基于GMPLS自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)智能設(shè)計(jì)

　　1. 引言

　　自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)是一種能夠自動(dòng)完成網(wǎng)絡(luò)連接的新型網(wǎng)絡(luò)。它由控制面、傳送面和管理面三個(gè)平面組成，控制面技術(shù)是其核心，利用控制面它能夠?qū)嵤﹦?dòng)態(tài)交換。GMPLS(通用多協(xié)議標(biāo)簽交換)是IETF提出的可用于光層的一種通用多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)，由MPLS(多協(xié)議標(biāo)簽交換)擴(kuò)展而來(lái)。ASON和GMPLS的演進(jìn)關(guān)系如圖1所示，經(jīng)歷了一個(gè)從自動(dòng)傳送光網(wǎng)絡(luò)(ASTN)發(fā)展到ASON，并進(jìn)而結(jié)合了GMPLS的發(fā)展過(guò)程。本文主要是從軟硬件方面設(shè)計(jì)了一個(gè)基于GMPLS的滿足自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)控制平面要求的智能OXC節(jié)點(diǎn)，并探討了仿真方案，通過(guò)仿真驗(yàn)證了它的功能。

　　2. 自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)的控制平面

　　ASON由控制面、傳送面和管理面3個(gè)平面組成，其中控制面的智能

　　是實(shí)現(xiàn)ASON的關(guān)鍵，正是由于控制面的作用，ASON能夠智能化地配置網(wǎng)絡(luò)流量，根據(jù)數(shù)據(jù)類型實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)分類、強(qiáng)大的保護(hù)、故障恢復(fù)能力和完善的網(wǎng)絡(luò)管理功能。通過(guò)控制平面我們可以實(shí)現(xiàn)ASON中的交換連接。ASON動(dòng)態(tài)的疊加組網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型，它包括4類控制層面構(gòu)件：請(qǐng)求代理(RA)、光連接控制器(OCC)、管理域(AD)和接口。我們可以看出ASON有4個(gè)組成要素：傳輸平臺(tái)、交換平臺(tái)、聯(lián)網(wǎng)智能和網(wǎng)管軟件。光纖傳輸設(shè)備是ASON傳輸載體，以一定的結(jié)構(gòu)組網(wǎng);光交叉連接(OXC)設(shè)備構(gòu)成了ASON的交換平臺(tái)，是智能光網(wǎng)絡(luò)的核心，其自身的伸縮性和網(wǎng)絡(luò)軟件的結(jié)合可提供全網(wǎng)的伸縮性。傳輸平臺(tái)和交換平臺(tái)共同構(gòu)成了ASON的光傳送平面。這種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)系統(tǒng)基于分布控制原理, 每個(gè)網(wǎng)元都具有智能，能從動(dòng)態(tài)路由協(xié)議中了解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和相關(guān)鏈路的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選路和交換。GMPLS由于其適用于光域的特性成了控制面最好的一種實(shí)現(xiàn)方式。GMPLS功能上可以看成是把各自的不同層次的控制面使用統(tǒng)一的信令和協(xié)議統(tǒng)一起來(lái)，方便不同技術(shù)背景的設(shè)備使用統(tǒng)一的控制管理接口來(lái)互連互通。在這里我們使用GMPLS系列協(xié)議進(jìn)行控制信令的交互，連通域間和域內(nèi)控制平面，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的控制。我們也可以看出，ASON控制平面適合采用分布式控制結(jié)合集中控制的控制方式，在每個(gè)智能節(jié)點(diǎn)上，都運(yùn)行有各自的管理控制軟件，但也和相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信和交互，同時(shí)還向高層網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)報(bào)告和交互。從而很好地完成網(wǎng)絡(luò)的控制和管理。

　　3 .基于GMPLS的智能OXC設(shè)計(jì)

　　3.1 總體思想

　　總體思想：智能支持GMPLS的路由器加簡(jiǎn)單的光設(shè)備。相應(yīng)設(shè)計(jì)的智能OXC節(jié)點(diǎn)的總體結(jié)構(gòu)其中包含了OXC內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基于GMPLS的控制部件結(jié)構(gòu)。OXC的常用結(jié)構(gòu)與技術(shù)有MEMS、波導(dǎo)、液晶等。我們考慮的智能節(jié)點(diǎn)基本結(jié)構(gòu)由基于MEMS的光交叉連接矩陣、輸入端口、輸出端口和管理控制單元等模塊組成。控制面功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)管理控制單元模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，這也是我們?cè)O(shè)計(jì)的重點(diǎn)。考慮在原有的支持MPLS的OXC上結(jié)合GMPLS的功能模塊和軟件框架進(jìn)行擴(kuò)展而得到。在信令控制技術(shù)上我們采用創(chuàng)新的默認(rèn)波長(zhǎng)和專用控制信道相結(jié)合的方式，即可以采用控制信道與數(shù)據(jù)通道分離的形式，控制信令主要通過(guò)帶外信道來(lái)傳輸從而確保可靠性;也支持默認(rèn)波長(zhǎng)同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和信令的方式。在默認(rèn)波長(zhǎng)的方式下，節(jié)點(diǎn)要傳輸數(shù)據(jù)時(shí)首先采用默認(rèn)波長(zhǎng)傳輸，當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)IP引擎時(shí)，將在進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的同時(shí)，進(jìn)行巨量流判別，如果判定是巨量流，將調(diào)用波長(zhǎng)分配協(xié)議，指定并建立起相應(yīng)的光路，同時(shí)通知節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)移到已經(jīng)建立的通路上直接傳輸，而不再進(jìn)行路由判別與轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)直通傳輸。在傳輸完畢后IP引擎拆除光路。在這種方式下，很明顯的好處就是這個(gè)默認(rèn)波長(zhǎng)同時(shí)傳輸信令和數(shù)據(jù)。在專用控制信道方式下，節(jié)點(diǎn)首先通過(guò)專用控制信道發(fā)起連接請(qǐng)求。GMPLS控制平面在響應(yīng)連接請(qǐng)求后建立相應(yīng)的光路，之后返回一個(gè)確認(rèn)信息到發(fā)起的節(jié)點(diǎn)，從而節(jié)點(diǎn)可以傳輸數(shù)據(jù)，在傳輸完畢后，發(fā)出一個(gè)拆除鏈路的請(qǐng)求，完成釋放鏈路的工作。采用這種綜合設(shè)計(jì)的方式首先保證了控制信道的強(qiáng)壯性，即使默認(rèn)波長(zhǎng)信道出現(xiàn)擁塞，或者信道損壞的情況下可以采用專用信道，反之亦然;同時(shí)這種綜合的方式可以支持目前我們所能采取的全部信道控制方式，例如獨(dú)立控制信道、嵌入式控制信道和副載波調(diào)制信道等�？偟卣f(shuō)來(lái)，既可以支持光分組交換方式，也可以支持它的變形形式光突發(fā)交換，而且可以兼容以往的IP路由器并且也很容易升級(jí)到將來(lái)的超高容量的光網(wǎng)絡(luò)路由交換機(jī)。

　　3.2 硬件結(jié)構(gòu)

　　虛線框內(nèi)為OXC，在這里我們選用的結(jié)構(gòu)是星型耦合器加可調(diào)諧濾波器，空間開(kāi)關(guān)矩陣以及波長(zhǎng)變換器。采用了耦合器加可調(diào)諧濾波器來(lái)完成將輸入的N纖WDM信號(hào)在空間上分開(kāi)，再經(jīng)過(guò)空間光開(kāi)關(guān)矩陣和波長(zhǎng)變換器，最后由耦合器將M個(gè)波長(zhǎng)復(fù)用起來(lái)的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)從N根入纖中的任意一根的M個(gè)波長(zhǎng)中的任意一個(gè)波長(zhǎng)交換到出纖的相應(yīng)光纖和波長(zhǎng)號(hào)。由于采用了可調(diào)諧濾波器因而具有廣播發(fā)送功能;采用了波長(zhǎng)變換器因而支持虛波長(zhǎng)通道;同時(shí)具有波長(zhǎng)模塊性，當(dāng)波長(zhǎng)數(shù)增加時(shí)只需增加相應(yīng)數(shù)量的開(kāi)關(guān)矩陣。同時(shí)支持本地信號(hào)的上下路功能。

　　3.3 軟件結(jié)構(gòu)

　　為了實(shí)現(xiàn)IP與WDM的無(wú)縫結(jié)合，GMPLS對(duì)MPLS標(biāo)簽進(jìn)行了擴(kuò)展，使得標(biāo)簽不但可以用來(lái)標(biāo)記傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)包，還可以標(biāo)記TDM時(shí)隙、波長(zhǎng)、波長(zhǎng)組和光纖等;為了充分利用WDM光網(wǎng)絡(luò)的資源，滿足未來(lái)一些新業(yè)務(wù)的開(kāi)展，實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)的智能化，GMPLS還對(duì)信令和路由協(xié)議進(jìn)行了修改和補(bǔ)充;為了解決光網(wǎng)絡(luò)中各種鏈路的管理問(wèn)題，GMPLS設(shè)計(jì)了一個(gè)全新的鏈路管理協(xié)議LMP;為了保障光網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的可靠，GMPLS還對(duì)光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和恢復(fù)機(jī)制進(jìn)行了改進(jìn)。正是由于這些特性，GMPLS成了實(shí)現(xiàn)ASON控制面的一種非常好的手段。軟件實(shí)現(xiàn)了GMPLS的管理、路由、路徑計(jì)算、信令、鄰居發(fā)現(xiàn)和鏈路管理，其中我們?cè)谛帕町?dāng)中主要考慮帶GMPLS擴(kuò)展的RSVP(當(dāng)然我們也可以采用帶擴(kuò)展的CR-LDP)。具體來(lái)說(shuō)執(zhí)行了以下的功能：

　　(1)協(xié)調(diào)所有GMPLS控制平面模塊的功能;

　　(2)能夠與EMS/NMS或者外部管理系統(tǒng)通信;

　　(3)創(chuàng)造和刪除信令和路由接口;

　　(4)實(shí)行接入控制;

　　(5)執(zhí)行鏈路設(shè)置和釋放請(qǐng)求;

　　(6)提供控制平面和實(shí)際數(shù)據(jù)平面之間的接口，例如設(shè)置和釋放OXC。

　　它包括了一個(gè)狀態(tài)機(jī)、一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)和兩個(gè)子模塊：GMPLS控制器和GMPLS適配器。狀態(tài)機(jī)主要用來(lái)管理LSP和方便誤操作和錯(cuò)誤處理;數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)維護(hù)定位和可用的資源信息，同時(shí)也跟蹤存在的連接狀態(tài);而兩個(gè)子模塊，一個(gè)用來(lái)執(zhí)行控制功能，一個(gè)用來(lái)提供路由和信令之間的接口。

　　4 .仿真方案

　　目前有兩種常用的可以信賴的網(wǎng)絡(luò)級(jí)仿真軟件：OPNET和NS 2，它們都可以支持MPLS，但還沒(méi)有GMPLS 模塊，所以我們必須通過(guò)擴(kuò)展相應(yīng)的MPLS模塊使得它們支持GMPLS的仿真。這里我們采用的是OPNET，在原有的MPLS模塊基礎(chǔ)上基于我們?cè)O(shè)計(jì)的軟件框架，通過(guò)VC編寫相應(yīng)的程序，結(jié)合OPNET強(qiáng)大的網(wǎng)元設(shè)置和網(wǎng)絡(luò)仿真功能進(jìn)行混合仿真即可得到較為逼真的結(jié)果。另外還有兩種著名的GMPLS專用仿真軟件：GLASS和DERIVEIT ASON-GMPLS-MPLS NETWORK SIMU-LATOR，我們也可以結(jié)合它們的仿真結(jié)果來(lái)進(jìn)行比較和研究。

　　5 .結(jié)束語(yǔ)

　　在綜合和比較了前人所提出的智能OXC的基礎(chǔ)上，我們將IP路由功能和OXC相結(jié)合，外加我們?cè)O(shè)計(jì)的GMPLS控制功能模塊就構(gòu)成了一個(gè)能夠執(zhí)行相應(yīng)的控制面功能的智能節(jié)點(diǎn)。通過(guò)仿真可以驗(yàn)證它能滿足自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)要求，可以作為ASON的基本節(jié)點(diǎn)。目前諸如OIF、IFTF和ITU-T等各大組織都在對(duì)ASON進(jìn)行研究，GMPLS也在逐漸地應(yīng)用到ASON控制面設(shè)計(jì)當(dāng)中來(lái)。相信在不久的將來(lái)ASON將會(huì)獲得大規(guī)模的應(yīng)用。