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、傳送面和治理面三個(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。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、傳送面和治理面3個(gè)平面組成，其中控制面的智能是實(shí)現(xiàn)ASON的要害，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)治理功能。通過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）、治理域（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，方便不同技術(shù)背景的設(shè)備使用統(tǒng)一的控制治理接口來互連互通。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)行有各自的治理控制軟件，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)治理平臺(tái)報(bào)告和交互。從而很好地完成網(wǎng)絡(luò)的控制和治理。

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、輸出端口和治理控制單元等模塊組成。控制面功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過治理控制單元模塊來實(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保可靠性；也支持默認(rèn)波長同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和信令的方式。在默認(rèn)波長的方式下，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，假如判定是巨量流，將調(diào)用波長分配協(xié)議，指定并建立起相應(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。總地說來，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路由器并且也很輕易升級(jí)到將來的超高容量的光網(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，空間開關(guān)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(hào)在空間上分開，再經(jīng)過空間光開關(guān)矩陣和波長變換器，最后由耦合器將Ｍ個(gè)波長復(fù)用起來的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)從Ｎ根入纖中的任意一根的Ｍ個(gè)波長中的任意一個(gè)波長交換到出纖的相應(yīng)光纖和波長號(hào)。由于采用了可調(diào)諧濾波器因而具有廣播發(fā)送功能；采用了波長變換器因而支持虛波長通道；同時(shí)具有波長模塊性，當(dāng)波長數(shù)增加時(shí)只需增加相應(yīng)數(shù)量的開關(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)簽不但可以用來標(biāo)記傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)包，還可以標(biāo)記TDM時(shí)隙、波長、波長組和光纖等；為了充分利用WDM光網(wǎng)絡(luò)的資源，滿足未來一些新業(yè)務(wù)的開展，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)中各種鏈路的治理問題，GMPLS設(shè)計(jì)了一個(gè)全新的鏈路治理協(xié)議LMP；為了保障光網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營的可靠，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的治理、路由、路徑計(jì)算、信令、鄰居發(fā)現(xiàn)和鏈路治理，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或者外部治理系統(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)主要用來治理LSP和方便誤操作和錯(cuò)誤處理；數(shù)據(jù)庫用來維護(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)用來執(zhí)行控制功能，一個(gè)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(luò)級(jí)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(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。另外還有兩種聞名的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(jìn)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(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。相信在不久的將來ASON將會(huì)獲得大規(guī)模的應(yīng)用。

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周田華，桂林電子工業(yè)學(xué)院通信與信息工程系碩士研究生，主要從事IP/WDM光網(wǎng)絡(luò)方面的研究。