（计算机应用技术专业论文）多域ason中拓扑聚合算法与资源预留策略研究.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 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 ) 是下一代光网络 的发展方向。随着a s o n 网络规模日益扩大，如果将所有网络设备放在同一路由 域内来管理，则单个节点需要维护的以及节点间通过路由协议交互的信息将剧增， 这需要消耗大量信令网带宽，并给信令的处理带来沉重负荷。由此将导致网络收敛 速度受到限制、路由算法效率急剧下降等一系列问题。此外，网络管理员的权限和 职责的差异、区域的分散性都会给网络管理造成极大困难。因此，为了提高网络的 可扩展性、灵活性和安全性，a s o n 网络将被划分为多个路由域并采用分布式管理 方式。为保证网络的可扩展性，各路由域间只交换经过概括的信息。因此，网络中 的每个节点都不具有全网的详细拓扑和资源使用信息。如何在这种缺少全局信息的 条件下，为业务提供良好的跨域路由服务是网络运营管理者所迫切需要解决的重要 问题。 论文围绕a s o n 域间路由涉及到的拓扑聚合技术和域间资源预留策略展开研 究。主要完成的工作和取得的成果如下： ( 1 ) 分析和归纳了a s o n 三种域问路由方式以及需要解决的关键问题。研究了 应用于i p a t m 网络中的拓扑聚合算法。 ( 2 ) 针对w d m 光网络的特点，设计了一种以波长作为链路参数，采用非对称 星型图作为抽象拓扑的拓扑聚合算法。将全连通抽象拓扑压缩为非对称星型抽象拓 扑后，没有造成链路参数值的失真。仿真结果表明，与全连通图法相比，该算法能 有效减少链路状态通告信息数量，减轻信令网的负荷。 ( 3 _ ) 进一步对上述拓扑聚合算法进行分析和改进，允许非对称星型抽象拓扑解 码后存在微小偏差，以降低其空间复杂度。仿真结果表明，改进后的算法减少了域 间链路状态通告信息数量，进一步减轻了信令网的负荷。 ( 4 ) 提出一种目的域边界节点初始化后向资源预留方案。将域内资源预留方案 扩展到多域a s o n 中。针对扩展方案在抽象路由扩展及后向信令初始化的不足， 提出一种在目的域边界节点初始化后向信令，并在信令后向过程中扩展抽象路由的 资源预留方案。仿真结果表明，与扩展方案中性能最好的域间后向资源预留方案相 比，提出的方案具有更低的连接阻塞率和更短的连接建立时间。 关键词：自动交换光网络，路由域，域问路由，拓扑聚合，资源预留 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t 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 ) i st h ed e v e l o p m e n td i r e c t i o nf o r n 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 w i t ht h er a p i de x p a n s i o no ft h en e t w o r ks c a l e ，t h e n u m b e ro fr o u t i n gi n f o r m a t i o nm a n a g e db ys i n g l en o d ea n de x c h a n g e da m o n gn o d e sb y r o u t i n gp r o t o c o lw i l lg r o wr a p i d l yi fa l lt h en e t w o r k f a c i l i t i e sa r el o c a t e dw i t h i nt h es a m e r o u t i n gd o m a i n ，w h i c hw i l lc o s tal o to fs i n g l i n gn e t w o r kb a n d w i d t ha n dl e a dt oah e a v y b u r d e no ns i n g l i n gh a n d l i n g a tl a s t , i tw i l lc a u s eas e r i e so fp r o b l e m s ，s u c ha ss l o w c o n v e r g e n c er a t ea n dr a p i dd e c r e a s ei ne f f i c i e n c yo fr o u t i n ga l g o r i t h m m o r e o v e r , t h e d i f f e r e n c ea m o n gp o w e r sa n dd u t i e so fn e t w o r ka d m i n i s t r a t o ra n ds c a t t e r e dr e g i o nw i l l c a u s eag r e a td i f f i c u l t yi nn e t w o r km a n a g e m e n t t h ea s o nn e t w o r kw i l lb ed i v i d e d i n t om u l t i p l er o u t i n gd o m a i n sw i t hd i s t r i b u t e dm a n a g e m e n tt oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c e o fn e t w o r ks c a l a b i l i t y , f l e x i b i l i t ya n ds e c u r i t y t oe n s u r et h en e t w o r ks c a l a b i l i t y , o n l y a g g r e g a t e di n f o r m a t i o nw i l lb ee x p o s e dt ot h ee x t e r n a ld o m a i n s a sar e s u l t ，n on o d ei n t h em u l t i - d o m a i n sn e t w o r kh a st h eg l o b a li n f o r m a t i o na b o u tt h ew h o l em u l t i - d o m a i n n e t w o r k i ns u c hc i r c u m s t a n c e ，h o wt op r o v i d eg o o di n t e r - d o m a i nr o u t i n gs e r v i c e st o t h et r a f f i ca r ec r u c i a lt ot h eo p e r a t i o no fm u l t i - d o m a i nn e t w o r k i nt h i st h e s i s ，t h er e s e a r c hi sf o c u s e do nt o p o l o g ya g g r e g a t i o na l g o r i t h ma n d i n t e r - d o m a i nr e s o u r c er e s e r v a t i o ns t r a t e g yt h a ti n v o l v e di ni n t e r - d o m a i nr o u t i n g t h e m a i nw o r k sa n di n n o v a t i v er e s u l t sa r el i s t e da sf o l l o w ： ( 1 ) a n a l y z i n ga n ds u m m i n gu pt h r e ei n t e r - d o m a i nr o u t i n gm o d e li na s o n a n dt h e q u e s t i o n sn e e d t ob es o l v e d t o p o l o g ya g g r e g a t i o na l g o r i t h ma d o p t e di ni p a t m n e t w o r ki sr e s e a r c h e d ( 2 ) d e s i g n i n gat o p o l o g ya g g r e g a t i o na l g o r i t h mw i t hw a v e l e n g t h a sal i n k r e s o u r c e sa n da s y m m e t r i c - s t a ra saa b s t r a c tt o p o l o g ya c c o r d i n gt ot h ef e a t u r eo f w d m t h e r ei sn od e v i a t i o ni nl i n ka t t r i b u t ef r o mf u l l - m e s h ，w h i l ef u l l m e s hi s c o n d e n s e di n t oa s y m m e t r i c - - s t a r t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tc o m p a r e d 、析t h f u l l - m e s h ，t h ea l g o r i t h mc a ne f f e c t i v e l yr e d u c et h en u m b e ro fl i n k - s t a t ea d v e r t i s e m e n t a n dl e s s e nt h eb u r d e no fs i n g l i n gn e t w o r k ( 3 ) a n a l y z i n ga n di m p r o v i n gt h ea b o v ea l g o r i t h m t h ei m p r o v e da l g o r i t h ml o w e r t h es p a c ec o m p l e x i t yo fd e c o d e da b s t r a c tt o p o l o g yw i t i lal i t t l ed e v i a t i o nf r o m f u l l m e s h t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a ti m p r o v e da l g o r i t h mr e d u c et h en u m b e ro f 江苏大学硕士学：f 主论文 l i i 墩一s t a t ea d v e r t i s e m e n ti n f o r m a t i o na m o n gd o m a i n sa n df u r t h e d yl e s s e nt h eb u r d e n o fs i n g l i n gn e t w o r k ( 4 ) d e s t i n a t i o nd o m a i nb o r d e rn o d ei n i t i a l i z e db a c k w a r dr e s o u r c e sr e s e r v a t i o n s c h e m ei s p r o p o s e d r e s o u r c e s r e s e r v a t i o ns c h e m ea d o p t e di ni n t r a d o m a i n a r e e x p a n d e dt om u l t i d o m a i na s o nn e t w o r k a i m i n ga tt h ed e f e c to fe x p a n d e ds c h e m e si n e x p a n d i n ga b s t r a c tr o u t i n ga n di n i t i a l i n gb a c k w a r ds i n g l i n g ，i t i s p r o p o s e dt h a t b a c k w a r ds i n g l i n gi si n i t i a l i z e db yb o r d e rn o d eo fd e s t i n a t i o nd o m a i na n da b s t r a c t r o u t i n gi se x p a n d e di nc o u r s eo fb a c k w a r ds i n g l i n gt r a n s p o r t t h es i m u l a t i o nr e s u l t s s h o wt h a tc o m p a r e dw i t hi n t e r - d o m a i nb a c k w a r dr e s o u r c e sr e s e r v a t i o ns c h e m et h a ti s t h eb e s ts c h e m ea m o n gt h et h r e ee x p a n d e ds c h e m e s ，p r o p o s e ds c h e m eh a sal o w e r b l o c k i n gp r o b a b i l i t ya n ds h o r t e rc o n n e c t i o ns e t u pt i m e k e yw o r d s ：a s o n ，r o u t i n gd o m a i n ，i n t e r - d o m a i nr o u t i n g ，t o p o l o g ya g g r e g a t i o n ， r e s o u r c er e s e r v a t i o n n l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密瓯 学位论文作者签名：肖瀚弓露， 指导教师签名：锄 产否月7 日o 年6 只，b 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： p 歹年歹月7 钩苘健、 日 江苏大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 随着信息时代的迅猛发展，人类正在迅速走向信息社会，这使得各种通信业 务( 特别是以口为代表的数据业务) 急剧增长。各种新型业务如视频点播、带宽租 用等也不断涌现。这在为服务提供商带来广阔的市场前景和新的利润增长点的同时 也对其传送网络提出了更高的要求。如何充分利用已有的网络基础设施，通过有效 的带宽管理，快速、低成本地提高它们的业务提供能力，创造能满足其客户需求并 能增加收入的新业务，是运营商首要解决的问题。同时，由于新业务的不可预测性 使得传统的静态网络资源配置方式难以满足业务拓展和市场竞争的需要。 在此背景下，自动交换光网络应运而生。a s o n l l 】主要是通过在传统的光传输 网络( o t n 或s d 啪中引入控制平面，控制平面可以有效地支持连接的动态建立与 拆除，基于流量工程按需合理分配网络资源，并能提供良好的网络保护恢复性能， 进而能为用户提供波长批发、波长出租、带宽运营、光v p n 等业务。正因为控制 平面的引入，使得传统的静态光网络具有了动态交换和智能控制能力，实现了“光 传送网+ 智能化”，因此也称为智能光网络。智能光网络的引入使传统光传送网络从 传统的“承载网络”向“业务网络”演进，从被动的网络管理( 监控) 向主动的控制网络 演进。这种演进是以现有传送网的光层网络为基础，是一个无缝融合的革新过程， 既保护了运营商的原有投资，又把富有潜力的光网络发展成为能高度自主地应对业 务需求、经济有效、可在光层上直接为全网提供端到端服务的智能化控制光网络。 a s o n 的提出是光传送网技术发展过程中的一次重大变革。 自1 9 9 9 年a s o n 概念的提出后，智能光网络技术得到众多国际标准化组织、 设备制造商和运营商的极大关注，短短的几年中，a s o n 的研究取得了巨大的进展。 目前国际上诸多标准化组织，如国际电信联盟( i t u d 、互联工程任务组( i e t f ) 和 光互联网论坛( o 四等组织都在对自动交换光网络的相关技术和标准规范进行研 究，并起草了有关a s o n 的许多标准【m 】。国内外许多网络设备制造商也正在加紧 对a s o n 设备的研发工作。许多国际知名的设备制造商，如n o r t e l 、s y c a m o r e 、 c i e n a 、l u c e n t 、c i s c o 、a l c a t e l 等公司均制造出了支持a s o n 的智能设备，国内的 江苏大学硕士学位论文 中兴、华为、烽火通信也在这方面投入了大量的研究，并研发出了相关产品 6 - 9 。 1 2 研究意义 随着以口为核心的数据业务的快速增长，以及新的a s o n 设备互联互通能力 的增强，a s o n 网络向着更大网络规模发展，最终构建全国性甚至全球化的网络。 届时成千上万的设备之间路由以及连接管理的问题，将对a s o n 的控制平面技术 尤其是路由技术提出了挑战。假设所有的网络设备都放在同一个路由域内管理，每 个节点都需要维护一个相当庞大的路由数据库，并把它广播给其他节点，这将给 a s o n 信令网的带宽和信令处理带来沉重负荷；此外如果路由信息不能及时更新， 不准确的网络状态信息可能会使路由选择失败，无法为用户提供服务。 因此，如果将所有网络设备放在同一路由域内来管理，随着网络规模的不断扩 大，网络的可扩展性、灵活性将受到严重限制。针对这一问题，r r u t 在2 0 0 1 年 提出了多域分层【1 】【2 】体系结构这一解决思路，多域分层的网络结构使得运营商能够 屏蔽内部细节，同时可以自主设置域内网络结构、路由和信令实现，而不影响其它 域，网络的故障也互相隔离，从而提高了网络的可靠性和安全性。因此，将大规模 网络分层分域成为a s o n 网络发展的必然趋势，也是目i j 光网络控制领域研究的 热点。 将a s o n 网络分域后，各路由域之问只交换经过概括或者说压缩的信息，以 此减少整个网络中链路状态广播信息的数量，提高网络的可扩展性和安全性。随之 而来的问题是，在进行跨域路由时将面临比域内路由时更多、更复杂的问题： ( 1 ) 拓扑聚合 如何将本路由域的拓扑信息和链路参数信息压缩，一方面使得压缩后的信息减 少，以减轻信令网络的负荷；另一方面尽可能减少压缩过程中链路参数的失真，减 少因根据失真的信息进行路由计算造成的连接阻塞。 ( 2 ) 跨域资源预留 由于各路由域之间只交换经过压缩的信息，导致多域网络中所有节点都不具备 全局拓扑和链路资源使用信息。因此，跨域路由是基于不详细的信息计算出得出， 相比在网络未分域时，在多域网络中计算出的路由则不那么优化，连接所经过的节 点和链路数较多，连接建立时间也相对较长。如何在这种情况下进行跨路由域的资 源预留，一方面提高资源预留成功的概率，为尽可能多的用户提供服务；另一方面 2 江苏大学硕士学位论文 缩短连接建立的时间，为用户提供及时服务。 这些都是网络运营管理者所迫切需要考虑的重要问题。因此，无论是从使用价 值的角度还是理论的角度，研究多域a s o n 中的拓扑聚合技术及资源预留策略都 具有非常重要的意义。 1 3 研究现状 1 1 r u t 在建议g 8 0 8 0 t 1 1 中对分层网络中的相关问题进行了详细的讨论，并在 g 7 7 1 5 1 2 1 d 尸详细阐述了a s o n 的分层路由结构与要求。g 7 7 1 5 规定了a s o n 路由 体系结构由分层次的路由域组成，最底层的路由域由真实a s o n 节点组成，而高 层的路由域由多个低层的路由域迭代组成，即横向分域，纵向分层。 0 i f 为域间路由提出了“基于o s p f 的e n n i 路由，【3 】，它参照r r u tg 7 7 1 5 相关路 由的技术要求和结构，支持相关的链路、节点属性，支持单层或多层路由结构，在 每个层次内使用7 提出的g m p l so s p f t e 路由协议【4 】，定义了层间路由信息的 交互方式，域内拓扑聚合以及可达t n a 地址汇总等路由技术。此外信令方面，o i f 在2 0 0 4 年已经发布了基于r s v p t e 信令实现的e n n l l 0 t 5 】信令规范，用于运营商内 部e n n i 接口的域间信令，以提供跨域连接的实现，e n n l 2 0 信令规范也在制定中。 总的来说，目前e - n n i 标准尚未成熟，研究的重点在于运营商内e n n i ，运营 商间e - n n i 研究很少。而且运营商内e - n n i 除了e - n n l l 0 信令成为标准规范外，其 它协议都是草案。 目前，国内外对a s o n 路由的研究主要集中在域内路由，而对域间路由的研 究还处于起步阶段，相关研究文献较少。分层的体系结构决定了对a s o n 域问路 由的研究主要集中在以下几个方面t 拓扑聚合算法、抽象拓扑更新策略、域问路由 算法、域问资源预留等问题。 拓扑聚合算法的执行与链路资源参数的性质密切相关，根据路由时所考虑的链 路资源参数的不同可将拓扑聚合算法分为两类，一类是以q o s 参数( q u a l i t yo f s e r v i c e ) 为链路资源参数，如带宽、时延；另一类则以波长为链路资源参数。针对 q o s 参数的拓扑聚合算法在传统的i p a t m 网络中已经得到了广泛的研究【m 1 5 】，目 前已比较成熟。而针对波长参数的拓扑聚合算法的研究则涉及较少。对以w d m l l 6 】 光网络为光层网络的a s o n 来说，路由时首要考虑的链路资源参数为波长，例如， 在路由计算时首先需满足波长连续性限制【1 7 1 。由于波长参数的特殊性，传统的应 3 江苏大学硕士学位论文 用于i p a t m 网络中，以q o s 参数为链路资源参数的拓扑聚合算法并不能直接运 用于其中，本文将对这一类拓扑聚合算法进行研究。 域问资源预留1 1 8 1 为跨域连接请求预留资源以供数据传输所用。文献 1 9 1 对几种 常用的路由和波长分配( r w a ，r o u t i n ga n dw a v e l e n g t h a s s i g n m e n t ) 算法进行修改后 在一个简化的多域光网络模型中对算法进行了仿真，并与传统的集中式光网络中算 法的性能作了比较。该文献主要用意在于说明以往的域内r w a 算法运用到多域网 络中时需要改进，文中的多域网络模型和路由计算方式以及波长的预留均采用了非 常简化的模型，并且在波长预留时采取的仍是集中式的方式，也即在预留波长时并 未采用信令方式，这与a s o n 分布式的资源预留方式不符。文献 2 0 2 1 对域问路 由算法进行了研究，但是并没有给出具体的资源预留方案。在计算出路由后，资源 预留的方式将是决定连接建立成功概率与连接建立时间长短的一个关键因素，它直 接关系到为用户提供的服务质量，本文也将对这个问题展开研究。 1 4 研究内容 本课题主要针对跨域路由时涉及到的两个关键问题，即拓扑聚合与域间资源预 留展开。结合传统的应用于口删网络中的拓扑聚合算法，设计一种以波长作为 压缩参数的拓扑聚合算法；将域内资源预留方案扩展到多域a s o n 中，对其相关 性能进行仿真比较和分析，针对这些扩展方案的不足，提出改进措施；并对已有的 基于n s 2 的a s o n 单域仿真平台进行扩展以使其支持多域a s o n 路由功能。论文 的主要研究内容包括以下几个方面： ( 1 ) 研究分析a s o n 域问路由方式以及需要解决的关键问题 由于域问路由较域内路由更为复杂，需要相关协议和信令的支持，并且涉及域 内路由时未出现的一些问题。因此，首先对域问路由协议、信令和三种域问路由方 式以及需要的解决的关键问题进行归纳、分析。为实现后文拓扑聚合算法与资源预 留方案提供整体框架及相关背景知识。同时，也为仿真平台的设计提供需求分析。 ( 2 ) 研究和设计适用于w d m 光网络的拓扑聚合算法 对传统的应用于i p a t m 网络，以q o s 参数为压缩参数的拓扑聚合算法及其 采用的抽象拓扑结构进行总结分析。针对w d m 光网络( a s o n 的光层网络1 的特点， 设计一种以波长作为压缩参数，满足波长连续性限制的拓扑聚合算法。首先将原网 络拓扑和链路参数压缩为信息准确度最高的全连通拓扑结构，再在其基础上进一步 压缩为更加稀疏的非对称星型拓扑结构，以减少域间链路状态广播消息数量，减轻 4 江苏大学硕士学位论文 信令网络的路由负荷。同时，确保非对称星型抽象拓扑在解码后与原全连通图相比， 在链路参数值的表示上不存在或者存在极小偏差，以避免全连通图的压缩造成链路 参数信息失真严重，导致连接请求阻塞率的大幅提高。 ( 3 ) 研究和设计适用于多域a s o n 的资源预留策略 将应用于光网络中的分布式域内资源预留方案扩展到多域a s o n 中，对这些 扩展方案的域i 、日j 连接阻塞率进行仿真比较，分析造成它们性能差异的原因以及各自 的不足之处。针对上述不足之处，结合扩展方案中阻塞率性能最好方案的优点以及 多域a s o n 的特点，对扩展方案进行改进，使得改进后的算法能降低域间连接阻 塞率和缩短连接建立时延，更适合在多域a s o n 中使用。 1 5 全文结构安排 本文共分五章展开叙述： 第一章：绪论，介绍课题的研究背景、研究意义、研究现状以及本文所要从事 的主要工作。 第二章：首先对a s o n 的体系结构以及域问路由时涉及到的相关概念、路由 协议、信令进行介绍。然后，对域间路由涉及到的关键技术进行归纳和分析，最后 详细分析三种域间路由方式【1 l 并举例说明层次路由和源路由方式的具体过程。 第三章：分析了传统的应用于i p a t m 网络中的拓扑聚合算法及其采用的抽象 拓扑结构。然后，设计了一种适用于w d m 光网络，以波长作为压缩参数的拓扑 聚合算法。通过仿真，验证了其相关性能。之后，在此算法的基础上对其进行了改 进，改进后的算法允许抽象拓扑解码后，与原全连通拓扑相比，在链路参数的表示 上存在微小的偏差，但进一步降低了抽象拓扑的空间复杂度。 第四章：分析域问源路由方式下资源预留的特点。将三种域内资源预留方案扩 展到多域a s o n 中，仿真并比较这三种资源预留方案的域间连接阻塞率。最后， 针对三种资源预留方案的不足之处，提出了一种目的域边界节点初始化后向资源预 留方案，并将其与扩展方案中性能最好的域间后向资源预留方案在阻塞率和连接建 立时间等两方面做了仿真比较。 第五章：对论文进行总结，并对研究的问题进行延伸。 5 江苏大学硕士学位论文 第二章a s o n 域问路由技术 分层的网络结构在给a s o n 带来良好的可扩展性、灵活性和安全性的同时， 也使得原来在平面网络结构中的相关问题在分层网络结构中更加复杂化，如路由问 题、网络生存性问题、资源预留问题等等。此外，在分层网络中还涉及到平面网络 中未出现的一个关键技术，即拓扑聚合技术。 本章首先对a s o n 的体系结构以及域i 日j 路由时涉及到的相关概念【凋、路由协 议、信令进行介绍。然后，对域问路由涉及到的关键技术进行分析和归纳，最后详 细分析三种域问路由方式【1 】并举例说明层次路由和源路由方式的具体过程。 2 1a s o n 体系结构 按照r r u tg 8 0 8 0 t l l 的建议，a s o n 体系结构模型包括3 个平面，即控制平面、 管理平面以及传送平面，另外还包括相应的接口以及负责实现控制平面和管理平面 信息传送的数据通信网，如图2 - 1 所示，下面分别予以介绍。 2 1 1a s o n 三大平面 ( 1 ) 传送平面 图2 - 1a s o n 体系结构示意图 6 江苏大学硕士学位论文 a s o n 传送平面由一系列的传送实体组成，它事实上相当于a s o n 的硬件平 台，提供从一个端点到另一个端点的单向或双向信息传送，监测连接状态( 如故障 和信号质量) ，并提供给控制平面。a s o n 传送网络基于格状( m e s h ) 网络结构，光 传送节点主要包括光交叉连接器( o x c ，o p t i c a lc r o s sc o n n e c t ) 和光分插复用器 ( o a d m ，o p t i c a la d d d r o pm u l t i p l e x e r ) 等设备。 ( 2 ) 控制平面 控制平面是a s o n 的核心平面，它负责完成网络连接的动态建立以及网络资 源的动态分配，这也是a s o n 区别于传统光网络的特点所在。控制平面的引入赋 予了a s o n 网络智能性和生命力，给a s o n 带来了一些新特点： 能实现流量工程，使网络资源能够动态分配给业务路由； 能根据网络资源的实时使用情况，动态地进行故障恢复； 支持各种新的业务类型( 如带宽按需分配和虚拟专用网m ) ； 具有快速的服务指配功能等。 1 ) 控制平面的基本结构 a s o n 中控制平面采用的是基于口的信令技术，控制平面的信令、路由协议 都是沿用原有的口网络协议，并在此基础上做了相应的扩展以适应在光网络中的 应用。可以说，a s o n 控制平面实际上就是一个以数据通信网( d c n ，d a t a c o m m u n i c a t i o n sn e t w o r k ) 为其物理支撑的用于控制传送平面设备的网络。 息 出 图2 - 2a s o n 控制平面节点功能组件 控制平面由独立的或者分布于网元设备中、通过信令通道连接起来的多个控制 节点组成。而控制节点又由路由、信令和资源管理等一系统逻辑功能模块组成。在 i u r - t 的建议中，把控制平面节点的核心功能组件分成六大类：连接控制器( c c ， 7 江苏大学硕士学位论文 c o n n e c t i o nc o n t r o l l e r ) 、路由控制器( r c ，r o u t i n gc o n t r o l l e r ) 、链路资源管理器( l r m ， l i n kr e s o u r c em a n a g e r ) 、流量策略( t p ，t r a f f i cp o l i c i n g ) 、呼叫控$ 1 j 器( c a l l c ，c a l l c o n t r o l l e r ) 和协议控制器( p c ，p r o t o c o lc o n t r o l l e r ) 。它们之间的相互关系如图2 2 所示。 连接控制器是整个节点功能结构的核心，它负责协调链路资源管理器、路由控 制器以及对等或者下层连接控制器，以便达到管理和监测连接的建立、释放和修改 已建立连接参数的目的。 路由控制器响应来自连接控制器对建立连接所需路由信息的请求，这种信息可 以是端到端的，也可是基于下一跳的。此外，还要响应用于网络管理的拓扑请求信 息。 链路资源管理器主要负责子网点池( s n p p ，s u bn e t w o r kp o i n tp 0 0 1 ) 链路的管 理，包括对子网点( s n p ) 链路连接进行分配和拆除，并提供拓扑和状态信息。 流量策略组件是策略端口的子集，其作用是检查输入的用户连接是否按照约定 的参数传输业务。当一个连接违反约定的参数时，t p 就采取措施来纠正上述情况。 呼叫控制器的作用是完成连接建立开始的过程。有两种类型的呼叫控制器组 件：主, q 被叫方呼叫控制器和网络呼叫控制器。在一个呼叫过程中，主叫控制器 可通过一个或多个中间媒体网络呼叫控制器与被叫部分协调。 协议控制器的作用是把上述控制组件的抽象接口参数映射到消息中，然后通过 协议承载的消息完成接口的互操作。 呼叫和连接是a s o n 实现自动交换功能最为关键的两个过程。当客户向网络 发起连接请求时，交换连接开始时由c a l l c 完成呼叫过程；当接收到一个链路连接 分配请求时，由l r m 决定是否还有足够的空闲资源以建立一条新连接；r c 组件 为l r m 提供所负责区域内的连接路由信息；t p 组件检查进入的用户连接是否根 据约定参数来传输业务；p c 用承载方式完成各接口的通讯。各个组件协调工作， 达到连接的自动建立、修改、维持及释放。 控制平面的基本功能 一个设计良好的控制平面体系结构在支持更快和更精确的电路建立的同时，还 应该为业务商提供以于其网络更好的控制功能。 1 、控制平面的自动配置功能 电信业已经认识到对高带宽链路自动配置的需要，基于运营商现有的基础设 施、开发新产品的潜能和今后的策略，可选取三种不同的模型： 8 江苏大学硕士学位论文 软永久链路模型( s p cm o d e l ) 。该模型中，终端系统( 客户) 和网络之间没有网管 或控制的互操作，居于控制平面上方的网管系统用于连接两端的节点通信。 用户网络接口模型( u n im o d e l ) 。该模型中，服务由终端系统发起，但终端系 统并不了解光网络拓扑和资源状况，只是简单地要求建立或删除连接。 对等模型。该模型中，连接发起者需要完全了解拓扑信息，通过这些信息，发 起者可以按照一系列规则选取通过光网络的路由。 2 、控制平面的信令协议和分布式网络智能 信令网借助在用户与网络之间以及不同网络实体之间传递与业务相关信息的 方式来支持控制平面。a s o n 信令网应基于共路信令。它与用户通路的联系有三种 主要方式：随路方式、非随路方式和准随路方式【2 3 】。随路方式指两个网元之间与 业务量有关的信令信息直接在两个网元的信令通路上传递；非随路方式指两个网元 之间的信令信息可以随时间和网络条件在不同的信令通路上选路，而业务信号直接 在两个网元间选路；而准随路方式则是在随路方式上，增加了几个信令通道以供选 择。利用非随路方式可以极大改善网络弹性，在信令某些信令链路失效的情况下也 不会影响相关业务通路。 光网络的分布式智能是把网络智能分布到网元上，而不是采用网管系统集中对 网元配置形成的智能。它主要体现在网络拓扑发现、电路自动配置、网络保护恢复 等方面。具有网元能直接感知网络物理情况、实施速度快、网络生存性强等优点。 光网络的分布式智能完全依赖于光路由和信令协议，与口路由不同的是，光路由 不是路由和转发包的，主要是起到光路的配置作用，当光路形成后，只是路径的管 理和控制。 3 、控制平面的自动发现功能 自动发现包括自动邻居发现和自动业务发现。两者都是通过链路管理协议 ( l m p ，l i n km a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 实现的。它们在a s o n 中有着广泛的应用， 尤其在u n i 接口和路由功能方面。 自动邻居发现是指通过一系列的程序来自动发现和确定与光网络直接相连的 客户和光交叉连接设备的物理接口和属性。它通过l m p 可以实现对i p 控制信道的 配置，还能实现对链路状态信息的确认。 自动业务发现是指通过一系列程序来自动发现和确定本网络设备可以提供的 服务功能。它通过l i m p 可以实现对服务属性的确定，包括信令协议的类型以及服 务粒度的大小。自动业务发现是建立在自动邻居发现完成的基础之上的。 9 江苏大学硕士学位论文 4 、控制平面的路由功能 路由属于控制平面的核心功能，主要用来为跨越一个或多个网络的连接建立选 择通道，因此需要全面掌握传送平面的拓扑和链路状态信息。例如连接的路由计算、 拓扑信息发现和分发、资源状况信息发现、保护和恢复特性以及可达性信息等。 为了控制一个连接，需要多个元件交互作用才能实现。a s o n 的路由功能体系 结构主要由多种控制平面的功能组件组成，包括与协议无关的组件，如链路资源管 理器、路由控制器、路由信息数据库( r d b ，r o u t i n gi n f o r m a t i o nd a t a b a s e ) 以及与协 议相关的组件，如协议控制器。图2 3 给出了路由功能组件之间的关系图。 图2 3 路由功能组件关系图 路由信息数据库负责存储本地拓扑、网络拓扑、可达性、路由策略配置和其它 通过路由信息交换获得的信息以及配置信息。r d b 可以包含多个路由域的路由信 息。r c 可以接入r d b 的一个视图，并获得相应的信息，图2 3 的虚线框表示了这 种关系。r d b 与具体协议无关。由于r d b 可以包含多个路由域的路由信息，因此 接入r d b 的r c 可共享路由信息。 ( 3 ) 管理平面 管理平面完成传输平面、控制平面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 所有平面之间的协调和配合，能够进行配置和管理端到端连接，是控制平面的一个 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 、o t 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 1 0 江苏大学硕士学位论文 理平面与控制平面的协调问题刚。 2 1 2 a s o n 的接口 a s o n 的接口是指a s o n 三大平面之间的接口，即连接控制接口( c c i ： c o n n e c t i o nc o n t r o li n t e r f a c e ) 、网络管理a 接口 m i a ：n e t w o r km a n a g e m e n t i n t e r f a c e - a ) 和网络管理t 接1 3 ( n m i - t n e t w o r km a n a g e m e n ti n t e r f a c e t ) 。 ( 1 ) c c i 接口 如图2 - 1 所示，c c i 位于a s o n 中的传送平面和控制平面之间，通过它可传送 连接控制信息，建立光交换机端口之间的连接。c c i 中的交互信息主要分为两类， 从控制节点下发到传送平面网元的交换控制命令和从网元上发来的资源状态信息。 运行于c c i 之间的接口信令协议支持如下功能：增加删除连接、查询交换机 端1 3 状态，向控制平面通知拓扑信息。通用交换管理协议( g s m p ) 是目前比较适合 于实现c c i 接口交互的协议，但g s m p 主要适合于a t m 和帧中继，而针对g m p l s 的g s m p 扩展还在讨论之中。c c i 接口属于网元内部接口，目前各设备商可用自 己内部协议来实现c c i 。 ( 2 ) n m i a 接口 n m i a 实现管理平面对控制平面的管理，接口中主要是相应网络管理的信息。 通过n m i a ，网络系统对控制平面的管理体现以下几方面：管理系统对控制平面 的网络资源初始化配置、管理系统对控制平面的控制模块的初始参数配置、连接管 理工程中控制平面和管理平面的信息交互、控制平面本身的故障管理。对控制平面 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，使用的管理协议是 s n m p 。 ( 3 ) n m i t 接口 n m i t 实现管理平面对传送平面的管理，通过n m i t ，网管系统实现对传送 网络资源的基本配置管理、性能管理、故障管理。传送平面的资源管理接口主要参 照电信管理网的结构管理，使用的网络管理协议包括s n m p 和c m i p 等，也可使 用厂家自定的接口协议。n m i t 对传送平面的管理包括：传送平面资源配置，如 基本网络资源和拓扑连接配置以及适配管理配置；r 常维护过程中的性能监测和故 障管理。 2 1 3 数据通信网 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。3 个平面通过3 江苏大学硕士学位论文 个接口，即c c i 、n m t - a 和n m t - t 实现信息的交互。它在控制平面的实体之间交 换控制信息和其它网络状态信息，既可以使用带内方式也可以采用带外方式。因此， 信令网络可以与传送平面网络使用不同的物理拓扑结构。控制网络必须保证能够可 靠、有效的传送控制平面数据。在控制平面发生故障时，己经存在的连接不能被丢 弃，而且这些故障信息应该能通知到网管系统以便进行维护。对于控制平面的故障 恢复需要有相应的处理机制，而且信令网络本身不应该需要复杂的维护操作。 2 2 域间路由体系 在a s o n 中，水平方向上一般可划分不同的路由域，每个路由域又可分为不 同的子网，而一个大的子网内部可包含若干小的子网，从而形成层次结构，如图 2 4