（通信与信息系统专业论文）智能光网络基于gmpls分布式物理层损伤感知数据库研究.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 a s o n 光网络控制平面引入g m p l s 协议，构成智能光网络。未来网络的发展 越来越关注用户对服务质量( q o s ) 需求，作为下一代光网络的代表的智能光网络， 要求网络能自感知网络资源并进行优化配置，可提供动态、快速的连接建立功能 以及提供灵活多样的服务。在透明传送过程中，由温度变化、光器件的非理想性 以及增益抖动等引起的各种物理层损伤在长距离的积累后，对光信号质量的传输 造成严重劣化，不能满足客户对q o s 的要求。另一方面，随着可重构光分插复用 设备0 王o a d m ) 等技术的成熟，光路的动态拆建变得更加复杂，由其引起的传输路 径的动态变化和光网络物理层损伤的多样性，使得物理层损伤的补偿不能被提前 规划。因此，智能光网络需要感知和记录影响信道传输质量的物理层损伤信息， 以便实现根据不同的q o t 来配置满足不同的q o s 需求传输通道。 本论文在深入研究智能光网络控制平面路由协议和链路管理协议基础上，分 析能较全面涵盖光网络物理层损伤的主要物理层损伤参数，研究控制平面物理层 损伤信息的保存和传递，主要完成的工作和创新之处如下： ( 1 ) 提出建立分布式基于路由的物理层损伤数据库( p u d ) 。比较分布式和集 中式感知物理层损伤的控制方案，分析物理层损伤参数，提取可在数据库中描述 保存的损伤信息表征参数。 ( 2 ) 扩展o s p f t e 协议，定义一种新的o p a q u el s a 子类型p l i l s a ，在路 由域中携带和传递波长通道的损伤信息，设计数据库结构，分析三种数据库更新 方式对控制开销的影响，基于阈值的数据库更新方式的控制开销最小。 ( 3 ) 提出采用跳跃表作为p l i d 的数据库组织方式，编程实现o s p f t e 协议 及p l i d 使用的数据结构以及数据库操作。 h ) 编程实现了基于n s 2 的单域a s o n 仿真平台，实现对扩展的o s p f - t e 的 仿真，验证p l i d ，并对更新数据库频率相关的两个参数，链路状态广播阈值和路 由表时间间隔值进行仿真，链路状态广播值取1 0 、时间间隔取1 0 s 时，网络性 能最好。 关键词：智能光网络、a s o n 、o s p f t e 、物理层损伤数据库( p l i d ) 、链路状态 广播( l s a ) 江苏大学硕士学，立论文 a s o no p t i c a ln e t w o r kc o n t r o lp l a n ei n t r o d u c e dg m p l sp r o t o c o lt oc o n s t i t u t ea n i n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r k t h ef u t u r ed e v e l o p m e n to ft h en e t w o r ki si n c r e a s i n g l y c o n c e r n e da b o u tt h eu s e rd e m a n df o rq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) i n t e l l i g e n to p t i c a l n e t w o r k , a st h er e p r e s e n t a t i v eo ft h en e x t - g e n e r a t i o no p t i c a ln e t w o r k , c l a i mn e t w o r k s e l f - a w a r en e t w o r kr e s o u r c e sa n dt oo p t i m i z et h ec o n f i g u r a t i o n ，p r o v i d i n gd y n a m i c ，f a s t c o n n e c t i o ne s t a b l i s h m e n tf u n c t i o n sa n df l e x i b l es e r v i c e s i nt h et r a n s p a r e n tt r a n s m i s s i o n p r o c e s s ，v a r i o u sp h y s i c a ll a y e rd a m a g ec a u s e db yt h et e m p e r a t u r ec h a n g e ，t h en o n - i d e a l o p t i c a ld e v i c e s ，a n dg a i nj i t t e re t c sa c c u m u l a t e di nl o n g - d i s t a n c e ，t r a n s m i s s i o no fo p t i c a l s i g n a lq u a l i t yc a u s e ds e r i o u sd e t e r i o r a t i o n ，c a n tm e e tc u s t o m e rq o sr e q u i r e m e n t s o n t h eo t h e r h a n d ，丽t hr 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 so 王o a d m ) t e c h n o l o g ym a t u r e s ，t h ed y n a m i cc o n s t r u c t i o na n dd e m o l i t i o n o ft h e o p t i c a lp a t h b e c o m e sm o r ec o m p l e x ，i t sc a u s e dt h ed y n a m i cc h a n g e so ft h et r a n s m i s s i o np a t ha n dt h e d i v e r s i t yo ft h eo p t i c a ln e t w o r kp h y s i c a ll a y e rd a m a g e ，m a k i n gt h ep h y s i c a ll a y e ri n j u r y c o m p e n s a t i o nc a nn o tb ep l a n n e di na d v a n c e t h e r e f o r e ，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 n e e dt op e r c e i v ea n dr e c o r dt h ei n f o r m a t i o no ft h ep h y s i c a ll a y e rd a m a g e , w h i c ha f f e c t t h et r a n s m i s s i o nq u a l i t yo ft h ec h a n n e l ，i no r d e rt oa c h i e v ec o n f i g u r e dt h et r a n s m i s s i o n c h a n n e l sf o rm e e td i f f e r e n tq o sr e q u i r e m e n t sa c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n tq o t i nt h i st h e s i s ，i nd e p t hs t u d yo fi n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r kc o n t r o lp l a n er o u t i n g p r o t o c o l sa n dl i n km a n a g e m e n tp r o t o c o l ，o nt h eb a s i s ，a n a l y z i n gt h em a i np h y s i c a ll a y e r i m p a r e m e n tp a r a m e t e r st h a tm o r ec o m p r e h e n s i v ec o v e ro p t i c a ln e t w o r kp h y s i c a ll a y e r d a m a g e s t u d yt h ep r e s e r v a t i o na n dt r a n s m i s s i o no fa n dc o n t r o lp l a n ep h y s i c a ll a y e r d a m a g ei n f o r m a t i o n ，m a i n l yc o m p l e t et h ew o r ka n di n n o v a t i o n sa r e a sf o l l o w s ： ( 1 ) p r o p o s e dt h ee s t a b l i s h m e n t d i s t r i b u t e dp h y s i c a ll a y e ro fi n j u r yd a t a b a s e ( 1 l t d ) b a s e do nr o u t i n g c o m p a r i s o n o fd i s t r i b u t e da n dc e n t r a l i z e d p e r c e p t i o no f p h y s i c a ll a y e rd a m a g ec o n t r o ls c h e m e ，a n a l y z et h ep h y s i c a ll a y e ri n j u r yp a r a m e t e r s ， e x t r a c tt h ei n j u r yc h a r a c t e r i z a t i o np a r a m e t e r sc a l lb ed e s c r i b e da n ds a v e di n t h e d a t a b a s e ( 2 ) e x t e n d e do s p f - t e p r o t o c o l ，d e f i n e dan e wo p a q u el s as u b t y p ep l i l s a ， c a r r ya n dp a s sw a v e l e n g t hc h a n n e l si n j u r yi i l f ：o r m a t i o ni nr o u t i n gd o m a i n ，d e s i g n t h e d a t a b a s es t r u c t u r e ，a n a l y z et h ei m p a c tt oc o n t r o lo v e r h e a db yt h r e ed a t a b a s eu p d a t e s ， c o n t r o lo v e r h e a d h a v eam i n i m u mt h r e s h o l d - b a s e dd a t a b a s eu p d a t e d 智能光网络基于g m p l s 分布式物理层损伤感知数据库研究 ( 3 ) p r o p o s e du s i n gj u m pl i s ta sp d a t a b a s eo r g a n i z a t i o n ，p r o g r a m m i n gt o a c h i e v eo s p f - t e p r o t o c o la n dp u du s e dd a t as t r u c t u r e sa n dd a t a b a s eo p e r a t i o n s ( 4 ) p r o g r a m m i n gt oa c h i e v eas i n g l ed o m a i na s o ns i m u l a t i o np l a t f o r mb a s e do n n s 2 ，a c h i e v es i m u l a t i o no s p f t ee x t e n d e d ，v a l i d a t i o np u ds i m u l a t i o nt w o p a r a m e t e r so fu p d a t ed a t a b a s ef r e q u e n c y , l i n ks t a t eb r o a d c a s tt h r e s h o l da n dr o u t i n g t a b l et i m ei n t e r v a lv a l u e ，a sl i n ks t a t eb r o a d c a s tv a l u eo f1 0 ，t h et i m ei n t e r v a lo fl o s ， n e t w o r kp e r f o r m a n c eb e s t k e yw o r d s ：i n t e l l i g e n t o p t i c a ln e t w o r ka s o n ，p h y s i c a ll a y e ri m p a r e m e n t d a t a b a s e 口l i d ) ，o s p f t e ，l i n ks t a t ea d v e r t i s e m e n t ( l s a ) 江苏大学硕士学位论文 a s e a s o n c c c d c r l d p c s p f d d f w m g 口l s g v d 1 1 f 口 i s i s i t u t 姗 i ，r m l s a l s a c k l s d b l s r l s u 口l s o a d m o e o o s n r 缩略语 a m p l i f i e ds p o n t a n e o u se m i s s i 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 c o n t r o lc o n n e c t i o n c h r o m a t i cd i s p e r s i o n c o n s t r a i n t - r o u t i n gl a b e ld i s t r i b u t i o n p r o t o c o l c o n s t r a i n ts h o r t e s tp a t hf i r s t d a t a b a s ed e s c r i p t i o np a c k e t f o u r - w a v em i x i n g g e n e r a l i z e d m u l t i p r o t o c o l l a b e l s w i t c h i n g g r o u pv e l o c i t yd i s p e r s i o n t h ei n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e i n t e r a c tp r o t o c o l i n t e r m e d i a t es y s t e mt oi n t e r m e d i a t e s y s t e mr o u t i n gp r o t o c o l t e l e c o m m u n i c a t i o n s t a n d a r d i z a t i o n s e c t o r l i n km a n a g e m e n tp r o t o c o l l i n kr e s o u r c em a n a g e m e n t 呲s t a t ea d v e r t i s e m e n t l i n ks t a t ea c k n o w l e d g m e n tp a c k e t l i n ks t a t ed a t a b a s e l i i 位s t a t er e q u e s tp a c k e t l i n ks t a t eu p d a t ep a c k e t m u l t i - p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g o p t i c a la d d d r o pm u l t i p l e x e r o p t i m a lt oe l e c t r i c a lt oo p t i m a l o p t i m a ls i g n a l - t o - n o i s er a t i o 自发辐射噪声 自动交换光网络 连接控制器 色散 基于路由受限标签 分发协议 基于约束的最短路径 优先算法 数据库描述 四波混频 通用多协议标记交换 群速度色散 互联网工程任务组 网络之间互连的协议 中间系统到中间系 统的路由协议 国际电信联盟 链路管理协议 链路资源管理器 链路状态广播 链路状态应答 链路状态数据库 链路状态请求 链路状态更新 多协议标签交换 光分插复用器 光电光 光信噪比 v 智能光网络基于g m p l s 分布式物理层损伤感知数据库研究 o s p f o p e n s h o r t e dp a t hf i s t o s p f - t eo s p fw i t ht r a f f i c e n g i n e e r i n g o x c p d l p u p u d p m r c r o a d m r s v p r s v p t e 月彤4 t e t e d b q o s s b s s s p m w d m x p m c t o p t i c a lc r o s s - - c o n n e c t p o l a r i s a t i o nd e p e n d e n tl o s s p h y s i c a ll a y e ri m p a r e m e n t p h y s i c a ll a y e ri m p a r e m e n td a t a b a s e p o l a r i s a t i o nm o d ed i s p e m i o n r o u t e rc o n t r o l 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 p m u l t i p l e x e r r e s o u r c er e s e r v a t i o ns e t u pp r o t o c o l r s v pw i t l lt r a f f i ce n g i n e e r i n g r o u t i n ga n dw a v e l e n g t ha s s i g n m e n t t r a f f i ce n g i n e e r i n g t r a f f i ce n g i n e e r i n gd a t a b a s e q u a l i t yo fs e r v i c e s t i m u l a t e db r i l l o u i ns c a t t e r i n g s i n g l em o d ef i b e r s e l f - p h a s em o d u l a t i o n 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 c r o s s - p h a s em o d n l a t i o n c r o s s t a l k 开放式最短路径路由 协议 基于流量工程的路由 协议 光交叉连接器 偏振相关损耗 物理层损伤信息 物理层损伤数据库 偏振模色散 路由控制器 可重构光分插复用器 资源预留协议 基于流量工程的资源 预留协议 波长路由分配 流量 流量工程数据库 服务质量 受激布里渊散射 单模光纤 自相位调制 波分复用 交叉相位调制 串扰 江苏大学硕士学立论文 1 1 研究背景 第一章绪论1 帚一早珀t 匕 随着不断增长的新业务对q o s 需求愈来愈高，光网络其容量和可靠性指标也 不断升级。光网络对于大容量和高速率的追求使其不断向透明化迈进。光网络向 全光透明架构演进的背景下，一方面光信号在光层以透明的方式传输，在由源节 点到目的节点的整条路径上保持全光的传输形态，光器件的非理想性引起的光纤 损耗、色散、非线性效应，光放大器的a s e 噪声等损伤，在长距离的光路传输中 沿路径积累使得光信号质量不断下降，使最终到达目的节点的信号质量可能会达 不到用户对q o s 的要求，导致光路连接失败。另一方面，网络的透明性决定了网 络中将不再对光信号进行光电光转换，即不再通过对信号进行再生来解决物理层 损伤积累而导致光信号质量下降的问题。因此，对应不同的q o s ，要保证相应的 光信号传输质量，网络必须能够感知物理层光信号损伤信息。 口数据业务流量爆炸式增长，各种新兴业务的不断涌现，光通信网络建设规 模的不断扩大，造成对网络带宽动态分配的要求越来越迫切，使得传统的光传送 网不能满足需求，人们对现有光传送网的角色提出了更高更新的功能要求，如要 求依靠数据业务需求实时动态调整网络拓扑结构，实现资源的最佳配置；要求光 网络设备具有更强的互操作性和网络可扩展性，等等。这些要求的实质是赋予光 传送网更多的智能，使其发展成为一个能够完成自动交换功能的智能化光网络。 a s o n ( a u t o m a t i c a l l ys w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k ) l 拘概念正是在这一背景下产生的。 a s o n 作为下一代光网络研究的热点，将g m p l s 控制平面引入光层，构成智能化 网络，虽然可实现流量工程要求，允许将网络资源动态、合理地分配给网络的连 接；能够根据用户的要求自动分配带宽，提供端到端的服务连接。但并不能真正 满足动态业务的o o s 需求，主要原因是：( 1 ) 光网络拓扑由点到点到现在网状变 化进一步增强光网络的灵活性，动态变化的传输路径，物理损伤的补偿不可能提 前被规划，只能在实际中采用动态在线补偿。物理层损伤的多样性和复杂性，使 得实时的物理层损伤感知技术愈加复杂。( 2 ) 随着可重构光分插复用设备( r o a d m ) 等技术的成熟，光路动态拆建和路由机制不可避免的更加复杂，光信号传输性能 也更加难以预测和评估。( 3 ) 光网络作为承载网络，在上层虽然可以通过业务分 智能光网络基于g m p l s 分布式物理层损伤感知数据库研究 级或o o s 的区分接入业务的优先级，但是光网络作为底层传送网络并不能了解这 些信息，仍采取一视同仁服务的策略，优先等级较高的业务在光网络中可能会得 不到相应优先级的传送；( 4 ) 更由于缺乏物理层受损( p u ) 细节信息供路由选择 计算模块使用，不能提前避免路径建立失败。 基于以上分析，本论文在借鉴a s o n 控制平面已有的流量工程基础上，对 a s o n 控制平面物理层损伤信息的保存和传递技术深入研究，使以及利用p l i 细节 信息使节点处的路由计算模块评估物理层损伤效果，选择合适的光路，满足不同 业务q o s 需求。 1 2 研究现状 随着电信业务的分组化、智能化趋势和社会信息化发展对传送资源有着多层 次的需求，以及用户需求越来越呈现出多样性和差异化，传送网应具备足够的灵 活性、可扩展性和快速反应能力来适应不断变化的用户需求。多层次不断变化的 用户需求要求w d m 传送网必须提供不同的传输质量，要求网络能够感知物理层 损伤。另一方面，随着光交叉连接设备o x c ) 和光分插复用设备( o a d m ) 在w d m 光网络的普及应用，由于光器件的非理想性，以及3 r 再生技术的不成熟，光信号 沿光波长通道透明传输造成的物理损伤不能再被忽略。光网络物理层损伤感知逐 渐成为研究热点。 自从删t 提出a s o n 1 6 1 的概念以后，对于a s o n 的研究正在全世界如火如 荼地进行，各国的科研单位和电信运营公司也搭建了各自的a s o n 试验平台。 a s o n 作为下一代光网络研究的热点，具有自动建立交换链接，故障恢复， 自动分配带宽等功能，其中控制平面技术是实现自动交换光网络的关键技术。在 众多的控制平面技术实现草案中，i e t f 发布的g m p l s 协议族是功能最为完善的。 a s o n 控制平面引入g m p l s l 7 , 剐，实现光网络的智能连接，对网络带宽进行智能分 配。g m p l s 控制平面协议体系主要有链路管理协议( l m p ) 、路由协议( o s p f t e 和i s i s t e ) 、信令协议( r s v p t e 和c r l o p ) 、路径选择组件、流量工程数据库 及链路状态数据库。网络通过路由协议( o s p f t e 和i s i s t e ) 在每台路由器收集 本区域内每条链路相关的t e 信息，形成描述网络链路属性和拓扑属性的数据库， 称为流量工程数据库t e d b ( t ed a t a b a s e ) 。t e d b 收集了各链路的约束信息、 带宽使用状况等信息。路径选择组件是通过c s p f ( c o n s t r a i n ts h o r t e s tp a t hf i r s t ) 江苏大学硕士学位论文 算法，利用t e d b 中的数据来计算满足指定约束的路径，达到平衡网络流量的目 的。但由于它们都缺乏物理层损伤( p l i ) 细节信息，不能保证光信号的传输质量， 有可能造成到达接收机的光信号质量下降不能满足客户对q o s 的要求，导致光路 连接失败，引起新的阻塞。因此研究相关的传递技术和利用p l i 细节信息，以及 利用这些信息如何使节点处的g m p l s 评估物理层损伤效果并决定选择合适的光 路十分必要。 因此，g m p l s 虽然可以实现动态建立光路，但目前的g m p l s 缺少对物理层 细节的感知，并没有更好的技术来传播和使用物理层损伤信息。控制平面协议需 要进行一些扩展，使其能够感知物理层损伤。 目前虽有大量的文献对光网络的线性和非线性损伤 9 1 进行了研究，涉及的方 面有对物理层损伤的计算公式研究，对物理损伤的监测和量化口的研究，对考虑物 理损伤的波长通道进行优先级划分口的研究，尤其在感知物理层损伤的波长路由分 配算法【1 m 1 4 】( r w a ) 研究方面关注的比较多，这些算法的核心思想是通过在r w a 算法中引入一定的信号损伤评估机制，在路由计算的同时对光路中的信号损伤进 行评估，但对于损伤的传递和保存研究的很少。文献 3 1 i k 是提出来可以控制传输 损伤的两种方法。前者由一个独立的集中控制网元负责重构选路、性能评估和参 数计算等工作，后者通过扩展分布式控制平面协议实现更灵活的性能控制。 1 3 研究内容 本论文在研究智能光网络的控制平面l m p 协议和o s p f t e 协议的基础上， 分析w d m ( w a v e l e n g t h d i v i s i o nm u l 邱l e x i n g ) 光网络物理层损伤提出建立分布式基 于g m p l s 的物理层损伤数据库( p u d ) ，设计一个a s o n 仿真平台对p l i d 仿真。 主要研究内容： ( 1 ) p l i d 物理损伤对象描述 o s n r 、c d 、p m d 和u 舰四个物理损伤参数虽然基本涵盖w d m 网络的存在 的主要物理层损伤但由于不能直接通过监测获取，需要间接监测计算得到，不能 通过分析这四个参数的计算公式，得出其在p l i d 里表征对象，建立p l i d 损伤感 知信息表。通过先为每个节点分配一个3 2 比特的路由器d ，然后再为每个接口也 分配一个3 2 比特的接口i d ，使得组成绑定链路的每条组件链路就可以由二元组f 路 由器、接口i d ) 来唯一标识。 智能光网络基于g m p l s 分布式物理层损伤感知数据库研究 ( 2 ) p l i d 数据库结构设计 在参照已有的链路状态数据库和流量工程数据库基础上，通过扩展o p a q u e l s a 的o p a q u ei d ，定义一种新的p l i l s a ，采用一种非常具有扩展能力的，n ( t y p e l e n g t h v a l u e ) 结构，携带物理层损伤信息。比较三种数据库更新的控制开 销大小，最后采用基于阈值的数据库更新方式 ( 3 ) p l i d 数据库组织方式 分析o s p f t e 协议使用的数据结构，使用c + + 编程实现p l i l s a 数据结构， 比较a v l 树、链表、跳跃表三种数据结构组织方式优缺点，选用跳跃表作为p l i d 的数据组织方式，并编程实现跳跃表类和相关数据库操作函数。 ( 4 ) 使用n s 2 设计一个p l i d 仿真平台 在对a s o n 光网络控制平面l m p 协议和o s p f 协议全面了解的基础上，利用 n s 2 仿真工具，设计实现p l i d 仿真平台。 1 4 论文组织结构 全文安排如下： 第一章绪论，主要介绍了本论文的研究背景、研究现状、研究内容以及组织 结构安排。 第二章主要介绍了智能光网络g m p l s 控制平面的l m p 协议和o s p f t e 协 议，并分析了协议运行的过程。 第三章提出了建立分布式o s p f t e 协议的物理层损伤数据库( p l i d ) 。 第四章编程实现数据库数据结构和比较三种数据库组织方式，选择跳跃表作 为p l i d 数据库组织方式，并编程实现数据库操作。 第五章设计一个a s o n 光网络控制平面智能节点，并扩展n s 2 实现搭建基 本的a s o n 网络，对p l i d 和与数据库更新频率相关的两个参数链路状态广播阈 值和路由表时间间隔进行仿真。 第六章总结全文，展望下一步工作。 4 江苏大学硕士学位论文 第二章a s o n 控制平面的g m p l s 光通信网络在链路带宽供给上的未来发展趋势是高容量、高速率，但在带宽 调度和控制上却是越来越细。如在大容量的几十g b p s 的带宽上需要控制和分配以 个位数m b p s 为单位的带宽。网络中有大量的资源需要微调，引入通用多协议标签 交换( 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 ，简称g m p l s ) 协议栈 8 1 可以灵 活高效地利用这些带宽资源。g m p l s 如今已经发展成为业界的一套国际标准，并 且已经开始了商业应用。目前，国内外主流的光通信设备厂商，在其骨干光交叉 设备上都装载了g m p l s 控制软件。 a s o n 控制平面引入g m p l s 协议构成智能光网络。g m p l s 协议包含信令、 路由、链路管理三个方面，分别是r s v p t e 、o s p f t e 和i s i s 、l m p 。l m p 协 议用于发现光网络邻居，管理本地链路资源，并将光链路资源通过控制平面路由 协议进行全网络泛洪；o s p f t e 和i s i s 用于控制平面，通过泛洪光网络拓扑信息 在网内相邻路由节点上，使网络内部的各个路由节点或指定的路由节点具有全网 的链路资源信息，供路径选择组件计算约束条件路径。r s v p t e 用于控制平面信 令连接。a s o n 控制平面o s p f t e 路由技术是整个a s o n 网络的核心技术之一。 本章主要对g m p l s 的l m p 协议和o s p f t e ”】协议进行介绍分析。 2 1a s o n 控制平面的g m p l s 未来的光数据传输网络将包含诸如路由器、交换机、密集波分复用( d w d m ) 设备、光分插复用器( o a d 岣、光交叉连接设备( o x c ) 等网络元素，g m p l s 将是 所有网络设备的共同语言。在g m p l s 体系结构中，没有语言的差异，只有分工的 不同，g m p l s 就是各层设备的共同语言。g m p l s 统一了各层设备的控制平面。 g m p l s 的网络简单划分为2 层结构：路由和光网络。g m p l s 的网络由2 个主要 元素组成：节点( 也成为标签交换路由器) 和路径( 也成为标签交换路径) 。 w d m 光网络引入g m p l s 控制平面，为用户动态的提供网络资源，以及实现 网络的保护与恢复功能，提高网络运行的效率，同时便于不同网络之间的互联互 通。光网络的控制平面又可以细分为网络层和网元层。网络层的控制平面包括功 能包括：状态信息管理、路径选择、信令等：网元层的控制平面实现本地控制。 因此，基于g m p l s 的控制平面对本地资源的管理是可行的。 智能光网络基于g m p l s 分布式物理层损伤感知数据库研究 在g m p l s 协议栈中，主要包含以下几个协议功能模块。 路由与寻址 g m p l s 通过对开放式最短路径优先( o s p f ) 中间系统一中间系统的扩展允 许节点( o x c o a d m ) 交换拓扑结构、可用资源和公务信息，交换链路状态拓扑 信息及其他光资源可用信息以选择连接路径。 信令管理 信令管理主要负责自动完成光标签交换路径( o l s p ) 的建立过程，同意指定 标签交换路径通过核心网以达到实现流量工程的目的。目前使用的协议主要有扩 展的资源预留协议( r s v p 固和约束路由标签分发协议( c r l d p ) 。 链路管理 g m p l s 中的链路管理协议( u 佃) 主要用于控制信道的管理、链路所有权关 联、链路连接性验证以及链路故障的定位隔离等。 2 1 1g m p l s 对m p l s 的扩展 2 1 1 1g m p l s 的交换接口 g m p l s 作为m p l s t e 向光网络扩展的产物，保留m p l s t e 可以提供传统 口网络所不能提供的流量工程能力，平衡网络流量负载的优势，而且可以跨过数 据链路层直接作用于光层( 物理层) 。i e t f 提出可用于光层的g m p l s ，对m p l s 标 签进行扩展，使得标签除可以标记传统的数据包外，增加了对t d m 时隙、光波长、 光波长组、光纤等标记，实现口数据交换、t d m 电路交换f 主要是s d h s o n e t ) 和光交换的统一标记。 g m p l s 定义了五种接口类型来实现以上的统一标记，分别是： ( 1 ) 分组交换接口p s c ：依据对分组边界的识别，实现分组交换，根据数据 分组的分组头对数据分组进行有目的的转发。 ( 2 ) 第二层交换接口l 2 s c ：通过识别信元的边界，根据帧结构或者信元头 部的信息，对该帧或者该信元进行转发，实现信元交换，。 ( 3 ) 时隙交换接口t d m c ：依照t d m 时隙进行数据转发。 ( 4 ) 波长交换接口l s c ：根据光波长或光波段交换。 ( 5 ) 光纤交换接口f s c ：可以在真实的物理空间进行交换，也就是对光纤进 行交换。 6 江苏大学硕士学立论文 2 1 1 2g m p l s 的标签设计 g m p l s 有三个标签即分组交换标签( 对应p s c 和l e s c ) 、电路交换标签( 对应 t d m c ) 和光交换标签f 对应l s c 和f s c ) ，对应上面接口。其中，分组交换标签没 有变化。而g m p l s 新定义电路交换标签和光交换标签，包含建议标签、设定标签、 请求标签以及通用标签。 ( 1 ) 建议标签：作用是减少光l s p 配置时间。g m p l s 引入建议标签来快速 建立光连接，建议标签从上游节点发出，告知下游节点建立这个l s p 所希望的配 置。允许上游节点先对硬件设备进行配置，大大减少建立l s p 所需的时间。 ( 2 ) 设定标签：限制下游节点选择标签的范围。设定标签可以和请求标签同 时发出，将建立某个l s p 所需的标签限制在一定范围内。下游节点只需要依据标 签中的信息有选择地接受标签，不需要接收所有符合要求的标签，缩短l s p 建立 时间。 ( 3 ) 请求标签：建立l s p 路径使用，l s p 上游节点向下游节点发出申请建立 l s p 的资源的请求。与m p l s 不同的是，“标签请求消息”中需要增加对所要建立 的l s p 的说明，包括l s p 类型( p s c 、1 d m c 等) 、载荷类型等。 ( 4 ) 通用标签：指示l s p 建立完成后的传输业务情况。通用标签所用格式 因传输所用的具体技术有不同而不同。 2 1 2g m p l s 的链路管理 随着新业务的不断增多，未来光网络的两个交换设备之间可能有上百条光纤， 每条光纤上又有上百条波长通道。为每一条光纤、每一条波长通道或每一条t d m 信道分配一个口地址几乎是不可能的，必须能有合适的方式来标识每条链路。 g m p l s 采用了两种机制，即链路绑定和无编号链路来解决这个问题。 2 1 2 1 链路绑定 g m p l s 使用一个特定的链路束将那些属性相同或相似的平行链路绑定在一 起。链路状态数据库使用用这个绑定的链路束代表所有这些平行链路，是大大减 少链路状态数据库的规模，更缩减相应的链路状态协议所需做的工作，降低维护 开销。这种方法也存在不如意的地方，几条链路的属性都归并到一条链路束中， 必然会丢失一些信息，例如绑定s d h 链路，若要求绑定的链路接口具有相同的交换 能力属性，则网络只传播这个属性，丢弃掉接口数量及所用的准确时隙信息。但这 项技术的优点大于这些信息丢失带来的弊端。再者，为减少因绑定丢失的信息，必 7 智能光网络基于g m p l s 分布式物理层损伤感知数据库研究 须对绑定进行限制，如要求在绑定链路中所有的组件链路起点和终点都必须在相同 接口类型的l s r 上，且必须具有一些通用特点：有相同的类型、t e 度量、资源类别 集合和复用级别。 2 1 2 2 无编号链路 无编号是指不用口地址标识链路而采用其替代方法，节点以链路经过设备的 d 号或接口号作为链路的识别标志对链路进行本地编号。它的好处是很大程度上 减少了路由信息库的内容，减少链路配置的数量。具体做法是采用二元组f 路由器 、接口i n ) 来标识。首先为每个节点分配一个3 2 比特的路由器d ，这样节点可以 由它们唯一的路由器d 来标识，然后再为每个接口也分配一个3 2 比特的接口d 。 链路号的通告需要扩展相应的路由协议实现。 2 2g m p l s 控制平面的l m p 协议 在未来w d m 光网络中，相邻节点间可能会有成百上千光纤互联，采用链路 绑定技术后，多条光纤或者多个波长又可能被汇集为一束链路。i e t f 开发l m p 协议就是为了有效管理相邻节点间大量的链路和链路束，用于自动发现和管理相 邻节点之间链路。l m p 协议用于在相邻节点间提供控制信道管理、链路所有权关 联、链路连通性以及链路故障管理的定位隔离等。其中控制信道管理和链路所有 权关联是必须实现的，其他几项可选。另外，o i f 的u n l l 0 规范对l m p 进行了 扩展，使l m p 具有了资源发现功能，主要完成了u n i 端口的邻居发现和业务发现 等功能。 l m p 协议运用于a s o n 网络链路要求，必须满足控制平面和数据面分离的特 点，实现协议功能需要物理通道和控制通道协同配合，大部分的控制消息在控制 通道中传送，一部分t e s t 消息需要在物理通道传送，且不同的传送设备的具体传 送机制也不相同。 2 2 1 控制通道管理： 控制通道管理在邻居发现后，在控制平面相邻物理节点建立控制通道，实现 参数协商和传递信令信息。控制通道用来传递控制平面的消息，主要包括用于在 相邻节点间承载资源管理和标签分发的信令、动态路由、网络管理信息、链路管 理和故障隔离信息等。 l m p 控制通道的具体实现方式并无明确规定，控制通道可以是独立的光纤或以 8 江苏大学硕士学位论文 太网链路、p 网管通道和数据层的开销字节等。控制通道内部消息封装为口包格式 传递。此外，在一对节点之间可能有多条控制通道，每条控制通道都存在一个指定 的编号( c c d ) ，都有独立的参数协商和连接维持过程。l m p 要求至少有一条波 长通道是可用的，其他的都作为备份，g m p l s 信令信息可以在控制通道中传递。 l m p 对控制通道的管理主要分为初始配置、控制通道维护和控制通道故障管 理等内容。 ( 1 ) 初始配置过程：节点通过传递包含建立控制通道所需要的参数的消息( 即 配置( c o n f i g ) 、c o n f i g a c k 和c o n f i g n a c k 消息) 进行参数协商，建立控制通道。 若两个