自動交換光網絡的信令控制方式研究

2019-11-05 01:33:56

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供稿：網友

　　隨著WDM傳送技術的高速發展和WDM聯網技術的日益成熟，業務提供商正在面臨著一個新的問題：如何以較高的性價比來有效地治理數量不斷增加的波長，以便他們能為終端用戶提供快速可靠的通信服務。同時當前數據業務不可猜測的流量模型要求一個更加智能化的光纖核心網絡以提供良好的擴展能力，靈活的選路和鏈路配置、保護恢復和高效的網管，自動交換光網絡(ASON)正是在這種背景下應運而生。ASON是一種能夠自動完成網絡連接的新型網絡。他由控制面、傳送面和治理面3個平面組成。控制面技術是其核心，利用控制面能夠實施動態交換。一些協議如GMPLS正在逐漸的應用到ASON控制面中來?？刂泼娴闹饕δ馨ㄐ帕詈吐酚伞１疚闹饕虯SON的信令控制方式進行探討和研究。
　　
　　1　光網絡的信令控制方式
　　只有大量可用波長還談不上就形成了光聯網技術。一個完整的光網絡還必須包括監控、治理和信令交互等功能。光網絡的處理對象主要是光載波，因此對于客戶信號的傳送、復用、選路和監視等處理主要都是在光域進行。由于光傳送網協議的透明性，在一個子網中可能存在多種形式的協議流，所以光傳送網需要有自己的治理信息結構和開銷方案，同時基于光域特定的開銷方案也需要有相應的信令控制方式，可以選擇多種控制方式來進行控制。
　　
　　1．1　獨立控制信道
　　
　　在波長數量較多，波長資源豐富的情況下，最輕易想到的就是采用專門的波長作為獨立信令通道，也就是獨立控制信道方式。他又有兩種可能的形式：纖內和纖外，兩者都屬于共路形式。
　　
　　(1)纖內單獨控制波長信道
　　
　　最常見的就是采用光監控信道(OSC)來傳遞控制信息。為了能對控制信息進行處理，在目前全光處理技術還不成熟的情況下需要進行光電轉換和電光轉換。獨立控制信道方式的結構示意圖如圖1所示。入纖通過波分解復用器，分離出單獨的控制波長作為信令通路。在此通路上，MPLS/GMPLS節點可以發送和接受標簽分布協議(LDP)或者資源預留協議(RSVP)等信令信息。在本地進行了電光轉換后，通過對信令信息的處理，獲取路由和控制信息進而控制波長交換矩陣對數據波長進行交換選擇，從而完成光通道的建節點進行交互，或者本地節點有新的路由請求產生等，節點還必須把新的信令信息進行電光轉換，調制信道控制波長并與其他數據波長一同經過復用后由出纖再進行傳輸。
　　　

　　(2)纖外獨立控制信道
　　
　　纖外控制信道方式工作方式與前面描述的纖內獨立控制信道方式基本類似，略有不同。他采用纖外方式，控制信道在與數據通道完全獨立的載體上傳輸，比如可以以電的形式或者是單獨的光纖。他的最大好處是安全性高，能完全滿足光網絡對信令網的要求。在數據通路光纖失效的情況下控制通路不受影響，仍然可以安全的發布告警信息和進行光路的保護與恢復信令傳輸，確保數據的完整傳輸。然而他的壞處也顯而易見：任何光網絡和控制網絡拓撲上的差異都會嚴重影響LSP的選路和恢復過程。
　　
　　1．2　嵌入式控制信道
　　
　　在波長數目較少，波長資源不豐富的情況下，單獨開辟一個通道就顯得比較浪費。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，剩下的部分傳輸數據凈負荷。這也就是圖2所示的嵌入式控制信道方式。入纖通過波分解復用器，分離出控制/數據波長和其他數據波長?？刂?數據波長在經過O-E轉換后，分離成信令信息和數據負荷信息并通過數據負荷中的控制信息對數據凈負荷部分進行標簽處理、路由和轉發。同時分離出的信令信息通過波長交換矩陣為其他的數據波長通道進行交換，建立光
　　
　　通路。這種方式仍然需要O-E和E-O轉換，數據凈負荷信息包需要電的標簽處理過程。因為需要將控制部分從數據包中分離出來，數據流的連續性會受到一定的影響，此外對通道進行O-E轉換還會給LSP帶來額外的延遲。他的最大好處就是波長利用率高。
　　
　　1．3　副載波調制信道
　　
　　第3種方案是如圖3所示的副載波復用技術(SCM)。SCM的通道帶寬理論上可以達到Mb/s的量級，這對MPLS/GMPLS信令需求來說已經可以滿足。他的工作過程如下：入纖在經過解復用器后，分解成N個工作波長，他們在接入到波長交換矩陣的同時也接入到副載波調制信道并首先對其進行副載波提取，然后對提取到的信令信息進行處理，控制相應的接入到光交換矩陣的波長通道通過OXC進行波長交換和光通路建立，最后把本地的信令信息進行副載波調制并插入到相應的數據波長中，然后經過復用器復用至出纖中進行傳輸。
　　　

　　1．4　三種信令控制實現方式的性能比較
　　
　　至今已采用的或提議的實現OCH-OH的方法有3種：
　　
　　(1)光監視通路(OSC)。
　　
　　(2)數字“包封器”(Digital“Wrapper”)。
　　
　　(3)副載波調制(SCM)。
　　
　　分別對應于前面所討論的3種信令控制方式。他們各有優缺點。其中OSC方式屬于共路方式，數字包封技術和SCM屬隨路。這里主要比較一下后兩者的性能，如表1所示。從中可以發現采用數字包封技術具有更好的性能。
　　
　　2　一種混合信道信令控制方式
　　隨著WDM技術的日新月異，單纖容納的波長數已經有160波分的投入商用，實驗室的測試已經有上千波長的成功報道，波長資源相對豐富?？梢栽O想，光纖網絡將會向多纖、高復用度發展，波長資源相應變得豐富，那么前面提到的獨立控制信道方式將會獲得更多的應用。結合目前熱門的ASON技術，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：默認波長和專用控制信道相結合的方式。他可以通過結合共路OSC和隨路數字包封技術
　　
　　18來實現。他既可以采用控制信道與數據通道分離的形式，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據和信令的方式。在默認波長的方式下，節點要傳輸數據時首先采用默認波長傳輸，當數據到達ip引擎時，將在進行轉發的同時，進行巨量流判別，假如判定是巨量流，將調用波長分配協議，指定并建立起相應的光路，同時通知節點把數據全部轉移到已經建立的通路上直接傳輸，而不再進行路由判別與轉發，實現直通傳輸，否則仍然采用默認波長進行轉發。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默認波長同時傳輸信令和數據。在專用控制信道方式下，節點首先通過專用控制信道發起連接請求。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起的節點，從而節點可以傳輸數據，在傳輸完畢后，發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有明顯的好處：首先保證了控制信道的強壯性，即使默認波長信道出現擁塞，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)發端節點如有數據需要發送，首先加載到默認波長上。
　　
　　(2)然后被所經過的最短路徑上的IP路由器逐跳存儲/轉發。
　　
　　(3)IP路由引擎根據到來流進行判別，一旦被判定為一個持續時間長的巨量流，就盡量為其分配一個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點，將數據直接轉移到已經建立的直通光路上進行發送，從而中間節點無需再進行轉發處理。
　　
　　(5)在傳輸完畢時，上游節點通過專用信道發起拆線請求，拆除前面建立的光路，完成本次傳輸。
　　
　　(6)由于所有長數據流的起始部分以及所有的短數據流和所有的控制信息都要通過缺省波長以存儲轉發方式一跳接一跳地轉發到目的節點，當網絡的業務量較大并且以短數據流為主時，由于大部分業務量都通過缺省波長傳輸而其他多數波長空閑，從而導致網絡擁塞以及時延性能變差時，GMPLS控制平面監測到這一情況，將后面的部分信令傳輸改用專用控制信道進行傳輸。
　　
　　(7)上游節點通過專用信道發出請求，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起的節點，從而節點可以傳輸數據，在傳輸完畢后，發出一個拆除鏈路的請求，完成釋放鏈路的工作。
　　
　　(8)另外在獨立控制信道為纖外的情況下，假如默認控制/數據波長光纖出現故障時，可以迅速通過前外控制信道進行告警和快速恢復。
　　　

　　3　基于GMPLS的ASON控制平面
　　GMPLS實際上就是把各自的不同層次的控制面使用統一的信令和協議統一起來，方便不同技術背景的設備使用統一的控制治理接口來互連互通。在這里使用GMPLS系列協議進行控制信令的交互。連通域間和域內控制平面，實現統一的控制。他們之間的信令流程圖如圖5所示?？梢钥闯?，設計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現GMPLS治理、路由、路徑計算、信令、鄰居發現和鏈路治理等，其中在信令當中主要考慮帶GMPLS擴展的RSVP(當然也可以采用帶擴展的CR-LDP)。
　　

　　4　結　語
　　本文在總結和比較已有的3種信令控制技術的基礎上，提出了一種新的信令控制技術，并采用他較好地滿足了自動交換光網絡的控制面設計和信令網要求。此信令控制方式結合了共路和隨路傳送的優點，采用了默認波長和專用波長相結合的方式，有助于光信道層的帶寬治理、動態維護和在光域上提供保護、恢復能力，并增加網絡的存活性，能夠很好地滿足日益發展的光網絡的需要。

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