基于GMPLS自動交換光網(wǎng)絡智能設計

　　1. 引言

　　自動交換光網(wǎng)絡(ASON)是一種能夠自動完成網(wǎng)絡連接的新型網(wǎng)絡。它由控制面、傳送面和管理面三個平面組成，控制面技術是其核心，利用控制面它能夠?qū)嵤﹦討B(tài)交換。GMPLS(通用多協(xié)議標簽交換)是IETF提出的可用于光層的一種通用多協(xié)議標簽交換技術，由MPLS(多協(xié)議標簽交換)擴展而來。ASON和GMPLS的演進關系如圖1所示，經(jīng)歷了一個從自動傳送光網(wǎng)絡(ASTN)發(fā)展到ASON，并進而結(jié)合了GMPLS的發(fā)展過程。本文主要是從軟硬件方面設計了一個基于GMPLS的滿足自動交換光網(wǎng)絡控制平面要求的智能OXC節(jié)點，并探討了仿真方案，通過仿真驗證了它的功能。

　　2. 自動交換光網(wǎng)絡的控制平面

　　ASON由控制面、傳送面和管理面3個平面組成，其中控制面的智能

　　是實現(xiàn)ASON的關鍵，正是由于控制面的作用，ASON能夠智能化地配置網(wǎng)絡流量，根據(jù)數(shù)據(jù)類型實現(xiàn)業(yè)務分類、強大的保護、故障恢復能力和完善的網(wǎng)絡管理功能。通過控制平面我們可以實現(xiàn)ASON中的交換連接。ASON動態(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個組成要素：傳輸平臺、交換平臺、聯(lián)網(wǎng)智能和網(wǎng)管軟件。光纖傳輸設備是ASON傳輸載體，以一定的結(jié)構(gòu)組網(wǎng);光交叉連接(OXC)設備構(gòu)成了ASON的交換平臺，是智能光網(wǎng)絡的核心，其自身的伸縮性和網(wǎng)絡軟件的結(jié)合可提供全網(wǎng)的伸縮性。傳輸平臺和交換平臺共同構(gòu)成了ASON的光傳送平面。這種網(wǎng)絡互聯(lián)系統(tǒng)基于分布控制原理, 每個網(wǎng)元都具有智能，能從動態(tài)路由協(xié)議中了解整個網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)和相關鏈路的狀態(tài)，實現(xiàn)自動選路和交換。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，方便不同技術背景的設備使用統(tǒng)一的控制管理接口來互連互通。在這里我們使用GMPLS系列協(xié)議進行控制信令的交互，連通域間和域內(nèi)控制平面，實現(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，在每個智能節(jié)點上，都運行有各自的管理控制軟件，但也和相鄰節(jié)點進行通信和交互，同時還向高層網(wǎng)絡管理平臺報告和交互。從而很好地完成網(wǎng)絡的控制和管理。

　　3 .基于GMPLS的智能OXC設計

　　3.1 總體思想

　　總體思想：智能支持GMPLS的路由器加簡單的光設備。相應設計的智能OXC節(jié)點的總體結(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)與技術有MEMS、波導、液晶等。我們考慮的智能節(jié)點基本結(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�？刂泼婀δ艿膶崿F(xiàn)主要是通過管理控制單元模塊來實現(xiàn)，這也是我們設計的重點�？紤]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行擴展而得到。在信令控制技術上我們采用創(chuàng)新的默認波長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，控制信令主要通過帶外信道來傳輸從而確�？煽啃�;也支持默認波長同時傳輸數(shù)據(jù)和信令的方式。在默認波長的方式下，節(jié)點要傳輸數(shù)據(jù)時首先采用默認波長傳輸，當數(shù)據(jù)到達IP引擎時，將在進行轉(zhuǎn)發(fā)的同時，進行巨量流判別，如果判定是巨量流，將調(diào)用波長分配協(xié)議，指定并建立起相應的光路，同時通知節(jié)點把數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)移到已經(jīng)建立的通路上直接傳輸，而不再進行路由判別與轉(zhuǎn)發(fā)，實現(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默認波長同時傳輸信令和數(shù)據(jù)。在專用控制信道方式下，節(jié)點首先通過專用控制信道發(fā)起連接請求。GMPLS控制平面在響應連接請求后建立相應的光路，之后返回一個確認信息到發(fā)起的節(jié)點，從而節(jié)點可以傳輸數(shù)據(jù)，在傳輸完畢后，發(fā)出一個拆除鏈路的請求，完成釋放鏈路的工作。采用這種綜合設計的方式首先保證了控制信道的強壯性，即使默認波長信道出現(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來，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到將來的超高容量的光網(wǎng)絡路由交換機。

　　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，空間開關矩陣以及波長變換器。采用了耦合器加可調(diào)諧濾波器來完成將輸入的N纖WDM信號在空間上分開，再經(jīng)過空間光開關矩陣和波長變換器，最后由耦合器將M個波長復用起來的結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)從N根入纖中的任意一根的M個波長中的任意一個波長交換到出纖的相應光纖和波長號。由于采用了可調(diào)諧濾波器因而具有廣播發(fā)送功能;采用了波長變換器因而支持虛波長通道;同時具有波長模塊性，當波長數(shù)增加時只需增加相應數(shù)量的開關矩陣。同時支持本地信號的上下路功能。

　　3.3 軟件結(jié)構(gòu)

　　為了實現(xiàn)IP與WDM的無縫結(jié)合，GMPLS對MPLS標簽進行了擴展，使得標簽不但可以用來標記傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)包，還可以標記TDM時隙、波長、波長組和光纖等;為了充分利用WDM光網(wǎng)絡的資源，滿足未來一些新業(yè)務的開展，實現(xiàn)光網(wǎng)絡的智能化，GMPLS還對信令和路由協(xié)議進行了修改和補充;為了解決光網(wǎng)絡中各種鏈路的管理問題，GMPLS設計了一個全新的鏈路管理協(xié)議LMP;為了保障光網(wǎng)絡運營的可靠，GMPLS還對光網(wǎng)絡的保護和恢復機制進行了改進。正是由于這些特性，GMPLS成了實現(xiàn)ASON控制面的一種非常好的手段。軟件實現(xiàn)了GMPLS的管理、路由、路徑計算、信令、鄰居發(fā)現(xiàn)和鏈路管理，其中我們在信令當中主要考慮帶GMPLS擴展的RSVP(當然我們也可以采用帶擴展的CR-LDP)。具體來說執(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)實行接入控制;

　　(5)執(zhí)行鏈路設置和釋放請求;

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

　　它包括了一個狀態(tài)機、一個數(shù)據(jù)庫和兩個子模塊：GMPLS控制器和GMPLS適配器。狀態(tài)機主要用來管理LSP和方便誤操作和錯誤處理;數(shù)據(jù)庫用來維護定位和可用的資源信息，同時也跟蹤存在的連接狀態(tài);而兩個子模塊，一個用來執(zhí)行控制功能，一個用來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)絡級仿真軟件：OPNET和NS 2，它們都可以支持MPLS，但還沒有GMPLS 模塊，所以我們必須通過擴展相應的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模塊基礎上基于我們設計的軟件框架，通過VC編寫相應的程序，結(jié)合OPNET強大的網(wǎng)元設置和網(wǎng)絡仿真功能進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)果來進行比較和研究。

　　5 .結(jié)束語

　　在綜合和比較了前人所提出的智能OXC的基礎上，我們將IP路由功能和OXC相結(jié)合，外加我們設計的GMPLS控制功能模塊就構(gòu)成了一個能夠執(zhí)行相應的控制面功能的智能節(jié)點。通過仿真可以驗證它能滿足自動交換光網(wǎng)絡的組網(wǎng)要求，可以作為ASON的基本節(jié)點。目前諸如OIF、IFTF和ITU-T等各大組織都在對ASON進行研究，GMPLS也在逐漸地應用到ASON控制面設計當中來。相信在不久的將來ASON將會獲得大規(guī)模的應用。