（计算机科学与技术专业论文）一种增强ason控制平面生存性的设计.pdf

a a d e s i g nt os t r e n g t h e ns u r v i v a b i l i t yo fc o n t r o lp l a n e o f a s o n s p e c i a l t y ：q 幽坠! 曼s 堡塾星塾堡曼尘塾亟! 垒堡h 塾q ! q g y m a s t e rd e g r e ec a n d i d a t e ： 互丑堑：鱼望g s u p e r v i s o r ： v i c ep r o f h ej i a n b i a o c o l l e g eo fi n f o r m a t i o ns c i e n c e & e n g i n e e r i n g c e n t r a ls o u t hu n i v e r s i t y c h a n g s h ah u n a np r c 原创性声明 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及取得 的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单 位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 作者签名：奎竺鱼日期：丝! 里年月旦日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学 位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，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，可以采用复印、缩印或其 它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到 中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：萎鱼监导师签名巡日期： 卫年月 摘要 现有的光网络已经无法满足用户对经济性和高效性的要求，其不 能充分利用网络资源、业务提供能力不足、升级复杂的缺点极大的阻 碍了通信事业的发展。于是，人们提出了智能光网络的概念，其中的 自动交换光网络( a s o n ) 代表了智能光网络的主流方向。本文对 a s o n 的生存性技术进行了详细的介绍，并且给出了a s o n 控制平 面中保护倒换规则和策略的设计，同时从软件工程的角度对a s o n 现有的控制平面设计进行了改进。 第一章和第二章首先介绍了a s o n 当前的研究现状、控制平面 生存性的研究意义，然后介绍了a s o n 的体系结构、控制平面的结 构、光网络的主要协议集、生存性的意义等基本概念。 第三章介绍了a s o n 控制平面生存性的重要性，对现有的a s o n 结构图的连接控制( c c ) 模块进行功能上的再划分。阐述了保护倒 换子模块的逻辑功能，说明了设计保护倒换子模块时保护恢复规则 和策略的重要性。详细的给出了保护倒换设计的规则和策略，并针 对每种情况给出了状态机以及状态迁移示意图。针对当前的保护倒 换给出了两个实用的改进措施。 第四章从软件工程的角度来增强a s o n 控制平面的生存性。针 对以前的控制平面设计，创造性的在a s o n 的控制平面中加入了一 个控制平面告警管理模块( c p am g r ) ，主要负责控制平面的告警以 及异常消息的处理，最后给出了改进后的控制平面在实验室组网中的 实验数据与结论，证明这种改进是一种非常有效的改进方式。 最后对全文进行了总结，对未来的研究趋势进行了展望。 关键词：a s o n ，c p ，保护恢复，生存性，告警管理 a b s t r a c t t o d a y , e x i s t i n go p t i c a ln e t w o r kc a n n o tm e e tt h eu s e r so nt h er e q u i r e m e n t s o fe c o n o m ya n de m c i e n c ya n ym o r e a l s oc a n n o tm a k ef u uu s eo ft h en e t r e s o u r c e t h eo t h e rs h o r t a g ei st h a ti t sp o o ra b i l i t yt op r o v i d eb u s i n e s s e s a n di t s c o m p l e x i t yo fn e tu p d a t i n g i nt h i sc o n t e x t ，t h ec o n c e p t i o no f i n t e l l i g e n tn e t w o r ki sp r o p o s e d a m o n ga l l k i n d so ft h ei n t e l l i g e n t n e t w o r k s 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 s ( a s o n ) r e p r e s e n t s t h em a i n s t r e a mo ft h e m t h em a i nr e s e a r c hf i e l do ft h i st h e s i si sh o wt o s t r e n g t h e nt h es u r v i v a b i l i t yo f a s o n sc o n t r o lp l a n e ( c p ) t h ef i r s ta n ds e c o n dc h a p t e r so ft h i st h e s i sg i v e sa ni n t r o d u c t i o no f c u r r e n tr e s e a r c hs t a t u so fa s o n ，r e s e a r c h i n gs i g n i f i c a n c eo fa s o n sc p , a s o na n dc ps t r u c t u r e ，o p t i c a ln e t w o r kp r o t o c o ls e t ，t h ec o n c e p to fc p a n dt h es i g n i f i c a n c eo fs u r v i v a b i l i t y t h et h i r dc h a p t e rf i r s td e s c r i b e st h ei m p o r t a n c eo f 也es u r v i v a b i l i t y o fc p , t h e nd i v i d et h ee x i s t i n ga s o n sc c ( c o n n e c t i o nc o n t r 0 1 ) m o d u l e i n t of o u rs u b m o d u l e s e x p o u n d t h e l o g i c f u n c t i o no f p r o t e c t i o l l r e s t o r a t i o na n dt h ei m p o r t a n c eo ft h ep r o t e c t i o n r e s t o r a t i o n r u l e sa n ds t r a t e g y a tl a s t ig i v eo u tap r o t e c t i o r e s t o r a t i o nr u l ea n d t a c t i c si nd e t a i la n dav e r yu s e f u li m p r o v e m e n tf o rt h ec u r r e n tc p c h a p t e rf o u re n h a n c e st h es u r v i v a b i l i t yo fa s o nc o n t r o lp l a n e f r o mt h ep e r s p e c t i v eo fs o f t w a r ee n g i n e e r i n g b ed i f f e r e n tf r o mt h e e x i s t i n g c pd e s i g n ia d dac o n t r o lp l a n ea l a r mm a n a g e m e n t ( c p am g r ) m o d u l ei n t ot h ec pc r e a t i v e l y t h i sm o d u l ei sa i ma t m a n a g i n ga l a r m sa n de x c e p t i o nm e s s a g e so fc pa tl a s to ft h i sc h a p t e r , i s h o wt h ed a t ai nt h ee x p e r i m e n tw i t ht h ei m p r o v e dc p i nt h ee n do ft h e s i sis u m m e di tu pa n dm a k ea no u t l o o kf o rt h e f u t u r er e s e a r c h i n go f a s o n k e y w o r d s ：a s o n ，c p , p r o t e c t i o n r e s t o r a t i o n ，s u r v i v a b i l i t y , a l a r m m a n a g e m e n t i i 目录 摘要i 目录i i i 第一章绪论1 1 1 光网络的发展历程1 1 2 智能光网络当前的研究现状2 l - 3a s o n 控制平面生存性的研究意义4 1 4 论文的结构安排4 第二章a s o n 的体系结构以及生存性6 2 1 自动交换光网络的体系结构6 2 1 1 三个接口7 2 1 2 三种连接7 2 1 3 控制平面的三个接口9 2 2 智能光网络的控制平面的结构l o 2 2 1 光网络控制平面的逻辑模块结构1 0 2 3 光网络协议族介绍1 2 2 3 1 信令协议1 3 2 3 2 路由协议15 2 3 3 链路管理协议1 6 2 4 光网络的生存性16 2 4 1 保护与恢复机制1 6 2 4 2 传送平面生存性1 7 2 5 本章小结19 第三章a s o n 控制平面保护倒换模块设计2 0 3 1 控制平面生存性介绍2 0 3 1 1c c 模块的再划分2 0 3 1 2 一个保护倒换的例子2 l 3 2 一种增强控制平面生存性的保护与倒换机制的设计2 3 3 2 1 线性1 ：n 保护有效性的证明2 3 3 2 2 保护倒换规则的设计2 4 3 3 状态跃迁描述2 7 l l i 3 4 两个改进措施3 7 3 4 1 改进1 ：一种能减少保护倒换时间的设计3 7 3 4 2 改进2 ：一种能提高支持w t r 的保护倒换的倒换效率的设计4 0 3 5 实验与测试4 2 3 6 本章小结4 3 第四章a s o n 控制平面生存性改进4 4 4 1 控制平面生存性的不足与改进4 4 4 2 控制平面告警管理模块( c p am g r ) 的设计4 6 4 2 1 不带存储告警信息功能的直接转发式设计4 7 4 2 2 带存储告警信息功能的存储转发设计4 8 4 2 3c p am g r 的进一步设计4 9 4 3 实验对比以及结论5 0 4 4 本章小结5 2 第五章结论与展望5 3 5 1 工作总结5 3 5 2 进一步工作的展望5 4 参考文献5 5 致谢5 9 攻读学位期间主要的研究成果6 0 i v 硕士学位论文第一章绪论 1 1 光网络的发展历程 第一章绪论 1 9 7 6 年，在美国的亚特兰大问世了世界上第一条市内光通信系统，并迅速 引起国际同行的普遍关注。1 9 7 9 年底，中国的光通信实验系统也相继在北京， 上海，武汉等地开始进行试用【1 1 。2 0 世纪9 0 年代以后，w d m ( w a v e l e n g t hd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) ，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 ) ，c w d m ( c o a r 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 ) 迅速进入了通信领域。光通信技术发 展到当前，复用技术已经占据了光通信技术的主流：如t d m ( 时分复用，t i m e d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) ，空分复用( s p a c ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) ，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 ) 【2 】。尽管光网络已经发展了这么长时间，却 远未达到完美的地步。在以这些技术为基础的通信网中，网络中的各个节点都要 完成光电或电光间的转换。在网络业务量越来越大的情况下，就产生了各种各 样的缺点，如带宽限制，时钟偏移，功耗大等 3 , 4 1 。 另一方面，在用户对数据业务需求的快速增长、以口为主的i n t e r n e t 数据业 务出现爆炸式增长的趋势下，传统光网络作为骨干网正面临着各种挑战【5 1 。传统 的光传送网( s d h w d m ) 使用的设备智能性不足，主要表现在以下几个方面【6 】： 实时的业务供给能力很弱，业务配置时间很长；缺少智能带宽，带宽的利用率不 足；备用容量过大，缺少先进的保护恢复和路由选择功能；不能提供个性化的 服务以供用户选择等等。特别是随着数据业务量的激增，网络规模的急速扩大， 人工来配置低容量的光传送网已经更加不能适应用户对网络的需要。还有一点就 是在当今网络环境复杂的情况下，网络的稳定性更加受到挑战，传统传送网的生 存性能的不足也是其大规模使用的重要障碍【_ 7 引。 此外，人们又提出了全光网络( a o n ：a 1 lo p t i c a ln e t w o r k ) 的想法。全光 网络的做法就是在网络中以光节点取代现有的电节点，并使用光纤将光节点连接 成网，在全光域中进行信号的传输、处理以及交换。但是就a o n 而言，目前还 存在着一些发展限制【3 】：比如光放大器的带宽有限、w d m 的交换节点( o x c ， o a d m ) 使得串扰变得更加严重、光滤波器的级联会导致传输限制等等。 在这种背景下，自动交换光网络( a s o n ) 应运而生，它创造性的引入了控 硕士学位论文第一章绪论 制平面，放弃了以往传送网的管理平面和传送平面的双层结构。控制平面将以口 为核心的智能控制技术引入了光层，这样使光网络能够动态的进行光路配置和资 源管理，有效的支持了连接的动态建立、维持、删除、保护与恢复，能够基于流 量工程( t e ，1 r a 佑ce n g i n e e r ) 合理的分配网络资源【7 】【9 1 。a s o n 代表了光通信 网络新的发展阶段和未来的演进方向。 尽管自动交换光网络相对于以往的传统光传送网有明显的优势，但是要想使 其真正达到较好的商用目的，其生存性的强弱就是一个必须考虑的重要因素。基 于此，本文将主要设计和实现一种增强自动交换光网络生存性的方法【8 】。 1 2 智能光网络当前的研究现状 近几年来，在国际标准化组织和各大厂商的不懈努力下，a s o n 在产品开发 以及商用方面都已经有了长足的进步，已达到了商用的地步。 a s o n 作为一种全新的技术，他创造性的在传统光网络设备中添加了控制平 面，并且引入了信令、路由以及链路管理协议以达到传输网络智能化的目的。可 以说，a s o n 代表着未来的传输网的发展方向。当前全球有三个标准化组织在对 a s o n 进行标准化工作，他们分别是：i t u - t , i e t f 以及o i f 。以下是当前a s o n 的标准化和研发的进展情况： 1 ) n u t i t u t 的主要工作是对a s o n 的整体构架和总体要求做出规划，同时还对信 令、路由、自动发现等协议给出相应的一些建议。当前，a s o n 的整体架构以及 要求的标准化工作已经完成。其中，g 7 7 1 3 为信令部分的建议，当前g 7 7 1 3 1 ( p n n i 的建议) 、g 7 7 1 3 2 ( c r - l d p 的建议) 、g 7 7 1 3 3 ( r s v p t e 的建议) 都 已经完成。g 7 7 1 5 是路由部分的建议，有关路由的g 7 7 1 5 1 ( 路由建议) 已经完 成。有关d c n 、s d h 、o t n 的一些建议也都已经完成了【2 1 。总的来说，有关a s o n 的绝大部分的相关建议都已经在2 0 0 5 年前后已经完成。 2 ) i e t f i e t f 的主要工作集中在对现有的m p l s 信令协议做光网络方向的相应的扩 展。相继推出了g m p l s ，c s p f 等协议。在2 0 0 5 年，i e t f 还制定了具体的l m p ( 链路管理协议) ，网络的保护恢复，域问路由协议的标准草案【l o l 。 3 ) o i f 2 硕士学位论文第一章绪论 o i f 的主要工作是有关于业务层到光层的适配工作的一些草案的制定。现在， o u n l 2 0 ，n n i 已经e - n n i 相关的草案也已经制定完成。 当前一些主流厂商使用的接口协议如下【1 1 】： 同一厂商i - n n i 接口：通常使用o s p f t e 路由协议，信令协议一般使用 r s v p t e ，还有少数的厂商使用p - n n i ，c r l d p 协议。 同一厂商或同一运营商域之间e - n n i 接口：通常使用d d r p 路由协议和 r s v p t e 信令协议，o s p f t e 路由协议也有一部分的厂商在使用。不过由于 o s p f - t e 涉及到网络内部拓扑的交互，可能会造成网络泄密，加之泛洪量很大 的缺点，所以使用的厂商有进一步减少的趋势。 不同运营商e n n i 接口：b g p 路由协议和r s v p t e 信令协议是大部分厂 商的选择。 用户终端u n i 接口：一般使用r s v p t e 信令协议。 随着标准化和研发工作的深入，国外设备商e r i c s s o n 、a l c a t e l l u c e n t 、s i e n a 、 n o k i a - s i e m e n s 等国外厂家陆续提供了可商用的a s o n 设备，国内设备厂商华为、 中兴、烽火同样也有自己的商用产品。目前主流厂商所提供的a s o n 设备普遍 具有很强的高阶交叉能力，提供对多处断纤的保护、s l a 、保护时间在5 0 m s 以 内等功能，但根据网络节点的多少、所承载业务量的大小、各厂家恢复算法的不 同，恢复时间差别较大，一般为2 0 0 m s 2 s ；设备所提供的保护方式、设备集成 度、低阶交叉能力、功耗及对数据端口的支持能力等方面也存在一定差异【埘。 以下为国内某通讯当前最先进的a s o n 设备z x o n e5 8 0 0 的一些特性( 可 以代表当前a s o n 发展的领先水平) ： 强大的业务调度与疏导能力：z x o n e5 8 0 0 具备超大高低阶交叉能力，从 而实现各种颗粒业务在网络中的灵活调度，完全满足未来网络建设的需求。 大的组网能力：z x o n e5 8 0 0 支持s t m 1 4 1 6 6 4 、g e 、1 0 g e 、s a n 等 业务的接入，同时支持o t h 接口、集成波分功能。z x o n e5 8 0 0 支持传统s d h 的各种组网方式，m e s h 组网以及混合组网等多种组网方式，适应复杂的网络拓 扑。 电信级的高可靠性设计：具有的设备及网络保护机制。通过电源板及网元 控制& 时钟板1 + 1 保护、交叉板2 ：4 保护等安全性设计，实现设备级保护【1 3 】。 其另外一个趋势是进一步增强传送平面以及控制平面的保护恢复能力，强健 3 硕士学位论文 第一章绪论 其生存性【1 4 】。 1 3a s o n 控制平面生存性的研究意义 a s o n 一个值得单独提出来的特点是其相比于以往传送网具有更强的可靠 性，生存性。在g m p l s ，r s v p t e ，l m p 等协议族的支持下，a s o n 具有了一 个分布式的智能的控制平面【1 5 】。在智能化的控制平面的支持下，a s o n 能对网络 中突发的各种故障做出及时的反应【9 1 。比如在某一个链路或节点出现故障而影响 到业务的正常运行时，控制平面会根据管理人员预先在控制平面配置的保护策略 或缺省的策略而立即进行保护倒换或者进行恢复操作【1 6 】。 由于现在的骨干传送网的业务量非常大，业务极其复杂，并且建网也日趋复 杂，在这种情况下，骨干传送网的任何故障都将会给数量极大的用户带来不便， 甚至可以上升到国家灾难【1 7 1 。因此a s o n 要想真正的推广使用，其生存性的强 弱就成为一个需要慎重考量的重要因素。根据以往的科研文献可以发现，8 0 以 上的科研力量都集中在对a s o n 的传送平面的生存性进行研究，却对a s o n 控 制平面生存性的研究明显不足。根据水桶的短板原理，一个设备的生存性不是取 决于生存性最强的部分，而是取决于生存性最弱的部分。所以，针对a s o n 控 制平面生存性的研究亟待加强。正是基于此，本文的主要研究方向将集中在如何 增强a s o n 的生存性，更具体的就是给出一个具有较强生存性的a s o n 的控制 平面的设计，以及给出一个能够增强a s o n 生存性的保护倒换策略设计，最后 给出一个能够增强a s o n 控制平面( 从软件工程的角度) 的生存性的设计与实 现【i8 1 。 1 4 论文的结构安排 本文共分为五章，分别为绪论、a s o n 的体系结构以及生存性、a s o n 控制 平面保护倒换模块设计、a s o n 控制平面生存性改进、以及总结与展望。 第二章大致介绍a s o n 的体系结构，重点介绍a s o n 的接口，协议族以及 生存性的定义。 论文第三章首先介绍了a s o n 控制平面生存性的重要性，针对前面介绍的 a s o n 结构图对连接控制( c c ) 模块进行了深入的分析，并对其进行了功能上 的再划分。其次阐述了保护n 换子模块的逻辑功能，说明了设计保护倒换子模 块以及保护恢复规则和策略的重要性。最后详细的给出了保护倒换设计的规则 4 硕士学位论文第一章绪论 和策略，并针对每种情况给出了状态机以及状态迁移示意图，并在此基础上给出 了两个比较实用的改进，使a s o n 的保护倒换时间更短，生存性更高。 论文的第四章从软件工程的角度来增强a s o n 控制平面的生存性。针对以 前的控制平面设计，创造性的在a s o n 的控制平面中加入了一个控制平面告警 管理模块( c p am g r ) ，主要负责控制平面的告警以及异常消息的处理，详细 的给出了c p am g r 的功能需求以及数据结构设计，并再次基础上对c p am g r 的功能进一步丰富和完善，使c p am g r 的功能更实用与强大，能更多的分担 m a i n 模块的任务。最后给出了改进后的控制平面在实验室组网中的实验数据与 结论，证明这种改进是一种非常有效的改进方式。 第五章也是全文的最后一章，对全文所开展的工作进行了总结，并指出了进 一步的研究工作。 硕士学位论文 第二章a s o n 的体系结构以及生存性 第二章a s o n 的体系结构以及生存性 2 1 自动交换光网络的体系结构 根据i e t fg 8 0 8 0 关于智能光网络的体系结构的建议【1 蛇1 1 ，a s o n 由三个平 面组成：管理平面( m p m a n a g e m e n tp l a n e ) ，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 ) 。每个平面在功能上是独立的，各个平面之间通过 相应的数据通信网( d c n ：d a t ac o n n e c t i o nn e t ) 连接，功能结构模型如图2 1 所 示。 图2 1a s o n 体系结构 跟当前已经存在的光传送网相比，a s o n 加入了智能化的控制平面( c p ) 。 a s o n 的核心组成部分即是c p 。分散于各个网络节点中的智能控制网元( n e ) 就是c p 的各个组成部分。c p 由信令转发、路由选择以及资源管理这几个主要 的模块组成，这些控制网元互相连接就够成了信令网络，信令网络的主要功能是 传送控制信息【2 2 1 。a s o n 的信令系统使得控制网元的各个模块之间能够通过信令 交互来协同工作，实现连接的建立、维护、删除、自动化的保护恢复等。 分布化以及智能化的管理功能也是a s o n 的一个极其重要的特征 1 1 】。控制 平面和管理平面在功能形成互相补充，很好的实现了对a s o n 网络资源的性能 检测、动态监测、业务管理以及故障管理等功能。 6 硕士学位论文第二章a s o n 的体系结构以及生存性 一系列的物理传送实体组成a s o n 的传送平面。传送节点基本都由光分插 复用和光交叉连接等器件组成。分层也是传送平面的一个重要特点，传送平面可 以由多个层网络组成，比如光复用段层、光通道层、光传输层等【2 3 刀】。 2 1 1 三个接口 不同功能实体之间的连接通道即是接口【2 0 1 ，接口规范了各个功能实体之间 的通信规则。各个平面之间通过相应的接口进行通信。在a s o n 体系结构中， c c i 接口是控制平面和传送平面之间的接口；n m i t 是管理平面和传送平面之间 的接口；n m i a 则是管理平面和控制平面之间的接口。 c c i 接口传送的消息主要是一些控制类的消息，如连接控制信息，建立光交 叉连接等消息。c c i 接口中传送的交互信息主要由两类：一类是从控制平面到传 送网元的交换控制命令，一类是传送网元到控制平面的资源状态信息。以下一些 基本功能是c c i 接口的协议须满足的：建立连接、删除连接、查询端口状态、 向控制平面发布网络资源的拓扑信息等。 管理平面通过n m i a 接口对控制平面的管理主要有以下几个方面：控制平 面的初始资源配置，控制平面初始参数的配置，控制平面本身的故障管理，对信 令网络的管理【1 6 】等。管理平面对控制平面的管理主要是对信令、路由以及链路 资源的管理和监视。 管理平面主要通过n m i t 实现对传送资源的参数配置以及管理、故障管理 以及性能管理。管理平面对传送平面主要执行以下管理：对基本的传送资源的配 置和管理，系统日常运行过程中的性能监测和故障管理等。 2 1 2 三种连接 自动交换光网络a s o n 的体系结构是一种典型的u s e r s e r v e r 类型的关系结 构，其一个非常显著的特点就是服务提供商网络和用户网络之间有显而易见的分 界线，两者之间不需要共享路由拓扑。u s e r 可以向网络提供方发送连接建立请 求来动态的建立业务。 根据连接请求的对象以及连接需求的不同，a s o n 中有三种基本的连接方 式：永久连接( p c ，p e r m a n e n tc o n n e c t i o n ) ，软永久连接( s p c ，s o f tp e r m a n e n t c o n n e c t i o n ) ，交换连接( s c ，s w i t c hc o n n e c t i o n ) 【2 5 1 。 p c 是一种继承传统光网络连接建立特点的连接建立方式【2 6 】。p c 的路由由管 理平面根据当前的连接请求以及网络资源使用情况进行预先的计算，然后通过 n m i a 接口发送给传送平面网元，在管理平面的统一指配下完成连接建立过程。 7 硕士学位论文 第二章a s o n 的体系结构以及生存性 这种连接方式控制平面没有参与进来，因此是一种失去a s o n 智能性和自动化 本质的连接方式，但是这种连接方式可以很好的兼容以往的传统光网络。p c 还 有一个优点：由于管理平面对网络的全局拓扑和资源利用情况有一个总体的了 解，因此，管理平面计算的路由可以很好的实现流量工程( t e ) 的思想。同时， p c 的弱点也很明显：连接建立的速度比较慢，人工参与的比例很大【2 7 】。 s c 是在a s o n 引入控制平面后才出现一种全新的连接方式。s c 的连接请求 由用户从u n i c ( 客户端) 向控制平面发起，由分布式的控制平面通过相关的信 令交互，在无需管理平面参与的情况下计算出一条能够体现流量工程等用户意愿 的路由，通过c c i 接口指配传送平面网元实现交叉连接建立。s c 实现了a s o n 连接建立的自动化与智能化的特点，能够满足动态，快速的要求，并且在路由计 算时也可以非常好的支持流量工程的思想【2 8 】。s c 体现了a s o n 的本质特点，也 是a s o n 连接实现的最终目标。 s p c 是一种比较折中的连接方式，在这种连接方式中，管理平面和控制平面 都有参与，s p c 介于s c 和p c 之间。在s p c 中，用户端到网络的部分由管理平 面直接配置，这一点和p c 一样，网络中的部分则由控制平面连接则由管理平面 完成( 和s c 一样) 。s p c 的连接建立方式如图2 2 ： 图2 - 2 软永久连接的建立过程 8 硕士学位论文 第二章a s o n 的体系结构以及生存性 2 1 3 控制平面的三个接口 在a s o n 的组网过程中可能会有不同设备商的使用不同技术的设备参与 组网，根据设备商和使用技术的不同可以把这些不同的网络节点划分为不同的自 治域( a d ) 2 9 】。根据i t u - t 的建议，根据设备所在域的不同，功能的不同，在 控制平面内部定义两种逻辑接口一肘i ( u s e r n e t w o r ki n t e r f a c e ) 和n n i ( n e t w o r kn e t w o r ki n t e r f a c e ) ，通过这些接口就可以交换信令和路由信息。如图 2 3 所示： 图2 3a s o n 控制平面接口 u n i 是用户终端设备与光层设备之间的接口。用户终端通过这个接口动态的 请求获取、释放或修改具有一定特性的光层网络带宽资源。u n l 支持包括呼叫控 制、连接控制、连接选择和资源发现等一些用户请求接入的功能【3 0 】。 n n i 是光网络子网之间的接口，它主要解决不同供应商的光网络设备之间的 互联互通，在由多个自治网组成的光网内部实现动态的光路的建立，维护，删除 等功能。n n i 又分为外部网络接口( e n n i ) 和内部网络接口( i n n i ) 。 e - n n i 是不同网络提供商、自治域或者互相之间不可信的子网之间的双向信 令接口。e n n i 用于支持跨域的连接的建立。e n n i 需要满足呼叫控制、连接控 制、连接选择、资源发现和路由管理和计算等功能【3 i 】。通过该接口的信息主要 有可达网络的地址信息、连接服务信息和连接接纳信息等。 i - n n i 是自治域内或互相之间具有信任关系的子网之间的双向信令接口。 i - n n i 接口支持连接控制、连接选择、连接路由计算和资源发现等功能【3 2 】。通过 该接口的信息主要有拓扑路由信息、网络资源控制信息和连接服务信息等。 9 硕士学位论文第二章a s o n 的体系结构以及生存性 u n i 和n n i 接口技术是a s o n 实现自动交换功能的关键技术之一，也是 a s o n 与现有光网络的主要区别之一。 2 2 智能光网络的控制平面的结构 2 2 1 光网络控制平面的逻辑模块结构 控制平面是a s o n 和传统光网络之间一个最根本的不同点。控制平面应该具 有的功能包括：通过信令的交互实现对端到端连接建立、维持、删除的支持；为 连接提供合适的路由；自动发现邻居关系和链路资源，洪泛连接状态信息；支持 故障连接的保护与恢复。a s o n 中控制平面的引入同时也为保护倒换的实施方 式带来了新的变化【3 3 】。例如，在a s o n 中，可以通过管理平面的配置，控制平 面管理，传送平面执行的方式来实现各种不同的路径保护和自愈网连接保护。 从功能上来讲，a s o n 控制平面主要实现两类功能：一类是基本功能，另一 类是核心功能。其中的基本功能包括路由功能、信令功能、链路管理功能和单元 接口技术等；核心功能包括网络连接控制、网络生存性、新型业务等。a s o n 控 制平面的功能结构示意图如图2 4 所示【2 6 1 。 一 图2 4a s o n 控制平面的功能结构示意图 l o 硕士学位论文第二章a s o n 的体系结构以及生存性 从实现来讲，控制平面的各个功能模块称之为控制平面元件，根据g 8 0 8 0 体系结构与总体要求，控制平面实现过程中主流的元件有：主控( 删s c h ) ， 连接控制( c c ) ，链路资源管理( l r m ) ，协议控制器( p c ) ，数据库( d b ) ， 自动发现( d a ) ，传送平面告警管理( t r am g r ) ，主备倒换( m s ) 等控制元 件。这些控制平面元件相互协同完成控制平面的核心功能。控制平面元件间的交 互关系如图2 5 所示( m p 为a s o n 的管理平面，c p 为控制平面) ： 图2 5 控制平面元件间的交互关系 协议控制器( p r o t o c o lc o n t r o l l e r ) 主要由一些a s o n 的核心协议栈组成，如 路由协议模块，主要包括o s p f ，o s p f t e ，c s p f ，i s i s 等，信令协议模块， 主要包括r s v p ，r s v p t e ，l d p ，c r l d p ；自动发现协议，主要有l m p 协议。 除这些协议模块外，还包括管理模块和倒换控制模块。 协议控制器p c 的框图如图2 - 6 所示： 硕士学位论文 第二章a s o n 的体系结构以及生存性 图2 - 6g m p l s 协议控制器( p c ) 的实现结构框图 2 3 光网络协议族介绍 为了能适应未来智能光网络动态的提供网络资源和传送信令的要求，g m p l s 对m p l s 做了相应的扩展。 g m p l s 和传统的m p l s 有所不同，它对更多的交换类型进行了支持，除了 分组交换外，还包括了传统的t d m ，以及波长和光纤交换。g m p l s 对m p l s 的l s r 进行了扩展，它包括这些不能识别包和信元边界的l s r ，它们不能基于 包和信元报头中携带的信息来转发数据，而是基于时隙、波长、物理端口来转发 数据【3 4 3 5 1 。 g m p l sl s r 可以分为以下几种类型【3 6 】： 1 ) 分组交换接口( p s c ) ：可以识别数据包和信元，并且依据首部进行转发的接 口。包括可以依据“s h i m 垫层转发的接口和a t m 接口。 2 ) 时分复用交换接口( t d m ) 。可以基于数据的时隙进行转发的接口，这一类 接口包括s o n e t s d h 交叉连接。 3 ) 波长交换接口( l s c ) 可以根据接收的数据的波长进行转发的接口。这一类 接口包括那种可以针对特殊波长进行处理的接口。 1 2 硕士学位论文第二章a s o n 的体系结构以及生存性 4 ) 可以根据数据的物理端口进行转发的接口。这一类接口统称为f s c 。 l s p s 可以嵌套，因此系统可以建立多级转发层面。最高转发层面是f s c 接 口，其次是l s c 接口、t d m 接口、p s c 接口。这样一来，一条用于p s c 接口 的l s p 可以被嵌套在用于t d m 接口的l s p 中，t d m 接口的l s p 可以再次被嵌 套在l s c 接口的l s p 中，最后再嵌套在f s c 接口的l s p 中。 2 3 1 信令协议 如图2 5 所示，控制平面g m p l s 协议主要可以分为信令协议，路由协议， 链路管理协议，下面分别介绍这三类协议。 信令协议用来建立，维持以及释放光连接。i e t f 主要有两个主要的协议集： 带流量工程扩展的资源预留协议( r s v p t e ，r e s o u r c er e s e r v a t i o n p r o t o c o l t r a 伍ce n g i n e e r i n g ) 和基于约束的标签分发协议( c r l d p ， 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 np r o t o c 0 1 ) 。r s v p t e 得到了业内的广泛关 注，在多个设备商的a s o n 产品中都得到了实用。下面介绍r s v p t e 对g m p l s 的扩展。 由于g m p l s 支持时分多路复用( t d m ) ，波长交换( l s c ) 及光纤交换( f s c ) 等多种交换连接，所以r s v p t e 增加了以下一些特定的对象和机制来支持这些 新增的连接方式【3 7 3 引。 1 ) 通用标签请求对象( g e n e r a l i z e dl a b e lr e q u e s to b j e c t ) 通用标签请求对象支持波带交换( w a v e b a n ds w i t c h i n g ) ，建议标签( s u g g e s t e d l a b e l ) ，标签集( 1 a b e ls e t ) 。通用标签请求对象由链路的入口节点来设置，中间 节点透明传输，最终被出口节点使用，其中交换类型( s w i t c h i n gt y p e ) 字段的 内容可以被逐跳地更新。 通用标签请求对象的格式定义如下： 0 l23 012345 6 7 8 9 0l2 345 6 7 8 9 012 345 6 7 8 9 01 4 - - 4 - - + 一卜4 - 4 - 4 - 4 - 4 - 4 - 4 - 4 - 4 - + 一+ 一+ 一4 - 4 - + 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一4 - 4 - + 一4 - - 4 - - 4 - - + - 4 - - + il e n g t hic l a s s - n u m ( 1 9 ) lc t y p e ( 4 )i + 一+ 一+ - + - 4 - 4 - 4 - + 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+