身的特点，它对网络管理提出了一些特殊要求： 由于全光网中客户信号的传送、复用、选路、监视等处理功能都是在光域上进行， 。 3 由i 瑚k 电人学 面上研究 1 - t f 讧沦文第审绪沦 因此全光刚的管理方式必须适应光层管理的特点和要求： 存全光例中引入了一些4 同于s d h a t m 的管理实体，如对光交叉连接( o x c ) 和光分插复用( o a d m ) 设备的管理； 全光网的个重要优点就是它的协议透明性，即在单一的物理架构中可以同时存 在多种形式的协议流。因此，全光例的管理4 、= 依赖于s d h 或a t m 等具体的传送 协议，需要有自己独立的管理信息结构和开销方案： 全光网的最终目标是实现可以支持各种传送业务的统一的光平台，因此全光嗍的 管理需要考虑与现有的s d h a t m 传送网管理的配合问题1 7 1 。 1 3 有关课题的国内j l - 研究现状 光网络的性能监控是近几年来非常热门的研究领域，可重构光网络及其性能管理 一_ ： 究已经取得了较大的进展，国内外有很多专家和科研机构从事这方面的研究。光网络的性 能监控的方法有很多，除了本论文研究的q 因子评估法外，还有光谱分析法、异频或副载 波复用监测法、偏振分光法等常用的o s n r 监测技术。在眼图成为观察波形失真、噪声水 平和信号质量的首选工具的同时，国内外有很多基于眼图的不同抽样方法，来实现光性能 监控。有的通过眼图抽样，得出信号的标准差和平均功率值，直接得出q 值，此方法需要 时钟定时提取，实现过程较复杂【8 】；有的运用异步眼图抽样法，监控光信道中的归零码和 不归零码的性能参数。主要是光信道的色散，测量的参数比较单一，不能完全反映信道质 量 9 1 ；还有的依据q 值和误码率的对应关系，提出一种在线检测光信号q 值的方案，并基 于数字信号处理芯片技术设计了检测模块，实现信号在线q 值监测，此方法的判决电甲不 易确定，而且当噪声i 幅度较大时，误差也大【lo 】；利用同步眼图方法用于计算平均q 值，这 种方法在抽样时需要时钟提取来同步，既复杂，成本又高，而且这种方法比特率不透明j ； 也有使用异步眼图抽样方法，讨论了抽样脉冲宽度对测试结果的影响，不需要时钟恢复、 比特率透明、成本低【1 2 】，但仅用于了单波长系统，对多波长系统未做研究。 以上有些方法虽然讨论了异步抽样法对多波长系统的监测，但对其测试结果和实际系 麓之间的关系均未做深入的研究。本文就是在总结前人研究的基础上，提出了一种新的监 控方法。这种方法简单容易实现，成本较低，不需要时钟定时提取，比特率透明。通过计 算机仿真，证实方法可行。 4 出丘i 山| ；电人。t 顺l 研究7 i - 。f f 讧沦- ；c 第一章绪沦 1 4 论文的研究内容和安排 光纤以其巨大的传输带宽，抗电磁干扰特性和良好的保密性，已经成为骨干传输网中 首选的物理介质，而w d m 技术的广泛使用，更使得光纤近乎无限的传输能力得到充分地 开发和利用。另一方面，数据业务已经开始逐步取代电话语音业务，成为推动i t 业发展的 最主要的动力，而其中i p 业务所占的比重最大。在w d m 网络中，对于具有不确定性和不 可预知性的i p 业务流来说，w d m 网络能否快速高效地动态分配回收带宽资源，构建种 自动地、动态地分配带宽资源，适应以数据业务为主导的可重构光网络；w d m 网络节点 能否很好地处理电话、电视以及数据传输等多种类型网络应用的数据流；如何把光传输链 路中不可避免的串扰、偏振模色散以及各种非线性效应所引起的传输损伤的影响考虑进来 等，都是需要认真考虑和深入研究的问题。 对光网络进行有效的管理成为解决以上问题的最好方式。关于实现光性能监测的技术 有很多种，包括光谱分析法、直方图泫、q 因子法、副载波复用法等。本文在介绍其他方 法的同时，主要研究基于异步眼图抽样的下均q 因子光性能监测技术。该技术相对于其他 技术具有易于实现、成本效益高、能实现多种参数监测等优点，而且非常适合在光网络节 点( o x c 、o a d m ) 处采用。 虽然通过同步眼图抽样法可以实现多种光性能参数的监测，眼图张开度、q 值和误码 率等参数，但是异步眼图抽样技术需要时钟同步、比特率不透明、实现过程复杂、成本较 高。异步抽样和同步抽样获得的信号幅度直方图的区别在于高电平和低电平之间的那些抽 样点数。在高电平和低电平之间的交叉区域，同步抽样直方图基本没有计数，而异步抽样 直方图有相应的计数。实际上，异步抽样的幅度直方图对色散、偏振模色散、o s n r 等都 有相当的敏感度，可以用来评估光信号的质量。为此本文提出了一种新的监控方法，即在 不需要时钟定时提取的条件下，通过异步眼图抽样法，利用计算机仿真，计算并得出甲均 q 值。通过比较平均q 值和实际q 值的关系，确定信号的优劣，可以快速监测系统的性能。 同时，讨论了该方法用于多波长系统后，抽样间隔和测试结果之间的关系，进而实现有效 监测多波长光网络的作用。这种方法比特率透明，结构简单，容易实现。 本论文的安排如下： 第一章绪论部分，是全文的概要综述。主要介绍了光网络的现状及发展趋势，现代光 列络管理的发展及特点，以及有关课题的国内外研究现状，最后对本论文的研究内容和安 排做了简要的介绍。 第二章可重构光网络的管理。首先介绍了电信网管t m n 思想，接着对网络管理的摹 s i 旬糸删：t 乜人t 顺l 研究7 i - o f 讧论文菊，带绪论 本功能和例络管理的体系结构做了探讨，最后对可重构光刚络的结构，网元o x c 、o a d m 和e d f a 的特点、节点结构以及对三者的管理和性台量i g l 1 汝1 1 铜1 7 , “做了介绍。 第三章光性能监测( o p m ) 技术。对光性能监测技术的发展、种类进行了综述。首先 列举了光信弓存网络中传输时所受到的各种损伤，接着给出了o p m 的定义和发展过程， 然后阐述了o p m 的分层结构以及实施o p m 的刁 同途径，接着列举了需要监测的光性能参 数，最后对o p m 的几种方法进行了分类讨论，并对比分析了基于q 因子的异步眼图抽样 的光性能监测技术的优势。 第四章基于q 因子的异步眼图抽样技术。提出了一种新的彳、= 需要时钟定时提取的异步 眼图抽样法。首先简单介绍基于同步眼图和异步眼图两种彳 同的平均q 因子的定义，以及 q 因子测量的优点。然后介绍了此方法的系统结构和仿真实现过程。最后重点对仿真结果 进行分析，证明了此方法的可行性i 第五章论文总结及进一步的工作。首先对所做的研究工作进行总结，然后对进一步“j 后续研究工作和想法进行展望。 1 5 本章小结 本章是论文的绪论部分，对论文的选题背景和内容进行了简要介绍，对本课题领域的 国内外研究情况进行了简单综述，在此基础上提出了本论文研究内容，并对论文的安排进 行了简单介绍。 参考文献 【l 】纪越峰光纤通信技术的发展战略与实施策略【j 铁道通信信号，2 0 0 3 ，5 ( 4 ) ：1 4 【2 】张成云，何振江，徐慧梁，石尔光通信技术的发展和趋势 j 】激光与光电子学进 展，2 0 0 4 ，41 ( 3 ) ：2 6 2 9 【3 】韦乐平光通信技术的发展趋势 j 】数据通信，2 0 0 3 ，1 0 ( 7 ) ：2 8 【4 】何登甲，曹型兵，方建国全光网的关键技术 j 】数据通信，2 0 0 3 ，1 2 ( 3 ) ：11 1 3 【5 】李兴明s d h 网络管理及其应用【m 】北京：人民邮电出版社，1 9 9 9 【6 】d a v a k a r ak u d u p a t m nt e l e c o m m u n i c a t i o n sm a n a g e m e n tn e t w o r k s m m c g r a w h i l l 1 9 9 9 7 】任健光网络中网元管理的分析与设计清华大学硕士学位论文【d ，2 0 0 4 ：1 4 1 5 8 】s h o k oo h t e r ua n dn o b o r ut a k a c h i o o p t i c a ls i g n a lq u a l i t ym o n i t o ru s i n gd i r e c tq f a c t o r 6 南京i i i l “l j , 人学倾l ：倒f 究：e 学位论文第一带绪论 m e a s u r e m e n t j p h o t o n i c st e c h n o l o g yl e t t e r s ，1 9 9 9 ，1 l ( 1 0 ) ：1 3 0 7 1 3 0 9 【9 】i s h a k ea n dh t a k a r a c h r o m a t i cd i s p e r s i o nd e p e n d e n c eo fa s y n c h r o n o u sa m p l i t u d e h i s t o g r a me v a l u a t i o no fn r zs i g n a l j l i g h t w a v et e c h n o l ，2 0 0 3 ，2 0 ( 10 ) ：2l5 4 2l61 【1 0 】唐勇，孙小菡，张明德，丁东w d m 系统中改进的q 值在线检测方法【j 】东南大学学报( 自 然科学版) ，2 0 0 2 ，3 2 ( 2 ) ：18 】18 4 【1 l 】1 s h a k e ，h t a k a r aa n ds k a w a n i s h i s i m p l eq - f a c t o rm o n i t o rf o rb e re s t i m a t i o nu s i n g o p e n e de y ed i a g r a m sc a p t u r e db yh i g h s p e e da s y n c h r o n o u se l e c t r o o p t i c a ls a m p l i n g 【j 】i e e e p h o t o n i c st e c h n o l o g yl e t t e r s ，2 0 0 3 ，15 ( 1 ) ：6 2 0 - 6 2 2 【12 】z h i h o n gl i ，c h a ol u ，y id o n g ，e ta 1 a s y n c h r o n o u ss a m p l i n gf o rq f a t o re s t i m a t i o nu s i n g s a m p l i n gp u l s ew i t hw i d ep u l s ew i d t h j p h o t o n i c st e c h n o l o g yl e t t e r s ，2 0 0 3 ，15 ( 12 ) ：17 4 9 17 51 7 由丘岫i ；电人。顾l 研究乍。化沦支旃。i 章叫。咀阳九h 脊的竹州 第二章可重构光网络的管理 网络管理是指对网络的运行状态进行监测和控制，使其能够有效、可靠、安全、经济 地提供服务。删络管理包含两个任务：一是对网络的运行状态进行监测；二是对网络的运 行状态进行控制。通过监测可以了解当前状态是r 台正常，是台存在瓶颈和潜在的危机。通 过控制可以对网络状态进行合理调节或配置，提高性能，保证服务【l 】。本章对电信删管t m n 思想，列络管理的五大功能，以及测络管理的体系结构进行了分析和介绍，最后根据可重 构光网络的特点，讨论了对其监摔的技术。 2 i 电信网管t m n 电信管理网( t m n ) 是实现电信网管理功能的一个支撑网。t m n 在概念上是一个独 立于被管理对象的网络，它是包括一系列标准接口( 协议和消息规定等) 的统一的体系结 构，使得各种刁、= 同类型的操作系统能够与电信设备互连，从而实现电信删的自动化和标准 化的运行、维护和管理。t m n 提供了大量的管理功能，可以提高电信例的运行效率和可靠 性，降低维护和管理的成本，促进例络及业务的发展。 t m n 采用开放系统互联( o s i ) 的管理概念和工具，以面向对象的方法实现系统的内 部功能。图2 1 所示的是t m n 参考模型副2 1 。 图2 1t m n 参考模型 按照i t u t 的规范，t m n 的层次结构在纵向上分为五层：删元层( n e t w o r ke l e m e n t ) 、 删元管理层( e l e m e n tm a n a g e m e n ts y s t e m ) 、蚓络管理层( n e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m ) 、 8 ! ! ! ! 坚! 皇叁二i 三堡生堕壅：笠i 三! 兰堡兰 至二兰型生! ：! ：! 些! ：! ：! ! 塑笪型 服务管理层( s e r v i c em a n a g e m e n ts y s t e m ) 和业务管理层( b u s i n e s sm a n a g e m e n ts y s t e m ) 。 同时，t m n 的管理功能分为性能管理、故障管理、配置管理、计费管理和安全管理五大类。 这五大功能与纵向的层次在两个维度上综合形成t m n 系统的框架。存t m n 每一层都有相 应的信息模型描述相应的管理功能，各层可以相对独立扩充功能，最终支持业务逻辑的开 展和企业效益的最大化。一个t m n 系统的整体功能是各层功能的乘积，新设备、新服务 的发展使得整体的功能也按照类似于“摩尔定律”的方式扩充，从而彳、= 断满足网络运营和 客户的需要。经过长期的实践和各个厂商设备、各种技术发展的融合，该体系在迅速发展 的电信领域一直占据网管的主流地位。 虽然i p 网络对于电信网络有诸多不同，但是，从服务和效益的角度来看，新设备和新 技术的引入仍然应该服务于运营商的商业策略，利润最大化和增强服务的核心崽想刁会改 变，网络支撑系统所涉及的管理领域和运营商的营运流程密不可分，对用户提供类似q o s 的服务必然涉及管理层的风险分析，服务管理中对客户合同的管理，而删络管理中也必须 进行整个网络范围内的核查和策略制定，设备实施时也必然是一个端到端的操作。由于 t m n 体系和运营商的营运过程天然的联系，基于t m n 的i p 业务支撑系统对于新设备、 新业务的引入具有天然的适应性【3 】。 2 2 网络管理的功能 i s o 在i s 0 i e c 7 4 9 8 4 文档中定义了网络管理的5 大功能，并被广泛接受。这五大功 能分别是：故障( f a u l t ) 管理、配置( c o n f i g u r a t i o n ) 管理、计费( a c c o u t i n g ) 管理、性 能( p e r f o r m a n c e ) 管理、安全( s e c u r i t y ) 管理。 2 2 1 故障管理 故障管理负责对设备以及子网运行中的故障进行检测，并给出告警指示。故障管理要 能够对传输系统进行故障诊断、故障定位、故障隔离、故障校正以及路径测试功能。故障 管理的过程是：检测故障信号_ 收集故障信号一识别故障信号_ 故障定位一告警1 4 1 。故障 管理应包括： 故障检测：维护和检查差错日志；接收故障报告。 故障诊断：寻找故障发生的原因，可执行诊断测试，以寻找故障发生的准确位置。 故障纠正：将故障点从正常系统中隔离出去，并根据故障原因进行修复。 9 由永邮l 乜人? 倾j ：t i j f 充7 i - 。t 化论文 第_ 章i j 巫向比h 络的竹州 2 2 2 配置管理 配置管理负责网络的建立、业务的展开以及配置数据的维护。配置管理具有初始化网 络和配置网络的功能，以使其提供网络服务。配置管理是一组辨别、定义、控制和监视组 成一个通信网络的对象所必要的相关功能，目的是为了实现某个特定功能或使网络性能达 到最优。 配置管理是一个中长期的活动。它要管理的是网络增容、设备更新、新技术的应用、 新业务的开通、新用户的加入、业务的撤销、用户的迁移等原因所导致的网络配置的变更。 网络规划与配置管理关系密切，在实施网络规划的过程中，配置管理发挥最主要的管理作 用。配置管理包括： 设置开放系统中有关路由操作的参数。 o 被管刘象和被管对象组名字的管理。 初始化或关闭被管对象。 根据要求收集系统当前状态的有关信息。 获取系统重要变化的信息。 更改系统的配置。 2 2 3 性能管理 性能管理的主要作用是收集网络、网元的通信效益和通信设备的主要数据，进行监视 和控制，分析、评估性能和服务水平。其主要任务是实行性能监视( 包括业务量监视和性 能监视) 、性能控制( 主要是业务量控制和管理) 和性能分析【4 】。 性能管理所要求的监测的参数在很大程度上依赖于网络中所提供的连接的类型。对透 明的全光例，它提供光路，这里性能主要指带宽和误码比特率，带宽仅指波长的宽度，不 是一个主要监测的参数。对透明的全光网，在协议和比特率上无先验的知识可循，因此， 就不可能存传输数据中获得开销比特用于性能管理。这就使得监测误码率变得很困难。然 而，可以监测与传输相关的参数，包括：光功率等级、光信噪比o s n r 、湿度，以及各种 存收发器中出现的各种电子学参数。通过这些参数，网络管理系统可以提供给用户一个误 码率性能以得到保证的性能。 性能管理同样包括要确保刚络用户遵循网络管理者对用户的一些要求。例如：输入信 号的波长及功率等级。另外就是监测用户实际使用的业务类型。再有一个透明性相关的问 l o ! 塑! 塑! ! ! 坚叁：i 三! ! ：! 堕壅：i 三竺! ! 奎 至：望坐：垦塑些型鳌! ! 笪! ! 题是各性能参数的i 浏值的确定，即当性能参数大于该阂值时，就触发报警信号。另外，既 然传输信号彳 存中间节点终结，但一个波长出现故障时，所有该光路上的下游节点都会触 发报警信弓，这会导致因单个鼓掌而产生许多报警信号，从而给判定故障的原因和来源带 来困难。这在常规恻络中是彳i 成问题的，因每个中间节点会中继信号，所以报警信号可由 发生故障的紧邻下游节点来产生。 存性能管理中另外一个吸引人的功能是跟踪被监测光信号的起源。这可通过每个光信 号增加一个导频信号来实现，在这些导频信号中包含有诸如源信号的地址。其他的与嘲络 相关的参数还包括可用波长的状态 5 1 。 网络服务质量和删络运营效率有时是互相制约的。较高的服务质量通常需要较多的删 络资源( 带宽、c p u 利用率等) ，因此在制定目标时要存服务质量和运营效率之间进行权 衡。在网络服务质量必须优先保证的场合，就要适当降低网络的运营效率指标；相反，在 强调删络运营效率的场合，就要适当降低服务质量指标。但在一般的性能管理中，维护服 务质量是第一位。 性能管理评估系统资源的运行状况及通信效率等系统性能。其功能包括监视和分析被 管删络及其所提供服务的性能机制。性能分析的结果可能会触发某个诊断测试过程或重新 配置网络以维持网络的性能。性能管理收集分析有关被管网络当前状况的数据信息，并维 持和分析性能u 志。 性能管理的一些典型功能包括 4 1 ： 性能数据采集：性能数据的采集为性能的分析提供依据，由网元中的代理对性能 参数进行数据采集，管理者定时向网元中的代理发采集性能的命令。 性能门限的设置：管理者可以设置网元设备的各项性能参数门限值，一旦设定的 性能参数门限被突破，网元中的代理将自动产生超门限事件报告给管理者，管理 者收到后存用户界面上进行表示。 性能数据屏蔽：管理者可以设置对例元的某些性能参数4 检测。 性能查询：用户可以根据时间标记、刚元、单板、性能类别等条件进行组合查询 当前和历史的性能数据。 性能数据统计分析：用户能根据组合条件对性能数据进行统计分析，统计结果以 报表、直方图等多种形式表示。 i 钉永邮i 乜人。仰i i ：i i j f 究7 i 。f 讧沦文 菊一：。孥川巫内尤i - j ；扦的毹：i 甲 2 2 4 安全管理 安全管理采用信息安全措施保护网络中的系统、数据以及业务。安全管理与其他管理 功能有着密切的关系。安全管理要调用配置管理中的系统服务刘网络中的安全设施进行控 制和维护。当网络发现有安全方面的故障时，要向故障管理通报安全故障事件以便进行故 障诊断和恢复。安全管理功能还要接收计费管理发来的与访问权限有关的计费数据和访问 事件通报。 网络中主要有以下几方面的安全问题【6 】： 网络数据的私有性( 保护网络数据不被侵入者非法获取) 。 授权( 防止侵入者在网络上发布错误信息) 。 访问控制( 控制对网络资源的访问) 。 柑应地，网络安全管理包括对授权机制、访i 、口j 机制、加密和加密关键字的管理，另外 还要维护和检查安全日志，包括： 创建、删除、控制安全服务和机制。 与安全相关信息的发布。 与安全相关事件的报告。 2 2 5 计费管理 计费管理记录嘲络资源的使用，目的是控制和监测网络操作的费用