（电磁场与微波技术专业论文）光子网格体系架构和obsgmpls保护恢复接口研究.pdf

光子网格体系架构和o b s g m p l s 保护恢复接口研究 摘要 近年来，光突发交换技术( o b s ，o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ) 由于 其技术上的优势被认为是下一代全光网络的一种可行性方案，逐渐成 为国内外研究的热点。 本文围绕o b s 网络的主要研究内容分为两部分： 第一部分是针对基于o b s 网络的光子网格( o p t i c a lg r i d ) 体系 架构的研究，主要工作如下： 1 通过引入对等互联网络技术( p 2 p ，p e e r - t o p e e r ) 的查找算法， 提出了一种改进的基于o b s 网络的光子网格体系架构，这种新的体 系架构下，通过进入周期性注册网格资源，使得网格能向用户提供更 近的网格资源，从而缩短了资源查找的时间。 2 在实验室的标签的光突发交换( l o b s ，l a b e lo p t i c a lb u r s t s w i t c h i n g ) 实验平台上对其进行了实验验证，并和已经提出的一种体 系架构进行了对比，结果表明这种架构有着很好的负载支持性和较短 的网格资源查找时间，这对于网格用户来说，是十分有意义的。 第二部分是对o b s 网络与通用多协议标签交换( g m p l s ， g e n e r a l i z e dm u l t ip r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ) 互联网络控制接口进行了 扩展，使得其支持1 p 1 ，p r e p l a n 和r e r o u t e 三种方式的保护恢复。具 体工作如下： 1 对原有的o b s g m p l s 控制接口进行了升级，增加了新的信令 和对以前的信令进行重写，增加了对保护恢复的支持，在信令程序部 分，增加了对于三种保护恢复功能的控制处理模块。 2 在o b s g m p l s 实验平台上进行了保护恢复实验，结果表明该 支持保护恢复的控制接口在0 b s g m p l s 网络上得到了很好的应用。 关键词光突发交换，通用多协议标签交换，光子网格，对等网络 北京邮电大学硕上学位论文 r e s e a r c ho na r c h i t e c t u r eo fo p t i c a lg r i d a n di m p l e m e n t a t i o no fc o n t r o li n t e r f a c e i no b s g m p l si n t e r w o r n gn e t w o r k s u p p o r t i n gp r o t e c ta n dr e s t o r a t i o n a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，o b s ( o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ) ，f o ri t sa d v a n t a g e s ，i s w i d e l yr e g a r d e d a so n eo ft h em o s tp r o m i s i n gc a n d i d a t e sf o rn e x t g e n e r a t i o ni p d w d ma l l o p t i c a ln e t w o r k s t h i sp a p e ri sd i v i d e di n t ot w op a r t sa n di so r g a n i z e da sf o l l o w s ： i nt h ef i r s t p a r t ，a ni m p r o v e dg r i d o v e ro bsa r c h i t e c t u r ei s i n v e s t i g a t e d ，s p e c i f i c a l l y ：( 1 ) b yi n t r o d u c i n g ap 2 p - b a s e dr e s o u r c e d i s c o v e r ya l g o r i t h m ，a ni m p r o v e do p t i c a lg r i da r c h i t e c t u r ei sp r o p o s e d i nt h i sa r c h i t e c t u r e ，t h er e s o u r c ei n f o r m a t i o ni sp e r i o d i c a l l yr e g i s t e r e d b y t h i sm e a n s ，g r i dn e t w o r kc a np r o v i d en e a r e rg r i dr e s o u r c ep r o v i d e rt o g r i du s e r s ，w h i c hw i l lr e d u c et h et i m ef o rr e s o u r c ed i s c o v e r y ( 2 ) t h ep r o p o s e da r c h i t e c t u r ei se v a l u a t e da n dd e m o n s t r a t e do nt h e l o b sn e t w o r kt e s t b e d c o m p a r e dw i t ho u rp r e v i o u sw o r k ，i tc a nb a l a n c e t h el o a da n ds h o r t e nt h er e s o u r c ed i s c o v e r yt i m e ，w h i c ha r eb e n e f i c i a lf o r g r i du s e r s i nt h es e c o n dp a r t ，t h ec o n t r o li n t e r f a c eo ft h eo bs g m p l sn e t w o r k i se x t e n d e dt os u p p o r tt h r e ek i n d so f p r o t e c ta n dr e s t o r a t i o ns c h e m e ，i e ， 1p 1 ，p r e p l a na n dr e r o u t e ，s p e c i f i c a l l y ： ( 1 ) t h ep r e v i o u so b s g m p l s ( g e n e r a l i z e dm u l t ip r o t o c o ll a b e l s w i t c h i n g ) c o n t r o li n t e r f a c ei su p d a t e d ：m o r es i g n a l i n gi si n t r o d u c e da n d e x i s t e d s i g n a l i n g i s u p d a t e d c o n t r o l a n d p r o c e s s i n g m o d u l e sf o r p r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o na r ed e s i g n e da n di m p l e m e n t e d ( 2 ) e x p e r i m e n t so fp r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o na r ec a r r i e do u to nt h e o b s g m p l st e s t b e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h eu p d a t e dc o n t r o li n t e r f a c e h a sav e r yg o o dp e r f o r m a n c e k e yw o r d s o b s ，g m p l s ，o p t i c a lg r i d ，p 2 p 北京邮电人学硕i - 学位论文 i l m i p l d p l i b l s c l s p l s l l s r m i b m p l s o a d m o b s o c s o i d o l s 0 p s o s i o s p f o x c p d u p s c p x c q o s r o a d m r s v p s n m p s o n e t t a g 弋k 鼬 t d m u d p u n i w s s a t m b h p c m i p d b d w d m f e c 缩略词索引表 i n c o m i n gl a b e lm a p 入口标签映射表 i n t e m e tp r o t o c o l 因特网协议 l a b e ld i s t r i b u t i o np r o t o c o l标签分发协议 l a b e li n f o r m a t i o nb a s e标签信息基 l a b e ls w i t c hc o n t r o l l e r标签交换 l a b e ls w i t c h e dp a t h 标签交换路径 l a b e ls e t u pl a t e n c y标签通道建立时延 l a b e ls w i t c h i n gr o u t e r 标签交换路由器 m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e 管理信息库 m u l t ip r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g 多协议标签交换 o p t i c a la d dd r o pm u l t i p l e x e r 光分插复用器 o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g 光突发交换 o p t i c a lc i r c u i ts w i t c h i n g 光电路交换 o b j e c ti d e n t i f i e r对象标示符 o p t i c a ll a b e ls w i t c h i n g 光标签交换 o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g 光分组交换 o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n 开放系统互联 o p e ns h o r t e s tp a t hf i r s t 开放式最短路径优先 o p t i c a lc r o s sc o n n e c t i o n 光交叉连接 p r o t o c o ld a t au n i t协议数据单元 p a c k e ts w i t c hc a p a b l e 分组交换 p h o t o n i cg l o s s c o n n e c t 光交叉连接器 q u a l i t yo f s e r v i c e 服务质量 r e c o n f i g u r a b l eo p t i c a la d d d r o pm u l t i p l e x e r 可重组型光插分复用器 r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l 资源预留协议 s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c o l 简单网络管理协议 s y n c h r o n o u so p t i c a ln e t w o r k 同步光网络 t e l la n dg o 单向预约协议 t e l la n dw a i t 双向预约协议 t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x 时分复用 u s e rd a t a g r a mp r o t o c o l用户数据报协议 u s e rn e t w o r ki n t e r f a c e用户接口 w a v e l e n g t hs e l e c t i v es w i t c h i n g 波长选择器 a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e 异步传输模式 b u r s th e a dp a c k e t 控制分组 c o m m o nm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o np r o t o c o l 公共管理信息协议 d a t ab u r s t 突发数据 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密集波分复用 f o r w a r d i n ge q u i v a l e n c ec l a s s 等价转发类 3 5 北京邮i u 人学硕。j ：学位论文 f s cf i b e rs w i t c hc o n t r o l l e r 光纤交换 g m p l sg e n e r a l i z e dm u l t ip r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g 通用多协议标签交换 i e t fi n t e m e te n g i n e e r i n g t a s kf o r c e 以太网工程任务组织 3 6 声明 独创性( 或创新性) 说明 本人声明所呈交的论文史本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，除了文中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：相司，卜彳钙 日期_ 丝乞：苎：竺 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留是使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。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，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其他 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名：施斩灰 i 1 日期：z - oo 歹2 伽 日期：鲨2 ：! ：圣! 北京邮i 乜人学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 光突发交换技术( 0 b s ) 随着全球范围内因特网( i e ，i n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 业务的迅猛增长，对传送网带宽 和交换系统容量的需求正以前所未有的速度增加。日前，在光层利用密集波分复 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 ) 技术，可以使一根光纤的 可利用带宽达到1 0 t b i t s 左右，可以满足较长时期内对传送网带宽的要求。然而， 采用通常的电路交换技术( 时分、空分及波长交换) 的交换速率远低于这个数值。 这样，两者的失配对交换技术的发展提出了新的要求。 从长远来看，光分组交换( o p s ，o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ) 是光交换的发展 方向，但o p s 存在着两个近期内难以克服的障碍：一是光缓存器技术还不成熟， 日前实验系统中采用的光纤延迟线( f d l ，f i b e rd e l a yl i n e ) 往往比较笨重、不灵 活，存储深度有限：一是在o p s 的节点处，多个输人分组的精确同步难以实现。 因此，在短时期内光分组交换的商业应用前景还不被看好。 在这种情况下，c h u n m i n gq i a o 和j s t u m o r 等人提出了新的光交换技术一光 突发交换( o b s ，o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ) ，作为电路交换向分组交换的过渡技术。 o b s 使用的带宽粒度介于电路交换和分组交换之间，比电路交换灵活、带宽利 用率高，比光分组交换更贴近实用。可以说，它结合了两者的优点且克服了两者 的部分缺点，是两者之间的平衡选择，因而逐渐引起了众多专家和学者的重视。 1 1 1o b s 基本原理 突发交换早在八十年代就已经提出【l 】，不过突发交换概念当时并没有像电路 交换与分组交换那样得到普及，这是因为当时的电话网、数据网技术都已经成熟， 没有必要以突发为单位来处理话音或数据从而改变整个网络。但是随着技术的不 断演进发展，在光网络上用突发交换来提高网络的处理粒度、简化网络对数据包 的处理又成了一种很有吸引力的解决方法。于是，九十年代后期，几乎已经被淡 忘的突发交换技术被重新提了出来，将其基本原理与光技术结合，形成了光突发 交换 2 】 3 】。 o b s 的最大的特征就在于其控制信道和数据信道在物理上的分离，每个数 据信息对应于一个控制信息，其中，数据信息只能在数据信道上传输，而控制分 组就只能在控制信道上传输，实现了数据信息和控制信息的完全分离。 北京邮i 乜人学硕= j ：学位论义 突发数据可以由一些i p 分组组成的，一个突发数据分组中可以有一个i p 分 组，也可以有多个i p 分组。这些i p 分组可以是来自传统i p 网中不同的电i p 路 由器，它在o b s 网中的交换传输完全在光域内完成，不需要进行光电( o e ， o p t i c a l e l e c t r i c a l ) 、电光( e o ，e l e c t r i c a i o p t i c a l ) 的转换。而控制分组包含数 据分组传输交换所必需的控制信息，如出口地址、偏置时间、数据突发大小和服 务质量( q o s ，q u a l i t yo fs e r v i c e ) 等信息，这些控制分组在在中间节点转换成电信 号进行处理。 在进行数据传输时，o b s 网络的边缘接入节点将抵达的i p 包等数据信息组 装成突发包，控制信道将通过提前发送控制分组，沿路为数据信息预约节点资源。 通常光突发的传输和交换资源采用单向预约的方式来实现，即控制包是在一条独 立的信道控制信道传送，且比相应的数据突发包提前一个确定的偏置时间t ( o i t s e tt i m e ) 进行发送。 e 受受耍夏 - 一蠢釜挚据 眄爵疆丽 突发数据 寸+ 通道n ，-：；o； i ：b h p nb h p l t i 磊导l 一道 图1 1 突发数据与控制分组传输示意图 如图1 1 示，这个偏置时间必须足够大，保证中间节点能够及时的进行电 子处理和为即将抵达的突发包选择适当的路由，以保证一定的q o s ，并且在不需 要光存储的前提下实现光执行同步。当一个突发包抵达交换节点时，相应的路由 通路已经建立，所以突发数据从源节点到目的节点的传输过程中，可以始终保持 在光域内进行，无需进行光电转换，而控制分组在中间节点需要进行光电转换， 在电域内进行路由判断，保证突发数据分组在偏离时间内完全在光域内完成交换 传输。由于突发数据分组是统计占用带宽资源，从而提高了不同连接之间的传输 效率。在波分复用( 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 ) 系统中，控制分 组占用一个波长或者几个波长，突发数据占用其他波长；对于多光纤系统也可以 是控制分组占用一根光纤，而其他光纤用于突发数据的传输。o b s 的这些技术 特点充分发挥了现有的光电子技术的特长，实现成本相对较低，非常适合于在承 载未来高突发业务的光网络中应用。 o b s 的交换粒度介于光电路交换和光分组交换之问，既克服了光电路交换 网络中带宽利用率低的问题，又解决了分组交换网络中需要光缓存的问题，具有 较好的商业f 景，因而得到了越来越多的重视，有望成为未来i po v e rw d m 网 2 北京邮i u 人学硕i ：学位论文 络的主流技术。 表1 1三种交换的性能比较 交换方式颗粒度带宽利网络延时光缓存实现难度自适应性 用率 o c s 粗 低局不需要低弱 o p s细商低需要局强 o b s中中低不需要中强 表1 1 1 2 3 】综合比较了三种光交换技术在性能上的不同侧重点，从表格中， 我们可以看出，与光电路交换和光分组交换相比，光突发交换具有以下优点： 1 ) 光突发交换的交换粒度介于光电路交换和光分组交换之间，提供可变长 度的突发流量( 可以是一个分组或者多个分组不等) 。 2 ) 使用外带信令控制机制，实行突发数据分组和控制分组分离的异步传输 交换机制。 3 ) 单向预留机制和偏置时间机制，突发数据在控制分组发出后不用等待确 认消息，而只要经过一个o f f s e t t i m e 即可发出，减小端到端时延。 1 1 2o b s 网络 利用o b s 来实现i po v e rw d m 的网络架构如图1 - 2 所示，o b s 网络由光的 核心路由器和电的边缘路由器组成。边缘节点位于o b s 网络的边缘部分，处于 o b s 网络与传统i p 网络的交界处，它起着连接o b s 网络与传统i p 网络的作用， 负责重组、分类数据，如将接入网中的用户分组数据封装为突发数据，并且o b s 网络的出口处将突发包还原为原来的分组，并且提供各类业务接口。而核心节点 连接w d m 链路，其任务是完成突发数据的转发与交换。 + 图1 2 光突发交换网络结构 o b s 网络的边缘路由器负责将传统i p 网中的数据封装为光突发数据以及反 3 北京邮t 乜大学硕 ：学位论文 向的拆封工作。核心路由器的任务是对光突发数据进行转发与交换。每个突发由 具有相同出口边缘路由器地址和相同q o s 要求的i p 包组成。突发数据是光突发 交换网中的基本交换单位。图1 3 为o b s 网络中核心路由器结构，这里假定其 入口、出口光纤数均为n ，每根光纤的波长数为k 。其中一个波长传输突发控制 包( b c p , b u r s tc o n t r o lp a c k e t ) ，这个波长在各个中间节点首先要进行o e 变换， 然后再进行电的路由表查找、交换矩阵控制等处理过程，最后更新b c p 并进行 e o 变换；其余k 1 个波长传输突发数据，这些波长在各个中间节点都不需要 o e o 变换，从而保证了数据的透明性。而在光分组交换中，为了提取光分组头， 在每个节点对所有波长都必须提取一部分光信号进行光电光( o e o ， o p t i c a l e l e c t r i c a i o p t i c a l ) 变换，因而过于复杂，而且这种光信号提取方式也会 严重影响其再生距离。 图1 3 中入口f d l 的作用是缓存突发数据，等待控制分组进行o e 变换、 转发表查找、建立交换连接等。入口f d l 在光分组交换方式中是必需的，但在 o b s 中，通过让b c p 比对应的突发数据提前适当的一段时间t 出发，为突发数 据预约恰好相等的一个时间段，可以使所有中间节点省去入口光缓存f d l ；还 可通过将业务区分为不同的优先级，为优先级高的突发数据设置较长的时间偏移 量t ，使其获得更大的预约成功机会，来实现w d m 层的q o s 保证。 ；魏 j n ： 巍 ： 二：，z 图1 3 光突发交换网中核心路由器结构 1 1 3o b s g m p l s 互联网络 o b s 可以在较低的光子器件要求下实现面向i p 的快速资源分配，有效地利 用了光纤带来的巨大带宽，支持高突发、高速率的多种业务，且由于o b s 网络 易于部署，目前已经成为研究的热点。作为一种新技术，如何将o b s 技术实用 化，如何以有效的方式将o b s 与现有的网络资源融合是个值得重视的问题。 4 北京邮电人学硕j ：学位论文 与此同时，光电路交换( o c s ，o p t i c a lc i r c u i ts w i t c h i n g ) 技术经过多年的 发展已经同趋成熟，目前已有的核心网大部分是基于o c s 技术的，相关研究也 都集中在如何引进智能控制平面，以有效的方式提供为核心网络提供弹性光路 ( r l p ，r e s i l i e n tl i g h tp a t h ) ，通用多协议标签交换( 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 ) 技术就是其中一个日渐兴起的热点。g m p l s 技术起源 于多协议标签交换( m p l s ，m u l t ip r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ) 技术，是在智能光网络 中用m p l s 作为控制平面的技术。已有的m p l s 技术为了融合i p 与异步传输模 式( a t m ，a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ) ，其网络由单纯的分组交换( p s c ，p a c k e t s w i t c hc a p a b l e ) 节点组成，传输网络被浓缩并等同为一个预先配置好的物理线 路，并不能很好地适用于光层。g m p l s 技术提出了一个统一的标签控制平面， 不仅支持分组交换设备，也将支持在时域、空间域和波长域进行交换的设备，如 同步光网络( s o n e t ，s y n c h r o n o u so p t i c a ln e t w o r k ) 或光交叉连接( o x c ，o p t i c a l c r o s sc o n n e c t i o n ) ，成为m p l s 技术向光层扩展的必经之路。 有鉴于以上两者的发展趋势，可以考虑将o b s 与g m p l s 技术相结合，以 g m p l s 网络作为核心传输网络与o b s 域互联，为o b s 域之间的互联互通提供 骨干传输网络。一方面o b s 作为边缘网络，具有很强的灵活性，可以适应变化 性大的数据业务，同时保证全光传输的带宽利用率；另一方面，基于g m p l s 控 制的核心网络提供了标准化的公共控制平台，有助于形成可互操作的开放式光网 络，其链路管理协议实现有效的带宽管理以及提供保护和恢复能力，简化了光网 络维护和管理。o b s g m p l s 的网络融合既可以提高g m p l s 网络光路的带宽利 用率，又能够提高o b s 网络的部署领域，已经引起了业界的广泛重视。 o b s 网络和g m p l s 网络互联首先要解决的第一个问题就是网络模型的问 题。o b s g m p l s 互连有两种模型可供选择：对等模型( p e e r - m o d e ) 和重叠模型 ( o v e r l a y o m o d e ) 4 】。 对等模型又称集成模型或混合模型，它的基本特点是o b s 网络和g m p l s 网络形成一个集成的网络，统一的控制平面维护单一的拓扑，o b s 节点和g m p l s 路由器可以自由地交换所有信息并运行同样的选路和信令协议，实现一体化的管 理，对网络容量具有比较好的包容性，可扩展性强。但它的缺点也是明显的，就 是必须在网络双方交互大量的状态和控制信息。已有的o b s 系统和g m p l s 系 统分别采用的是不同的路由信令模式，如果采用对等模型架构网络，则要求双 方在网络边缘处增加一个共同的起协议翻译作用的协议接口，对目前系统而言， 工作量很大；另一方面，在o b s 域内进行突发业务传输要求对多层路径进行计 算，而目前的g m p l s 平台只支持l a m b d a 标签交换路径( l s p ，l a b e ls w i t c h i n g p a t h ) 。因此，对等模型并不能很好地适应目前的o b s g m p l s 网络。 5 北京邮电人学坝l 学位* 重叠模型又称客户胀务器( c s ，c l i e n t - s e r v e r ) 模型，即将g m p l s 作为 服务器( s e r v e r ) ，o b s 作为客户层( c l i e n t ) ，两者具有独立的控制平面。具 体地说，一个在核心光网络；而另一个在客户层，集中体现在用户一网络接口 f u n i ，u s e r n e t w o r k i n t e r f a c e 坎b ，两者之间不交换路由信息，独立选路，具有独 立的拓扑结构。g m p l s 网络作为服务器，为网络边缘的客户提供波长业务。重 叠模型虽然网络扩展性能差，但是g m p l s 网络与o b s 网络可以独立地发展。 因此，在o b s g m p l s 分别采用不同的路由信令系统的情况下，重叠模型作为 一种折衷办法，可以更好地适应目前o b s 和g m p l s 系统实验平台。在o v e r - l a y 模型中，o b s 域作为g m p l s 网络的客户端( c l i e n t ) ，其突发包头包( b h p ， b u r s t h e a d e rp a c k e t ) 和数据突发包( d b ，d a t a b u r s t ) 都在g m p l s 嘲络的数据 层面传送。有三点值得注意：第一，g m p l s 网络为o b s 网络提供透明传输光路： 第二，在o b s 网络中发起的流量信息只能在o b s 网络巾处理：第三，在o b s 脚络中的路由和信令信息是作为g m p l s 网络的数据信息传输，无法为g m p l s 网络解析。 o b s 和g m p l s 试验网络的网络架构如图1 4 所示： 咚_ 、 1 1 、h +q y 弱圈暖啊啊啊 o s p ft e 、 ，、8 妒世，、j 熬爵t ：- 5 辔 i “i n l m e _ i o ip m i i i i n r l s p ：b ： 肾剁能5 船熵拓呐“ 圉i 一4 0 b s g m p l s 互联网络模型o v a - l a y 模式 两个o b s 子网作为客户端网络分别与g m p l s 核心网络相连，g m p l s 为o b s 予网提供透明全光传输，曲个子时之f i | 形成一个虚拟的域内光链路。在o b s 内 部，采用的路由和信令为开放式最短路径优先f o s p f ，o p e ns h o r t e s tp a t hf i r s t ) 和资源预约( r s v p ，r e s o u r c e r e s e r v a t i o n p r o t o c 0 1 ) 协议：而在g m p l s 内部，带 流量工程的o s p f ( o s p f t e ，o s p f t r a f f i ce n g i n e e r ) 与带流量工程的r s v p ( r s v p t e ，r s v pt r a f f j ce n # n e 盯) 负责在控制平面的路由和信令。上一节中 提到，由于o b s 网的b h p d b 都在g m p l s 的光路中传输，为了区分这两种信 息，并保证二者之间定的偏置时间。g m p l s 的数据平面必须为b h p d b 提供 彼此有关联的不同l s p 信道，g r o u pl s p 的概念由此提出。 圆醯 北京邮电人学硕一l ：学位论文 g r o u pl s p 将彼此有联系的控制信道l s p ( b h pl s p ) 数据信道l s p ( d b l s p ) 绑定在一个组( g r o u p ) 之内。当具有相同g r o u pl s p 的流量经过g m p l s 的数据平面时，可以迅速准确的将同一组的b h p 和d b 信息转发到目的o b s 子 网中对应的信道上，减少了在g m p l s 与o b s 网络交接处大量的信息筛选分类 工作。 为了维护o b s g m p l s 互联网络的g r o u pl s p ，o b s 和g m p l s 网络的边缘 处分别增加了一种控制接口，具有这种控制接口的结点，称为g m p l s 边界控制 器( g b c l ，g b c 2 ) 和o b s 边界控制器( o b s b c l ，o b s b c 2 ) 。根据o v e r - l a y 互 联模型的特点，该接口也是c s 模型。g b c 端的接口为服务端，同理o b s b c 端为客户端。 1 2 基于o b s 网络的光子网格体系架构 o b s 网络要得到广泛地应用，除了上节提到的o b s 网络与现有网络资源之 间的融合研究之外，如何拓展o b s 光网络的应用范畴也是目前研究的一个热点， 而基于o b s 网络的光子网格( g r i do v e ro b s ) 是其中一个很重要的研究分支。 网格( g r i d ) 是把整个互联网整合成一台巨大的超级计算机，实现计算资源、 存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享，是下一代互 联网发展的方向。但是有许多基于网格的科研项目，包括海量数据传输在内的网 格应用对网络带宽、延迟等q o s 指标等有很高的要求。传统的i p 路由网络无法 满足这些要求，而o b s 光网络能够较好地满足这些要求，从而为网格提供很好 的支持。 o b s 网络被认为是是一种能很好地支撑网格的新型的光网络【5 】，它具有以 下几项能给网格带来发展的潜力： ( 1 ) 可以将网格用户提交的网格任务封装成光突发交换包来进行传输； ( 2 ) 光突发交换网络为网格任务提供的带宽，可根据其流量来进行灵活的 配置： ( 3 ) o b s 网络控制层和数据层的分离，这使得全光数据传输可以为用户或 者应用程序建立非常快的光通道； ( 4 ) 突发控制包在每个节点都得经过电处理，这种特性使得网络基础结构 能够给网格协议层提供如下几种功能：智能资源发现和安全机制 6 】。 7 北京邮i u 人学颂i 学位论文 图1 5 典型的g r i do v 盯o b s 的架构图 图1 5 所示的足典型的g r i d o v e r o b s 的网络架构6 1 ，其中描述了g r i d o v e i o b s 的网络中o b s 路由节点是如何工作的，与o b s 网络不同的是，有两种类型 的节点：网格用户网络接口( g u n i 、g a d u s e r n e t w o r k i n t e r f a c e ) 和网格资源网 络接( g r n i g r i d r e s o u r c e n e t w o r k i n t e r f a c e ) 。g u n i 负责处理劂格用户的请 求，而g r n i 则管理网格资源。图中描述了一个任务如何被资源提供者执行的， 网格用户的任务首先根据任播路由算法( 不需要目的地地址) 被发送到网格资源。 任务首先到达g u n i ，被封装成一个光突发包，然后在光突发交换网络中使用j i t 或者j e t 荒略( 小需要提前通告) 来传送。当g r n i 收到数据包时，它解析出任 务，并把它分配到合适的网格资源提供者，任务执行完后，任务结果返回给网格 用户。 l3 本论文的主要工作 论文章节结构组织如f ： 第一章介绍了o b s 基本原理，o b s 网络的组成，及o b s g m p l s 互联网络， 然后介绍了基于o b s 的光子网络的体系架构。 第二章主要是阐述一种改进的基于o b s 的光子网格体系架构，首先简要地 介绍了目前基于o b s 网络的光子网格体系中存在的问题，然后提出了种基于 p 2 p 的光子网格体系架构，接着介绍了信令流程和资源查找过程，最后介绍了实 验平台和对实验结果进行了分析和讨论。 北京邮电大学硕士学位论文 第三章是对支持保护恢复的o b s g m p l s 接口的实现进行了介绍，首先介绍 了基于o v e r - l a y 模型的o b s g m p l s 互连网络目前的研究现状，然后介绍了不支 持保护恢复功能的o b s g m p l s 接口，接着又介绍了支持保护恢复功能的 o b s g m p l s 接口信令，介绍了其功能模块的具体设计和实现，最后介绍了实验 平台和对实验结果进行了分析和讨论，通过实验结果的分析证明扩展的控制接口 很好地支持了o b s g m p l s 网络的保护恢复功能。 第四章是对论文工作进行了总结并对其中的不足提出了改进意见。 9 北京邮l 乜人学硕一i j 学位论文 第二章一种改进的基于o b s 网络的光子网格体系架构 2 1 概述 当前基于o b s 网络的光子网格架构都是基于客户端j j 及务端模式的。在这种 模式下，服务器端查询负载量很大，容易成为网格网络中的一个瓶颈。在这种背 景下，基于客户端j j f f 务器模式的光子网格会变得不可行，因为以下的几点缺点： ( 1 ) 很差的扩展性，服务器会容易地成为光子网格系统的瓶颈因为高的负 载； ( 2 ) 差的纠错功能，当服务器端发生故障时，连接到服务器端的用户都不 能享受网格服务； ( 3 ) 服务器端的数据库经常被查询和更新，当任务请求率很高的时候，查 询和更新速率不能完全地被处理在内存驻留型的数据库中 7 】。 以上这些都会妨碍光子网格得到广泛地应用，而基于对等互联网络技术 ( p 2 p ，p e e r - t o p e e r ) 的光子网格架构是作为一种比较新的概念被提出来的，它 的资源发现机制和传统的客户端服务端模式相比更适合分布式的光子网格。 在 8 中，提出了一种基于p 2 p 协议的光子网格，并且在标签光突发交换网络 实验平台上对这种架构进行了实验验证。可以看出，通过在光子网格中引入p 2 p ， 基于客户端j l 艮务端模式的光子网格架构的缺点被很好地解决了，并且给光子网 格中引入了很多p 2 p 好的特性，如灵活性，可扩展性，故障容忍度高，负载平 衡等。实验结果表明p 2 p 很适合网格，尤其是应付动态用户和很高任务率的大 规模的网格应用程序。 尽管如此， 8 】中提出的架构存在着一个缺点，那就是资源发现机制并没有把 网络时延因素考虑进来，这将会导致很长的资源查找时间。 本章在存在的基于o b s 网络的光子网格架构的基础上，提出了一种新的基 于p 2 p 的光子网格体系架构，在接下来的章节中首先介绍了基于o b s 的光子网 格架构，然后介绍了改进的基于p 2 p 的光子网格架构中的信令流程，资源查找 算法，最后介绍了在实验室标签的光突发交换技术( l o b s ，l a b e lo p t i c a lb u r s t s w i t c h i n g ) 实验平台上的验证结果，实验表明，在这种架构下，可以缩短资源查 找的时间，这对于网格用户来说，是十分有意义的。 1 0 北京邮电人学硕十学位论文 本章首先介绍了这种新的基于p 2 p 的光子网格体系架构的信令流程，接着 对其资源查找过程进行了详细地描述，最后介绍了l o b s 实验平台，并且实验结 果进行了详细的分析。 2 2 一种改进的基于p 2 p 的光子网络架构的信令流程 结合上章中所讲的基于o b s 网络的光子网格体系架构，得出了基于p 2 p 协 议的光子网格架构下的信令流程，可以分为以下三步：( 1 ) 配置( 2 ) 资源发现 ( 3 ) 任务执行，具体见图2 1 所示： 本章下面出现的定义，缩写，术语总结如下：在这种架构下，每个节点都有 一个节点标识，以n i d 表示。n j d 是由m 比特组成的，通过s h a 1 9 】哈希过程对 i p 地址的哈希映射得到的。每个网格资源提供者要求提供一个网格资源描述符， 被表示为f r d ( n i d ，k f r o ，d r d ) ，其中k f r d 也是由m 比特组成的，是通过对 静态资源如操作系统的版本，服务类型等哈希映射得到的，d r d 代表的是包括 c p u 空闲时隙和可用内存等动态资源描述。当网格用户提交任务时，首先会产 生工作要求描述，用j r d ( n i d ，k j r d ，d r r ) 表示，其中k j r d 和d r r 分别代 表网格用户提交的任务对资源提供者的静态和动态资源的要求。r f r d 代表f r d 的根节点。o f r d 代表资源提供者的标识符。p r e f i x ( n ，j ) 代表着n 的前j 比特。 r e s t 五p “，v i | c “l u h l i s hr i dp e r 7 i , x f i c “i l y i n i t i 妇l j z cf