（通信与信息系统专业论文）ason分层路由技术的研究.pdf

中文摘要 摘要；随着因特网的高速发展和多数据业务的出现，要求光传输网络能够实时动 态地调整网络拓扑结构，灵活有效地利用网络资源。传统的光传输网络( 0 1 f t q ) 难以满足这些需求，而自动交换光网络( a s o n ) 通过在网络体系中加入控制平面， 用来实现链路管理、呼叫连接管理、资源发现和路由选路等智能功能。a s 0 n 是 具有自动交换的智能网络，代表了下一代光网络的发展方向。 本文首先介绍了a s 0 n 网络的概念以及其体系结构( 传送平面、控制平面、 管理平面) ，同时描述了其中所采用的接口和信令协议。接着着重描述了控制平面 的功能需求和模块，并介绍了用于控制平面实现的通用多协议标签交换( g m p l s ) 协议。 本文的重点在于对a s 0 n 的分层结构的研究。在文章的后半部分主要描述了 a s o n 的路由结构以及三种路由方式( 源路由，逐跳路由和分层路由) ，接着介绍 了a 5 0 n 中应用的路由协议和技术。最后着重分析了分层路由技术，并针对其特 点提出了一种改进的层级网络信息汇聚策略和路由算法，提高网络服务质量 ( q o s ) 。 关键词：光传送网络；自动交换光网络；控制平面；通用多协议标签交换；分层 路由；汇聚策略 分类号：t n 9 1 5 5 a b s t ra c t a b 钔i r a ( x ：w i t ht h ei n c r e a s i n gd “e l o p m 翎to fl i l t e l _ i l c ta n dt h c 啪e 瞎e n c co f m u l t i d a t as e r v i c e ，i t ，sn e c e s s a r yf 研( 删t oa d j u s tt h ct o p o l o g y0 fn e t w o r k d y n a m i c a l l y 鞠du t i l 疏童h en e t w o f k 脚眦ee f f e 幽e l 弘弧e 拄a d i t 主o n a 王o p l i c a 王 t r a n s p o r tn e 研o r k ( 0 肿dc a l l tm e e t t h e s cf e q u i r e m c n t s t 1 i ea u t o m a t i c a l l ys w i t c h e d o p t i c a ln e 嘲o r a s o n ) a d dn 撼c o n t r o lp l a n et on e t w o f ka f c h i t e c t 帔e ，i no 芏d 锃t o r c a i 娩es o m ei n t e l l i g e n t 如n c t i o n s ，s u c h 勰l i i l l 【sm 柚a g e m e m ，c a l j n n e c t i o n m a n a 舻m e n t 、d i s c 0 v e r i gr e s o u r c e 她t o m a i c a u ya n ds e l e c t i n gr o u t ep a t h f i r s t l yt h i sp a p c ri n 删u c e st h ec o n c 印ta l l da r c h i t e d u r co fa s o n ( t m n s p o f t p i a n e ，c o n t r o lp l a n c 、m a n a g e m e n tp l a n c ) ，a n dd e s c r i b ei n t e r f a c e s a n ds i 髓a l i n g p r o t o l si a s o n n e nw cm a i n l yd e s c r i b ef i l n c t i o nr c q u i r 锄e n t s 柚dm o d u l e si n c o n f r o lp l a n e ，a n di n t r o d u c et h cg e n c r a l i z e dm u l t i - p r o t o ll a b e ls w i t c h i n g ( g m p l s ) p r o t o c o lf o rt h er c a l i z a t i o no fc o n t r 0 1p l a n e n i sp a p e rf o c u so nr c s e a r c h e s0 ft h eh i e r a f c h i c a la r c h i t e c t u r c na s o n i l li h e s e c o n dh a l fo ft h j sp a p e f ，w ed e s c r i b et l l er o u t i n ga r c h j t e c t u r ei l la s o na n dt h r e e r o u t i n gm o d e s ( s o u f c cr o u t i n 昏s t e p - b y - s t c pr o u t i n g 、h i e f a r c h j c a lr o u t i n 曲，f o l l o w e d b yt h ei n t r o d u c t i 衄o fr o u n n gp r o t o c o l sa n dt e c h n o l o g i e s a tl 弱tw er e s e a r c ht h e h i e r a r c h i c a lf o u t i n gt e c h n 0 】0 9 ya n dp r o p o s e 卸i m p r o 增da g 邑弦g a t i 曲s c h 曲1 e 卸d r o u t i n ga l g o r i t h mf o rn e m o r ki n f o 咖a t j o n ，w h i c hc 挑i l p r o v ei h eq o s o fn e t w o r k k e y w o r d s： 0 t n ；a s o n ；c o n t r o lp l 柚e ；g m p l s ； h i e r a r c h i c a i r o u t i n g ；a g g r e g a t i o ns c h c m e s c l a s s n o ：t n 9 1 5 3 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京 交通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，并采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复 印什和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 聚轴 导师签名船阮 签字日期：玉。g 年肛月0 ，日签字日期：p6 年f 阴跏日 j 塞童通友堂亟堂僮迨塞独剑世童 明 独创陛声明 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和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，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交通大学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己在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：景翔 签字日期：护年立月函日 致谢 本论文的工作是在我的导师孙强教授的悉心指导f 完成的，孙颊教拶严蹲的 治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来孙强 老师对我的关心和指导。 在公司实习和撰写论文期间，同事们对我沦文，0 砂i 宄上作给f 了热。消打j 或， 在此向他们表达我的感激之情，同时对在论文石j f 穷，p 婷，仔的叫络f 掣仿瞧h w 中给予支持和帮助的同行们表示衷心的感谢，研究7 j7 抖j f m i 朝夕特f 处的f _ 也! 之；： 贵的财富，感谢李珏、陈静、吴至文三位同窗以及各位顺弟师妹让我得到了h 祝 月累的真挚友情，不论是有形的图文还是无形的记忆，都会珍藏着我们的欢声笑 语，永不磨灭。感谢通信五班所有同学，感谢所有的朋友，很幸运能够认识你们， 我的学习生活因你们而更加丰富多彩。 最后，感谢我的家人，你们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业， 想到你们总会让我的心里安详而温暖，你们的哺育之恩、爱护之情我当永世不忘， 祝你们身体健康，永远年轻! 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题剑论文的顺利完 成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这甲请接嗲掺诚挚的 谢意! 北京交通大学硕士学位论文 绪论 第一章绪论 进入新世纪以来，电信工业的变化令世人瞩目，已对我们的生活产生了极其深 远的影响，引起这些变化的原因有很多，很重要的一点就是持续增长的网络增容 需求，激发这种需求增长的主要因素是互联网和万维网的飞速发展，包括用户数 量的增长、网络用时的增长和每个用户所使用带宽的增长。 同时发生巨大变化的还有网络上所传输信息的类型。大多数新的需求来自于各 种数据业务，而不是传统的语音信息的传输，这种趋势已经存在了很长一段时间 并继续在前进。然而，目前的网络构架是有效地支持语音而不是数据信息的传输。 网络传输信息的多元化在很多时候要求运营商重新考虑构架网络、提供服务的方 法，甚至是他们的商业模式。所有这些因素促进了高容量光网络的发展，并使其 以惊人的速度完成了研究阶段到商用阶段的跳跃。 对于光网络，我们实际上指的是两代光网络。对第一代光网络而言，光技术 及器件只用于信息传输中，因此只利用了客量方面的优势。与铜缆相比，光纤提 供了更低的误码率和更高的容量，但实际上所有的交换和其他的网络智能功能则 仍由电子器件来实现。第一代光网络主要是同步光网络( s o n l 玎) 和与其相类似 的同步数字体系( s d h ) 网络。目前，第二代光网络正处在快速发展之中。随着 新一代光网络系统中所需的关键器件光线路终端( 0 l t ) 、光分插复用器 ( o a d m ) 、光交叉互联器( o x c ) 等的出现，网络中的一些智能功能如路由选择、 交换已经能够与光层相结合1 1 j o 1 1a s 0 n 网络研究背景与意义 1 1 1 理论背景 随着信息时代的来临，人类j 下快速走向全信息化社会，各种通信业务急速增长， 信息领域相关技术的发展，特别是i p 业务为代表的数掘业务，其突发性导致业务 量本身的不确定和不可预见，这就对网络的智能化提出了更高的要求，要求光网 络能够实时、动态地调整网络的逻辑拓扑结构，实现资源的最佳利用，能够快速， 高质量地为用户提供各种带宽服务与应用，并且具有更加完善的保护和恢复功能， 更强的互操作性和扩展性等。 北京交通大学硕士学位论文 传统的光传输网( 盯r n ) 是一种基于s d h s o n i 玎和w d m 技术的光电混合网， 但由于采用的是固定的链路连接模式，对带宽的分配是静态的，网络缺少实时的 业务供给能力，网络缺乏灵活性、可靠性和可扩展性，提供的业务单一，带宽利 用率低，对多点故障灾难无能为力。同时，其网络体系结构是基于多层协议栈模 型，客户层球数据包经过多次映射和层层封装后在w d m 信道种传输，信号经过 每一个节点都要进行光电变换，客户没有真正充分利用w d m 技术提供的巨大带 宽资源，网络也无法避免光电转换带来的“电子瓶颈”的限制f 2 j 。 对于电信运营商的而言，传统光网络电路调配繁琐，几乎所有的配置操作和业 务提供都是由人工来完成，耗时费力且易出错，运营成本高。1 9 9 8 年s v c a m o r c 公 司为代表的一批公司提出了智能光网( i o n ) ，倡导将铷r m 和l p 路由功能引入到 光网络中，使传统的以s d h 、s o n e t 和w d m 为基础的光组网技术和以琨为基 础的网络智能化技术迅速发展并结合起来，这样就形成了自动交换光网络 ( a s o n ) ：由用户发出请求，由控制平面控制并实现光传送网内链路的建立拆除、 交换和传输等些列功能的新一代网络，而且通过信令实现对业务的自动保护和 拓扑发现，减少人工配置工作量，并采用网状结构有效抵抗网络多点故障，降低 了整体的运营成本 a s o n ( 自动交换光网络) 是从i p 、s o n e t s d h 、d w d m 的环境中升华出来 的，将口的灵活和效率、s o n e t s d h 的保护能力以及d w d m 的容量通过创新的 分布式网络管理系统有机地结合在一起，赋予现有光网络更多智能，提高了网络 资源的利用率，使其发展成一个能够完成自动交换功能的智能光网络，代表智能 光网络的主流方向。 1 2a s o n 的标准化发展 如今，对自动交换光网络( a s o n ) 的研究i e 在大张旗鼓、如火如荼的进行中， 由于用户需求、网络技术以及电信运营商巨大人力物力财力投入的推动下，a s o n 从概念提出、体系完善、标准设定到现在的部分区域试验网的建立只经过了短短 三四年。 a s 0 n 网络主要出管理平面、传送平面、控制平面组成，其中还包括些特定 的网络接口和信令协议，我们在后面的章节中会作些描述。在a s o n 的标准化 道路上，各组织的工作重点各有不同，各有特色，互相促进：i t u t 着重研究a s o n 的体系结构，i e 丁f 主要制定协议方面的标准，而0 i f 则重点放在u n l 和n n l 等 网络接口一卜。本论文主要参考i t u t 杯准，从2 0 0 1 年7 月起，i t u t 相继发佰了 北京交通大学硕七学位论文绪论 g 8 0 7 、g 8 0 8 0 、g 7 7 1 2 、g 7 7 1 3 、g 7 7 1 4 建议【3 l 【4 1 【5 1 【6 】m ，2 0 0 2 年6 月发布g 7 7 1s ( 8 j 形成了从上到下金字塔形的建议框架。这些建议制定丁a s o n 网络的总体体系结 构( g 8 0 8 ，展示了a s o n 核心技术的实现需求，例如分佰式呼叫和连接铲理 ( g 7 7 1 3 ) 、自动发现( g 7 7 1 4 ) 、路由技术( g 7 7 1 5 ) 、链路管理( g 7 7 1 6 ) 等，本 论文的着眼点为其中较关键的路由技术。 t f 在2 0 0 3 年提出了面向光网络控制的通用多协议标记交换( g m p l 嘉j ，t 是从球网络中的m p l s 技术发展而来的。m p l s 是为提离数掘髓络8 i j 效翟喃改；l 的一种包交换技术，因为基于m p l s 的流量工程技术j 帛遗翁l u 路尘掺删崭的特 点，因此将其扩展到了更通用的电路光交换的技术领域( u r nj 。g m p l s 是一个 协议族，主要包括：资源预留协议流量工程扩展( r s v p t e ) 和路由受限一标记 分配协议( c r u ) p ) ，用于通道控制和管理；扩展的开放最短路径优先( o s p f t e ) 协议和中间系统一中间系统( 1 s l s t e ) 路由协议，用于域内链路状态分发和路由 计算；链路管理协议( l m p ) 用于邻居发现【9 】。 0 i f 的工作主要是制定一些实施协议并进行互操作性试验，其最重要的成果是 用户网络接口( u n i ) 1 o 信令规范，u n l l o 允许客户使用信令和协议自动建立雨l 删除，并提供通过u n i 接口的邻居发现和业务发现功能。o i f 的另个重要的上 作是开发e n n i 实施协议，主要是定义域间信令协议、发现功能，支持分级路d l 的域间路由协议( d d r p ) 。 1 3 本论文主要工作以及章节安排 1 3 1 论文主要工作 所谓a s o n 的自动交换连接也就是说：在网络资源和拓扑结构自动发聊的草 础之上，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j 安 需连接。在标准的a s o n 网络体系中，我们从传统的传输节点设备和管珲系统中 抽象分离出了控制平面，借助路由协议和信令机制为光删丸7 j 八智能，箕1 4 p j 翻 平面的动态路由和连接实现显得尤为重要，是a s o n 网络智能化集中体现。亿奉 论文的研究工作中，查阅了大量国内外资料和文献，在对a s o n 的整体绐f f ：| 、蟓 理以及各平面技术进行深入学习和理解的基础上，着重对a s o n 的路由体系和路 由技术进行研究，其中具有良好网络扩展性的分层路由即是本论文的研究重点。 根据分层路由的结构特点提出了改进的层级网络信息汇聚策略和路算法，为j 7 北京交通大学硕士学位论文绪论 对策略进行仿真验证，学习了网络仿真软件0 p n e t 的应用，参考了前人对智能光 网络节点、网络协议的建模方案，对具体网络实例进行了分析，得出了一定结论。 1 。3 2 论文章节安排 第1 章本章描述了a s o n 的技术背景与意义，以及其标准化进展，最后简单 介绍了论文所做工作。 第2 章本章简单性介绍了a s o n 网络的体系结构以及其技术特点，并对三大 平面的结构和功能作了描述详细分析了a s o n 中的主要互连接口和呼叫连接的模 式。最后针对理论创新介绍了a s o n 的特点及其一些) 并列举了a s o n 目前需要 解决的一系列关键问题。 第3 章本章分析了a s o n 网络的核心一控制甲面的体系结构与功能实现，重 点介绍了控制平面基于g m p l s 协议族的实现。对比传统口网络的m p l s 协议介 绍了g m p l s 协议的扩展。 第4 章本章对比口网络的路由模式介绍a s o n 的路由方式与体系，并介绍了 a s o n 路由功能实现的组件。 第5 章本章主要介绍了a s o n 所采用的路由技术与协议，对路由模块中为连 接服务的r w a 作了重点阐述，提出了自己对r w a 组合优化的看法。 第6 章本章首先对本论文重点研究的分层路由模型和连接过程作迸一步描 述，接着针对分层路由中的信息汇聚和路由算法提出了新的策略，并作了一定的 性能仿真。 第7 章本章对论文进行了总结并对下一步工作进行了展望。 北京交通大学硕士学位论文a s o n 基础理论 第二章a s 0 n 基础理论 2 1a s o n 网络体系结构 a s o n 是一种新的智能光网络，是下一代网络发展的方向，本章节主要从 a s o n 的网络体系结构入手，对a s o n 网络做整体而全面的介绍，其中着重阐述 了a s o n 网络核心部分一控制平面的结构、功能以及实现。 u t 最早提出的自动交换传送网络( a s t n ) 是通用意义上的网络概念，与 集体的技术无关，其能够提供一系列支持在传送网络中自动建立和释放连接的控 制功能，而a s o n 实际上就是a s l n 在光网络中的应用。h u t 为a s t n 制定了 标准建议g 8 0 r 7 ，在这个建议中规范了a s t n 的体系结构和连接相关的一些控制功 能，定义a s t n 由三个平面组成：传送平面、控制平面和管理平面。而作为a s t n 在光网络中的实例，r r u t 定义a s 0 n 为“通过能提供自动发现和动态连接建立 功能的分布式控制平面，在o t n 或s d h 网络之上，可实现动态的、基于信令和 策略驱动控制的一种网络。” a s o n 根据其功能分为三个平面：控制平面( c o n t r o lp l 孤e ) 、管理平面 ( m 卸a g 咖e n tp l a n e ) 以及传送平面( t r 强s p o np l a n e ) 。三大平面通过数据通信网 ( d c n ) 联系，d c n 是负责实现控制信令消息和管理信息传送的信令网络。 传送平面由传送网的一系列传送网元组成，光传送节点主要包括光交叉连接器 ( o x c ) 和光分插复用器( 0 a d m ) 等设备，该平面是业务传送的通道，可提供 用户信息端到端的单向或双向传输，实现连接的建立拆除、交换和传送的物理平 面。管理平面对传送平面和控制平面的功能，通过管理平面与传送平面和控制平 面之闻的交互，实现对网络资源的动态配置、性能监测、故障管理、业务管理以 及对路由、信令和链路管理功能模块的管理。控制平面是a s o n 的核心，由分布 于各个a s o n 节点设备中的控制网元组成，实现对传送平面的灵活控制，相当于 网元的大脑，包括了一系列的信令和协议系统，可动态地交换光网络的拓扑信息、 路出信息以及其他控制信息，因此a s o n 实际上就是关于控制平面的解决方案【1 0 1 。 这三个平面相对独立，在逻辑功能和物理上都可以分离，但互相之间又协调工作， 图2 一l 为r r u t 提出的这种a s o n 网络体系的结构模型，给出了三个平面的关系 及相应的接几。 北京交通大学硕士学位论文 a s o n 基础理论 2 1 1 传送平面 a s o n 的传送平面由一系列的传送实体组成，包含实施交换功能的传送网网 元，例如a d m o x c 、o a d m 和o x c 等设备，客户端到端的连接就是在a s o n 控制平面的控制下通过这些传送网元在传送平面内实现。传送平面提供净荷传送、 性能监视、故障监测和保护倒换功能，并确保光信号传送的可靠性。 a s o n 的传送平面需要满足两个新的要求：一个是增强的信号质量检测功能， 另一个是支持多粒度光交换技术。a s o n 可直接在光层进行信号质量的检测不仅 保证了从传送层面进行业务恢复的能力，而且极大提高了光网络的恢复效率与恢 复速率。而多颗粒度交换技术是a s o n 实现流量工程的重要物力支撑技术，同时 也是实现带宽的灵活分配和各种业务接入的需要【l i 】f 1 2 】。 从分层角度，光传送平面结构由多个层网络( 如光通道层、光复用段层、光传 送段层) 组成，如图2 2 所示 s d 】t ，s 0 搬t棚f 加i工pp 删苴它 光遁道屉( 0 c h ) 光复用段层( 面s ) 光传送段屡( o t s ) 2 2 传送平面分层结构 _ 客户层：各种不问格式、不同速率的客户信号( 如s d h 、a t m 、i p 等) ： 一光通道层( o c h ) ：为透明性传送各种不同格式的客户层信号提供端到端的 光通道联网功能，这r = 一层同时也j 赴生和插入有关光通道配置的丌销，如波 胆 雠师 轳 信平 北京交通大学硕士学位论文 a s o n 基础理论 长标记、端口连接性、载荷标志、波长保护能力，这一层包含光连接设备 o x c 和0 a d m 的相关功能； 光复用段层( o m s ) ：为多波长光信号提供联网功能，包括插入确保信号完整 性的各种段层开销，并提供其生存性，波长复用器属于这一层； - 光传送段层：为光信号在不同的光媒质( g 6 5 2 、g 6 5 3 、g 6 5 5 光纤) 上提供 传输功能，光放大器即属于这一层。 2 1 2 管理平面 管理平面完成传输平台、控制平台和整个系统的管理和维护功能，使得网络运 营者能够对网络运营情况有力掌握，从而对网络资源进行优化配置。管理平面负 责所有甲面之间的协调和配合，能够进行配置和管理端到端连接，是控制甲面的 一个补充。管理平面的主要功能是建立、确认和监视光通道，并在需要时对其进 行保护和恢复。 a s o n 网络是由s d h 、0 1 n 发展而来，因此已有的o t n 的网管规范中对光网 络的基本监控指标的规范在a s o n 中仍然是有效的，然而由于智能化控制平面的 引入，也为管理平面带来了新的问题，如：连接管理功能、命名和寻址、管理平 面与控制平面的协调问题【埘。 在a s o n 中管理平面要对控制平面和传送平面进行管理，则要求这种新型的、 分布式和智能化的管理平面具有一些新的特点以满足控制平面和传送平面的管理 需求，以下是对这些需求的一些分析。 ( 1 ) 智能化的控制平面对网管系统的需求主要有这几个方面： a 网管系统需要对控制平面初始网络资源进行配置，包括配蜀控制模块的控 制模式。 b 管理系统对控制平面的控制网元的初始参数配置，包括：控制模块路由功能 的命名和地址参数的配罱、信令功能的信令控制模式以及信令参数的配置、资源 管理模块初始网络资源参数的配置、u n i 和n n i 接口的参数配置。 c 琏接过程中控制平面和管理平面之间的信息交互。 d 控制平面本身的性能管理，涉及到控制平面资源性能管理和负荷情况的管 理。 ( 2 ) 传送平面对网管系统的需求： 与传统的o t n 管理内容类似，主要是传送网络资源即网元的配雷管理、性能 管理以及故障管理等内容。 北京交通丈学硕士学位论文a s 渊基础理论 2 1 3 控制平面 控制平面是整个a s o n 网络的核心，a s o n 网络研究的重点，也是区别a s o n 与传统光网络的根本所在。a s o n 通过引入控制平面，使用接口、协议以及信令 系统，可以动态地交换光网络的拓扑信息、路由信息以及控制信息，实现了光通 道的动态建立和拆除以及资源的动态分配。控制平面由分布于各个a s o n 节点设 备中的控制网元组成。控制网元主要由路由选择、信令转发以及资源管理等功能 模块组成，网络中的各个网元相互联系共同构成了信令网络，用来传送控制信令 信息1 4 】i 阁。 a s o n 控制平面的基本功能有：呼叫控制、呼叫许可控制、连接管理、连接控 制、支持u n l 与网管系统的联系、多归属环境中的连接管理、支持路由分集的连 接管理和补充业务的支持i “。 本篇论文所探讨的正是a s o n 控制平面中为连接建立进行选路服务的路由模 块的实现与分层路由方式，对于a s o n 控制平面的具体结构、功能和特点将在后 面的章节中具体介绍。 2 1 ；4a s o n 的接口 a s o n 的接口是网络体系中不同的功能实体之间的连接渠道，其规范了各模块 之间的通信规则，不同的平面通过不同的接口相连接，同一平面内部的不同功能 区域也使用不同类型的接口互联。这一节中我们对i t u t 的a s o n 网络体系中的 一些接口作出描述。 如图2 1 所示，a s o n 的接口主要有以下几种：用户网络接口( u n i ) 、网络 节点接口( n n l ) 、连接控制接口( c c l ) 、网络管理接口( n m i ) 【1 7 1 8 l 【1 9 】。 ( 1 ) 用户网络接口u n l u n l 是控制平囱的内部接口，是用户终端( 口路出器、删交换机、s d h 交 换机等) 与a s o n 光层设备之间的接口，标准的u n i 接口使得不同的用户具备了 统一的网络接入方式。该接口需要规范的主要内容有：用户端点的连接建立请求 速率、连接请求参数、光通路端点的寻址方案、光通路客户的命名方案、安全参 数和响应时间等。 u n i 除了要支持多种网元类型以外，还要满足自动交换网元的要求，即要通过 传递的控制信息流实现以下功能：资源发现、呼叫控制、连接控制、连接选择、 呼叫的安全和认证管理等，但通常不支持选路功能。 ( 2 ) 网络节点接口n n i 北京交通大学硕士学位论文 a s 0 n 基础理论 n n i 是光网络子网之间的接口，用于控制平面内部相互交换信息，主要解决不 同供应商之间的光网络设备之间的互联问题，在由多个自治网组成的光网内实现 动态光路的建立、维护、删除等功能。n n i 又分威内部网络节点接口( i n n i ) 和 外部网络节点接口( e n n l ) 外部网络节点接口( e n n l ) e n n i 是在不同自治域或者提供商网络中控制实体之间的双向信令接口，用于 网络与外部不可信网络实体的控制平面之间的通信。b n n i 接口信令将屏蔽网络 内部的拓扑等信息，其传送的主要信息有：呼叫控制、连接控制、连接选择、资 源发现和连接路由寻径。通过这个接口信令，a s o n 网络可以被划分成几个子网 管理域，e n n l 可以实现这几个域间的端到端的连接控制。 内部网络节点接口( i - n n i ) i _ n n i 是在二个自治域内部或者在有信任关系的多个自治域中的控制实体间的 双向信令接口，这种情况通常发生在同一运营商网络内部的互联商。i n n i 将提供 网络内部的拓扑信息，其传递的信息将被用来进行域内选路和路由。i m 啦为了连 接的建立需要支持以下功能：资源发现、连接控制，连接选择和连接路由寻径， 因此i n n i 所传送的信息包括以上这些信息以及控制网络资源的信息。 下面的图示表示了a s o n 中个控制平面实体的逻辑关系图，同时标示出了u n i 和n n i 这两种逻辑接口； 接口功能需求 u n i呼叫控制、资源发现，连接控制、连接选择，呼叫安全或者增强的目录业务 e t 删呼叫控制、资源发现、连接控制、连接选撺、连接选路 i n n l 资源发现、连接控制，连接选择、连接选路 。 、 ，、 - ，。 ， 、 图2 3 控制平面接口示意图 ( 3 ) 连接控制接口 北京交通大学硕士学位论文a s o n 基础理论 c c i 工作在控制平面和传送平面之间，通过它可以传送连接控制信息，建立光 交换机端口之阃的连接，一般说来这是一个私有接口。c c i 接口的交互信息主要是 从控制节点到传送平面网元的交换控制命令，以及从传送网元到控制节点的资源 状态信息，因此c c i 接口必须支持两个基本功能： a 从控制平面接收命令，对命令解析后发送到传送平面，对传送平面的物理 实体进行控制。 b 。搜集传送平面实体的当前状态，包括开关状态、告警等信息，将信息解析 后发送到控制平面。 a s o n 网络的一个要点就是使网络实时地响应用户的带宽请求，动态地分配光 网络的波长资源，所以c c i 接口必须具有能够告诉处理通过接口的各种信息的能 力。c c l 毕竟还是一个传送网元内部的接口，因此在目前设备种类繁多的阶段下， 对各个设备制造商而言，也可采用专有的协议来实现c c i ，但最终开放的设计模型 是必须的，这样的才能使得任何遵循一定协议的设备都可以互连互通。 ( 4 ) 网络管理接口n m i 网络管理接口( n m i ) 作用是实现管理平面对控制平面和传送平面的管理，接 口中的信息主要是相应的网络管理信息，其分为管理平面和控制平面的接口 ( n m i a ) 、管理平面和传送平面的接口( n m i t ) t 2 0 l 。 管理平面和控制平面接口( n m l a ) n m i - a 接口是管理平面对控制平面管理功能的重要手段，该接口按照对控制 平面进行网络管理的需求分析，定义控制平面的信息模型。n m i a 接口中传送的 管理信息类型包括配置信息、性能信息、故障信息、连接信息、资源发现信息等。 通过n m i - a 接口，管理平面可以对控制平面进行以下这些管理：管理系统对 控制平面初始网络资源的配置、管理系统对控制平面控制模块的初始参数配置、 控制平面本身的故障管理、连接管理中控制平面与管理平面之间的信息交互、对 信令网进行的管理以保证信令资源配置的一致性。对控制平面的管理主要是对路 由、信令和链路管理功能模块进行监视和管理，使用的管理协议包括简单网络管 理协议( s n m p ) 等，也可以使用厂家自己定义的接口协议。 管理平面和传送平面接口( n m i t ) n m i t 按照传送平面网络管理的需求分析，定义传送平面的网管信息模型，设 计网络管理操作的流程，实现对传送网络资源基本的配置管理、性能管理和故障 管理。传送平面的资源管理接口主要参照电信管理网( t m n ) 结构管理，使用的 网络管理技术包括简单网络管理协议( s n m p ) 和公共管理信息协议( c m i p ) 等， 也可以使用厂家定义的接口协议。 对传送网元的管理主要需要宠成以下操作： j e 京交通大学硕士学位论文a s o n 基础理论 a 配置管理 主要完成网络初始创建阶段传送网元的配置，包括创建网络拓扑( 配置子网络、 划分网络区域、添加网络节点、配置初始网络邻居关系等) 、配置传送网元的性能 参数。在网络运行维护阶段，主要完成网络故障维护相关的配置操作。 b 。连接管理 完成永久连接( p e 珊a n e n tc 0 n n e c t i o n ) 的创建、删除、调整以及维护。对于软交 换连接( s o f cp e 姗a n e n c c o 衄e d i o n ) ，完成其用户网络部分连接的创建、删除、调 整以及维护。关于a s o n 的三种连接类型将在接下来的章节中介绍。 c 性能管理 主要完成传送网络资源的性能监测与维护管理。性能管理包括性能质量保证， 性能监测、性能管理控制、性能分析。主要包括这样几个功能模块：性能监测数 据收集模块、性能监测事件处理模块、历史记录功能。 d 故障管理 主要完成传送网络资源的故障管理维护操作。故障管理又划分为故障监测、故 障隔离、故障报告、故障等级划分、故障等级设置等等。 2 2a s o n 的连接类型 a s 0 n 的网络结构是一个客户服务者关系，显著特点就是客户网络和提供商 网络之间存在着很明显的边界，它们之间不共享拓扑信息。客户端( 如m 路由器、 问r m 交换机等) 通过向提供方( 如光交叉连接设备) 发送连接请求，由客户方在 a s o n 网络中动态的建立一条业务通路。 a s o n 中根据请求对象的连接需求的不同，在g 8 0 7 0 ，g 8 0 8 0 中定义了三种连 接类型：永久连接( p c p c 加a n e n tc o n n e c “o n ) 、软永久连接( s p c s 积p c 肌a i l e m c o n n e c t 洒n ) 和交换连接( s c ，s w i t c h e dc o n n e c t i o n ) 。r 司讦孝，a s o n 定义三种方式 分别建立以上三种连接：配鼍方式、混合方式和信令方式f 2 ”。 永久连接( p c ) 永久连接通过配置方式建立连接，与传统o n 4 的连接方式一样，配置方式利 用网管系统或人工预实现对端到端连接沿路径每个网元的配置，当然在发出建立 连接的配置指令之前需要由管理平面根据连接请求以及网络资源利用情况预先计 算出适当的路径，通过网络管理接口( n m i - t ) 向网元发送交叉连接命令完成通路 的建立。这种方式连接的建立是网络运营者的职责，所建立的连接即为永久连接 ( p c ) ，这是一般传送网所采用的方式，如图2 4 所示。在这种连接方式之下， 北京交通入学硕七学位论文 a s o n 基础理论 a s o n 能够很好的兼容传统光网络，实现两者的互联，但由于网管系统要全面了 解网络资源状况并根据流量工程的要求计算出连接路径，因此连接建立的速度相 对而吉比较慢。 连格 图2 4 ，a s o n 中的永久连接 交换连接( s c ) 交换连接是一种由于控制平面的引入而出现的全新的动态连接方式，其通过信 令方式建立连接。首先s c 的请求由终端用户向控制平面发起，接着通过该控制平 面内控制和路由消息的交互，这些消息通过控制平面内的i n n i 或者e n n i 进行 传递，最终在需要连接的终端之间计算出一条最佳路径，最后通过控制平面与传 送平恧内网元的交互完成连接，如图2 5 所示，这种连接的建立可以是运营者或 者端用户的职责。 在s c 中，网络中的传送节点能够根据信令信息实时地响应连接请求，其实现 了在网络中连接的自动化，而且满足快速、动态的要求并符合流量工程的标准， 这种类型的连接是a s o n 连接的最终目标。 图2 5 a s o n 中的交换连接 软永久连接( s p c ) 软永久连接的建立由管毋平面和控制平面共同完成，这种连接方式介于永久连 北京交通大学硕士学位论文a s o n 基础理论 接和交换连接之间，采用分段的混合方式建立。这种连接形式是在网络边缘提供 永久连接，而网络边缘的永久连接之间提供交换连接，从而为两边的用户提供了 端到端的连接。s p c 中，用户到网络的部分由管理平面直接配置，与建立p c 的过 程一样，而光网络部分的连接通过管理平面向控制平面发起请求，然后由控制平 面完成这段连接的建立，过程与s c 的建立一样，如图2 6 所示。 在s p c 的建立过程中，连接是通过网络产生的信令和选路协议完成的，取决 于n n l 的定义，管理平面的永久连接指配只是完成边缘处的连接，这种方式的连 接不需要定义u n i ，所以称之为软永久连接。 图2 6 a s o n 的软永久连接 通过这3 中各具特色的连接类型，a s o n 可以实现对光链路的快速、灵活配置， 以满足流量工程和服务质量的要求，因此a s o n 的连接具有这样几个特点：能实 现对光通路的动态分配、能实现端到端的保护和恢复，能实现数据网元和光传送 网元的协调控制。 2 3a s 0 n 的信令协议 信令就是a s o n 控制平面以及管理平面实体之问传送的一种对话信息，它是 实现分布式连接管理的基础，而信令方式规定了信令信息通信与交流的协议和规 范。i t u - t 的g 7 7 1 3 膳1 7 0 4 中对a s o n 的分布式呼叫与连接管理的基本要求做了 详细的规定，包括其属性规范、信令流程、消息定义、状态转移图等i 2 2 1 。 。 按照要求建立连接、删除连接、查询连接状态和修改连接属性，这些是连接管 理的4 个基本动作。在a s o n 中，完成这些动作需要解决的问题有以下几个方面： ( 1 ) 双向光通道的建立。一条双向光通道一般都是由两条单向通道组成的。光连 接的建立可能有对等的端同时发起，这就需要解决冲突问题。 北京交通大学硕t 学位论文 a s o n 基础理论 ( 2 ) 地址。在a s o n 中采用的是重叠模型，这就需要光层网络和客户层网络地 址空间分离。此外，运营商为保证其网络的安全和私有性，可能采用两套地址机 制，对外可见的公用地址和内部的私有地址。这样，在涉及多域互通时存在地址 的翻译问题。 ( 3 1 规模。a s o n 将是运营级网络，可能是全国范围内的大型网络。信令协议要 适应a s 0 n 的发展规模，具有良好的可扩展性。a s o n 的网络结构也可能十分复 杂，在垂直方向可划分多层，在水平方向可进行分割。d c m ( 分布式连接管理) 信 令要提供对网络分层、多域的支持，满足层间、域间的交互( 拓扑发现和选路) 的要 求。 ( 4 ) 生存性。a s o n 传送实体的故障必须降到最小，因此信令的生存性能要设计 得很好，且必须支持故障检测和执行保护恢复的信令。 ( 5 ) 业务。对业务的支持在范围和层次上都有提高，信令能力也必须大幅度扩展， 提供支持业务可能带有的附加特征，如对流量工程的支持、对s l a 的支持。 ( 6 ) 组网。对多种拓扑网络的支持，尤其是复杂的m e s h 网。 连接认证与安全。a s o n 采用了呼叫和连接分离的机制。在呼叫过程中发生 认证动作，执行必要的策略管理。 ：信令系统的本质是可以请求的动作、与连接相关的特性、在网络中传递动作的 协议以及携带信令消息的通道对于a s 0 n 中的分布式呼叫与连接管理，h ，u 在 g 7 7 1 3 1 、g 7 7 1 3 2 、g 7 7 1 3 3 中分别推荐了信令协议p n n i 、g m p l sr s v _ p t e 和 g m p l sc r l d p 口q f 签l 。其中g m p l sr s v p t e 和g m p l sc r l d p 是m p l s 网 络中路由受限的标记分发协议( c r u ) p ) 和基于流量工程扩展的资源预留协议 ( r s v p t e ) 在光网络中的扩展。 上述三种信令协议中，p n 】m 是一种a t m 信令协议，其复杂性高，适用范围 小，支持的厂商少，不利于标准化。g m p l s 信令是在m p l s 信令基础上扩展而来， 不仅能处理分组业务，还能支持t d m 交换、波长交换和光纤交换等，接下来的一 章里将对g m p l s 作进一步介绍。g m p l sr s v p 皿和g m p l sc r - u ) p 信令协议 所实现功能相似，它们的区别在于实现的方式不同。r s v p t e 基于i p ，其技术已 经有多年的发展，各种机制比较成熟，得到众多厂商的支持；c r l i ) p 可以实现 r s v p t e 的功能，但地位逐渐淡化，l e t f 已经停止对c r l d p 的研究，目前支持 的厂商比较少。n u t 正对g m p l sr s v p t e 和g m p l sc r u ) p 进行修改，使其 成为d c m 的信令机制，满足g 7 7 1 3 中的呼叫连接模型。目前a s o n 的控制平面 中主要采用r s v p t e 信令协议，对于控制平面的结构、功能、模块以及其中的 g m p l sr s v p t e ，将在后面的章节中进一步描述。 北京交通大学硕士学位论文 s o n 基础理论 2 4a s 0 n 网络的特点及应用 作为网络发展理想目标的“全光网”，由于光信号固有的模拟特性和器件的工 艺水平以及光控技术的不成熟，在一定时间内很难实现，这个时候具有智能化的 a s o n 则代表下一代网络发展的方向。它的出现使得传统的光网络向着智能化、 快速化、业务化的发展道路上迈出了坚实的一步。a s o n 网络在传统的传输网络 中引入了信令的概念，将数据网和传输网管理的优点融合在一起，实现了动态网 络管理，a s o n 智能控制平面的引入使得这种新型光网络具有了一些新的特点【2 6 1 ， 例如： 7 ( 1 )自动资源发现机制，网络能够通过信令协议实现网络资源的自动识别。 ( 2 ) 多粒度、多种类型的网络保