周田華，張德琨，周勝源
(桂林電子工業(yè)學(xué)院通信與信息工程系 廣西桂林 541004)
摘 要：自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)是一種能夠自動(dòng)完成網(wǎng)絡(luò)連接的新型網(wǎng)絡(luò)。他由控制面、傳送面和管理面3個(gè)平面組成，控制面技術(shù)是其核心，利用控制面能夠?qū)嵤﹦?dòng)態(tài)交換。本文在研究分析已有的光網(wǎng)絡(luò)信令控制方式的基礎(chǔ)上，提出了一種混合信令控制方式，他具有更好的性能和信令控制能力，適合ASON的信令網(wǎng)和控制面要求。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)；控制平面；信令控制；數(shù)字“包封器”
Research on the Method of Signaling Controlfor ASON
ZHOU Tianhua，ZHANG Dekun，ZHOU Shengyuan
(Department of Communication and Information Engineering，Guilin Institute of Electronic Industry，Guilin，541004，China)
Abstract：Automatically switched opticalnetwork is one kind of new network，which can complete the network connection byhimself．Itconsists of controlplane，transportplane and management plane．The controlplane is the core ofASON，by which itcan setup connection dynamically．Base on the analyzing three modes ofsignaling controlling，we propose one novelmode，whichcan supply stronger controlon signaling．It fits to the require of ASON．
Keywords：automatically switched opticalnetwork；controlplane；signaling control；Digitalwrapper
隨著WDM傳送技術(shù)的高速發(fā)展和WDM聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益成熟，業(yè)務(wù)提供商正在面臨著一個(gè)新的問題：如何以較高的性價(jià)比來有效地管理數(shù)量不斷增加的波長，以便他們能為終端用戶提供快速可靠的通信服務(wù)。同時(shí)當(dāng)前數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不可預(yù)測的流量模型要求一個(gè)更加智能化的光纖核心網(wǎng)絡(luò)以提供良好的擴(kuò)展能力，靈活的選路和鏈路配置、保護(hù)恢復(fù)和高效的網(wǎng)管，自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)正是在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生。ASON是一種能夠自動(dòng)完成網(wǎng)絡(luò)連接的新型網(wǎng)絡(luò)。他由控制面、傳送面和管理面3個(gè)平面組成�？刂泼婕夹g(shù)是其核心，利用控制面能夠?qū)嵤﹦?dòng)態(tài)交換。一些協(xié)議如GMPLS正在逐漸的應(yīng)用到ASON控制面中來。控制面的主要功能包括信令和路由。本文主要就ASON的信令控制方式進(jìn)行探討和研究。
1 光網(wǎng)絡(luò)的信令控制方式
只有大量可用波長還談不上就形成了光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。一個(gè)完整的光網(wǎng)絡(luò)還必須包括監(jiān)控、管理和信令交互等功能。光網(wǎng)絡(luò)的處理對(duì)象主要是光載波，因此對(duì)于客戶信號(hào)的傳送、復(fù)用、選路和監(jiān)視等處理主要都是在光域進(jìn)行。由于光傳送網(wǎng)協(xié)議的透明性，在一個(gè)子網(wǎng)中可能存在多種形式的協(xié)議流，所以光傳送網(wǎng)需要有自己的管理信息結(jié)構(gòu)和開銷方案，同時(shí)基于光域特定的開銷方案也需要有相應(yīng)的信令控制方式，可以選擇多種控制方式來進(jìn)行控制。
1．1 獨(dú)立控制信道
在波長數(shù)量較多，波長資源豐富的情況下，最容易想到的就是采用專門的波長作為獨(dú)立信令通道，也就是獨(dú)立控制信道方式。他又有兩種可能的形式：纖內(nèi)和纖外，兩者都屬于共路形式。
(1)纖內(nèi)單獨(dú)控制波長信道
最常見的就是采用光監(jiān)控信道(OSC)來傳遞控制信息。為了能對(duì)控制信息進(jìn)行處理，在目前全光處理技術(shù)還不成熟的情況下需要進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和電光轉(zhuǎn)換。獨(dú)立控制信道方式的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。入纖通過波分解復(fù)用器，分離出單獨(dú)的控制波長作為信令通路。在此通路上，MPLS/GMPLS節(jié)點(diǎn)可以發(fā)送和接受標(biāo)簽分布協(xié)議(LDP)或者資源預(yù)留協(xié)議(RSVP)等信令信息。在本地進(jìn)行了電光轉(zhuǎn)換后，通過對(duì)信令信息的處理，獲取路由和控制信息進(jìn)而控制波長交換矩陣對(duì)數(shù)據(jù)波長進(jìn)行交換選擇，從而完成光通道的建節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互，或者本地節(jié)點(diǎn)有新的路由請(qǐng)求產(chǎn)生等，節(jié)點(diǎn)還必須把新的信令信息進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換，調(diào)制信道控制波長并與其他數(shù)據(jù)波長一同經(jīng)過復(fù)用后由出纖再進(jìn)行傳輸。
(2)纖外獨(dú)立控制信道
纖外控制信道方式工作方式與前面描述的纖內(nèi)獨(dú)立控制信道方式基本類似，略有不同。他采用纖外方式，控制信道在與數(shù)據(jù)通道完全獨(dú)立的載體上傳輸，比如可以以電的形式或者是單獨(dú)的光纖。他的最大好處是安全性高，能完全滿足光網(wǎng)絡(luò)對(duì)信令網(wǎng)的要求。在數(shù)據(jù)通路光纖失效的情況下控制通路不受影響，仍然可以安全的發(fā)布告警信息和進(jìn)行光路的保護(hù)與恢復(fù)信令傳輸，確保數(shù)據(jù)的完整傳輸。然而他的壞處也顯而易見：任何光網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖系牟町惗紩?huì)嚴(yán)重影響LSP的選路和恢復(fù)過程。
1．2 嵌入式控制信道
在波長數(shù)目較少，波長資源不豐富的情況下，單獨(dú)開辟一個(gè)通道就顯得比較浪費(fèi)。更加有效的方案是將波長帶寬資源的一部分用來傳輸MPLS/GMPLS信令，剩下的部分傳輸數(shù)據(jù)凈負(fù)荷。這也就是圖2所示的嵌入式控制信道方式。入纖通過波分解復(fù)用器，分離出控制/數(shù)據(jù)波長和其他數(shù)據(jù)波長�？刂�/數(shù)據(jù)波長在經(jīng)過O-E轉(zhuǎn)換后，分離成信令信息和數(shù)據(jù)負(fù)荷信息并通過數(shù)據(jù)負(fù)荷中的控制信息對(duì)數(shù)據(jù)凈負(fù)荷部分進(jìn)行標(biāo)簽處理、路由和轉(zhuǎn)發(fā)。同時(shí)分離出的信令信息通過波長交換矩陣為其他的數(shù)據(jù)波長通道進(jìn)行交換，建立光 通路。這種方式仍然需要O-E和E-O轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)凈負(fù)荷信息包需要電的標(biāo)簽處理過程。因?yàn)樾枰獙⒖刂撇糠謴臄?shù)據(jù)包中分離出來，數(shù)據(jù)流的連續(xù)性會(huì)受到一 定的影響，此外對(duì)通道進(jìn)行O-E轉(zhuǎn)換還會(huì)給LSP帶來額外的延遲。他的最大好處就是波長利用率高。
1．3 副載波調(diào)制信道
第3種方案是如圖3所示的副載波復(fù)用技術(shù)(SCM)。SCM的通道帶寬理論上可以達(dá)到Mb/s的量級(jí)，這對(duì)MPLS/GMPLS信令需求來說已經(jīng)可以滿足。他的工作過程如下：入纖在經(jīng)過解復(fù)用器后，分解成N個(gè)工作波長，他們?cè)诮尤氲讲ㄩL交換矩陣的同時(shí)也接入到副載波調(diào)制信道并首先對(duì)其進(jìn)行副載波提取，然后對(duì)提取到的信令信息進(jìn)行處理，控制相應(yīng)的接入到光交換矩陣的波長通道通過OXC進(jìn)行波長交換和光通路建立，最后把本地的信令信息進(jìn)行副載波調(diào)制并插入到相應(yīng)的數(shù)據(jù)波長中，然后經(jīng)過復(fù)用器復(fù)用至出纖中進(jìn)行傳輸。
1．4 三種信令控制實(shí)現(xiàn)方式的性能比較
至今已采用的或提議的實(shí)現(xiàn)OCH-OH的方法有3種：
(1)光監(jiān)視通路(OSC)。
(2)數(shù)字“包封器”(Digital“Wrapper”)。
(3)副載波調(diào)制(SCM)。
分別對(duì)應(yīng)于前面所討論的3種信令控制方式。他們各有優(yōu)缺點(diǎn)。其中OSC方式屬于共路方式，數(shù)字包封技術(shù)和SCM屬隨路。這里主要比較一下后兩者的性能，如表1所示。從中可以發(fā)現(xiàn)采用數(shù)字包封技術(shù)具有更好的性能。
2 一種混合信道信令控制方式
隨著WDM技術(shù)的日新月異，單纖容納的波長數(shù)已經(jīng)有160波分的投入商用，實(shí)驗(yàn)室的測試已經(jīng)有上千波長的成功報(bào)道，波長資源相對(duì)豐富�？梢栽O(shè)想，光纖網(wǎng)絡(luò)將會(huì)向多纖、高復(fù)用度發(fā)展，波長資源相應(yīng)變得豐富，那么前面提到的獨(dú)立控制信道方式將會(huì)獲得更多的應(yīng)用。結(jié)合目前熱門的ASON技術(shù)，分析和綜合前面提到的幾種信令控制方式，提出了一種新的混合信道控制方式：默認(rèn)波長和專用控制信道相結(jié)合的方式。他可以通過結(jié)合共路OSC和隨路數(shù)字包封技術(shù) 18來實(shí)現(xiàn)。他既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�？煽啃裕灰仓С帜J(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，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(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，否則仍然采用默認(rèn)波長進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。在傳輸完畢后IP引擎拆除光路。在這種方式下，最大的好處就是這個(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)的方式有明顯的好處：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還可以采用專用信道，反之亦然。
混合信道控制方式示意圖如圖4所示。工作過程如下：
(1)發(fā)端節(jié)點(diǎn)如有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，首先加載到默認(rèn)波長上。
(2)然后被所經(jīng)過的最短路徑上的IP路由器逐跳存儲(chǔ)/轉(zhuǎn)發(fā)。
(3)IP路由引擎根據(jù)到來流進(jìn)行判別，一旦被判定為一個(gè)持續(xù)時(shí)間長的巨量流，就盡量為其分配一個(gè)專用的波長通道或者虛波長通道。
(4)一旦分配成功，建立了一跳直通光路，則通過專用控制信道通知上游節(jié)點(diǎn)，將數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)移到已經(jīng)建立的直通光路上進(jìn)行發(fā)送，從而中間節(jié)點(diǎn)無需再
進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理。
(5)在傳輸完畢時(shí)，上游節(jié)點(diǎn)通過專用信道發(fā)起拆線請(qǐng)求，拆除前面建立的光路，完成本次傳輸。
(6)由于所有長數(shù)據(jù)流的起始部分以及所有的短數(shù)據(jù)流和所有的控制信息都要通過缺省波長以存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式一跳接一跳地轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量較大并且以短數(shù)據(jù)流為主時(shí)，由于大部分業(yè)務(wù)量都通過缺省波長傳輸而其他多數(shù)波長空閑，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞以及時(shí)延性能變差時(shí)，GMPLS控制平面監(jiān)測到這一情況，將后面的部分信令傳輸改用專用控制信道進(jìn)行傳輸。
(7)上游節(jié)點(diǎn)通過專用信道發(fā)出請(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。
(8)另外在獨(dú)立控制信道為纖外的情況下，如果默認(rèn)控制/數(shù)據(jù)波長光纖出現(xiàn)故障時(shí)，可以迅速通過前外控制信道進(jìn)行告警和快速恢復(fù)。
3 基于GMPLS的ASON控制平面
GMPLS實(shí)際上就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)一的控制管理接口來互連互通。在這里使用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。他們之間的信令流程圖如圖5所示�？梢钥闯�，設(shè)計(jì)的控制信令方式很好地滿足了ASON的控制平面需要。通過信令控制方式控制平面可以實(shí)現(xiàn)GMPLS管理、路由、路徑計(jì)算、信令、鄰居發(fā)現(xiàn)和鏈路管理等，其中在信令當(dāng)中主要考慮帶GMPLS擴(kuò)展的RSVP(當(dāng)然也可以采用帶擴(kuò)展的CR-LDP)。
4 結(jié) 語
本文在總結(jié)和比較已有的3種信令控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種新的信令控制技術(shù)，并采用他較好地滿足了自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)的控制面設(shè)計(jì)和信令網(wǎng)要求。此信令控制方式結(jié)合了共路和隨路傳送的優(yōu)點(diǎn)，采用了默認(rèn)波長和專用波長相結(jié)合的方式，有助于光信道層的帶寬管理、動(dòng)態(tài)維護(hù)和在光域上提供保護(hù)、恢復(fù)能力，并增加網(wǎng)絡(luò)的存活性，能夠很好地滿足日益發(fā)展的光網(wǎng)絡(luò)的需要。
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