（通信与信息系统专业论文）基于gmpls的智能光网络恢复协议与算法研究.pdf

at h e s i sf o rt h ed e g r e eo fm a s t e ri nt e l e c o m m u n i c a t i o n sa n di n f o r m a t i o n s y s t e m s r e s e a r c ho nr e s o r a t i o np r o t o c o la n da l g o r i t h m o f i n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r k b a s e do n g m p l s b yl i a n gy u s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rd u l i n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j a n u a r y2 0 0 8 ? l i 7 l 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 ：正 恧 学位论文作者签名：瀑穿 日 期：2 叫辱l 汨；。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即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，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学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、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名：橐号 导师签名： 签字日期：签字日期： l 一 一 1 东北大学硕士学位论文摘要 基于g m p l s 的智能光网络，恢复协议与算法研究 摘要 智能光网络是下一代光网络的发展趋势，而自动交换光网络( a s o n ) 贝i j 是智能光网 络的典型代表。随着传送网络技术的发展，网络的生存性已成为智能光网络设计和运行 维护过程中特别需要关注的重点问题，而高效灵活的保护与恢复机制是新一代网络必须 具备的重要特征，提供快速的故障恢复成为a s o n 的核心功能需求和关键优势所在。 a s o n 为业务传送提供了一个灵活高效的通用传送平面，能够满足业务量和业务特性的 需求，同时，也为增强相关的网络性能创造了条件，其中网络的生存性就是其中的一个 方面，正是依靠基于g m p l s 控制平面的网络动态提供能力，a s o n 可以实现网络故障 的快速恢复，从而提升网络的生存性能。 保护和恢复是实现网络生存性的两种机制。与保护机制相比，恢复机制有着更好的 资源利用率，但恢复时间相对较长。为此，可以通过采用a s o n 生存性机制中的预计算 方式，即在故障发生前计算恢复路径，在故障发生后实际配置光交叉连接( o x c ) 和进行 波长分配的方式缩短故障恢复时间。本文给出了一种多节点启动恢复协议( m i r p ) ，并将 之与传统的源节点启动恢复协议( s i r p ) 进行了仿真比较，数据结果表明m i r p 可以更有 效地缩短恢复时间，同时提高故障恢复概率。 在实际网络中，光纤链路间由于共享了某些相同的物理资源( 如光缆，管道等) 而具 有了故障的关联性，这种特性可以利用共享风险链路组( s r l g ) 来表示。本文提出的恢复 策略是：首先采用有效的分离s r l g 方式( i s r l g ) ，然后利用一种新的基于g m p l s 的 s r l g 分离动态恢复路由算法( r s g a ) 完成故障恢复。本文最后给出了在g l a s s 平台上 进行仿真实验的过程及与最短路径恢复算法s p r 在资源利用率和阻塞率方面的性能比 较结果。 关键词：通用多协议标记交换；自动交换光网络的生存性；恢复算法；共享链路风险组 i i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t r e s e a r c ho nr e s o r a t i o np r o t o c o la n da l g o r i t h mo fi n t e l l i g e n t o p t i c a ln e t w o r k b a s e do ng m p l s a bs t r a c t t h ei n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r k ( i o n ) i st h et r e n do ft h en e x tg e n e r a t i o n o p t i c a l n e t w o r k s m o r e o v e r , 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 ) h a sa t t r a c t e dm a n y r e s e a r c h e r s i n t e r e s t sa sar e p r e s e n t a t i o no fi o n w i t ht h ef u r t h e rd e v e l o p m e n t so ft h e t r a n s p o r tn e t w o r k st e c h n o l o g y , s u r v i v a b i l i t yo fn e t w o r kh a sb e c o m et h ei m p o r t a n ti s s u eo f d e s i g n i n ga n dm a i n t a i n i n gi o n h i g h l ye f f i c i e n ta n df l e x i b l em e c h a n i s mf o rt h ep r o t e c t i o n a n dr e s t o r a t i o ni st h ei m p o r t a n tc h a r a c t e r i s t i cf o rn e x t - g e n e r a t i o nn e t w o r k , a n dt h ef a s t e rf a u l t r e c o v e r yb e c o m e sa s o n c o r ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t sa n dk e ya d v a n t a g e a s o np r o v i d e sa f l e x i b l ea n de f f i c i e n tt r a n s p o r tp l a n ef o rs e r v i c e st om e e tt h es e r v i c e sn e e d sa n do p e r a t i o n a l c h a r a c t e r i s t i c s m e a n w h i l e ，i ta l s oc r e a t e st h ec o n d i t i o n sf o rt h eu p g r a d i n go fr e l e v a n t n e t w o r kp e r f o r m a n c e ，s u c ha st h es u r v i v a b i l i t yo ft h en e t w o r k ，w h i c hr e l i e so nt h ed y n a m i c r e c o v e r yc a p a c i t yo fg m p l s - b a s e dc o n t r o lp l a n e a s o nc a l li m p l e m e n tr a p i dr e c o v e r yo f n e t w o r k sf a i l u r e ，a n du p g r a d et h es u r v i v a b i l i t yo fn e t w o r k p r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o na r e t h et w om e c h a n i s m so ft h ei m p l e m e n t i n gn e t w o r k s u r v i v a b i l i t y c o m p a r e w i t h p r o t e c t i o nm e c h a n i s m ，r e s t o r a t i o nm e c h a n i s m h a sb e t t e r r e s o u r c e su t i l i z a t i o n ，b u ti th a sl o n g e rr e c o v e r yt i m e s o ，w ec a l lu s et h ep r e c o m p u t i n g m e t h o do fa s o ns u r v i v a lm e c h a n i s m ，w h i c hc o m p u t e sr e s t o r a t i o np a t hb e f o r ef a i l u r e ，b u t c o n f i g u r e so p t i c a lc r o s s - c o n n e c t ( o x c ) a n da s s i g n sw a v e l e n g t ha f t e rf a i l u r e t h i sc a ns h o r t e n t h ef a u l tr e c o v e r yt i m e t h i sp a p e rg i v e sm u l t i i n i t i a t i o nr e s t o r a t i o np r o t o c o l ( m i r p ) ，a n d c o m p a r e sw i t h t h et r a d i t i o n a ls o u r c en o d ei n i t i a t i o nr e s t o r a t i o np r o t o c o l ( s i r p ) u s i n g s i m u l a t i o n t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tm i r pc a ne f f e c t i v e l ys h o r t e nt h er e c o v e r yt i m e ， a n du p g r a d et h er e s t o r a t i o np r o b a l i l i t yf r o mf a i l u r e i nt h ea c t u a ln e t w o r k ，d i f f e r e n tf i b e rl i n k sh a v et h er e l a t i o n s h i po fr i s k si ft h e yt r a v e r s e t h es a m ep h y s i c a lr e s o u r c e s ( e g f i b e r , c o n d u i t ，e t c ) t h i sc h a r a c t e r i s t i cc a nb ed e f i n e da s s h a r e dr i s ku i 呔g r o u p s ( s r l g ) t h i sp a p e rp r e s e n t sar e s t o r a t i o ns t r a t e g y ，w h i c hf i r s t l y u s e sa ne f f e c t i v em e t h o d ( i s r l g ) o ff i n d i n gd i s j o i n t p a t hw i t hs r l g ，a n dt h e nu s e san e w 1 1 1 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t d y n a m i cr e s t o r a t i o nr o u t i n ga l g o r i t h mw i t hd i s j o i n t - s r l gb a s e do ng m p l s ( r s g a ) t o f u f i l l r e s t o r a t i o nf r o mf a i l u r e f i n a l l y ，t h i sp a p e rg i v e st h es i m u l a t i o np r o c e s so ng l a s sp l a t f o r m ， a n dt h er e s u l t so fp e r f o r m a n c ec o m p a r i s i o nw i t hs h o r tp a t hr e s t o r a t i o n ( s p r ) o na s p e c to f r e s o u r c eu t i l i z a t i o na n db l o c k i n gr a t i o 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明一1 摘要1 i a b s t ra c t i i l 第一章绪论。1 1 1 课题研究背景及意义1 1 2 相关领域国内外研究现状3 1 3 论文的主要内容及组织结构4 第二章智能光网络的生存性5 2 1 传统光网络的生存性技术5 2 1 1s d h 的保护和恢复5 2 1 2 伽【n 的保护和恢复7 2 2 智能光网络的生存性策略及特点。7 2 2 1 智能光网络的生存性策略8 2 2 2 智能光网络生存性的特点1 l 2 2 3 智能光网络控制平面恢复机制1 3 2 3 本章小结1 4 第三章与生存性相关的g m p l s 控制协议1 5 3 1g m p l sj ! 基论1 5 3 1 1g m p l s 基本概念1 5 3 1 2 通用标签交换路径l s p 。1 6 3 2g m p l s 链路管理1 8 3 2 1 无编号链路。1 8 3 2 2 链路绑定1 8 3 2 3 链路管理协议( l m p ) 1 9 3 3g m p l s 路由协议的扩展 3 3 1 链路本地远端标识符 3 3 2 链路保护类型( u 呵) 2 2 v 东北大学硕士学位论文目录 3 3 3 接口交换能力描述符。2 3 3 3 4 共享风险链路组 3 4g m p l s 信令扩展。2 5 3 5 本章小结。2 6 第四章恢复协议与恢复路由算法研究。2 7 4 1 多节点启动路径恢复2 7 4 1 1 多节点启动路径恢复机f l ；t j ( m i r m ) 2 8 4 1 2 多节点启动路径恢复协议( m i r p ) 。2 9 4 2 基于g m p l s 的s r l g 分离动态恢复路由新算法( r s g a ) 3 1 4 2 1a s o n 中s r l g 分离的必要性3 l 4 2 2a s o n 中一种有效分离s r l g 的方式( i s r l g ) 3 2 4 2 3 基于g m p l s 的s r l g 分离动态恢复路由新算法( r s g a ) 。3 4 4 3 本章小结3 8 第五章仿真实现与性能分析3 9 5 1g l a s s 仿真系统介绍及仿真拓扑3 9 5 1 1g l a s s 仿真系统介绍3 9 5 1 2 仿真拓扑。4 2 5 2 多节点启动路径恢复协议( m i r p ) 实现4 2 5 2 1 性能评价指标4 2 5 2 2 仿真与分析4 2 5 3 基于g m p l s 的s r l g 分离动态恢复路由新算法( r s g a ) 实现4 4 5 3 1r s g a 算法性能评价指标4 4 5 3 2r s g a 算法仿真与分析4 4 5 4 本章小结4 9 结束语5 1 参考文献5 3 i 1 9 l ：谢! ；7 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题研究背景及意义 近年来，光传输网络的发展有了长足的进步，无论是光传输技术还是光传输网络的 部署和应用都日趋成熟。光传输市场在经历了2 0 0 1 年比较低迷的一段时期后，露出了 日渐复苏的势头。根据不断出现的各种新兴网络业务以及新技术，可以简要回顾和展望 一下可持续发展的光传输网络。 同步数字系列( s d h ，s y a c h r o n o u sd i g i t a l 硒e 觚h ”网络是第一代的光网络，它的特 点是以点到点波分复用( w d m ，w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 传输系统为基础，可以 提供大容量、长距离、高可靠的业务传送，但它所有的交换和选路都是在电层实现的。 9 0 年代中期发展的密集波分复用( d w d m ，d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 光网 络技术，进一步挖掘了光纤的带宽潜力，提高了网络的传输能力，但在互联技术上没有 实现统一 国际电信联盟电信标准部( no t i n t e m a t i o n a tt e l e c o m m u n i c a t i o n u n i o n - t e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d ss e c t o r ) 于上世纪末提出的光传送网( 吣o p t i c a t t r a n s p o r tn c l v l ，o r k ) 可以认为是第二代光网络，主要特点是在光层实现交换、选路等功能， 从而成为真正意义上的“光一网络。光分插复用器( o a d m ，o p t i c a l a d d d r o pm u t i p l e x e r ) 、 光交叉连接器( o x c ，o p t i c a lc r o a s sc o n n e c t i o n ) 等光节点技术的成熟为o t n 的发展铺平 了道路，光网络的拓扑形式从传统的环网向格状网演化，一些复杂的网络功能( 如保护 和恢复) 也得以实现。 随着光传送网技术的成熟，网络的智能化和自动化的程度越来越高，同时o o s 保证 和流量工程的特征也日益明显，这些都预示了光网络将向下一代的发展。以自动交换光 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 a ln e t w o r k ) 1 捌为代表的智能光网络正是在这一历 史发展潮流中从各项技术中脱颖而出的。 智能化的a s o n 网络在玎u t 的文献中定义为“通过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) 控制平面，在o t n 或s d h 网络之上，实现动态的、基 于信令和策略驱动控制的一种网络一的核心内容是在光传送网络中引入控制平面，实 现网络资源实时和动态地按需配置，优化对w d m 网络波长资源的使用，从而实现光网 1 东北大学硕士学位论文第一章绪论 络的智能化。 a s o n 除了继承传统光传送网的主要特点外，还具备一下突出优点： ( 1 ) 直接在光层上按需提供服务，能够适应网络拓扑的改变( 结构和网元设备的增 减) ，通过公共的控制平面加速服务，根据网络和相关服务的需要改变网络大 小，提供各种服务等级和保护机制。 ， ( 2 ) 具备实时的流量工程控制，允许将网络资源动态地分配给路由，能够对网络、 资源、业务流量进行更加智能化的配置，根据数据流量类型实现数据业务的分 i 类。 ( 3 ) 具有智能化控制特点，能够动态地、自动地完成端到端光路的建立、拆除和修 改，具备链路管理、连接进入控制和业务优先级管理等功能，具备不同粒度的 快速交换能力( 包括分组交换p s c 、波长交换l s c 和光纤交换f s c 等) 。 ( 4 ) 具备自动资源发现功能，如地址发现、邻居发现、业务发现、信息通道连接发 现等，为网络的高效提供了方便。 ( 5 ) 具备良好的网络生存性，实现对网络的强大保护和故障恢复能力，当网络出现 故障时，能够根据网络拓扑信息、可用的资源信息、配置信息等智能地指定最 佳恢复路由，特别是采用分布式的智能控制与管理和分布式恢复能力，可以实 现快速业务恢复 网络的生存性1 3 】( s u r v i v a b i l i t y ) 定义为网络抵制故障业务中断或干扰的能力，即在网 络发生任何故障后能够尽快将受影响的业务重新选路到空闲资源，以减少因故障而造成 的社会影响和经济损失，使网络维护一个可以接受的业务水平的能力目前，国际上的 s d h 传输速率等级已达到4 0 g b i t s ；商用化的已达到1 0 g b i 临，相当于十几万条话路 若一根2 4 芯的光缆被意外事故切断，则可能同时丢失几十万条话路。因此，通信网络 尤其是大容量高速通信网络的失效将造成巨大的社会影响和经济损失，网络的生存性已 ， 经成为了人们日益关注的问题。据美国有关资料分析，若通信中断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；若通信中断两天，足以使投资银行倒闭， t 因此如何提高网络的生存性和可靠性是网络运营管理者所迫切要考虑的重要问题，也正 因为光网络的不断发展，使网络所能承载的信息容量和通信速率成指数型增长，这种现 状使网络的生存性问题被提到了前所未有的高度，从实用价值和理论的角度而言，研究 网络的生存性具有非常重要的意义 探讨基于通用多协议标签交换1 4 ( g m p l s ，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 ) 智能光网络的生存性研究时，其生存性研究的很大一方面借鉴目前较为成熟的w d m 网 2 - 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 络结构和生存性技术。可以看出目前生存性策略的关键部分是网络资源利用率和恢复时 间之间的权衡。如何使得建立的恢复路径可以被多个工作路径共享，而又能够在最低限 度内不影响恢复时间，这是一个在网络资源利用率和恢复时间之间的最优化问题。 考虑到不同用户对服务质量的不同要求，在g m p l s 技术中提供了不同的服务质量 ( o o s ，q u a l i t yo f s e l 、r i c e ) 。在考虑网络生存性时，也需要能够进一步的根据不同的服务质 量o o s 动态配置不同的保护和恢复技术，提供一个灵活的生存性策略，使得整个网络能 够合理设置保护和恢复措施，实现最优网络生存性的同时，也使网络的资源利用率提高， 并减少整个网络的开销。 由于g m p l s 的引入使得网络中的各层最终融合为一体，并采用统一的控制平面。 目前的标记分配协议( l d p , l a b dd i s t r i b u t i o np r o t o c 0 1 ) 完全可以胜任光路的建立、维护和 拆除工作。g m p l s 技术对显式路由的支持，使得光路的路由可以完全确定。g m p l s 技 术强大的流量工程能力、q d s 保证、保护恢复机制都可以应用到波长l s p 上，原来的 多层自愈机制最终将被g m p l s 信令扩展的自愈机制取代。在g m p l s 技术中考虑以上 问题时，需要扩展信令协议c r l d p ( c o n s t r a i n tb a s e dr o u t i n gl a b e | d i s t r i b u t i o n p r o t o c 0 1 ) r s v p ( r e s o m c e r c s e r v a t i 0 1 1p r o t o c 0 1 ) i s , 6 1 以及路由协议o s p f ( o p e ns h o r t e s t r o u t ef i r s t ) i s i s ( i n t e r m e d i a t es y s t 锄i n t e r m e d i a t es y s t 锄) 【7 朋来发布各种所需的额外信 息时，要充分利用现有的消息传送模式，将所用的额外开销控制在允许的限度内。 智能光网络的生存性技术研究是保证下一代光通信网畅通运行的关键， i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf 0 r c c 煨出的g m p l s 草案无疑使光网络的智能性得到了 进一步的提升，然而两者的真正融合以及各种相关协议的不断完善以及良好生存性算法 的出台，才能使网络的真正智能化得以实现，他将对通信网的发展产生深远的影响，而 这些问题都亟待解决。 1 2 相关领域国内外研究现状 对于智能光网络中生存性技术的研究，各个标准化组织主要从功能和框架方面进行 了规定，例如n u - t 的g 8 0 8 0 协议的增补版【9 l 中主要对a s o n 网络中保护恢复的实现 过程、功能模块以及域内、域间故障类型和恢复方式进行了概述，具体的实现技术并没有 涉及，而m t f 针对g m p l s 协议实现的光网络生存性也只是提供了三个框架性的建议 1 1 0 1 2 1 ，对保护恢复的术语、主要功能和实现方式进行了简要的说明而具体的算法和 协议实现方法，以及在智能光网络中引入的新问题例( 如关于控制平面生存性等) 都没有 给出具体的解决方法。 - 3 - 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 同时，国内和国际各科研机构也对智能光网络的生存性技术进行了多方面的的研 究。在多个a s o n 的研究项目中，例如欧盟资助研究项目i s t 的l i o n 研究计划和我国 8 6 3 计划重大专项3 t n e t ( 高性能宽带信息网) 等，生存性作为网络中一项重要的单元技术 得到了广泛的重视，并进行了相关的现场试验。 虽然标准化的工作还没有完成，但是由于生存性技术是现在光网络中必须解决的关 键技术，所以目前国内外有很多的研究结构和高校都在从事光网络生存性的研究，也已 经发表了很多文献，其中比较有代表性的就是澳大利亚m e l b o u r n e 大学g r o v e r 教授领导的 生存性研究小组，他们在基于光环网实现网络的生存性方面做了相当多的工作，提出p 环，虚保护环等许多新的观念【1 3 - 1 6 1 。 1 3 论文的主要内容及组织结构 本论文的结构安排如下： 第一章绪论。主要介绍智能光网络的背景及生存性研究的重要意义，还简述了国 内外光网络生存性研究现状。 第二章智能光网络的生存性。主要介绍光网络生存性机制，以及智能光网络生存 性的特点，最后着重讨论了智能光网络控制平面的恢复机制。 第三章与生存性相关的g m p l s 控制协议。首先介绍了g m p l s 理论，然后阐述了 g m p l s 链路管理协议( l m p ) ，最后描述g m p l s 路由协议的扩展和g m p l s 信令扩展。 第四章恢复协议与恢复路由算法研究。首先给出了多节点启动路径恢复机制及多 节点启动恢复协议( m i r p ) ，然后提出一种有效分离s r l g 的方式( i s r l g ) ，最后此基 础上提出了一种基于g m p l s 的s r l g 分离动态恢复路由新算法( r s g a ) 第五章仿真实现与性能分析。介绍了g l a s s 仿真软件及仿真拓扑，然后将多节点 启动恢复协议( m i r p ) 与传统的源节点启动恢复协议( s i r e ) 进行仿真比较，数据结果表明 m i r p 可以更有效地缩短恢复时间，同时提高故障恢复概率，最后给出了r s g a 在g l a s s 平台上进行仿真实验的伪代码实现及与最短路径恢复算法s p r 在资源利用率和阻塞率 方面的性能比较结果。 4 东北大学硕士学位论文第二章智能光网络的生存性 第二章智能光网络的生存性 随着传送网络的发展，网络的生存性已成为当前网络，特别是下一代具有动态波长 配置的智能光网络设计和运行维护中需要关注的重要内容，高效灵活的保护与恢复手段 已成为新一代网络必须具备的重要特征，提供快速恢复已经成为a s o n 的核心功能需求 和关键优势所在。a s o n 为业务传送提供了一个灵活高效的通用传送平台，满足了业务 量和业务特性的需求，同时，也为相关网络性能的提升创造了条件，其中网络生存性就 是一个方面，依靠控制平面的网络动态提供能力，可以实现网络故障的快速恢复，提升 网络的生存性能。 目前的光传输网络大部分为同步数字系列( s d i - i ) i 网络。生存机制是s d h 重要的特 色。随着新业务的需要，越来越多的传输系统升级到波分复用( w d m ) 或者密集波分复用 ( d w o m ) ，光纤传输容量增大。为保证网络传输可靠性，光层的保护和恢复策略是必需 的。自动交换光网络( a s o n ) 是在此基础上发展的智能光网络，因此它的生存性1 1 7 l 就显 得非常重要了 2 1 传统光网络的生存性技术 2 1 1s d h 的保护和恢复 搿保护一是指用一个预先分配的备用资源来代替一个失效资源，即使用静态分配的 备份资源使故障状态恢复为正常状态。按照固定方式将保护资源指定给工作路径，使其 能够以最快的速度处理网络的故障。在发生故障时，保护能5 0 m s 以内的时间完成倒换 动作，使业务及时恢复正常。一旦该资源因为保护的目的而被分配，则不能用于重路由， 在中间节点为保护配置的资源不因保护倒换而改变。 “恢复一是指通过使用网络的空闲容量重新选路来替代出现故障的连接。由于恢复 利用共享冗余容量建立新连接来代替发生故障的连接，通常会涉及动态的资源建立和路 由计算，因此与保护相比，恢复会使业务遭受更长的损伤时间。在恢复中，并不预先分 配备份资源，而是在发生故障时尽量分配任何可用资源，以便恢复端对端的业务 在所有传送网中，s d h 仍然是迄今为止具有完整性、多样化和性能优越的保护和恢 复方式的技术。 5 东北大学硕士学位论文第二章智能光网络的生存性 2 1 1 1 自动保护倒换( a p s ) a p s ( a u t o m a t i cp r o t e c t i o ns w i t c h ) 典型地被用于链路故障。主要包括1 + 1 、1 ：1 和m ： n 的a p s 。3 种保护方式的不同在于分配不同的保护资源。在1 + 1 的a p s 中，工作通路 和保护通路上均传送业务，在接收端，比较两个信号的质量并接收更好的信号；在1 ：1 的a p s 中，信号由工作通路传送，当接收端信号质量劣化，信号转由保护通路传送； 在m ：n 的a p s 中，n 条工作通路共享m 条保护通路。 2 1 1 2 自愈环( s h r ) s h r 1 8 l ( s e l f - h e a l i n gr i n 曲是网络生存性非常成功的技术，s h r 比a p s 具有更灵活 的特点，可以处理节点故障和链路故障，高速的分插复用( a d m ，a d d d r o pm u t i p l e x e r ) 和简单的控制机制使得它具有很大的吸引力单向的s h r o j s h r ，u n i d i r e c t i o n a l s e l f - h e a l i n gr i n g ) 和双向的s h r ( b s h r ，b i d i r e c t i o ns e l f - h e a l i n gr i n g ) 是s d h 中的两种 s h r 。u s h r 的保护有两种不同的方式：链路保护倒换( u s h 刚lu n i d i r e c t i o n a l s e l f - h e a l i n gr i n g l i n k ) 和通道保护倒换( u s h r p , u n i d i r e c t i o n a ls e l f - h e a l i n gr i n g p a t h ) 。 u s m 扎也称为环回，在环回时，故障的邻接节点将发生倒换，将受影响的业务倒换到 保护环中很明显，环回也可以应用在节点故障中，将故障节点的邻接节点进行环回， 所有不以故障点为起始终止点的业务可以被保护。u s h r p 通常是1 + 1 保护方案，因为 对信号的每个连接在两个环上都运行，当故障出现并影响到一个信号时，节点上的a d m 将决定那个信道的信号更好，并选择此信道。典型的b s h r 结构包括两纤链路保护 ( b s h r 2 ) 和四纤链路保护( b s h r 4 ) 。b s h r 2 中每个环中的一半容量作为保护资源预留。 故障时，故障的两个邻接节点将使用预留的保护资源将故障业务恢复。b s h r 4 中，两 根光纤作为工作光纤，两根光纤作为保护光纤，故障时，故障链路邻接节点将工作路径 倒换到保护链路上，以恢复受到影响的业务。 2 1 1 3 动态恢复方案 动态恢复【1 9 】是指在网络故障时，动态发现网络的空闲资源来恢复受影响的业务。恢 复比保护具有更高的资源使用效率，但恢复时间更长，同时不能确保能1 0 0 地恢复故 障业务。s d h 网络中用数字交叉连接系统( d c s ，d i g i t a lc r o s sc o n n e m z t i o ns y s t e m ) 和控制 器来实现动态的资源恢复。控制器可以用集中式或分布式来完成路由和波长分m i ! ( r w a , r o u t i n g a n dw a v e l e n t h a s s i g n m e n t ) 算法 从宏观上看，s d h 恢复可以分为两大类，即业务恢复和传送层恢复。前者主要用于 业务层恢复，例如交换网、a t m 网和口网；后者主要用于传送网，又称为设施恢复。 6 东北大学硕士学位论文第二章智能光网络的生存性 从网络恢复的级别来分，网络恢复方式可分为基于区段的恢复和基于通道的恢复。所谓 区段指两个相邻数字交叉连接节点之间的所有链路的集合，在基于区段的恢复方式中， 当某区段发生光缆切断时，系统将在该故障段两端的固定节点之间寻找替代路由，网络 其他部分不变，因而恢复时间较快，网管调度比较简单；但有可能出现路由重复 ( b a c k h a u l s ) 的浪费现象，并且无法对通道进行区分，好坏通道一起动作，容量利用率较 低，成本高。在基于端到端恢复方式中，网络发生故障时，网管可根据不同通道的不同 情况，为受影响的通道分别重新安排新的可用通道。可见这种恢复方式的容量利用率较 高，所需备用容量较少，但网管复杂，恢复时间较长。 2 1 2o t n 的保护和恢复 完整的o t n 保护和恢复尚在研究中，从基本原理上可以参照s d h 的分类方法，也 可以有各种环形保护结构和网状恢复结构等。s d h 与o t n 的主要区别是基本带宽粒度 从虚拟电路c ，v i r t u a lc i r c u i t ) j l 盛道转变为波长，因而s d h 的电复用段倒换环可以对应 o t n 的光复用段倒换环，而s d h 的电v c 通道( , p a t h ) 倒换环可以对应o t n 的光通路 ( c h a n n e l ) 倒换环。当然还必须充分考虑o t n 层面上的一些其他特点，诸如传输距离的 限制问题和可靠有效的实现技术等。 i 2 2 智能光网络的生存性策略及特点 从功能上讲，智能光网络( a s o 【2 0 】由控制平面( c p ：c o n t r o lp 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 ) 组成。 传送平面( t p ) 负责数据业务的传送，为用户提供端到端的单向或者双向业务传输。 传送平面与控制平面和管理平面都有通信接口，通过这些接口，管理平面和控制平面就 可以对传送资源进行控制和管理。 控制平面( c p ) 是a s o n 中最具特色的部分，完成对业务连接的建立、删除以及其他 操作的控制功能，可以说是a s o n 的核心部分。通过控制平面可以提供快速有效的配置 连接来支持软永久链接和交换链接，能够对已建立的呼叫进行重新配置或者修改连接， 还可以自动回复等功能。 由于控制平面的引入，使得a s o n 管理平面的功能需求与传统光网络的网管系统相 比较，发生了巨大的变化。a s o n 的管理不但可以提供光传送网以及网元设备的管理功 能，而且能够实现网络操作系统与网元之间更加有效的通信功能。在某些特殊情况下， 管理平面可以强制拆除控制平面的连接。 7 - ， 东北大学硕士学位论文g _ - 章智能光网络的生存性 控制平面是体现a s o n 智能特性的核心部分，a s o n 的正常运行主要依赖于控制平 面的3 个基本功能：信令功能、路由功能和资源管理功能。这3 种功能相辅相成，构成 了实现a s o n 控制平面的基础平台，控制平面中包括连接管理、资源发现和生存性控制 等在内的其他核心功能都是建立在这3 个基本功能之上的。相应地，控制平面所使用的 协议也主要包括三大部分：信令协议、路由协议和链路资源管理( l m p ) 。 2 2 1 智能光网络的生存性策略 a s o n 中的生存性机制同样可以分为保护和恢复两种。但控制平面的引入，为网络 的生存性的实现带来新的机遇，同时也带来了新的挑战。在g m p l s 2 1 】协议中，把各个 层面的所有连接都称为标记交换路径( l s p ) ，因此，在a s o n 网络传送平面中的光连接 的恢复，也可以用g m p l s 中的l s p 保护恢复机制来实现。 2 2 1 1 保护机制 g m p l s 中的主要保护类型如图2 1 所示。在1 + 1 保护中，源端节点的业务同时在 两个分离的通道c i ：作通道和保护通道) 上传送，在接收