武汉理工大学—小论文——基于IP OVER WDM光网络管理技术

1、 wuhan university of technology 网络分析与设计课程论文2012年 6月 内容摘要3关键字4keywords4第一章 引言51.1 ip over wdm架构和国内外现状61.1.1 ip层61.1.2 wdm层81.1.3 sonet/sdh层91.1.4 atm层101.2 ip over wdm光互联网111.2.1 ip over wdm简介121.3 光网络管理技术15第二章 ip over wdm网络管理技术182.1 光网络管理模型182.2 ip over wdm 光网络节点管理模型202.2.1传输性能监测和传输损伤的评估212.2.2 业务分级

2、21第三章 ip over wdm综合管理系统233.1 ip over wdm综合网络结构以及模型233.2 ip over wdm综合管理系统功能需求233.2.1 拓扑管理功能简介243.2.2 拓扑管理功能列表243.3通用管理功能列表253.4保护管理功能253.5 故障管理功能263.6 系统管理功能27第四章 总结与展望28参考文献29内容摘要：以 wdm 技术为主体的光网络平台为日益丰富的网络应用和随之而来的呈爆炸式增长的数据传输量提供了足够的带宽。ip over wdm 光网络是下一代光 internet 的主要发展方向。通过取消中间层，直接采用两层网络架构，可以提高传输效率

3、，简化网络管理，降低网络建设成本。然而，简化后的网络架构也面临着如何实现网络资源的动态配置和提供业务分级，以保证不同业务的 qos 需求这一关键问题。本文提出，为了尽可能地满足用户对各类网络应用需求，网络管理和控制模块应具有区分不同应用的业务数据流、给于不同传输质量保证的功能。通过业务分级，采用不同的传输策略可以实现这一目标。同时，考虑到高速 wdm 网络中，传输损伤对信号质量的影响已经不容忽视，必须把物理层链路传输性能作为业务分级的依据之一，这样才能合理且有效地实现不同类型业务的qos 保证。关键字：ip-wdm光网络 qos 节点管理 业务分级 综合管理abstract：the optic

4、al network that based on wdm techonolgy provides enormouse bandwidth for the increasingly rich network applications and the booming volum of data that need to be transported. ip over wdm optical network is the evolving trend of next generation optical internet, which promising better transport effic

5、iency, simplified management and lower operation cost by eliminating the intermedia layers.however, the issues of configuring the network resources dynamicly and providing traffic classification to ensure the qos requirement of different traffics arise in such two-layer architecture. it is proposed

6、in this dissertation that the management and control module of the network should have the intelligence to differ the data flow of different types of traffic and to provide different transport quality guarantee. throghclassifying the traffic and adopting different transport policy, the performance d

7、emand of network application asked by the user can be met. at the same time, the transport characteristic of the links in physic layer should be taken into account to make the qos guarantee reasonable and effectively, since transmitte impairment is not negligible anymore in nowdays high speed wdm ne

8、twork.keywords: ip-wdm optical network, qos, node management, traffic classification, comprehensive management 第一章 引言目前，internet 已经深入到人们日常生活的方方面面，从大学里的科学研究到政府的行政办公，再到企业的经营管理，以及家庭的娱乐休闲，各类新型的网络应用不断提出。从早期的多媒体业务服务，已发展到现今的遥测遥感遥控、各类基于网络的虚拟实时系统以及远程服务。这样一个对人类生活产生巨大影响的网络世界，是构筑在由各种光器件和成千上万公里光纤光缆所组成的光传输平台上的。光纤

9、因其巨大的传输带宽，良好的保密性和抗干扰性，被公认为是海量数据传输的最佳介质。1.1 ip over wdm架构和国内外现状传输网作为网络应用的数据传输平台，已经存在和发展了很多年，从最开始的电路交换技术到现在占主流的分组交换技术，从早期的电网络到近年来迅速发展的光网络，传输网在传输速率、可靠性、服务种类等方面有了巨大的进步。目前最常见的传输网络架构是由 ip 层、atm层、sonet/sdh 层和 wdm 层所组成的多层体系结构。1.1.1 ip层自从二十世纪七十年代 tcp/ip 协议被提出以来，tcp/ip 及其相关的其他协议逐渐成为 internet中事实上的协议标准了。对于大多数网络

10、应用程序来说，它们直接面对的就是由 ip 路由器组成的 ip逻辑网络，也就是这里所说的 ip 层。ip 网络是基于分组交换的，参与交换的信息单元主要是长度可变的包（packet）。ip 路由器通过检查传输过来的包中所包含的目的地址并和路由器中存储的路由表比较，从而决定将该数据包转发到哪个端口。在 ip 层，定义了一系列协议来完成诸如传输数据、拓扑发现、地址解析等功能。图 1.1是 tcp/ip 协议栈及其与 osi 参考模型的关系。需要指出的是，tcp/ip 协议族是先于 osi 参考模型提出的最早的 tcp 协议是在 1973 年提出的，而 osi 参考模型于 1980 年左右才被提出所以两

11、者层与层之间之间并不存在严格的对应关系。 图 1.1 tcp/ip 协议栈internet 网络协议（internetwork protocol，ip）是 tcp/ip 协议族的基本传输机制。它是一种不可靠的，无连接协议，提供的是尽力而为（best effort）的传输服务。ip 通过被称为数据报（datagram）的包来传输数据，每个包都是独立传输。数据报可能经过不同的路径到达目的地，而且到达的顺序也不能保证。ip 协议不能跟踪报文经过的路径，也无法在报文到达目的地后对它们重新排序。但是需要指出的是，上面这些有限的功能并不能看作是 ip 协议的缺陷。因为 ip 仅仅提供了最基本的传输功能，其

12、使用者可以很方便地在其上添加他们所需的功能，从而使得可以在保持协议精简的前提下达到最大的工作效率。 tcp/ip 协议族中位于传输层的两个协议是传输控制协议（transmission control protocol）和用户报文协议（user datagram protocol，udp）。其中 udp 比较简单，仅仅是在上层发来的数据里加入端口地址（port address），校验和控制以及长度信息。udp 是一个无连接，不可靠的传输协议，除了提供的是进程到进程（process-to-process）而不是主机到主机（host-to-host）的通信外，它并没有在 ip 的基础上添加多少功能。

13、作为一个简单的传输层协议，udp 很适合于那些需要传输较小报文，而且对可靠性不是那么关心的进程。相比较于 udp，tcp 就提供了更多的功能。tcp 是一个面向连接的，可靠的流传输协议。说 tcp 是一个流传输协议，并不意味着 tcp 是连续不间断地传输数据。实际上 tcp 是通过把数据分割成一个个的段（segment），再通过 ip 来进行实际的数据传输。tcp 为每一个段指定了一个序号和一个确认号。这样，利用序号，接收方的 tcp 可以把接收到的段按顺序重新排列后再递交给上层进程。而通过确认号，tcp 就可以利用不可靠的 ip 协议来提供可靠的数据传输服务。1.1.2 wdm层 wdm 技

14、术的光传送网（otn）称为 wdm 层，其主要功能是为上层网络提供实际数据传输所需的物理介质和带宽。wdm 技术通过把多个波长信道复用到一根光纤中来提高光纤的传输数据容量，并利用波长放大器（主要是 edfa）在无需 o/e/o 转换的情况下对光纤中的各个波长信道进行放大，从而延长了光信号无中继传输距离，实现了长距离光传输。wdm 系统大多工作在 c、l 波段上，单根光纤中可复用的波长数已达上百个，单信道的传输速率以达 40gb/s 以上。而且，点对点的光纤链路已不能满足目前应用的需要，对网络资源的动态配置和使用以及光交换的要求日益突出。 波长路由器是 wdm 系统中十分重要的器件，可用来完成以

15、波长（或是波带）为单位的数据交换和路由，并提供本地上下路（add and drop）功能，可动态提供端到端的波长路径。根据实现交换的方式不同，波长路由器可分为三类：电波长路由器、光波长路由器和混合波长路由器。电波长路由器将解复用后的各个波长信道的光信号通过 o/e 转换器转换成电信号，然后送入一个电交换机进行交换。完成交换后再通过 e/o 转换将电信号转换成光信号，重新复用到达交换机出口。电波长路由器的优点在于电交换技术已经十分成熟，实现起来难度较低。而且通过 o/e/o 转换，还可以完成信号再生、波长变换等功能。这种交换方式的缺点在于难以突破电子瓶颈，交换速率很难进一步提高（目前电交换的端口

16、速率通常可以达到 10gb/s40gb/s）。另外，由于需要使用大量的 o/e 和 e/o 转换器，其成本也不低。而且使用电波长路由器时，即使某个波长信道无需交换，它也必须经过 o/e/o 转换，这样就降低了交换的灵活性。 第三类波长路由器使混合波长路由器。它综合了电波长路由器和光波长路由器的优点，作为从电到光的过渡产品，是目前使用最多的交换方式。混合波长路由器的交换核心分为两个部分，一部分是光交换单元，一部分是电交换单元。光交换单元用来将某个波长从一根光纤交换到另一个光纤，电交换单元则用于当输出光纤上相应波长已被占用的情况下，通过波长变换（由o/e/o 转换实现）来解决波长冲突。另外，电交换

17、单元还可以用来对信号进行信号再生。通过结合电交换和光交换的优点，混合波长路由器最大限度地利用了现有的技术条件，并考虑了未来技术的发展方向。因此，目前乃至未来若干年内，混合波长路由器将占主导地位。1.1.3 sonet/sdh层上世纪八十年代，为了克服准同步数字体系（pdh）传输速率低，标准不统一，缺乏光接口规范，帧结构中管理开销太少等弊端，美国和欧洲及日本先后提出了 sonet 和 sdh 技术标准。sonet/sdh 的主要功能在于提供有效利用底部光传输层巨大带宽资源的方法。另外，对网络中的突发故障，sonet/sdh 也提供了必要的保护和恢复机制。sonet/sdh 网络主要由四类网络器件

18、组成，它们是：分插复用器（add/drop multiplexer，adm），终端复用器（terminal multiplexer，tm），数字交叉连接（digital cross-connect，dxc），再生器（regenerator）。这些器件通过光纤连接在一起，组成了一个 sonet/sdh 网络。在 sonet/sdh 参考模型中定义了三层，它们分别是路径层（pathlayer），线路层（line layer）和段层（section layer），如图 1.2所示。其中路径层负责端到端连接传递；线路层又叫复用段层（mulitplex section layer），负责将多个低速率的信

19、号复用成高速率信号，或是从高速率信号中解复用出低速率信号；段层也叫再生段层（regenerator section layer），负责协助光信号的传输和再生。为了完成传递信令、性能监测、保护切换等功能，sonet/sdh 的每一层都会在有效负荷前加上本层的控制信息，即开销（overhead）。 图 1.2 sonetsdh 参考模型1.1.4 atm层sonet/sdh 最初提出时，主要是针对电话语音业务的，因此它的复用方案和容器分配都是根据语音业务来进行优化的：带宽一旦分配就会一直保持到连接请求结束，即使这期间没有数据需要传输。随着数据业务的不断发展，运营商需要一种更灵活得带宽分配方式以满足

20、数据传输所具有的的动态特性。二十世纪八十年代起，电信商和设备商开始考虑在 sonet/sdh 层上再增加一层 atm层，以提供一种更灵活的带宽分配方式和更多的服务功能。atm 利用被称为“信元” （cell）的固定大小的同步时间槽工作每个信元包含 53 个字节，其中 5 个字节是信元头，其余 48 个字节是净荷。信元并不一定是被周期性地发送出去，而是可以根据所提供的服务按需发送（send on demand）。atm 这种灵活的带宽分配方式很适合传输数据业务，因此，atm 层的另一个重要功能就是把语音业务和数据业务更有效地集成在同一层里来实现。atm 层由 atm 交换机以及连接它们的点到点的

21、 atm 链路所组成，其中 atm 交换机通过光接口与 sonet/sdh 层相连，而 atm 链路则构成了一个逻辑拓扑。图 1.3给出 atm 的参考模型以及它与 osi 参考模型的对应关系。这个模型由三个平台（plane）构成，每个平台又分成若干层（layer）。其中控制平台负责产生和管理信令请求，用户平台负责传输数据。管理平台又进一步分成两部分：一部分是层管理，负责管理具体层的功能，比如故障监测和协议问题；另一部分是平台管理，负责管理和协调与整个系统有关的功能。另一方面，从层的角度来看，atm 参考模型分为以下几层：物理层这一层类似 osi 参考模型中的物理层，负责管理介质相关的传输；a

22、tm 层这一层与atm 适配层紧密相关，大致相当于 osi 参考模型中的数据链路层，负责建立连接和在 atm 网络中传输数据单元；atm 适配层与 atm 层紧密相关，也类似于 osi 参考模型中的数据链路层，负责将高层协议与 atm 进程的细节隔离开来。至于 atm 适配层以上的其他各层则负责接受用户数据并将它们交给 atm 适配层。 图 1.3 atm 参考模型及其与 osi 参考模型的对应关系从本质上说，atm 是一个面向连接的网络，因此它需要在传输数据前先建立起端到端的连接，这是通过虚连接来实现的。atm 中的虚连接分为两类：虚路径（virtual path）和虚通道（virtualc

23、hannel）。每条虚路径由一组虚通道组成，而若干条 vp 就组成了一个传输路径（transmission path）。利用虚连接，atm 提供了三类连接服务：永久虚连接，交换虚连接和无连接服务。永久虚连接（permanent virtual connection， pvc）允许节点之间的直接连接，其优点在于可以保证连接的可用性，而且在进行交换时没有呼叫建立的过程，而它的缺点就是连接是静态的，而且建立时需要人工确认。与 pvc 不同，交换虚连接（switched virtual connection， svc）的建立和释放都是动态的，而且只在由数据需要传输时才保持连接。动态呼叫的控制需要 at

24、m 节点和 atm 交换机之间有某种信令协议。svc 的优点在于连接的灵活性，而且呼叫的建立可以由网络设备自动处理。它的缺点是需要额外的（相对于 pvc）时间和开销来建立连接。1.2 ip over wdm光互联网 以 wdm 技术为主体的光网络平台为日益丰富的网络应用和随之而来的呈爆炸式增长数据传输量提供了足够的带宽。但随着业务量的飞速增长，传统的多层网络架构已经开始显现出种种弊端。首先，多层架构中的每一层都需要一定的开销用于本层的传输控制和管理，这势必大大影响整体的传输效率。其次，多层架构中的每一层都有自己的网络设备来组成本层的网络，从而使整个网络的建设和维护成本大大提高。第三，由于各层都

25、有自己的寻址路由机制，而且这些机制有的是动态的（比如 ip 层），有的是静态的（比如 sonet/sdh 层），因此要使它们协调一致地工作比较难。再考虑到各层协议的功能往往会有一些重复，这种架构从工作效率上来说也不理想。第四，目前网络上 ip 数据已经占主流，因此如何让传输网很好地适应动态性的 ip 数据就成为了一个需要解决的问题，而多层架构中的带宽资源分配方式显然是难以胜任的。最后，目前网络中存在的电子瓶颈、qos的提供和保证等问题也是促使人们考虑新的光网络架构和技术的原因。1.2.1 ip over wdm简介 图1.4 ip over wdm系统传输网目前，网络上的绝大多数应用都是基于

26、tcp/ip 协议的，而现有的在时分复用网络上传输 ip 业务的方法是针对传输类似语音这样的同步业务而提出的，因此已经开始显得有些力不从心了。传统网络通过 sdh 在底层实现网络连接。而 sonet/sdh 网是由光纤环路、分插复用器以及数字交叉连接构成，其复用体系比较复杂，需要大量的设备投入。atm 通常用来在 sdh 网络之上提供数据传输服务。atm 的面向连接的特性使得运营商可以满足用户某种程度上的 qos 要求，也可以提供虚拟专用网（virtual private network，vpn）服务。但是，这种基于 tdm 和 atm 技术的网络需要大量的运营成本，而且传输效率不高。比如在通

27、过 atm 来传输 ip 业务时，在分段和重组（segmentation and reassembly，sar）过程中会引入大量开销。通常情况下，一个典型的 atm 帧需要 20的开销，也就是说在 oc48/stm-16 的链路上，由于 atm 的开销将要浪费差不多一个 oc12/stm-4 链路的容量。随着技术的发展，传输速率的不断提高，atm 开销所浪费的带宽越来越不可接受。出于运营成本、传输效率等方面的考虑，未来网络架构必然是朝着消除中间层，简化网络架构的方向发展如图1.4所示。 网络架构简化的最终结构将形成 ip over wdm 这样的两层结构。这样的两层架构在运营成本、带宽利用效率

28、、传输效率等方面与原有架构相比都有很大的优势。根据 ip/wdm 技术和网络架构的发展情况，可以将其大致分成三代： 第一代：ip over 点对点的 wdm 网络。在这样的网络架构中，wdm 系统被用作连接相邻 ip路由器的点对点的高带宽通道，ip 路由器通过复用了多个波长信道的光纤直接相连，如图 1.5所示。此时，sonet 常用来将 wdm 通道所需的开销信息成帧并进行传输，而 ip 包则被封装在 sonet帧中，即 packet over sonet 方案。ip over 点对点的 wdm 网络中，网络拓扑是固定的，网络的配置也是静态的。目前很多 ip 和 wdm 设备商都提供可用于 i

29、p over 点对点 wdm 网络的设备，这种网络架构在长途干线网中被广泛使用。 图1.6 ip over point-to-point wdm network第二代：ip over 可配置的 wdm 网络。在这种网络中，wdm 信道可以通过 wdm 交叉连接，在 wdm 系统中进行路由。这样可以提高 wdm 带宽资源和 ip 接口的利用率。此时，ip 路由器的接口连接到 wdm 交叉连接的端口，而各个 wdm 交叉连接之间则通过复用了多波长信道的光纤互连形成一个网状格局，如图 1.7所示。由于该网络架构中 wdm 层具有可重新配置信道的能力，因此可以直接将保护切换和恢复功能加入到光层，而无需

30、 sonet 中间层。很多 wdm 设备商声称其wdm 交叉连接产品可以支持第二代 ip/wdm 网络。第三代：ip over 交换 wdm 网络。在这种网络架构中，ip 包直接在 wdm 系统中通过 wdm包被交换和传输。也就是说此时 wdm 系统直接支持逐包的交换，而不是提供一个从入口到出口（ingress-to-egress）的光路，这样可以提供更好的波长信道流量复用粒度。目前主要的光包交换技术包括有光突发交换（optical burst switching，obs），光标签交换（optical label switching，ols）等。wdm 包交换技术目前还处于实验室研究阶段，da

31、rpa 建立的光标签交换项目（optical labelswitch project）已经成功地演示了这种技术，但要用于商业用途，仍需一段时间。 图1.7 ip over reconfigurable wdm network对于第二代和第三代 ip/wdm 网络来说，有三种模型可以用来把 ip 层和 wdm 层组合在一起，它们是：层叠模型（overlay model），增强模型（augmented model）和对等模型（peer model）。1.3 光网络管理技术 当 ip/wdm 网络从静态、点对点的架构向动态、可重新配置的架构以及基于交换的架构转变时，体现出了两大趋势：从静态的资源分配

32、和服务提供向动态、按需（on-demand）资源分配和服务提供转变；从集中式的管理和采用离线（off-line）优化向分布式控制和采用在线启发式算法转变。总之，ip/wdm 网元（network element，ne）需要提供更多的智能来形成一个更具自治能力的网络，从而简化网络运营，降低运营成本。在 ip/wdm 网络中，网络管理和控制主要包括以下几个部分：网络配置和路由、网络故障定位和恢复、流量性能工程等。 ip/wdm 中的网络配置以及信令机制根据所用的 ip/wdm 网络模型的不同而有所差异。在层叠模型中，wdm 层作为独立的一层，由其自身的管理和控制协议来进行管理。为了能够动态地按需建

33、立起波长连接，wdm 层有自己的一套寻址方案，以及相应的路由/信令协议。为了实现和 ip 层的协同工作，还需要有其他的协议（比如 wdm 地址解析协议，wdmarp）和网络互联方案（比如 ieft 提出的下一跳解析协议，nhrp）来把 ip 地址映射到相应的 wdm 址以及在 wdm 网络中发现 ip 设备的地址和路径。而在增强模型和对等模型中则采用了一个基于 mpls 的集成的控制平台来将 ip 地址方案统一地应用在 ip 和 wdm 设备上。另外，mpls 的信令协议（比如各种标签分发协议，ldp）和扩展了的资源预留协议（rsvp/rsvp-te）在这两个模型中被用来建立拆除粗粒度的波长交

34、换路径（ sp）和波长通道。细粒度的ip 标签交换路径（lsp）则在这样的波长通道上进行交换。 在可重新配置的 ip/wdm 网络中，端到端之间建立起来的波长电路可以被用作 ip 链路或是波长交换路径，波长电路路由可以通过对类似 ospf 或是 is-is 这样的链路状态协议进行一些扩展来完成。但是，与 ip 层路的流量无关（traffic independent）路由不同的是，wdm 层的路由必然和负载相关一条用尽了所有波长的光纤是不能再接纳新的波长电路的。因此，在进行路径计算时，必须把波长负载考虑进去，也就是说，类似 ospf 和 is-is 这样的路由协议如果要用于 wdm 层的路由，就

35、必须在进行链路状态广播（link stateadvertisement，lsa）时把波长负载情况也加进去。另外一个与ip/wdm网络路由有关的问题是波长变换。波长变换器可以减小wdm连接被阻塞的概率，因此 oxc 提供的波长变换能力对于波长电路路由会有一定的影响，在进行路由计算时也必须把oxc 的波长变换能力考虑进去。这就要求在路由协议广播的链路状态信息中加入更详细的波长分配情况。 在 ip/wdm 网络中，故障的定位和恢复是一个比较复杂的问题。由于 wdm 光层提供的监测参数通常是一些底层的模拟信号参数，比如光功率、光信噪比等。这些参数与 ip 层可观察到的特性之间没有明显的联系。同样，ip

36、 层性能监测得到的“软”指标与 wdm 层的参数之间也没有简单的、确定性的关联。当 wdm 层的监测系统发现某个参数超过了事先设置的阈值时，就会在 wdm 层触发一个警报，从而导致 wdm 层和 ip 层的一系列的保护恢复动作。如果参数阈值设置过低，容易触发假警报，阈值设置过高，则容易漏报。wdm 层参数阈值设置的不同，会导致 ip 层对某一故障表现出完全不同的结果。另外，如果 wdm 层对光信号是透明的，那么就意味着 wdm 层对于客户信号的速率、编码规则等知之甚少甚至完全不知道，这就为参数阈值的设置增加了新的难度为速率为 oc192 的信号设置的阈值对于速率为 oc48 的信号就未必合适。

37、而当 wdm 层提供动态的光路建立拆除功能时，如果因进行连接恢复动作或是因流量工程而需要调整光路时，光路上的阈值可能需要重新设置。这些都使 wdm 层中对网络性能参数的监控和阈值的设置成为一个很复杂的问题，因此，很有必要在计算波长路由路径时就把光层性能参数考虑进来。另外，不同的 wdm网络设备具有不同的信号处理和故障传递特性也增加了 ip/wdm 网络中故障的监测和定位的复杂性。比如，一个仅具有 1r 功能的全光交叉连接会把信号丢失的故障信息传递给下游节点，而具有2r/3r 功能的交叉连接则会发出一个空闲（idle）信号给下游节点。如果 ip/wdm 网络中混合使用了多种设备，那么就可能导致一

38、些异常结果出现。 ip/wdm 网络中的故障恢复有几种方式。首先，由于 wdm 层为 ip 层提供了传输所需的波长电路，因此可以在 wdm 层实现故障恢复。比如为每条光路预先准备一条备用光路（即保护机制），当出现故障时可以快速切换到备用光路上。或者是根据故障发生时 wdm 网络的情况，计算一条新的光路来替代发生故障的路径（即恢复机制）。第二，ip 层本身提供了分布式的路由算法，可以对由于网络故障引起的拓扑变化做出反应，重新计算路径。但是，这种方法在网络拓扑收敛时间、可扩展性和效率以及保证物理路径不同等方面存在不足，因此单纯利用 ip 层来恢复网络故障的方法不被看好。第三种方案是基于 gmpls

39、 的。在采用基于 gmpls 的统一控制平台的增强和对等 ip/wdm网络中，通过建立替换的波长交换路径，可以在故障发生时，在提供不间断端到端通信的同时完成到备用路径的切换。这里的的备用波长交换路径对于 ip 层是可见的，因此可以保证层与层之间更好的协作。 在光网络中进行管理和控制，一个很重要的目的就是要为网络应用提供 qos 保证。qos 是目前网络技术研究的一个热点，因为日益丰富的网络应用对网络服务的质量提出了各种各样的要求。qos实际上是服务提供商和用户之间就服务性能定下的一些定性的或是定量的约定或者说契约。一个连接对 qos 的要求体现为一系列的限制和约束条件，比如传输速率，传输延迟，

40、阻塞率等。网络所提供的传输服务必须能保证网络应用的这些 qos 需求。在 wdm 网络中，qos 保证通常是通过 qos路由来实现的。qos 路由（qos routing）就是要找到可以满足上述那些些约束条件的可行路径（对于多播服务而言是可行树），同时还要尽可能地优化网络资源的利用率。然而由于 qos 参数众多，不同服务对不同参数有不同要求，加之在动态环境下，大型网络的状态很难达到稳定状态，使得 qos路由问题十分复杂。研究了在层叠网络中提供 qos 路由的问题。讨论了如何在 qos 出现恶化时尽可能地使服务质量恢复到原来的水平。考虑了如何在区分服务（differserv）和 mpls 的网络

41、环境中支持分级 qos 路由。把 qos 要求与波长资源图中边的权重联系起来，这样通过在波长资源图上寻路就可以满足直接 qos 要求。第二章 ip over wdm网络管理技术2.1 光网络管理模型网络管理对于任何网络来说都是十分重要的一个组成部分，不管一项技术如何具有吸引力，除非它能被管理而且能与已有的管理系统很好地协同工作，否则它就不可能被应用到网络中去。传统的网络管理包括下几个功能：1 性能管理（performance management）：管理衡量网络性能的若干参数。性能管理是一个很关键功能，它使得服务提供商可以向用户提供 qos 保证，并能保证用户遵守服务提供商规定的限制条件。另外

42、，性能管理还需要在网络状态不正常时为其他网络管理功能，比如故障管理，提供输入。2 故障管理（fault management）：负责在故障发生时检测故障并隔离故障元件。另外网络还需要恢复因故障而造成中断的业务。3 配置管理（configuration management）：管理与网络中有序的变化相关的一组功能，比如管理网络中设备的添加或移除，以及由此而引起的重新路由。另外设备中的软件版本升级也属于配置管理的范畴。配置管理的另一个方面是连接管理（connection management），也就是对网络中连接的建立、拆除以及连接跟踪等功能的管理。这一管理功能既可以由一个集中的管理系统来完成，也

43、可以由一个分布式的网络控制实体来实现。当连接的建立/拆除非常频繁或者网络规模很大，很复杂时，采用分布式的管理方式就很有必要了。4 安全管理（security management）：包括用户认证，为每位用户设置诸如读/写许可这样的属性等功能。从安全的角度来说，网络通常在纵向和横向都被分为若干个域（domain）。纵向划分意味着特定用户只被允许访问网络的某些部分，而不能访问另外一些部分。横向划分则意味着特定用户只能访问整个网络中所有网元的某些参数。安全性还包括保护网络用户的数据，防止其被非法窃听或破坏。这部分问题需要通过在传输前对数据加密以及为合法用户提供解密功能来解决。5 记费管理（accou

44、nting management）：这部分功能负责记帐以及记录网元的生存期历史。6 保护管理（safety management）：这是光网络所特有的管理功能，用来保证光辐射功率在国际标准组织规定的标准之内，以保证对人眼的安全。图 2.1给出了一个典型的光网络管理模型结构，从图中可以看出，管理功能是以分级的方式实现的，每个被管理的元素被称为网元（network element）。网元包括光线路终端（optical line terminals，olts），光分插复用器（optical add/drop multiplexers，oadms），光放大器，光交叉连接（oxc）等。每个网元由它的网元

45、管理系统（element management system，ems）管理，每个网元有一个内置的代理（agent），用来和 ems 通信。代理通常是由网元中的微处理器内的软件来实现的。ems通常连接这一个或多个网元，并与网络中的其他网元通过数据通信网（data communication network，dcn）联系。除了 dcn，在网元之间还有一个快速信令信道用来交换实时控制信息以管理诸如保护切换等功能。快速信令信道可以通过光管理通道（optical supervisory channel，osc）来实现，即用一个单独的波长来专门进行控制和管理功能。由于 ems 本身通常一次只能管理一个网元

46、而不能从整体上把握整个网络，对于它无法管理的网元 ems 也无法顾及，因此 ems 需要转而与网络管理系统（network management system，nms）联系。nms 可以看到整个网络并能管理来自不同设备商的不同类型的网元。在某些情况下，可能会形成多层次的分级管理系统。nms 通过与不同的 ems联系，在全网的范围内进行控制和管理。 图2.1 光网络管理模型每个被管理网元的相关信息被表示为信息模型（information model，im）。信息模型通常是一个关于系统如何被管理的内部属性和外部行为的面向对象的表示法，通过网元以及管理网元的单元和管理系统内的软件来实现。对象（obj

47、ect）提供了一种对网元抽象建模的方法。每个对象都有一些与之相关的属性和功能，它们描述了这个对象的行为以及可以施加在这个对象上的操作。可以用多个类型（class）的对象来描述系统中的不同部分。在面向对象的建模思想中，一个很重要的概念就是继承（inheritance）一个对象类型可以是从另一个父对象类型那里继承而来的，只要该对象类型拥有父类型所有的属性和行为。而且继承得到的新类型还可以拥有自己新的属性和行为。网元信息模型的这种面向对象的建模思想对于建立仿真网络性能时所需的网络元件库有很大的指导意义。2.2 ip over wdm 光网络节点管理模型ip/wdm 光网络节点管理和控制模块位于光网络

48、的传输平面和控制平面，主要提供业务分级、传输性能监测、传输损伤评估以及网络资源动态配置等功能。从前面对网管系统的介绍可以看出，节点管理所提供的功能主要属于性能管理和配置管理这两部分，图 2.2给出了 ip/wdm 网络节点管理功能的模型。图中的节点管理主机负责控制整个节点管理系统的运行，通过监测控制单元对节点交换设备进行管理、控制和维护，实现资源配置、传输性能检测、业务分级等功能。节点监测单元具有中央控制模块和内部总线，可以在此基础上设计多种监控模块，包括开关控制、数据采集、控制信息输入/输出等。在该模型中，节点管理主机既可以位于本地的主机，也可以是远程主机。监控单元内部有用于网络通讯的模块，

49、可以与本地主机（通过 lan）或远程主机（通过 wan）交换数据和控制管理信息。 图2.2 ip/wdm光网络节点管理系统功能模型2.2.1传输性能监测和传输损伤的评估作为 ip/wdm 网络中的节点管理系统，对底层网络传输性能的监测是它必须实现的基本功能之一。通过对网络中信号的各项参数的测量和评估，可以为上层网络的进一步决策提供依据。比如通过对光功率的监测可以发现光网络中发生的光纤断裂等故障，并及时进行相应的切换保护动作。另外，随着网络架构的简化，作为底层网络中的节点管理系统，也需要提供一些原本是由上层网络提供的功能。也就是说，原来单纯作为传输媒介存在于网络架构底层的 wdm 网现在也需要开

50、始提供某些智能，比如路由、业务分级等功能。而要提供这些功能，对网络中各个物理参数进行准确有效地监测和评估是一个必不可少的前提。在光网络中，光信号的质量受其沿途所经过的各个元器件的影响。光收发器、光放大器、分插复用器、光交叉连接、edfa、光纤段等各种有源和无源光器件会对光信号产生诸如抖动、漂移、串扰等影响，还会引入诸如色散、ase 噪声、pmd、非线性效应等恶化信号质量的因素。这些都对信号造成传输损伤，并在接收端集中体现为信噪比的下降以及 ber 的上升。通过对接收端 ber 的监测和估算可以对光信号的传输质量进行评估。一般认为对于光通信系统，可接受的 ber 在 10至 10之间，典型值为

51、10-12。 图2.3 wdm光网络传输损伤分析模型2.2.2 业务分级随着计算机网络和通信网络的互相渗透和融合，对网络中的所有业务采用相同的传输策略显然已经不能满足需要。当新的网络应用不断出现，计算机和通信网络的应用范围越来越广的时候，业务分级的问题就成为了研究的一个重点。简单地说，业务分级就是根据不同类型业务的特点，在为特定业务提供数据传输服务时采用不同的策略，以达到充分利用网络资源，优化网络性能，同时又满足业务所需要的服务质量的目的。例如，实时多媒体数据流要求网络提供较小的传输延时，较大的传输带宽以及稳定的网络连接。另一方面，银行、公司等机构则往往要求网络能提供安全可靠，保密性好的数据传

52、输服务。ip/atm/sdh(sonet)/wdm 网络架构中，对业务的分级一般是在 atm 适配层进行的。根据源宿端之间是否需要保持定时关系、传输速率是否固定以及服务是否是面向连接等参数，atm 适配层被分成了四类。见表2.1 表 2.1 支持不同业务类型的 atm 适配层在 ip/wdm 网络中进行业务分级，需要同时考虑两方面的因素。对于网络用户来说，关心的是诸如网页打开时间、文件下载速度、图像和声音的流畅不失真等这样比较直观的性能指标。而对于wdm 层来说，能监测到的是信号的抖动，信噪比以及 ber 等这样的物理性能参数。因此业务分级模型必须能够把直观的指标和可测量的参数对应起来。在这里

53、我们选取三个比较有代表性的参数作为业务分级的依据：延时、阻塞率和 ber。其中前两个是传统业务分级方法中用得很多的参数，而选取 ber 作为业务分级的依据，主要是考虑到一方面 ber 可以直观地反映出光路传输性能的好坏，另一方面在实际网络中 ber 的测量也比较容易。对上述三个参数的选取以及如何把它们和上层的网络应用对应起来，后面还会有更详细的介绍。根据对这三个参数的要求，可以把网络应用分成若干等级，比如最高等级的业务要求延时、阻塞率和 ber 都最小，而最低等级的业务对这三个参数没有什么限制。可以把业务分级模型看成是位于 ip 层和 wdm 层之间的一个适配层，用来把客户层的qos 要求转换

54、成传输层不同的传输策略。这里的传输策略是指不同的传输路径、传输速率以及传输优先级的组合。第三章 ip over wdm综合管理系统3.1 ip over wdm综合网络结构以及模型ip over wdm 综合网络结构及其模型ipoverwdm 综合网络结构及其模型wdm传送网分层模型och层，oms层，和ots层基于ip路由设备的ip网络模型网络到ip路由设备到网络ip over wdm综合网络结构wdm层和ip层ip over wdm综合网络分层模型客户层/服务层 ip over wdm综合网络结构由wdm传送网分层模型，基于ip路由设备的ip网络模型，ip over wdm综合网络结构，i

55、p over wdm综合网络分层模型；其中 图3.1 ip over wdm综合网络结构图3.1 所示表示ip over wdm综合网络结构，由四个层次模型进一步细分下一层次，wdm传送网分层模型由och层，oms层，和ots层共三个层次构成；基于ip路由设备的ip网络模型，由网络到ip路由设备到网络组成；ip over wdm综合网络结构由wdm层和ip层组成；ip over wdm综合网络分层模型，包含客户层/服务层层次。3.2 ip over wdm综合管理系统功能需求拓扑管理功能通用管理功能配置管理功能保护管理功能性能管理功能故障管理功能安全管理功能系统管理功能ip over wdm综合管理系统功能需求 图3.2 ip over wdm综合管理系统功能图3.2所示ip over wdm综合管理系统功能有以下八大部分组成：拓扑管理功能，通用管理功能，配置管理功能，保护管理功能，性能管理功能，故障管理功能，安全管理功能，系统管理功能。3.2.1 拓扑管理功能简介其中拓扑管理功能用例如图3.3所示 图3.3 拓扑管理功能用例3.2.2 拓扑管理功能列表拓扑管理功能拓扑浏览1）不同类型的网元用不同的图标表示2）可查看ip路由设备和wdm网元的相关信息3）根据ip网络管理系统和wdm网络管理系统上报节点信息，分析处理，自动画出相邻节点之间的连线4）提供