光交换机网络（共12篇）
光交换机网络 篇1
摘要：本文描述了智能交换光网络技术的现状及其未来的发展趋势, 分别讲述了几大热点技术的发展情况和应用定位, 展示了光传输网络技术和产品的发展给人们带来的机遇与挑战。
关键词：智能光交换,弹性分组环,MPLS over WDM
1 网络技术发展的背景
从光传输技术的发展进程来看，在短短的10年中，光传输技术发展迅速：由早期的SDH→DWDM。近年来，中国IT业也全速追赶世界发展的潮流，大约每2年的时间传输速率提高3倍，光纤总长度已达100万公里，同时IP业务的迅速发展使骨干网的宽带化具有广阔的发展前景，各地的电信与广电运营商也积极推进网络的光纤化进程。
在这些新型可重构的光网络节点设备的控制通路中，使用了现有的数据网络控制协议（如MPLS、OSPF等）来决定路由。另外，由于在IP路由器、ATM交换机等设备中强化了流量工程和基于约束的路由技术，从而允许这些设备动态决定带宽。这两种技术的使用，为传统的光网络引入了智能控制和管理信令，从而使得光网络具备了智能化的特点。并且实时的智能光网络能够有效地连接光网络资源和数据业务，提供高性价比的传送网，而且为发展新型宽带网络业务铺平了道路。
现代社会对网络带宽的巨大增长促使各种组织致力于传统IP网络协议的修改，使之能够支持QoS，特别是语音和实时图像传输对QoS的迫切要求。在提供QoS保证和优化组网模式的可用技术方案方面，MPLS (Multiprotocol label switching）是一种被广泛接纳的技术，它使无连接的IP协议具有了面向连接的特性。高密度波分复用传输设备的波长数飞速增长以及OXC的实用化，使得第三层的交换或MPLS直接运行在波长级别上成为可能，因此，基于MPLS控制平台的IP光网络技术近来发展十分迅速。
对于通信等网络运营商所要建设的光传输网络，首先要考虑建设一个经济高效的网络架构平台，即充分利用光层的技术，提高系统的容量，降低系统的成本；其次提供多业务的广泛的接入平台，扩展用户范围；然后发展智能光传输网络，增强网络的适应能力，提供全新的网络业务，提高市场竞争能力。智能城域光网络随着城域网业务和应用的不断发展，其接口呈多样性，流量具有随机性，这都要求网络具有智能化，能实时分配资源，自动建立连接。自动交换光网络（ASON/ASTN）是智能光网发展的主流方向，目前国际电信联盟等国际性标准化组织都在研究智能光网技术，并提出了一些相关的建议或草案。ASON网络结构最核心的特点就是支持电子交换设备动态向光网络申请带宽资源，可以根据网络中业务特性动态变化的需求，通过信令系统或者管理平面自动建立或者拆除光通道，不需要人工干预。
2 主要实现技术
采用MPLS over WDM技术为光层引入了控制信令，从而形成了智能光网络技术。它利用传统的IP选路协议来发现路由，并对现有的BGP、IGP、OSPF、IS-IS等路由协议进行扩展来传递计算标签交换通道（LSP）时所需要的链路状态拓扑、资源可用信息和策略信息，同时利用LDP、RSVP，为LSP通过网络预留资源或规定相应的显式通道。为了将MPLS选路协议和信令协议与光交换机相适配，构造智能型波长路由器/光交换机，就必须对传统MPLS协议作相应的扩展和修改：建立新的链路管理协议（LMP），以处理光网络的链路管理；扩展适配的OSPF/IS-IS协议，以便公告可用的光网络资源；通过扩展适配的RSVP来提供光网络所必须的流量工程能力，使得LSP可以在整个光核心网络上实现明显标记。
使用MPLS的主要优点就是它可提供可变长度的标签栈功能，从而使得MPLS具有多级LSP体制。向光网络进行扩展的MPLS与传统的MPLS有所不同，它支持多种类型的交换粒度，如时分复用（TDM）、波长和光纤交换等。这种可支持多种类型交换的光网络信令允许大量的LSP在交汇点进行汇集，从而透明地穿过更高一级的LSP隧道，然后再在远端节点进行分离。这种操作模式非常有用，它可以将骨干网络中部分第二层的大型业务隧道加以汇聚，或者将它们归并和疏导到更高一级的LSP中，以更大的粒度穿过骨干光网络。通过MPLS控制平面可以动态地要求传送层提供所需带宽、配置波长等网络资源，并通过保护恢复技术提供更强的网络生存能力，从而使光网络能够像面向连接的电路交换一样实现面向连接的光路交换。
MPLS技术的出现，使得我们能够通过基于分组，信元的网络实现动态互连和流量工程并在光纤层实现动态连接。这些技术的出现为网络向更加简化和更加智能化的方向迈进创造了条件。因此，目前许多国际标准化组织和行业论坛已经开始开展有关智能光网络的相关标准的制定工作，其目标是拿出一个开放式的通用光网络模型和相关标准接口。基于ASON的智能光网络可以实现光通路的永久性连接（PC）、软永久性连接（SPC）和交换型连接（SC），从而实现对光链路的快速、灵活配置，以满足流量工程和服务质量的要求。
3 对不同业务的技术支持
在传输网中采用新一代的传输设备，除了要解决原有的话音业务以外，还需要考虑对数据业务的支持，针对数据业务的特点，发展适应数据业务发展需要的宽带传输技术对于ATM而言，主要是VP-RING技术，即通过在传输网络上逐点汇聚实现带宽的共享，通过相关的协议实现环网的保护。对于IP业务，可以采用内嵌RPR（弹性分组环）技术，该技术通过相关的协议，实现环网的动态共享和保护。
4 下一代的光网络发展策略
下一代光网络将使用交换技术提供动态的端到端连接，创建一种智能光网络（ION）。ION能快速地配置和恢复端到端连接。一个连接所占的带宽可从一个STM-1一直扩大到整个波长的容量。这种能力对于改变通信业务的现状意义深远，它促进了带宽使用的更快增长。
4.1 从电信号到光信号
光联网是实现ION的关键，它能为业务层提供可扩展性、可靠性和最低的成本开销。光层由多个集成的模块构成，这些模块与网络智能相结合，将能支持光层的动态配置。这些模块包括大容量线路系统、光交换平台和可调设备。大容量线路系统能达到每秒太比特级的传输速率，并能支持相距数千公里的两个城市之间的全光连接。这些系统只有极少量的光电转换器，因此，它相对于传统的较短距离的线路系统在运营成本和业务速度等方面都具有很大的优势。光层中的光交换平台将从不透明交换过渡到全光交换，到那时，它不仅能够交换单条光通路、成束的光通路，甚至整个线路系统的光纤，故其扩展能力是空前的。可调光源、过滤器和接收机将能提供灵活的选择性和降低运营成本。这些边缘设备能支持高效的波长分配，降低波长阻塞，并通过固有的再生能力消除了距离上的限制。
4.2 从不透明交换到全光交换
从业务运营商的角度来说，全光交换机（PXC:Photonic switch）的主要优点在于它具有可扩展性，能降低成本，并能提高业务速度。PXC能够在一个端口上透明地交换一个任意速率和协议的波长，或一束波长，甚至是包括所有波长的整根光纤。从技术观点来看，快速的技术进步正在促进光交换和全光网络技术的实现。传输距离可达3000公里以上的长距离光系统即将投入商用。
总之，构建光互联网络所需的基本功能部件已经具备，下一步就是要考虑如何增加智能，以解决所有网元设备之间的互连互通问题。随着科技的进步和人们需求的不断出现，基于光网络的智能化技术也会不断发展，并将引发光网络技术的一次新的革命。
参考文献
[1]张曹卉.智能光网络数据流动态管理及生存性研究.北京邮电大学.[硕士]北京邮电大学, 2008-02-28
光交换机网络 篇2
学习：以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。
转发/过滤：当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口(如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口)。
消除回路：当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。交换机除了能够连接同种类型的网络之外，还可以在不同类型的网络(如以太网和快速以太网)之间起到互连作用。如今许多交换机都能够提供支持快速以太网或FDDI等的高速连接端口，用于连接网络中的其它交换机或者为带宽占用量大的关键服务器提供附加带宽。一般来说，交换机的每个端口都用来连接一个独立的网段，但是有时为了提供更快的接入速度，可以把一些重要的网络计算机直接连接到交换机的端口上。这样，网络的关键服务器和重要用户就拥有更快的接入速度，支持更大的信息流量。
光突发交换技术关键问题研究 篇3
关键词:光突发交换 竞争
中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)02(b)-0053-02
随着互联网业务的快速发展和各种新型业务的出现,以IP为主的数据业务呈现爆炸式的增长,这样不仅对网络提出了更高的要求,也促进了它的飞速发展,同时以波分复用WDM(Wavelength Division Multiplexing)为核心、以智能光网络为目标的光传送网进一步将控制平面引入光层,满足了未来网络对多粒度信息交换的需求,提高了资源利用率和组网应用的灵活性,因此,随着不断增长的业务需求的刺激和技术的提高光交换技术得到了显著的发展。目前光交换网络研究的热点技术主要有光电路交换OCS(Optical Circuit Switching)、光分组交换OPS(Optical Packet Switching)、光突发交换OBS(OpticalBurst Switching)。OBS网络结合了OCS和OPS彼此的技术优势,具有交换力度适中,带宽利用率高等优势,因而为有效支持IP业务的新一代光网络提供有力的解决方案[1]。
1 OBS的体系结构和基本原理
OBS的网络结构如图1所示。
OBS网络由处于网络边缘的边缘路由器、位于网络中心的核心路由器以及WDM链路等组成[2,3]。入口边缘路由器按照数据包的目的地址和服务等级CoS(Class of Service)等信息对数据包进行分类,缓存和封装,组合成突发数据包BDP(Burst Data Packet),并产生突发控制包BCP(Burst Control Packet),然后发送给与之最邻近的核心路由器。核心路由器根据BCP的路由信息,对到达的BDP进行交换。同时边缘路由器提供各种网络接口,使之可以完成各种协议类型的网络互联,在网络的出口处,边缘路由器将突发数据包拆卸,发送到其他子网或终端用户。光突发交换技术的原理如图2所示。
如图所示,一根光纤上的WDM信道被分成两组,其中一组用于传输突发控制包,称为控制信道;另一组则用于传输突发数据包,称为数据信道。这种突发数据包和突发控制包分离传输的特点有利于核心路由器在突发数据包到达之前就根据突发控制包中的信息预留好宽带。
2 关键技术
OBS的关键技术主要的方面有:恰量时间协议、竞争解决方案,QoS解决方案,数据封装等,这里只介绍前两种。
2.1 恰量时间协议
基于OBS网络的传输控制协议有以下三类:带外信令控制方式即TAG(Tell-And-Go)协议,带内标识控制方式即IBT(In-Band-Terminator)协议、通过预留固定时间实现节点的自动控制即RFD(Rerserver-a-Fixed-Duration)协议。TAG协议实现简单,但吞吐量较低。IBT协议是在TAG协议的基础上,在BCP的尾部放置一个结束标识位,提高了信道利用率,但加大了难度。在RFD协议中,资源预留是利用BCP中的偏置时间和BDP的长度实现的。BCP比BDP提前一个偏置时间出发,当中间路由器收到该BCP后,读取其中的信息,将其转发到下游路由器,下游路由器根据偏置时间和BCP的长度计算交叉连接的建立时间和拆除时间,并写入时间表以便在对应的时间到达时进行相应的操作,因此RFD协议信令开销小,信道利用率较高。
JET(Just-Enough-Time)协议是RFD的典型代表,它的两个特性是偏置时间和延迟预约[4,5]。偏置时间是BCP与BDP的发送时间间隔,这只是一个估计值,当网络出现拥塞时,数据包就会竞争资源,这时可以通过分配额外偏置时间,来大大降低优先级业务的丢包率。延迟预留机制的原理如图[4,5,6]3所示。
如图所示,在节点i的输出链路上,如果采用JIT(Just-In-Time)协议,则资源的预留是从Ta时刻开始的,资源释放是在收到RELEASE消息或者超时命令才完成,即图中Tr时刻,对于JET协议,资源的预留完全可以在BDP到来之前完成,即图中的Ts时刻,而且根据BDP的长度进行资源自动释放,即图中的Ts+L时刻,如果有一个BDP在T(i)时间段或者Ts+L时刻后到达,并且它的发送时间与Ts至Ts+L时间段无冲突,那它就能顺利的完成数据包传送。所以,延迟预约机制减少了资源占用时间,提高了信道利用率,进而降低了网络的丢包率。
2.2 竞争解决方案
如果两个或多个输入BDP要求在同一端口、同一数据信道输出,就会产生竞争。BDP竞争会导致数据丢失,因此如何降低竞争导致的数据丢失率就成为OBS网络中需要解决的关键问题之一。目前竞争解决方案主要有以下五种:
第一,光缓存,由于在光域内没有可用的光处理器,因此不能完全采用电域内的交换机制。光缓存的一种可行的方法是采用光纤延迟线FDLs(Fiber-Delay Lines)和其它光器件将BDP延迟一段时间,虽然光缓存引起了功率损耗,但我们引入了光信号放大和再生,因而能在一定程度上减少突发数据包的丢失率,尤其是在低负债情况下,性能改善效果明显;第二,波长变换,这是从波长域考虑的。当两个或多个BDP出现竞争时,其中一个BDP直通,另外的BDP则用不同的波长交换到同一输出端口。它能最有效地降低光分组/突发的丢包率,延时性能很好,但需要快速可调谐变换器,不仅增加了成本,而且技术尚不成熟;第三,偏射路由,偏射路由是当没有缓存可用时的一种解决方案。当竞争发生时,其中一个BDP利用所预留的资源发送,其他的则路由到另外的可选输出端口。这种方法适用于网络负载比较轻的场合;第四,突发分割,当多个BDP发生竞争时,不是丢弃整个的BDP,而是分段丢弃,只丢弃冲突的数据段,分段丢弃的方案设计简单,成本低。但被分段的部分采用不同的路徑,到达的顺序可能不一致,所以控制复杂;第五,多种技术融合,不同的竞争解决方案都有各自的优缺点,所以单独利用上述几种解决机制的效果总是有限的。实际应用中可以综合考虑各种性能指标,使用多种技术结合,实现优势互补,以更好的解决OBS网络中突发数据包的竞争问题[1,6]。
3 结语
OBS技术是为了满足业务增长的需求发展起来的,它具有时延小,带宽利用率高,数据透明,交换灵活,智能化等优点,近年来已引起国内外学术界和科研院所的高度重视。虽然OBS在标准和协议方面还不成熟,有很多技术还在研究当中,但随着高速光器件,快速信令同步技术,波长变换技术等方面的成熟,光突发交换技术将得到飞速发展,有望成为下一代IP骨干网的核心技术[7,8]。
参考文献
[1]袁驰,李正斌.光突发交换研究综述与应用展望[J].光通信技术,2004,28(8):18-21.
[2]郭彦涛,卢雨.光突发交换网络技术研究[J].河北工业大学学报,2004,33(1):16-21.
[3]韩婧蕾,孙强.基于GMPLS的光突发交换网路的研究[J].现代电信科技,2009,(1):65-68.
[4]王立,李建奇,伍宗富.光突发交换网络中QoS方案的研究[J].通信技术,2008,41(6):17-19.
[5]侯睿,涂玉玫.光突发交换网络中多优先级业务冲突性能分析[J].光通信技术,2008,32(8):19-21.
[6]唐建军,纪越峰.光突发交换及其关键技术研究[J].光通信研究,2003,(5):11-14.
[7]宁帆,赵鹏飞,王庆龙,孙波.一种支持光突发交换网络的快速带宽自适应接入技术[J].电子测量技术,2009,32(7):73-77.
[8]岳鹏,文爱军,易湘,张志卿.一种新颖的光突发交换网络中高效传输实时业务的协议[J].光子学报,2008,37(5):870-873.
光交换机网络 篇4
随着Internet业务的迅猛发展, 人们对网络的带宽和信息交换速度有了更高的要求。随着波分复用 (DWM) 、密集波分复用 (DWDM) 技术的应用, 光纤的可利用带宽已达到10Tb/s左右。然而, 要提供对数据业务的高效支持, 充分发挥光纤通信的潜力, 仅有庞大的带宽是不够的, 我们必须找出与之相匹配的交换技术来提高交换速率及带宽利用率。光突发交换 (Optical Burst Switching, OBS) 可以看作光电路交换和光分组交换之间的一个折衷, 它综合考虑了OCS和OPS的优势和劣势, 采用单向资源预留机制, 以突发包作为最小的交换单元[1,2]。在突发包传送之前已经为其预留光信道, 在网络的中间节点处, 突发包可以透明传输, 不用经过O/E/O转换, 使交换方式更加简单、灵活。同时, OBS具有中等交换粒度, 降低了交换节点的复杂度和对光器件的要求, 通过统计复用的方式, 可以有效地利用链路带宽和网络资源。由此, OBS网络被认为是下一代光因特网的典型代表, 成为国内外的研究重点。
2 光突发交换基本原理及竞争的产生
光突发交换的关键思想是充分利用光纤的巨大带宽和电子控制的灵活性, 将控制与数据分离。OBS网络由边缘节点、核心节点和光波分链路组成。OBS的基本交换单元光突发 (burst) 包括突发数据分组 (BDP) 和突发控制分组 (BCP) 两部分。BDP是由多个传统IP包组成的超长包, BCP包含了BDP的路由信息及其长度、偏置时间、优先级、服务质量等信息, 与对应的BDP在不同的光信道上传输, 且比BDP提前一个偏置时延T, 如图1所示。BCP先到达节点后为相应的BDP预留其所需的资源, 使BDP到达节点之时, 相应的光交换路径已建立, 从而保证BDP的交换和传输。
由于OBS中采用单向的资源预留机制, 即:当OBS源节点发送BCP完毕, 经过一小段时间后发送BDP, 而其源节点不需要等待其目的节点的应答, 所以, 边缘节点在没有得到预留确认的情况下就向核心节点发送了突发包。因此, 在OBS核心节点, 在重叠的时间区间内, 如果两个或多个输入数据突发要求在同一端口、同一数据信道输出, 就会产生所谓的“突发包竞争”问题。突发包竞争会导致竞争的数据包丢失。由于突发包的统计概率很难预测, 因此, 如何降低OBS网络中因突发包竞争所导致的数据丢失率, 就成为OBS网络中需要解决的关健问题之一。
3 竞争解决方案
3.1 几种传统解决方案
由于光逻辑器件的缺乏, 光突发交换中的突发竞争问题一直没有得到理想的解决。因为每个突发包都包含着大量的分组, 一个突发包的丢失将导致大量分组的丢失。从技术实现的角度看, 突发包竞争解决方案主要是从波长、空间、时间等三维方向考虑, 对应的是波长变换、偏射路由、光缓存技术。在实际应用中, 常常是上述三维中的某二维或三维相结合使用, 以提高解决竞争的效率[3]。下面介绍一下这三种技术。
(1) 光缓存
光缓存技术是受到电域中解决数据包冲突的启发所产生的一种解决OBS网络中竞争问题的方法。然而, 类似电域随机存储器RAM的光随机存储器件尚未实用, 光域的缓存很难实现, 目前实用的光缓存器只能采用光纤延迟线 (FDL) 的方式来实现。FDL对光进行缓存的工作原理, 是利用光在光纤中的传播时延, 根据延时的需要, 让光信号在特定长度的FDL中传播, 传播时延即为光存储时间。采用光缓存技术能将部分BDP延迟一段时间, 有助于减少丢包率, 因此减少了由于丢包所引起的重传的概率, 从而提高了带宽利用率, 提高了OBS系统的性能, 对于低负载情况, 性能改善效果明显。但是该技术由于引入了光缓存, 将增加端到端的延迟;采用FDL的光缓存引入的功率损耗可能需要光放大器来补偿, 增加了成本, 且还会引入噪声等负面影响。由于光信号一旦进入FDL后, 必须经过整段光纤, 不可能中途将光信号取出来, 所以FDL有很大的局限性。
(2) 波长变换
在使用波长变换的系统中, 若发生两个或多个光突发竞争, 其中一个突发直通, 另一个或其他几个突发还是交换到同一个输出端口, 但是在不同的波长上。这种解决方案在竞争突发的延迟方面是最佳的, 即不会引入附加延时。如图2所示, 当不同光纤同一个波长λ1上的两个数据同时向同一根输出光纤输出时, 就会产生竞争;但是如果将其中的一根光纤上的数据通过波长转换器转换到λ2, 那么它将占用输出光纤的波长λ2, 这样就可以有效地解决输出端口竞争。这种将冲突的波长变换到另一个可用波长上的方法, 有效地降低了BDP丢包率。该技术对于低负载和高负载情况的改善效果都很明显, 特别是对具有较多波长可用的OBS网络尤其如此。但是, 该技术需要快速可调谐波长变换器, 而快速可调谐波长变换器技术尚不成熟, 目前还处于试验阶段, 在网络中光纤比较富裕的情况下, 可以利用并行光纤的方式作为波长变换的一种替代。波长变换器的不理想, 会引入损耗、串扰等对光信号的损伤。
(3) 偏射路由
偏射路由也称热土豆路由, 是在没有光缓存可用时的另一种解决方案。当竞争发生时, 突发不能交换到正确的输出端口, 将它路由到另一个可选输出端口, 有可能通过另一条路径到达目的节点。如图3所示, 若突发数据包要从A到达B, 在没有冲突发生的情况下, 突发按照路线A—C—B顺利到达目的地;但如果在节点C上发生冲突, 在没有光缓存或其他解决方案的情况下, 可以采用偏射路由的方法, 将C节点被冲突的突发数据包通过节点D发送到目的节点B, 即路径为A—C—D—B。该方法将被冲突的BDP偏射到另一个可用端口, 降低了突发丢失率, 且设计简单, 附加成本低。但是由于可能偏射到另一条较远的路径, 引入了较大的端到端的延迟。该方法只适用于网络负载比较低的场合, 若平均流量负载比较高, 偏射路由的分组将会降低网络的效率。
3.2 分段丢弃技术
以上介绍的三种传统竞争解决方案, 都是以突发包作为最小单位来解决竞争问题的, 偏重于如何减少突发包的损失而不是分组的损失。由于一个突发包是由大量的IP分组组成, 一个突发包的丢失会导致大量分组的丢失。使用分段丢弃技术时, 当两个突发竞争只需丢弃冲突部分的几个分组, 而不需要丢弃整个突发。在突发包分段机制中, 每个突发包由多个突发数据段组成, 而每个数据段由一个或多个IP包组成, 在中间节点突发数据段不被区分, 在目的边缘节点可以独立接收光电转换后的突发数据段[4]。
当两个突发包竞争一个输出端口时, 采用分段丢弃技术有两种丢弃数据段策略:一种是丢弃竞争突发包的头部, 一种是丢弃原始突发包的尾部, 这里我们称为头部分段丢弃 (HS) 机制和尾部分段丢弃 (TS) 机制, 如图4所示。由于突发的头部含有一些突发拆分时需要的控制信息, 采用HS机制将会导致拆分困难, 因此, 一般采用尾部丢弃机制。但有学者指出, 不论采用HS还是TS机制, IP数据包到达目的节点的时候, 目的结点都需要将它们进行重新排序, 恢复在源节点的次序后, 才将它们送交给上层, 因此这两种分割机制其实产生的效果都是一样的。
采用分段丢弃竞争解决机制不需要附加任何的硬件, 设计简单, 成本低。将被冲突的BDP的一部分分段, 并偏射到另一个可用端口, 降低了突发包丢失率。但该方法需要发送一个更新消息, 通知下游节点释放相应的网络资源, 以供其他突发数据包使用。分段的时候可能有一部分数据将受到破坏, 产生小部分丢包, 且被分段的各个部分要求独立, 并能在接收端正确处理。
3.3 联合解决机制
由于各个竞争解决机制都存在自身的缺陷, 而利用多种方案的整合可以发挥各种机制的优势, 克服某些方案的不足, 起到相互补充的作用, 文献[5]中仿真结果表明:采用整合方案解决冲突时, 光突发交换网络的丢包率比单独采用某一种方案都小。因此, 联合解决机制会成为解决未来光突发网络中冲突的最佳方案。一般来说, 比较有效的组合解决方案是使用空间偏转路由、缓存和波长转换的有机结合, 而比较经济的解决方案是最小的光缓存配合部分波长变换, 再引入偏转路由机制。但目前光逻辑处理技术还不成熟, 没有实用的光随机存储器, 而且快速可调谐波长变换技术还需要进一步的研究。
4 结束语
本文对当前几种常见的突发包竞争解决机制进行了深入的研究, 并且总结了各解决机制的优缺点。根据不同的网络环境及不同的需求, 我们可以选择不同的解决方案。单个使用某种机制的效果是很有限的, 所以可以采用联合几种不同的竞争解决机制的方法, 以达到更为理想的效果。
参考文献
[1]C Qiao, M Yoo.Optical burst switching (OBS) -a new paradigm for an optical Internet[J].Journal of High Speed Networks, 1999;18 (1) :69-84
[2]C Qiao, M Yoo.A novel switching paradigm for buffer-less WDM networks[C].In:Proceeding OFC’99, 1999, ThM6:177-179
[3]CHEN Y, TURNER J.WDM burst switching for petabit ca pacity routers[A].proceedings of IEEE Milcom’99[C], 1999:968-973
[4]纪越峰, 王宏祥等.光突发交换网络[M].北京邮电大学出版社.2005:105-109
[5]于金辉, 杨毅军, 范戈.OBS网络突发包竞争问题的解决方案.光线与电缆及其应用技术.2003, (5) :22-24
通过交换机系统提高网络效率 篇5
定期升级让交换机永葆活力
笔者曾经遭遇一则网络频繁中断故障，每次只有重新启动交换机系统才能解决问题;在仔细排查流量异常、网络病毒等因素后，又请ISP运营商对上网线路进行了测试，结果显示上网线路也没有任何问题。
在毫无头绪的情况下，笔者突然想起该交换机设备已经连续工作了很多年，软件系统的版本比较低，会不会是由于版本太低的原因导致了交换机系统活力不足呢?为了验证自己的猜测是否正确。
笔者立即以系统管理员身份登录进入交换机后台管理界面，在该界面的命令行状态下执行了“displaycpu”命令，发现交换机系统的CPU 占用率一直在95%以上，这难怪连接到该交换机中的工作站不能上网了;
之后，笔者又在命令行状态下执行了“displayversion”命令，从其后的结果界面中，笔者发现交换机系统的VRP平台软件版本果然比较低，马上到对应交换机设备的 中下载最新版本的平台软件，并开始对交换机系统软件进行升级。
由于单位使用的交换机支持远程管理功能，为此笔者采用了最为常见的FTP方式进行升级的;在正式升级之前，笔者先查看了一下目标交换机 Flash存储器的剩余空间大小，要是剩余空间不多的话，需要删除一些过时的文件，不然的话最新的交换机升级包程序将无法上传到交换机系统中。
在确认Flash存储器剩余空间足够后，笔者将自己使用的普通工作站当成是FTP服务器，将交换机设备看成是客户端系统，如此一来笔者不需要对交换机设备进行任何配置，就能很轻易地架设好一台FTP服务器了，此时笔者就能从交换机上登录到FTP服务器上，利用FTP命令将事先下载保存到本地普通工作站上的最新VRP平台软件下载保存到交换机的Flash存储器中了。
为了防止平台软件升级失败，笔者又对原始的交换机配置文件备份了一下，毕竟交换机设备从低版本升级到高版本时，由于命令行上的差异，可能会造成部分交换机配置信息发生丢失，这个时候对旧配置文件进行备份是相当有必要的。
3lian素材
之后，笔者使用boot命令，指定交换机系统在下次启动时自动调用最新的平台软件，当交换机系统重新启动成功并更新好了VRP平台软件后，又对照以前的配置将交换机系统重新配置了一下，交换机的工作状态立即恢复正常了。
而且很长一段时间后，笔者发现该系统的CPU占用率一直为15%左右，这说明交换机平台软件升级到最新版本后，确实可以让交换机永葆活力，
所以，当局域网交换机工作状态一直不稳定时，我们应该及时检查一下对应平台软件的版本高低，一旦发现交换机系统版本较低时，必须及时对其进行升级，这样能够解决许多由交换机自身性能引起的隐性故障现象。
搜集可疑流量。一旦可疑流量被监测到，我们需要捕获这些数据包来判断这个不正常的流量到底是不是发生了新的蠕虫攻击。正如上面所述，Netflow并不对数据包做深层分析。
我们需要网络分析工具或入侵检测设备来做进一步的判断。但是，如何能方便快捷地捕获可疑流量并导向网络分析工具呢?速度是很重要的，否则你就错过了把蠕虫扼杀在早期的机会。除了要很快定位可疑设备的物理位置，还要有手段能尽快搜集到证据。
我们不可能在每个接入层交换机旁放置网络分析或入侵检测设备，也不可能在发现可疑流量时扛着分析仪跑去配线间。有了上面的分析，下面我们就看如何利用Catalyst的功能来满足这些需要!
检测可疑流量Cat6500 和 Catalyst 4500 ( Sup IV, Sup V 和 Sup V – 10 GE ) 提供了基于硬件的Netflow 功能，采集流经网络的流量信息。这些信息采集和统计都通过硬件ASCI完成，所以对系统性能没有影响。 Catalyst 4500 Sup V-10GE缺省就带了Netflow卡，所以不需增加投资。
追踪可疑源头，Catalyst 集成的安全特性提供了基于身份的网络服务(IBNS)，以及DHCP监听、源IP防护、和动态ARP检测等功能。这些功能提供了用户的IP地址和MAC地址、物理端口的绑定信息，同时防范IP地址假冒。这点非常重要，如果不能防范IP地址假冒，那么Netflow搜集到的信息就没有意义了。
用户一旦登录网络，就可获得这些信息。结合ACS，还可以定位用户登录的用户名。在Netflow 收集器(Netflow Collector)上编写一个脚本文件，当发现可疑流量时，就能以email的方式。
把相关信息发送给网络管理员。在通知email里，报告了有不正常网络活动的用户CITG, 所属组是CITG-1(这是802.1x登录所用的)。接入层交换机的IP地址是10.252.240.10，物理接口是 FastEthernet4/1.
另外还有客户端IP地址和MAC地址 ，以及其在5分钟内(这个时间是脚本所定义的)发出的flow和packet数量。掌握了这些信息后，网管员就可以马上采取以下行动了：通过远程SPAN 捕获可疑流量。Catalyst接入层交换机系统上所支持的远程端口镜像功能可以将流量捕获镜像到一个远程交换机上。
光突发交换试验网的可行性分析 篇6
文章对光突发交换网络的产生背景、光突发交换网络模型及技术实现的可行性，以及进一步发展光突发交换网络需要关注的核心技术予以分析，最后对建设中国下一代高速光因特网提出一些建议与思考。
关键词：
光突发交换；光分组交换；光因特网
ABSTRACT:
The background of the emerging of OBS networks, the model of OBS networks and the feasibility to implement the OBS technology are reviewed at first. Then the key attention-drawing technologies to further develop the OBS networks are analyzed. At last, some suggestions and considerations on constructing the next generation high-speed optical Internet are presented.
KEY WORDS:
Optical burst switching; Optical packet switching; Optical Internet
1 引言
宽带通信的发展刺激了大容量业务与需求的发展。吉比特(Gigabit)以太网与太比特(Terabit)级交换机的出现越来越要求建立高效、高容量、高带宽的光纤网络。从1998年秋季开始，面向互联网业务的下一代光网络，开始由IP over Sonet/SDH向IP over WDM网络发展。IP over WDM又被称为光因特网，指IP直接接入到WDM网络上或直接接入到光纤上。目前提出的实现IP over WDM的技术方案有3种：线路交换/波长路由、光分组/信元交换和光突发交换(OBS)。线路交换采用双向资源预留方式设置光通路，中间节点不需要光缓存，可提供有保证的服务。但线路交换是粗粒度的，不能实现统计复用，带宽利用率低，不适于传输突发速率的数据；对长距离网络来说，其回环时间与延迟长；由于波长数目有限，还不能建立全连接的网络，导致网络中负载的不均衡。光分组/信元交换能对DWDM的巨大带宽进行更灵活、更有效地分配和利用。然而光分组交换对光子器件提出了很高的要求，有很多关键技术(如快速严格同步、光缓存等)还有待突破。
为了结合这两种交换的优点，同时又克服二者的不足，即在较低的光子器件要求下，实现面向IP的快速资源分配和高资源利用率，光突发交换便被提出。它是一种单向资源预留方案。其控制分组和数据分组在时间上是分离的。控制分组先于数据分组在特定DWDM(密集波分复用)信道中传送。核心交换节点/路由器根据控制分组中的信息和网络当前的状况为相应的数据分组建立全光通路。数据分组经过一段延迟后，在不需要确认的情况下直接在预先设置的全光通道中透明传输。不需要确认的单向预留方案减小了建立通道的延迟等待时间，提高了带宽利用率；而数据分组和控制分组的隔离、适合的颗粒及非时隙交换方式降低了对光子器件的要求和中间交换节点的复杂度，如中间节点可以不使用缓存，不存在网络内的时隙同步问题等。
光突发交换是近几年来比较热门的研究方向［１］。光突发交换被认为是下一代光因特网的交换模式，是IP over WDM的一种探索。突发交换的概念是J. Kulzer于1984年提出的，但是直到近年来才应用到WDM光网络中。美国纽约州立大学Buffalo分校和诺基亚研究中心的M. Yoo、Chunming Qiao等对OBS经过比较深入的研究，提出了一种JET(Just Enough Time)信令协议，并研究了基于该协议的核心节点的结构和性能[1，2]。该协议能在WDM层实现基本的区分服务，支持服务质量(QoS)，并能提高资源利用率。该小组还开展了OBS交换中的组播和MPLS(多协议标签交换)在OBS交换中的运用研究，提出了MPLS与OBS相结合的方案——标签光突发交换(LOBS)。为了降低复杂性，Y. Wei等一些研究人员建议采用JIT(Just In Time)信令协议，JIT协议提供尽力而为的服务，不支持WDM层的QoS。英国伦敦大学学院(UCL)的P.Bayvel等人提出了一种波长路由光突发交换(WROBS)方案，并对其性能进行了研究。该方案以波长路由为基础，更接近线路交换，可以提供有保证的服务，并支持QoS，但网络的灵活性和带宽利用率低，而且虽然原理上可以以波长为标签实现MPLS，但由于涉及到对波长的操作，一些MPLS操作(如标签栈、标记交换路径——LSP融合等)难以实现。阿尔卡特研究中心的Yijun Xiong等人研究了OBS网络的控制结构和通道调度算法。从事这方面的研究还有美国德克萨斯大学、伊利诺斯州技术学院、北卡罗来纳州立大学、意大利的罗马大学等。国内一些大学和研究机构，近年来也开展了相关预研工作。国家“863”计划在“十五”期间，在2001年的第1批预研中选择了上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信国家重点实验室，进行光突发交换网络的探索研究，目前已发布了光突发交换试验网的重点项目研究指南。
2 光突发交换系统结构及网络模型
传统的光纤网络交换方式是在交换节点将光分组或者帧转变为电信号，在电交换层实现电路或分组交换，然后再转换为光信号。这样，由于电域的“瓶颈”效应，光网络的交换容量降低。通过全光交换的方式虽可以使光网络的容量大量增长，但光的电路交换颗粒度比较粗，带宽的利用率比较低。光分组交换的颗粒度比较细，但现在由于光的交换器件的影响，实现起来还比较困难。光的突发交换方式结合光的电路交换与光分组交换的优点，颗粒度适中，对器件的要求降低。表1是光突发交换与其他光交换方式的比较。
2.1 光突发交换系统结构
图1给出光突发交换系统中的节点和网络结构，OBS体系结构包含3层：核心光层、边缘分配光层、接入层。核心光层由全光核心路由器构成，完成光分组数据的传送、路由和OBS网络管理，核心网络的核心OBS节点无需任何处理，进行突发数据的透明交换。边缘分配光层由光/电的边缘路由器构成，负责来自或发送接入层业务数据的分发服务，它们之间由WDM链路相连；在边缘节点收集来自接入网的流量，并会聚成较大的数据单元(即突发包)，为实现此目的，需事先通过控制信令预留资源，并配置交换矩阵。控制包与数据包(突发包)完全分离，通过不同波长传输。控制波长需经过光/电/光(O/E/O)处理，而数据在光域进行交换，透明传输。接入层是OBS层的用户层，可以为目前存在的各种网络如IP、ATM、SDH等，也可以是终端用户。图1中，左边边缘路由器将来自接入层的业务数据分别打成两个突发包，并沿着两条可能的路径通过OBS的核心层，最后到达右边边缘路由器，解包后发送业务数据到接入层。
2.2 光突发交换网络分层参考模型
与上述光突发交换系统中的节点和网络结构相对应，光突发交换网络分层参考模型分为接入层、OBS层和物理层。接入层是OBS层的用户层，OBS层向上层提供各种OBS服务，如IP、ATM、SDH等；也可以是终端用户，如VOD等；它又可分为适配子层、网络子层、链路子层。适配子层的功能是接入层和光层间比特率的适配，上层数据的会聚、分类和整形，及突发数据分组的组装和拆卸；网络子层的功能是读取控制分组中的信息，并根据网络的状况(资源、拓扑等)进行路由和通道调度，在源边界路由处还要完成分组头的产生和偏置时间的设置；链路子层通过波长和资源分配实现业务到物理媒质的控制，并对数据流进行比特控制以满足在物理媒质上传输的要求。物理层提供各个路由器件的物理全光连接，实现光比特的透明传输、放大功能。
3 核心技术及其可行性分析
3.1 高速光突发交换模块技术
光交换矩阵是光突发交换系统的核心器件和决定网络性能的关键因素，目前提出的光突发交换矩阵的典型结构有：基于空间光开关矩阵和基于阵列波导光栅(AWG)的光突发交换结构。所涉及的半导体光逻辑门(SOA)、波导开关、微电子机械光开关(MEMS)、液晶光开关等光开关技术和集成化都取得了很大的突破。
机械开关在插损、隔离度、消光比和偏振敏感性方面都有很好的性能。但它的开关尺寸比较大，开关动作时间比较长，一般为几十毫秒到毫秒量级，而且机械开关不易集成为大规模的矩阵阵列。随着液晶技术的成熟，液晶光交换机将成为光网络系统中的一个重要设备。该交换设备主要由液晶片、极化光束分离器、成光束调相器组成，而液晶在交换机中的主要作用是旋转入射光的极化角。由声光技术实现的光交换机可以实现微秒级的交换速度，可方便地构成端口较少的交换机，但它不适用于矩阵交换机。波导开关的开关速度在毫秒到亚毫秒量级，体积非常小，而且易于集成为大规模的矩阵开关阵列，但其插损、隔离度、消光比、偏振敏感性等指标都比较差。光突发交换要求光开关速度达到微秒级，目前商用化的开关中只有铌酸锂开关、SOA开关满足要求，但使用这两种开关构成交换矩阵，造价相当昂贵。欧洲先进通信技术系统计划(ACTS)中的光分组交换关键技术(KEOPS)项目中采用的是SOA构成的16×16广播－选择型交换矩阵，这种结构需要N×(N+K)个SOA，N是输入端口数，K是光延迟线的数目。
能满足光突发交换速率的大型光开关矩阵还不成熟，光交换矩阵是光突发交换系统的核心器件和决定网络性能的关键因素，积极寻求适合于光突发交换的快速光交换矩阵显得极为重要，这也是今后光突发交换和光分组交换网络研究的主要内容之一。鉴于目前的光网络以全光作为信息的通道，路由控制则完全依赖于电子技术，因而光电混合将成为主流技术，全光处理还有待时日，故电光开关被普遍看好。其技术实现还将以有源薄膜(ATF)技术与平面波导继承(PIC)为突破口。
3.2 突发交换信令控制方法与同步技术
OBS网络控制的一个核心问题就是控制信令的设计。用于光突发交换的控制信令可以归纳为三大类：第1种方式为RFD(Reserve-a-Fixed-Duration)，该方式由控制分组中的偏置时间来决定带宽预留时间的长短，到时立即拆除连接，优点是无信令开销、易实现带宽资源的动态分配，资源利用率高。其改进的变形协议有：TAW(Tell-And-Wait)、JET、JIT、SCDT、LAUC和LAUC-VF等等［２］。第2种协议是TAG(Tell-And-Go)，该协议是先发送控制分组来预留带宽，紧接着发送突发数据，在中间节点需光纤延迟线(FDL)缓存突发数据，当发送完突发数据流后再发送用于释放连接的分组来拆除连接。第3种协议是IBT(In-Band-Terminator)，该方式在突发数据流之后紧跟着IBT标识，整个过程由控制分组来预留带宽，由IBT标识拆除连接，因此最大的技术挑战是IBT标识的全光再生技术。
信令控制可以比作光突发包的大脑，由于目前光突发交换以控制与数据独立传输为特征，因而如何保证控制分组的丢失率最低(理想为零丢失率)极为关键。同时，控制分组与数据分组的非同步问题将在网络规模和负载增大时变得更为严重。因此，提高控制分组的QoS同样被提到重要层面来研究。
我们知道，千兆以太网中为了解决载波侦听多路接入/碰撞检测(CSMA/CD)引起的短帧传输效率过低的问题，也引入了突发帧的概念，但与光突发交换中的突发帧有所不同。在千兆网中，把在一个突发周期内一个源节点传送的所有以太网帧定义为一个突发帧，因为一个突发帧中每个以太网帧的目的节点可能不同，它们的帧间隔必须大于96 bit，以使目的节点能正确恢复时钟和判决阈值。而在光突发交换中，突发帧定义为在一个突发周期内传输的、目的节点相同的帧的集合，一个突发帧是作为一个整体进行光交换的。由于一个突发帧中的所有帧都传向同一目的节点，到达目的节点时各帧的时钟相位和振幅都相同，因此没必要保持96 bit的帧间隔，从而可以明显提高网络效率，但突发帧之间的间隔还是必须遵循一定的原则。在设计时，突发帧的长度也是一个需要仔细考虑的问题，特别是在需要考虑对实时业务的支持时，突发帧过长，引入的时延也长，会影响业务的实时性。同样，突发帧的长短对核心节点的阻塞率也是有影响的。
光突发交换的突发特性不可避免地引入突发接收和突发同步问题。边缘节点接收到的各突发帧可能来自不同的其他节点，它们的时钟相位和振幅都不相同，因此每一帧都要进行时钟同步和判决阈值提取。考虑到突发帧的长度，一般OBS中需要纳秒量级的时钟同步。传统的接收机采用锁相环技术来恢复时钟，恢复速度约为毫秒级，无法实现每秒吉比特速率的突发接收技术。因此在突发分组中设定一定长度的同步字节，通过详细的研究确定合适的同步字节的长度及码型。这样虽对网络效率有所影响，但有可能使用成熟的商用器件，大大降低了研究的复杂性和成本。其次，还可以研究采用快速锁相环(Fast PLL)技术实现纳秒级的突发接收。
3.3 边缘路由处的突发数据整合
IP数据包接入边缘节点后必须适配成突发分组才能接入光突发交换网，这涉及突发数据会聚、调度和突发分组帧格式的设计等问题。边缘节点包括边缘入口路由器和边缘出口路由器。边缘入口路由器完成数据分组的整合、适配，出口路由器完成相应的拆分、提取。突发数据虽然是可变长的，但考虑到各种因素，变化频率和幅度应该降低到最小，使得数据业务越平稳越好。在边缘入口节点，由于数据业务多来自分组交换网络(包括局域网、广域网、ATM网)，信息流具有长相关性(LRD)/自相似性，也就是说当对此业务流进行多时间尺度(毫秒～小时)的测量时，业务流会产生相似的特性，与传统的业务流模型(MMPP——调制马可夫泊松、MMBP——调制马可夫贝努利过程等)的短时相关性具有明显的不同。在设计边缘业务模型的时候，就是基于自相似模型，数据分组的到达间隔分布满足Pareto分布，而不是传统的泊松分布，通过一种有效的算法，利用时间器和队列长度特性来共同决定队列长度，使得会聚以后的数据突发尽可能减小长相关性。
3.4 波长／带宽分配算法与冲突解决方案
在波长路由网络，波长分配问题是网络设计中的一个关键问题，在光突发交换中，控制分组在每一个突发数据分组发送之前发送，虽然克服了波长一致性原则，波长资源是统计复用的，利用率也远远高于波长路由网络，但是在没有全光波长变换的情况下，波长分配问题仍是制约网络性能的一个重要问题，它通知该数据分组要通过的中间节点在预定的时段内为该分组预留资源(分配带宽)。如果预留失败，该数据分组被丢弃或使用反射路由送到其他节点。带宽的动态分配技术是OBS的一项关键技术，带宽分配技术的好坏直接影响网络的效率和性能。
由于数据分组在没有等到连接建立的确认信息之前就发送到线路上，很有可能在中间节点由于没有预约到资源而出现阻塞，此时只能丢弃。因为每一个数据突发都是被安排在一定路径的一定波长上的，所以只有在同一条链路、同一波长、同一时间有两个以上数据突发要使用资源的时候才会出现冲突。因此根据这3类属性：链路、波长和时间，我们可以考虑解决冲突的3类基本方法：偏射路由、波长变换和光缓存。
偏射路由是利用空闲链路解决冲突的方法［３］。在链路资源比较充足的情况下，这种方法有很好的性能，但其边缘入口节点偏置时间的确定、出口节点的重新排序以及公平性都是一些潜在的问题，而且在负荷较重的情况下，它的性能反而恶化。光波长变换是较理想的解决方案，但现在全光的波长变换器还没有商用，仍处在研究阶段。光纤延迟线可以用作光缓存器件，但由于各种限制，延迟时间最大可能是几十微秒，对于长的数据突发不能适用。
根据光突发交换的特点以及目前几个解决冲突的方法的可靠性与可行性，人们还是大多倾向于偏射路由。该方法等于将整个光网络作为一个光缓存器(OB)，所以可以认为光突发交换网就是一个光缓存网。其带来的弊病是占用了光网络的带宽资源，无形中等于增加了网络的负载，所幸现在的光纤通信技术已能提供对于目前需求来说几乎是无限的带宽。
3.5 网元与网络的生存性管理
作为一个网络设备，OBS的核心节点必须实现网管功能，以便实现和其他设备的互连互通以及相关的设备管理监测。根据现有的路由管理协议和光网管理协议，结合OBS技术、OBS核心节点设备的MIB(管理信息库)，中心SNMP(简单网管协议)管理站可以根据这个MIB结构对设备进行远程管理。具体网管功能包括：性能管理，如管理站可以通过SNMP代理实时获得设备的运行情况(端口的忙闲时间比、端口的数据流量等)；故障管理，如设备一旦出现故障，SNMP代理器将主动向管理站发送告警信息，报告故障的时间、位置等信息，以便网络管理员及时处理，当故障解除时，代理站也将发送故障解除的信息给管理站；配置管理，如SNMP管理站可以远程对设备进行配置(路由表的配置等)；安全管理，由于SNMP协议支持分布式的远程管理，必须对管理者的权限进行控制，以便保护设备不被恶意攻击。网管技术难点包括：网管数据的高速采集和处理，网管数据库的动态更新，对网络设备的实时监控，中心管理站和各代理器的标准SNMP通信。
根据现有成果［４，５］，例如多协议波长交换(MPλS)机制中可以实现故障定位、保护恢复等功能，在OBS网络中因为可以引入MPLS的概念，自然也可以进行网络生存性的研究。
另外，和一般的分组交换一样，光突发交换是无连接的，如果要引入一些面向连接的优势特征的话(比如引入GMPLS的机制)，就需要其他信令协议(CR-LDP或RSVP-TE)来完成。引入面向连接机制的一个好处是可以通过它来优化网络。突发交换在现行状况下实现依然是很困难的，主要是因为光存储、波长转换技术都还有待进一步成熟，而且成本很高，在存在持续时间较长的数据流的情况下，标签交换能够很好地提升网络的性能。基于标签的光突发交换(LOBS)结合了广泛讨论的标签技术，利用广义的标签(包括波长标签和通常的标签)来简化光突发交换的一些操作，同时改进其不足。携带标签的控制分组在预先建立的LOBS通路上传送。突发数据分组在控制分组确定的路径上传输和交换，扩展的显式路由和受限路由均可用于LOBS资源的分配和管理，扩展的内部网关协议(IGP)传送网络资源和拓扑信息，以减少不同核心节点波长资源的竞争。由于每个突发数据对应的标签信息(波长号、偏置时间等)是在控制分组上承载的，因此LOBS可不经过光/电/光转换，直接将多个业务分组整合为一个突发分组，不经过全光交换实现标签交换。
4 建议与思考
光突发交换网络目前还处于探索研究阶段，中国在“十五”“863”计划中的第1期与第2期项目中均将此项技术列入，相信可以在一个或几个方面有所突破。笔者认为，下一步应该考虑在国际范围内进行一些实质性的现场试验，利用现有国内／国际电信系统的备份光纤线路(或光波长备份通道)进行试验。国家科技部应该一方面通过申请国家有限的财政拨款，另一方面可积极与有经济条件的地方科委和国内外有优势的电信公司联手筹集研究经费，同时调动国内研究人员在国际上良好的合作关系，共同制定项目研究计划，建设下一代高速光因特网。
本文研究项目得到北京邮电大学纪越峰教授、伍剑副教授、高泽华讲师以及武汉邮电设计院洪小斌经理等有关专家的帮助，在此表示衷心感谢。□
参考文献
1 Qiao C, Yoo M. Optical Burst Switching (OBS): A New Paradigm for an Optical Internet. J High Speed Networks, 1999, (8): 69—84
2 John Y Wei, McFarland R I. Just-In-Time Signaling for WDM Optical Burst Switching Networks. Journal of Lightwave Technology, 2000, 18(12)：2019—2037
3 Yoo Myungsik, Qiao Chunming. A Novel Switching Paradigm for Buffer-less WDM Networks. OFC/IOOC ‘99 Technical Digest , 1999, (3): 177—179
4 Yoo Myungsik, Qiao Chunming. Just-Enough-Time (JET): A High Speed Protocol for Bursty Traffic in optical networks. Digest of the IEEE/LEOS Summer Topical Meeting, 1997 :26 —27
5 Yoo Myungsik, Qiao Chunming, Dixit Sudhir. QoS Performance of Optical Burst Switching in IP-Over WDM Networks. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2000, 18(10): 2062 —2071
(收稿日期：2002-07-08)
作者简介
李新碗，上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信国家重点实验室副教授，IEEE LEOS会员。1990年学士毕业于苏州大学物理系，1993年硕士毕业于上海科技大学电子工程系，毕业后一直工作于上海交通大学。1997—1998年赴英国ESSEX大学作访问学者，2001年赴美国加州圣荷西OPCOM公司进行合作研究。作为课题负责人，承担国家“863”项目和部委及上海市科委发展基金项目4项，申请发明专利3项，获教育部和上海市科技进步奖两项。已发表研究论文20多篇，被EI收录9篇，参与出版国家“九五”重点图书一本。一直从事光交换器件、光分组与突发交换技术研究。
叶爱伦，上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信国家重点实验室教授。持有发明专利2项，申请发明专利3项，获国家和教育部及上海市科技进步奖5项。一直从事光器件技术研究。
光交换机网络 篇7
1 GMPLS-based OBS原理及体系结构
1.1 GMPLS-based OBS原理
基本的GMPLS-based OBS的工作原理如下:可变长度的突发数据包(BDP)和突发控制包(BCP)以分离的波长传送,一个BDP对应一个BCP,BCP先于BDP传送。在核心节点处, BCP被转换为电信号进行处理,而BDP则以光的形式透明传输。采用恰量时间(JET)资源预留协议与优先级机制等为突发数据分组预留资源。同时,在IP层和光层加上能统一管理的标签,使网络结构简化,提高数据包的转发速度。
1.2 GMPLS-based OBS体系结构
如前文所述,将GMPLS引入OBS,并使两者能够高效协调地工作,是GMPLS能在OBS中应用的关键。本文从以下两个方面提出基于GMPLS的OBS的体系结构:
(1) 网络节点架构,包括边缘/核心节点结构,主要涉及GMPLS控制层部分如何与OBS相结合的问题;
(2) 网络体系架构,如采用重叠模型还是对等模型以及具体由哪层来解决流量工程和服务质量(QoS)保证等。
图1所示为GMPLS-based OBS体系结构示意图。
从图1中可以看到,GMPLS-based OBS网络体系主要由3个独立的平面组成:控制平面、传输平面和管理平面。
(1) 控制平面
控制平面可进一步分为拓展的GMPLS控制子层和OBS控制子层。GMPLS控制子层通过路由功能进行选路,通过扩展的标签分配协议(LDP)和资源预留协议(RSVP)建立、维持和拆除标签交换路径(LSP)。OBS控制子层一方面接收GMPLS更新的光标签,另一方面接收IP数据包会聚生成的BDP,并将其送入交换矩阵,同时生成的BCP通过查找转发等价类(FEC)使用光标签,将光标签插入控制分组相应的位置,从而实现用标签替换地址。如果没有光标签,可向GMPLS控制子层申请一个新的标签和路径。
(2) 传输平面
传输平面主要指用来传送的光层部分(如DWDM设备),其主要功能是实现BDP的透明传输。
(3) 管理平面
管理平面的功能主要包括链路资源的管理和各种网络操作的管理。
2 GMPLS-based OBS体系关键技术
2.1 突发会聚机制
突发会聚是将多个IP包聚集和组装成突发包。通用的突发会聚机制是基于定时器的或基于域值的。在基于定时器的突发会聚机制中, 突发包以固定时间间隔产生并周期性地送入网络中。由于各边缘节点IP包流量不同,产生的突发包的长度也是不固定的。基于域值的突发会聚机制所产生的突发包的长度是固定的。
当边缘节点通过突发会聚机制使IP包组装成突发包后,将从突发包中生成BCP,在GMPLS-based OBS网络中控制包的格式与传统OBS网络的控制包格式不同,它要把包含优先级、LSP路径等信息的标签放入BCP中。图2给出了支持GMPLS-based OBS网络的BCP格式。
2.2 冲突解决机制
OBS的本质是BCP在核心节点处为随后发送的BDP预留资源,从而使BDP能够透明地通过各个核心节点。在重叠的时间区间内,如果两个或多个BDP要求在同一条LSP或同一端口输出,就会产生冲突竞争问题。而且, GMPLS-based OBS网络中采取单向预留方式,导致冲突竞争更加激烈。本节将对冲突解决机制做详细地讨论并提出在GMPLS-based OBS网络中特有的冲突解决机制。
2.2.1 低优先级直接丢弃机制
当两个或多个不同优先级的突发数据来到同一条LSP或同一端口时,将会引起冲突。在GMPLS-based OBS网络中,由于使用给定的标签为突发包选路并在特定的LSP上传送,标签中包含优先级、选路等一系列信息,这样可以读取标签中的优先级,让具有较高优先级的突发包占用资源, 丢弃低优先级的突发包。经过一段时间后再由边缘节点对丢弃的突发包重新传送。这种机制能保证高优先级的业务得到及时处理,但是以牺牲低优先级的业务为代价。
2.2.2 突发分片机制[3]
IP包在突发中是各自独立的,会聚仅仅是把IP包组合到一起。因此,如果丢弃一部分IP包并不会对其他包造成影响。突发到达出口的边缘节点后会被还原成原来的独立IP包,接收端只对丢弃的IP包要求重发。利用突发分片机制,可以将突发分成一些更小的传输单元——片(Segment),每片由一个或多个IP包组成。当两个或多个突发包冲突时,仅仅将与另一些突发重叠部分的片丢弃即可。这样由于冲突造成的后果就减轻了。
2.2.3 LSP分流机制
在GMPLS-based OBS网络中,我们初步提出一种新的解决冲突的有效机制。OBS网络中产生冲突的根本原因是多个BDP同时经过控制平面建立的LSP路径上的同一个核心节点的交换矩阵。如果将有可能发生冲突的路径进行LSP分流,那么就能从根本上解决数据包的冲突问题。解决思路为:大量IP包在不同边缘节点进行会聚形成突发包,在突发包中提取出控制包,由GMPLS控制子层根据优先级、目的地址等确定FEC所绑定的标签,标签一旦加上,数据传送路径也就由事先确定好的LSP来确定。也就是说,只要能够在适当的时候通过与GMPLS控制子层的有效交互就能改变原来在控制包中的标签信息,从而改变有可能会与其他数据包发生冲突的LSP,从根本上解决数据包的冲突。但是,LSP分流机制需要比较大的标签空间并且还会增加网络的时延。
2.3 生存性技术和恢复/保护机制
GMPLS-based OBS的生存性机制可分为恢复和保护两种方式。由于GMPLS-based OBS网络中控制包和数据包在不同的波长信道上传送,因此基于GMPLS-based OBS网络的故障可分为控制信道故障、数据信道故障、链路故障和节点故障。
2.3.1 恢复/保护过程
(1) 故障检测
在OBS各个节点间的控制信道和数据信道中每过一定的时间间隔TK就发送KEEP ALIVE消息。如下游节点A在时间间隔TK内没有收到上游节点B控制信道发出的KEEP ALIVE消息,则表明AB之间的控制信道发生了故障;同样,如果A在TK内没有收到上游节点B数据信道发出的KEEP ALIVE消息,则表明AB之间的数据信道发生了故障。如果两个信道都没有收到KEEP ALIVE消息,则表明AB之间的链路发生了故障。下游节点检测到故障后,向其上游节点发送FOM(Failure occur Message)消息,表明故障已经发生。FOM消息包含了故障类型、发送该消息的节点ID、控制包ID、LSP ID等,以便控制平面作保护/恢复时使用。
(2) 启动恢复/保护
上游节点收到下游节点发送来的消息,便知道发生了故障,如果采用1+1保护,则目的节点接收备用路径上传送的BDP;如果采用1∶1或M∶N保护机制,源节点将业务转到保护通道上;如果采用恢复机制,则重新计算路由,将业务转到新的路由上。
2.3.2 资源释放
因为GMPLS-based OBS网络的控制信道和数据信道是分离的,所以其恢复/保护也有特殊性。当控制包通过节点后数据信道发生了链路故障,此时,在控制信道中传输的控制包并不知道数据信道发生了故障,它依然会利用标签信息向目的节点传送,并在通过的每一个核心节点为BDP预留资源,但此时数据链路已经发生故障,必须采取一定的措施释放控制包预留的不必要资源。
可以采用时钟的方法解决上述问题。其过程如下:每个节点加个时钟,当BCP到达节点后,时钟开始计时,时钟的计时时间Tt是偏置时间和一个误差时间的和。如果在Tt内BDP到达节点,则节点将时钟重置。若节点的时钟超时,则链路发生故障,节点释放BCP预留的资源[4]。
3 结束语
本文针对GMPLS与OBS高效融合和协调问题进行了研究,提出了基于GMPLS的OBS网络体系结构,并在此基础上讨论了GMPLS-based OBS网络中的各种关键性技术。针对突发包存在的冲突问题,提出了解决机制尤其是LSP分流机制,该机制在这种体系构架下具有一定的优势。GMPLS-based OBS网络的生存性与传统光网络的生存性存在较大的差异,值得我们进一步深入研究。
参考文献
[1]Berger L.Generalized Multi-Protocol Label Switching(GMPLS)Signaling Function Description.Rfc3471[DB/OL].http://www.ietf.org,2003-01-15.
[2]Berger L.Generalized Multi-Protocol Label Switching(GMPLS)Signaling Constraint-based Routed LabelDistribution Protocol(CR-LDP)Extensions.Rfc3472[DB/OL].http://www.ietf.org,2003-01-15.
[3]Vokkarane V,Jue J,Sitaramen S.Burst Segmentation:an Approach for Reducing Packet Loss in OpticalBurst Switching Networks.Proceedings of IEEE ICC[C].New York,NY,USA:IEEE,2002.2 673-2 677.
光交换机网络 篇8
关键词：光突发交换,数据信道调度算法,丢包率
1 引言
随着宽带视频、多媒体业务的日益增长, 对传送网带宽和交换系统容量要求越来越高。目前DWDM技术, 使一根光纤上可利用带宽达到10 Tbit/s左右, 可以满足较长时间内对传送网带宽的要求。然而光电路交换继承了电路交换技术, 采用双向资源预约方式为源、目的节点之间建立光通路连接, 为每次数据交换传输设置固定的波长信道带宽, 数据交换完后释放光通路, 交换粒度粗, 带宽利用率低。光分组交换可达到较细的交换粒度, 在带宽利用率、延时和适应性等方面比较好, 但实现比较复杂, 而且光逻辑处理技术不成熟, 没有可用的光随机存储器。
光突发交换 (Optical Burst Switching, OBS) 结合了光电路交换和光分组交换的优点, 又克服了两者的不足, 易于实现, 能很好地支持突发业务, 并且具有适中的交换粒度和较高的带宽利用率, 因此成为当前最具有发展潜力的光交换技术。
在OBS网络中, 基本交换单元是突发, 突发是由相同的出口边缘路由器地址、具有相同服务质量要求的IP分组组成。OBS的特点是:突发数据分组 (DB) 和控制分组 (BHP) 的传输在物理信道和时间上是分离的, 控制分组提前于突发数据分组发送, 而突发数据分组等待一定时间 (偏置时间) 后, 不需等待回复确认信息, 直接在预先确定的信道上发送。在核心节点上, 控制分组经过光/电/光交换和电信息处理, 为相应的光突发数据分组预留资源, 使突发数据分组实现全光透明传输。
2 数据信道调度算法
在OBS网络中, 核心节点根据到达的BHP中包含的信息为后续到达的数据包DB安排合适的数据信道—信道调度。即当相应的BHP到达核心路由器后, 选择一条在DB到达光交换矩阵时可用的数据信道作为输出信道。当没有可用信道时, DB以及相应的BHP将被丢弃。因此在OBS网络核心节点处设计信道调度算法主要需要考虑以下两个方面: (1) DB的丢失率; (2) 算法执行时间。一个理想的调度算法应该在DB到达前, 能够尽快地处理相应的BHP, 并尽可能为该DB找到合适的信道。一个有效的调度算法可以通过快速地调度来降低DB的丢失率, 并且提高网络带宽的利用率。
2.1 最近可用信道算法 (LAUC)
首先假设每个光核心路由器有B个FDLs, 第i个FDL可以延时Q i1 (≤i≤B, Q0=) 0, 其中Qi=i×D (D为延时单元) 。假设不考虑交换时间, 不使用FDL的情况下, DB到达光交换矩阵的时间和离开的时间相同。
最近可用信道算法[1]只保留每个输出数据信道的最近使用时间 (LUT, Last Used Time) , 对于有K个数据信道, 令tj表示第j个信道的最近可用时间。LAUC算法的基本思想是为到达的数据突发选择最近可用未调度数据信道, 假定DB到达核心节点的时刻为t, DB的长度为L (用时间表示) , 调度器首先寻找在t时刻空闲的数据信道 (即tj
LAUC算法简单, 容易实现。调度器对每个数据信道只要获取一个参数—LUT。缺点是DB之间的空隙没有很好的应用, 使其链路利用率很低。FDL缓存的存储容量不仅取决于FDL的数目, 还取决于每个FDL的长度。因此FDL的延时单位D越大, 引入的空白越大, 信道利用率越低。为解决这个问题, 可以考虑采用具有空白填空的算法。
2.2 最近可用信道-插空算法 (LAUC-VF)
图1 (a) 中D1信道两个数据突发之间的空白信道容量没有被利用。LAUC-VF算法与LAUC算法相似[2], 只是LAUC-VF算法中新到达的数据突发可以填充信道的空白。假设持续长度为L的DB到达光核心节点的时间为t, 调度器首先查找在 (t, t+L) 时间内是否有可用信道。如果至少有一条可用信道, 调度器将选择一条最近可用的信道来传输DB。
图2是LAUC-VF算法示意图。5个数据信道中, 其中D1、D2、D3和D5在t时刻是可用的未使用信道。因为数据信道D3空隙太小, 无法容纳一个DB。由t-t2
2.3 FAFA算法
FAFA算法 (First-Arrival-First-Assignment) 与LAUC-VF算法相似, 调度器都是将最近可用信道分配给数据突发。但是FAFA算法是按照数据突发到达的顺序分配信道[3], LAUC-VF算法是按照BHP到达的顺序分配信道。当BHP在t时刻到达时, 在FAFA算法中, 调度器暂不为相应的突发分配信道, 而是等到数据突发到达之前的△时刻 (tsch=ts-△, ts是数据突发到达时刻) 。因此在 (ta, , tsch) 之间到达的数据突发, 不会由于其相应的BHP到达得晚而在信道分配上处于劣势。
图3比较了两种不同的波长预留方式。各种算法都是尽可能填充空白, 即任何波长信道都应该没有被占用或几乎被突发占用而没有任何时间间隙, 使其信道利用率提高。从图3 (b) 可以看出最上面的一个信道被3个新到的突发占用, 空白利用率很高。而图3 (a) 中第5个信道被第2个到达的突发占用, 虽然最上面的信道还没有被完全填充。这是因为LAUC-VF是按照BHP到达的顺序分配信道, 这样就使得到达晚的突发在到达早的突发之前传输, 造成第2个突发不能在信道1上传输, 使空白没有充分利用。
2.4 BHP收集调度算法
以上几种算法都是针对单个BHP或单个DB进行信道调度的, 而在核心节点处数据突发到来的顺序是无序的, 所以无法预知前后数据突发到达的时间, 可能对当前的BHP或DB来说, 该次调度是最合理的调度, 但对后续到达的BHP或DB, 该次调度为不合理调度。因此会造成数据信道使用不合理。为了使数据信道更加合理地利用, 因此提出一种BHP收集调度算法, 该算法的基本思想是:对一组BHP按其对应的数据突发DB到达的先后顺序来调度数据信道。
该算法是在核心节点的数据突发波长信道上按照数据突发到来的时间顺序划定某一时间窗口, 该时间窗口称为收集周期。收集周期可以固定配置, 也可以根据业务量情况动态调整。这个收集周期也是BHP缓冲的最大时间。当BHP到达一个空的缓冲区时, 标识该BHP为触发BHP, 并设置定时器的值为0, 启动定时器, 随后到达的BHP, 根据其突发到达的时间先后顺序插入队列中去, 当定时器的值等于最大缓冲时间时, 就把那些排在触发BHP前面的BHP和触发BHP作为一批BHP, 根据数据突发的偏置时间和长度, 采用LAUC-VF调度算法进行调度和处理, 调度其对应的DB到可用的数据信道。由于该算法需要对控制包进行队列缓存, 为保证突发端到端的延时, 对每一个BHP需要设置最大缓存时间OFF Time (即收集周期) , 通常OffTime>N/μ (N表示缓存的大小, μ是BHP的平均到达率) [4]。一旦位于队首的BHP在缓存中的停留时间超过了OFF Time, 即使没有新的BHP进入队列, 它也必须离开。因为该算法在收集周期内得到一组BHP, 可以收集更多信息, 并按照DB到达的顺序进行调度, 从而可以有效地调度突发, 极大地降低数据突发的丢失率。同时收集周期的大小也是影响性能的一个因素, 收集周期越大, 获取的BHP数量越多, 因此获取的信息越多, 调度越合理。然而业务对时延有一定的要求, 故对BHP的收集周期不能太大。并且一定要保证BHP比相对应的突发数据包先到达。由于收集周期是和偏置时间紧密相关的, 而偏置时间的确定又与业务所能忍受的最大延时、边缘节点的缓存深度以及突发数据通过核心节点的数目等因素的限制。假设最大偏置时间LOFFSET, 数据通过的核心节点数目为HMAX, 那么在一个核心节点处, BHP的最大延时为LBHP=LOFFSET HMAX。我们用TBHP来表示BHP在一个核心节点停留的总时间, 因此TBHP应小于LBHP, 收集周期的选择不能超过TBHP时, 才能保证该算法的实现。
如图4所示, A-G表示7个数据突发所对应的各自BHP, 而从A-G也表示为核心节点所规定的BHP收集周期, 这样它们所对应的数据突发在本节点的突发窗口时间段为 (TSTAR, TSTOP) 。从图中可看出, 如果按照一般的调度算法 (无FDL) , 则仅有A、C这两个数据突发能够成功调度。但是如果集中考虑, 统筹规划调度, 则{B、E、C}、{D、E、C}、{A、C}、{G、C}等4组数据突发可以成功调度输出, 因此提高了调度效率, 减少了数据突发丢失率。
3 性能比较
为了比较几种算法的突发包丢失率性能, 我们用OPNET软件进行了仿真实验。实验中假设光路由器有17个波长 (1个控制信道, 16个数据信道) , 其传输速率均为10 Gbit/s。在本仿真实验中, 突发的到达时间设定为指数分布, 突发长度设定为Guass分布, 因此可以获得一个以指数分布时间到达以及一个正态分布的突发长度[5]。
图5显示了业务负载为0.5～1.0时, 几种算法的突发丢失率的变化情况。可以看出, 业务负载增大, 突发丢失率也增大。但是LAUC算法的突发丢失率最大, 因为它不能填充每个信道上已调度数据突发间的空白。BHP收集调度算法的丢失率最低, 尤其在轻载的情况下有良好的性能, 因为它能更加合理地利用信道资源。
4 结论
从上面论述和仿真结果可以看出, LAUC算法简单, 容易实现, 但信道利用率最低, 突发丢失率最大;LAUC-VF算法可以填充数据信道间的空白, 因此信道利用率比LAUC算法要高, 丢包率有所改善。FAFA算法是对LAUC-VF算法的进一步改进, 使其信道利用率可以更高。而提出的BHP收集调度算法一次对多个BHP对应的数据突发进行集中调度, 实现了对已预约资源的优化, 使信道资源利用率更进一步提高, 从整体上降低了网络丢包率, 使网络性能得到提升。
参考文献
[1]Tumer J.Terabit burst switching[J].JHS, 1999, 8 (1) :69-84
[2]Xiong Y, Vandenhoute M, Cankaya H.Control architecture in optical burst switching WDM networks[J].IEEEJSAC, 2000, 18 (10) :1838-1851.
[3]Xu J.Efficient channel scheduling algorithms in optical burst switching networks[J].Proc INFOCOM, 2003, 3:2268-2278
[4]Saravut Charcranoon, El-Bawab Tarek S, Cankaya Hakki C, et al.Group-schediling for optical burst switching networks[A].GLOB ECOM’03[C].San Francisco, USA:IEEE, 2003, 5 (1-5) :2745-2749.
光交换机网络 篇9
整体而言ASON网络具有以下优点：
(1) 控制平面的加入使得比传统的ASON网络具有智能控制作用，大幅度降低维护费用;
(2)智能自适应的选择最优路由，动态配置路由，优化网络流量;
(3)使用先进的前后向兼容技术WDM、SDH、PDH、ATM、OTN、GbE、MTLS等技术;
(4)安全级别更高的保护和恢复机制;
(5)自动发现邻居、网络资源和业务;
(6)采用分步式网络拓扑控制结构，提高网络生存性和可靠性。
2 ASON的研究现状
国内从2001年开始介入ASON研究，同时国家863计划重点支持了ASON网络研究的项目，相关科研单位和大学团队独立开发了GMPLS协议簇和基于AON的开关矩阵。分别在上海交大和清华大学建立了测试平台。2003年国家863计划支持了自动交换光网络节点设备研制和系统试验、自动交换光网络分层路由技术、自动交换传送网组网测试和试验等基础研究项目。2006年初在长三角地区国家基金委进行了ASON设备的组网工程、网络测试和现场试验等验收。标志着我国ASON设备研究和运用达到了较高水平。而在设备试制在华为和烽火各自独立实现了ASON设备产品化和产品系列化。
目前业界的ASON的发展趋势是基于OTN的ASON。与传统的基于SDH的ASON，在支持大粒度的通道资源管理，提供灵活的出租业务上具有明显优势，但是对小粒度的通道管理无能为力。同时基于OTN的ASON在处理分组信号的承载上也具有明显优势。因此, 基于OTN的ASON更适合长远的网络发展。
3 基于OTN的ASON
建立在OTN之上的ASON是一种全新的全光网络，其本质是在光网络中引入控制平面，以实现网络资源的灵活分配，进而实现光网络的智能化。ASON的功能实现由GMPLS控制协议对控制平面的管理，光网络节点OXC、OADM和波长路由器等功能来实现。
ASON的模型包括：重叠、对等模型。重叠模型是将光传输层某些特定功能与用应用层分离，智能控制部分单独由光传输层实施，使得应用层和传输层成为互相独立的网络层次结构。对等模型是将IP层路由和信令略做修改后应用于光传输层的连接控制。其特点是将光传输层的控制智能功能转交给IP层，由IP层实现端到端的控制。
4 ASON的结构
从结构上分，这种基于OTN的ASON包含三个层面：传送层面、控制平面和管理平面。传输平面包含携带被交换实体的传送网网元。控制平面负责快速有效的对网络中端到端的网络连接进行动态控制，如连接的建立、删除和修改等。管理平面和传统的OTN网络管理系统相当。
4.1 ASON的传输平面
ASON的传输平面由光节点和光链路组成。光缆链路采用了传统光网络技术，同时具有交叉连接和复用功能。其中的大容量交叉矩阵模块，实现可选择采用O-E-O方式、全光方式(OXC)和光分插复用器(OADM)等。
4.2 ASON的控制平面
ASON通过控制平面可以高效快速的配置连接，并且能够灵活的对已建立的呼叫进行重连或修改，并且带有自动恢复的功能。ASON控制平面功能包括：资源发掘、状态传递、信道选择和控制等。
(1)资源发掘是地址发现、业务发现、信道连接发现、确认和管理。除了对物理资源的发现外也可以为某些高层业务发现和相邻节点的协商提供支持。
(2)状态传递是将本地物理资源的属性以一种方式发送出去(从控制平面发送到传输平面)。
(3)信道选择选用显示选路，此时通道选择可以通过网管系统中的软件规划工具进行。
(4)信道控制。包含信道建立、注销和更改。
4.3 ASON的管理平面
管理平面能够监控、管理控制平面的系统：
管控分离——网络拓扑发现：连接建立和拆除等功能单独由控制平面承担，管理平面不直接或很少直接控制传送设备，仅从控制平面得到相关的控制信息，完成辅助性的任务。
资源竞争——控制平面和管理平面共同对网络资源进行管理，可能产生竞争问题，因此需要设计传送资源强占机制，以便解决冲突机制。
从设备管理到面向连接和业务的管理——传统的光网络管理系统主要是完成基本的设备管理和网络管理功能，管理系统是针对运营商子网的网路管理而言的，而ASON可以提供一个在全网范围内的传输平面和控制平面的集成视图，实现跨区域的端到端业务指配。因此，ASON的管理平面的工作重点由原来的设备管理和控制，更多的转向了连接和动态业务的管理，能够实现对不同类型的管理和维护。
4.4 控制平面基于GMPLS的实现方式
为了实现ASON控制平面的上述功能，必须采用一系列的公共协议。这个控制协议需要解决4个关键：寻址、信令、路由和生存性。最佳方法是采用现有的数据网络协议。就当前研究的状况而言，ASON的控制平面主要是基础GMPLS的协议构建的，如采用比较成熟的IP路由协议、MPLS进行分别修改和扩充以实现拓扑发现、自动连接指配。
GMPLS协议是MPLS扩展而成，主要包括：LMP链路管理和发现协议;最短路径优先协议OSPF、RIP静态路由协议;扩展的RSVP-TE协议;基于GMPLS控制平面路由算法。其控制平面功能的实现过程可参见文献。
5 ASON应用面临的问题
5.1 ASON标准化工作有待完善
参与指定ASON有关标准的国际化组织有CCITT、IETF。自2001年，三大国际标准化组织就开始了针对ASON的标准化工作。但是就目前而言，规范内容不够明确，对路由的抽象方式也没有明确指明。E-NNI并不支持跨域端到端的恢和保护，从而导致不同设备厂商的业务无法连接。因此，标准化工作有待进一步加强。
5.2 ASON技术在实际运行中还不成熟
ASON控制功能的实现都是依赖与软件功能，所以软件故障将会影响控制平面对业务的建立和删除，甚至造成网络瘫痪。
相应的网络运营商也需要及时升级网络运营模式，以便完全的实现ASON的功能优势。
另外测试设备还未完全成熟，不能对特定功能的新业务加以支持，这样容易在实习运营中出现繁琐的问题。
5.3 对新业务的支持能力还需进一步完善
ASON主要解决的问题包括：快速带宽部署，无论是波长出租、光VPN等都是如此。ASON功能可保证QoS或者SLA业务，包括点到单/双向连接。
6 结束语
伴随国际标准化进程的不断加速，ASON网络将会很快实现不同ISP设备的互通和互连。基于GMPLS控制平面的构建能够解决ASON的核心问题，尽管很多方面还需改进，实际应用尚待时间，我们有理由相信ASON的先天性优势必将成为运营商建设未来光网络的首选技术。
参考文献
[1]李培源, 龚涌涛.基于GMPLS的自动交换光网络[J].现代有线技术, 2002 (4) :49-52.
[2]秦飞飞, 张汉一.下一代光传送网:自动交换光网络[J].中兴通讯技术, 2001 (6) :13-17.
[3]张宁.自动交换光传送网技术[J].南通职业大学学报, 2007 (2) :62-65.
[4]刘志强.自动交换光网络发展趋势与光网络[J].广西通信技术, 2007 (1) :1-3.
光交换机网络 篇10
OCDMA技术是将码分多址通信技术和光纤通信技术相结合的一种新型通信方式, 结合了两种通信方式的技术特点, 具有很强的技术优势和广阔的应用前景。OCDMA技术通过使用不同的地址码序列来区分用户, 将许多接入用户同步 (或异步) 地复用到相同的频带和时隙上, 实现多个接入用户共享同一光纤信道和提高系统的总容量。因此, OCDMA技术是充分挖掘光纤潜在传输能力, 扩大接入网系统容量的一种有效技术[1,2]。光分组交换 (OPS) 技术具有高速率、对数据速率和格式透明、更能适应快速变化的网络环境、灵活可重构等特点, 可为运营商和用户带来更大的益处, 必将成为未来光网络的有效技术之一[3,4]。现存的光分组交换方案存在标签提取、更新和竞争的难题, 尤其是对标签的提取和更新无例外地需要电子处理过程的参与[5,6,7,8,9]。
本文介绍了一种新型的基于WDM (波分复用) 和OCDM的全光分组交换方案。该方案采用OCDM技术中的编码器产生标签和解码器擦除标签, 不需要对标签信息在电域进行处理, 克服了标签提取和更新难的问题, 并且能适应变长的分组异步交换, 成为一种真正的全光分组交换方案;采用通用多协议标签 (GMPLS:generalized multiprotocol label switchin g) , 合理的标签分配能实现无竞争的交换, 避免了复杂的竞争, 解决了硬件和软件设计中的竞争难题;采用广播选择交换结构, 不需要大端口数的光交换矩阵, 克服了交换矩阵交换速率和偏振相关损耗的限制;配合波长转换器和标签转换器, 该方案给标签的分配和WDM光网络的保护与重构带来了灵活性[10]。
2 OCDMA技术
OCDMA技术是在电域码分多址技术基础上演变出来的, 它是将码分多址技术应用于光纤信道, 对用户信号的处理采用全光手段, 克服了传统通信网络中所谓的电子“瓶颈效应”。OCDMA是以扩频通信为基础, 将用户低速率信息的电信号变换成高速率的光脉冲序列 (扩频增益一般为1000左右) , 在宽带光纤介质中进行传输。图1给出OCDMA技术的基本原理示意图[11]。
在发送端, 用户低速率信息的电信号通过开和关方式来控制激光源。激光源发射一个光脉冲用来代表用户要发送的数据比特“1”;当用户要发送的数据比特为“0”时, 激光源不发射光脉冲。光脉冲经过特定的编码器进行编码后, 被映射为一个光脉冲序列, 此即为载有该用户信息特征的地址码序列。当用户信息数据为“1”时, 编码器就输出一个地址码序列, 用户信息数据为“0”时, 编码器就输出一个全零序列。被编码后的分组信号通过光纤信道传输到达接收端, 经特定的解码器实现对接收到的信号恢复还原。
OCDMA网络有多种拓扑结构, 如环行、总线形、星形等, 通常采用无源星形网络拓扑结构。在这种结构中, 星形耦合器是网络的中心, 每个用户通过OCDMA光学编码器和解码器分别与星形耦合器的两个端口相连。每个发送用户的信息数据经OCDMA光学编码器进行扩频后输入无源星形耦合器。星形耦合器将每个输入端的光信号均匀地分配给每个输出端的接收用户。从逻辑层次上看这种网络拓扑结构是一个广播式选择性网络。图2为一个典型的N×N无源星形结构的OCDMA网络系统[11]。
3 光分组交换
随着光纤通信技术的发展, 网络节点的交换能力越来越不能满足光纤高速传输的要求, 光交换问题成为限制光网络发展的主要瓶颈。目前光分组交换按交换粒度分为波长粒度的智能交换光网络 (ASON) 、突发包粒度的光突发交换 (OBS) 以及分组粒度的光分组交换 (OPS) 。光分组交换技术以光纤中传输的分组信号为基本交换单元, 比波长交换和光突发交换具有更小的交换粒度和更高的统计复用率, 能与IP很好地兼容, 是最适合IP网络发展的理想方式。但由于光逻辑器件和光缓存技术不成熟, 制约了电交换方式到光交换方式的直接映射。至今对光分组交换技术的研究, 主要集中在如何避免光逻辑处理和光缓存来实现光分组的顺利交换, 其基本思想是将路由和交换分开, 在电域实现路由, 在光域实现交换。这种思想与通用多协议标签交换 (GMPLS) 将路由和交换分开的思想一致, 受这思想影响, 光网络被分为边缘节点 (实现路由) 和核心交换节点 (实现交换) 。
光分组交换网络根据GMPLS协议将网路节点分为边缘交换节点和核心交换节点, 如图3 (a) 所示[12,13]。边缘交换节点与外部接入网络连接, 具有协议转换 (如图3 (b) 所示) 和路由功能;核心交换节点主要实现交换功能。边缘节点的发送端主要完成传送业务的协议转换, 将需要传送的业务数据组装成净荷信号, 确定分组的路由, 建立标签链路, 并产生分组信号 (包括产生标签信号和净荷信号) ;接收端主要完成将接收到的净荷信号还原成原始信号, 并按照业务的协议要求重新组帧输出。核心交换节点需要完成对分组交换前的预处理, 如分组同步, 标签和净荷的分离, 3R再生, 光功率均衡等功能;根据分离的标签信息和竞争解决机制完成交换矩阵的配置, 净荷信号透明地通过交换矩阵和竞争解决单元, 在输出端完成新标签信号的插入和对交换过程中净荷的损耗进行放大补偿。
4 基于WDM和OCDM光分组交换网络
4.1 基本原理
混合WDM/OCDMA-PON的原理如图4所示。把通信信道分成w个波长通道 (Wavelength Path, WP) , 每个波长通道又被分成m个标签链路 (Label Path, LP) , 这样就可以把原来的系统容量扩大为m倍。采用光地址码来映射标签, 将每个标签和光地址码进行对应, 每个标签映射一条标签链路, 通过光编码器产生光标签和光解码器识别光标签, 避免了光电转换, 从而实现了全光的交换。
4.2 边缘节点
光分组交换网络是把所有的网络节点分成边缘节点和核心节点两部分, 图5给出了边缘节点的发送端和接收端的功能结构图。从接入网发来的用户分组经过各种接口协议进入边缘节点发送端, 如图5 (a) 所示, 控制单元会对分组信号进行解析, 得到改分组的目的IP地址和服务质量 (Quality of Service, Qo S) 的要求, 然后从可用标签库中分配一空闲标签给改分组, 如果能分到空闲标签, 光分组信号就会被转入对应的编码模块, 编码后的分组会根据路由表进行转发。如果边缘节点没有空闲标签分给改分组, 则分组就会进入延迟等待状态, 直到有空闲标签分给分组。
如图5 (b) 所示为边缘节点接收端模块, 当光分组到达边缘节点, 首先经过相应的解码器擦出标签, 然后控制模块解析其目的IP地址和QOS的要求, 经过一系列的处理, 边缘节点会尽两准确的恢复光分组信号, 最后分组信号会根据IP地址被转送到对应的接入网中。
边缘节点是实现分组从接入网到光分组网络或光分组网络到接入网的转发。当用户分组到达边缘节点的时候, 如果没有足够的标签为用户建立一条标签链路, 用户数据就会在边缘节点发生阻塞。所以标签的数量会影响网络的阻塞率性能, 因此本文会对映射标签的地址码以及网络的阻塞率性能进行研究。
4.3 核心节点
采用直接OC编码的光分组交换过程如图6所示, 进入光交换核心节点的光分组首先采用光解码器选出匹配的光分组, 经过解码后的光分组恢复成净荷信号, 在输出端口对净荷信号进行编码, 加上新的标签。
如图7所示, 核心交换节点采用广播选择结构, 输入的光分组经过放大后和耦合后分到各解码器分支。在各解码器中选出标签与之匹配的光分组, 擦除标签, 恢复出净荷信号。解码器的设置在标签链路建立时已经完成, 不需要实时地根据输入分组动态变化。若需要波长转换, 使用波长转换器将分组信号转换到特定的波长。全光再生器滤除分组间的干扰, 并对净化信号进行整形和放大, 然后由编码器加载上新的标签后, 转发到下一核心交换节点或边缘节点。
由于光分组在每个交换节点都要经过一次广播选择方式的交换, 不可避免地受到来自其他分组的码间干扰噪声的影响, 因此研究OPS的误码率特性是很有必要的。在研究OPS网络的误码率的时候, 我们不仅要研究单节点的误码率情况, 还要研究分组从发送端到接收端的端到端的误码率。网络节点的误码率与传输过程中所使用的标签种类, 网络中实时在线的用户数目, 标签的分配方案有关。
5 小结
博科为IP存储网络定制交换机 篇11
日前，存储设备供应商博科公司（BROCADE）推出一款新的交换机产品Connectrix VDX-6740B（以下简称VDX-6740B）。这是一款专门为EMC 的存储设备而定制的产品，也是业内首款专门针对IP存储的网络交换机。
VDX-6740B交换机为EMC的存储设备而优化，旨在为ECM存储、云、重复数据删除以及备份和恢复系统等提供更为坚实的基础，包括弹性、敏捷和易于部署等。而其销售也将借助与EMC的OEM合作关系，被集成到EMC的整体解决方案中。
专用IP存储网络是近年来才开始流行的概念。IP存储网络设备主要针对传统的采用NAS存储的用户群，他们对存储性能有比较高要求，而采用传统混合组网的NAS不能满足这些要求。根据Gartner的研究数据，全球存储网络市场规模为270亿美元左右，其中IP存储网络占4%，不过IP存储市场增长很快。
“在传统的NAS网络中，存储和数据共享同一个网络基础架构，而专用IP存储网络则是为存储创建的专用网络，它把存储流量与其他数据流量区分开。相比传统的NAS网络，专用网络更加可靠和高效。”博科公司中国区技术经理谷增云告诉本报记者。
这是因为基于IP的传统NAS符合以太网的基本特征，在传输性能上和质量上都有待提高，同时由于存储与其他数据流量共享网络，也无法确保存储设备的性能充分发挥。另外，其可扩展性上也有不足，因为这种网络并非为横向扩展架构而设计的。而专用IP存储网络克服了这些不足。具体而言，专用IP存储网络的好处主要体现在可预测的性能、可满足SLA、更高的可用性以及能更快速地解决问题等。博科新推出的VDX-6740B就为IP存储网络上述优势提供可靠的保障。
据悉，博科的VDX-6740B是一款高性能、低延迟的IP存储交换机，为各种EMC的中高端NAS和iSCSI存储平台提供连接。通过零接触、自建矩阵，这款新交换机重新定义了敏捷性，并具有卓越的自动化和简洁性。
VDX-6740B还能与Connectrix Manager融合网络版（CMCNE）相集成，为IP和光纤通道存储网络提供统一的管理、监测和诊断。而与EMC存储分析软件的集成可提供可行的性能分析，并让客户能够迅速识别并修复性能和容量问题。
值得一提的是，这是一款为IP存储网络定制的交换机，并不意味它不能胜任一般的交换任务。据谷增云介绍，VDX-6740B首先是一款通用的交换机，完全胜任一般交换机的工作。同时，它也是为NAS而优化的。其中的一个体现是，与一般交换机在芯片外部部署缓存不同，VDX-6740B的缓存集成到芯片，这种深度的芯片缓存可提供超过同类交换机2倍以上的吞吐量，从而确保可靠传输，保证不丢包。
光交换机网络 篇12
城域传送网通常是指城域范围内的传输承载网,覆盖范围包括城区、郊区或者部分规模较小的市县,覆盖区域不超过100km。从功能上讲,城域传送网提供了一个多业务的传送平台,用于承载城域范围内的固定、移动和数据等多种业务(如公共交换电话网交换机之间、基站与移动交换机之间、移动交换机之间的传输电路),可以说城域传送网在通信网中的地位如同公路在城市交通中的作用一样,它的发展和建设一直以来都是通信网发展的重点。当前各大运营商的干线传送网正在不断完善,随着业务需求的不断发展,城域传送网对多业务的承载能力和网络的维护水平必将会成为通信企业新的竞争点,在此背景下,城域传送网应向什么方向发展,采取什么方式进行技术演进,演进过程中可能会存在什么问题,是我们值得认真研究的重要课题。
2 城域传送网的现状及面临的问题
随着近年来我国通信事业的不断发展和网络建设的不断深化,现今城域传送网一般以光传送网为基础,以其他接入手段为辅助,可以说90%以上的网络以光纤为物理传输介质,因而城域传送网也可称之为城域光传送网。城域网具有覆盖面广、业务量大、业务种类多等共同特点,从技术角度讲主要应用了以下3种技术手段得以实现:SDH和基于SDH的MSTP、基于RPR的多业务平台、基于WDM的多业务平台。
由于各地的网络规模、业务类型以及实地因素不同,各地城域网采用的技术手段也不尽相同。如在某些中小城市,早期的城域网是基于SDH体制的,主要用于承载话音及专线等TDM类型的业务,接口主要以2Mbit/s、155Mbit/s为主,随着数据业务发展,在原来SDH设备的基础上添加了MSTP的功能,用以实现数据节点的汇聚和以太网专线、专网的分组类型的业务,网络中增加的接口主要以FE/GE和ATM接口为主。对于某些大中型城市,其SDH向MSTP的技术演进可能先于中小城市进行,但是由于受网络规模庞大,核心节点间的业务调度及大颗粒数据业务调度量大,纤芯资源紧张等因素影响,在城域传送网中可能就需采用WDM设备。对于某些以数据分组业务为主以TDM业务为辅的网络环境,一些运营商又采取了RPR技术进行建网用以在竞争区域开展业务。总之,以上3种主要技术手段各有特点,各有应用场景,但是无可否认,对于现阶段各地城域传送网而言,基于SDH/MSTP技术的网络仍是构成网络的基础,对于SDH网络发展问题的讨论仍具有普遍性和重要意义。
目前的城域SDH网以环形组网方式为主,采用子网连接保护方式,通常配置成复用段环、通道环或是无保护链。由于受市场发展驱动,网络的业务需求有了以下新的特点:业务需求量激增,数据业务需求的比例增加,客户服务需求差异化加大,面对这些业务需求的变化,目前的SDH城域传送网逐渐暴露出越来越多的问题。
(1)网络安全性不高。传统的SDH环网保护,对于应对环网内单点故障来说效果还是比较理想的,例如发生环网内某段光缆中断,复用段保护机制可以在数十毫秒内完成保护倒换,业务由原来的工作时隙倒换到保护时隙,对于大多数业务来说这个时间是非常短的,用户基本上不会感觉到故障的发生。但是如果环网内发生多点故障,造成部分节点脱离网络而使业务中断,SDH就无法应对了。随着网络规模的扩大,城市建设的大量进行,网络出现多点故障的风险性进一步加大,采用有效的措施避免此类故障的发生就显得相当必要了。
(2)资源利用率不高。由于SDH网采用专有保护方式,每条电路的保护电路需要相同带宽的时隙资源,这就导致资源的利用率最高才能达到50%。网络正常运行时保护电路占用了大量的资源,并不承载实际业务,可以看出SDH是以牺牲宝贵的带宽资源来换取网络的稳定性的。此外,SDH网不具备带宽的动态分配机制,对于没有必要实时建立连接的大量数据业务而言,在没有带宽需求的情况下仍然需要占用大量网络带宽,这也导致了网络资源的大量浪费。
(3)维护工作量大。城域SDH光传送网一般来讲都比较复杂,往往采用相交环、相割环等模式组网,端到端的电路调度和配置以及网络的升级和扩容的实施都比较复杂,这对维护水平要求很高,另外网络的维护还要求维护人员对网络有一定的了解,人员的流动对网络维护工作的影响非常大。
(4)提供业务等级单一。目前很多运营商都提出了一种新的营销理念:差异化客户服务,即针对不同的客户需求提供不同级别的服务。但是对于SDH网络,电路的级别体现的并不明显,基本上所有的电路只能用有保护和无保护区分,保护的方式也比较单一。
针对以上几个问题,必需考虑推动传统SDH网络的技术更新。
3 ASON的技术特点
ASON是代表下一代光网络发展方向的技术体系,近年来越来越受到关注,其应用也由实验网逐步走向实际的业务网。ASON的概念是由ITU-T在2000年3月正式提出的,所谓ASON,是指在ASON信令网控制下完成光传送网内光网络连接、自动交换的新型网络。ASON构造在各种传送技术之上,在SDH、PTN、OTN等传送网技术的基础上,ASON新引入了控制平面,形成了由传送平面(TP)、控制平面(CP)和管理平面(MP)构成的功能体系结构。3个平面的主要功能如下:
(1)传送平面提供从一个端点到另一个端点的双向或单向信息传送,完成光信号传输、复用、配置保护倒换和交叉连接等功能,传送平面可以由基于SDH或OTN技术的设备构成。
(2)控制平面通过信令提供建立、拆除和维护端到端连接的能力,通过选路为连接选择合适的路由;网络发生故障时,控制平面执行保护和恢复功能;控制平面还能自动发现邻接关系和链路信息,发布链路状态信息以支持连接建立、拆除和恢复。
(3)管理平面实施对传送平面、控制平面以及系统的管理功能,确保所有平面之间的协同工作,管理平面提供M.3010规定的管理功能,包括性能管理、故障管理、配置管理、计费管理和安全管理。
控制平面的引入,使得ASON支持各种交换设备动态的向光网络申请带宽资源,根据网络中业务需求的动态变化,通过信令系统或者管理平面自主的建立或者拆除光通道而不需人为干预,实现了光网络在资源管理、连接、保护恢复等方面的智能化,使网络结构变得简单化和扁平化。与SDH技术相比较ASON具有以下技术特点:
(1)网络的生存能力提高。ASON网通常采用Mesh组网,同一个节点有多条光路与网络中的其他节点互联,在保证这些光路的光缆不发生重路由的情况下,这种网孔型网应对多点失效的能力是非常强的,网络中不管发生几处故障,只要还有可达的空闲路由就可以对业务实施保护。因此,相比SDH的环保护ASON的生存能力大大提高。
(2)网络资源的利用率提高。ASON网支持流量工程,允许网络资源的动态分配,能够实现的资源合理化配置,辟免了某些节点成为瓶颈而某些节点空置率却很大的情况出现。从保护机制上讲,ASON可以根据业务的需求提供共享保护,即保证了网络安全性又节约了保护电路对资源的占用。随着网络规模的扩大,ASON网节点的连通性必然会提高,更多的路由会使资源的利用率进一步提高,理论上的资源利用率定将超过SDH网络50%的上限。
(3)智能化带来的维护成本的降低。ASON的最显著特点是成就了网络的智能化,ASON网实现了拓扑的自动发现、业务端到端的灵活配置与调度、网络故障的自动发现与恢复等等一系列的智能功能,无疑会大大的降低日常维护和后期网络优化扩容的工作量。
(4)支持业务类型和业务等级的多样化。ASON网是构建在其他传送网之上的智能网,它支持目前传送网提供的各种类型的业务,如传统的SDH业务、OTN业务、透明及不透明的光波长业务、以太网业务等等。此外,基于其智能特性,ASON还可以提供按需带宽分配业务(BoD),光虚拟专用网(OVPN),指配带宽业务(PBS)等。ASON支持多等级的业务,针对不同等级的业务提供不同的保护方式,如当前大多数设备商将业务划分为五个等级,由高到低分别是钻石、金、银、铜、铁,其中钻石级作为最高级别,采用1+1重路由,保护倒换时间保障在30ms以内,而且只要有路由可达即可保障业务。铁级为最低级,采用保护时隙额外传送业务,网络发生故障时可能被高优先级业务抢占。金、银、铜级的业务同样采用了不同的保护方式,具有不同的故障恢复时间。
由上述ASON的技术特点可以看出,ASON与传统的SDH相比具有无可比拟的优势,传统SDH网络向下一代ASON网络演进是必然的一种趋势。
4 ASON在城域传送网中的演进方式
如何在传统的城域光网络中引入ASON技术,实现光传输网络向智能化的平滑演进,是一项庞大的系统工程,网络智能化的推进要综合考虑多种因素,如网络现状、技术的发展以及建设的成本问题等。
从网络现状上讲,目前各地的城域传送网大都采用SDH体制,现今基于SDH的ASON产品已经较为成熟,因此在部署ASON时应当首先考虑立足于现有网络。较为科学的做法是先在网络中引入ASON控制平面,利用现有网络来承载ASON业务,而后逐步进行深化。这样的演进策略可以看作是在光网络内部引入UNI接口实现智能区与非智能区的连接,非智能区的传统设备作为智能设备的客户,从而可以有效的利用原有网络根据业务发展和网络建设的需要适时的推进网络的智能化,实现平滑演进,具有相当的经济性。当然,对于新兴的运营商,由于没有低层的网络基础设施,可以考虑从传送平面起,建设全新的ASON网络。
技术发展的现状决定了演进要逐步进行、分域进行。当前基于SDH的ASON产品对于VC4颗粒的智能化业务调度已经比较成熟,对于VC12颗粒的业务还有许多问题需要研究,如连接数的增加对设备计算能力、稳定性带来的压力以及对传送平面低阶交叉能力提出更高的要求等。因此对于主要以VC-4颗粒调度为主的核心、汇聚层网络引入ASON已具备技术条件,可以先行实施;而以VC-12为主的接入层网络目前引入ASON时机尚不成熟,需要逐步推进。另外,NNI和E-NNI的标准化工作目前仍在进行当中,各厂家设备对NNI和E-NNI的支持能力和标准化程度还存在一定差异,面对多厂商环境,ASON的组网方式只能采用单控制域结构,不同厂家的设备组成不同的ASON控制域,网间的互联仍需采用传统的静态路由。
因此,ASON的演进策略应是以现有网络为基础,由上层至下层采用先集中后分布的方式逐步推进。一种可行的演进方式如下。
首先在现有网络核心层中引入ASON集中控制系统,向外提供标准的UNI,实现智能域与非智能域的划分。可以选取核心层几个大的节点配置大型交叉连接设备,构建一个新的Mesh网作为灵活、强大的智能核心层,这样可以屏蔽网络中多厂商环境形成统一的控制域。或者保持现有传输网不做变动,在原有核心层网络上配置智能控制系统,使原有核心层设备能够通过标准的UNI,实现对非智能设备业务的智能调度。如果核心层设备具有多个厂商,可以使每个厂商的设备组成单独的智能域,智能域间的调度仍采取静态方式。
其次将业务量大、业务等级高的汇聚节点逐步纳入智能域。考虑到业务量较小的汇聚节点开展智能业务,安全性虽然提高了,但是资源却得不到有效利用,而且光缆设备的投入还很高,ASON的优势并不能有效的发挥,因此需要结合本地的网络发展和实际需要逐步的在汇聚层面扩展智能域。
最后,待ASON技术完全成熟,适时推动智能域的统一并向网络下层延伸。如E-NNI标准完善后,可通过E-NNI接口连通不同厂家设备从而构成统一的智能域,NNI标准完善后,可以将更多的传输甚至是数据设备纳入智能域,小颗粒智能化业务调度的成熟后,可以实现接入层面智能域的引入。
5 ASON网络演进过程中需要解决的问题
运营商在进行传统的传送网向ASON传送网的技术演进时,必须要注意解决好以下几个方面的问题。
(1)完善原有传送网的改造,为后期的技术演进提供保障。由于ASON传送网采用Mesh组网,一个传输网元至少有3~4条光路与网络互联,这要求在光缆层面有充足的光路资源使链路可达,且各个光路不应有重路由的情况出现;在设备层面需要有足够的群路和支路槽位满足后期的组网要求。因此在ASON建网之前,一方面要大力的推进城域光缆网络的改造和建设保障充足的光缆资源,另一方面要在设备的优化扩容过程中保障设备有较大的冗余度,特别是中心机房要有充足的空闲槽位,只有这样才能保证向ASON网的平滑演进。
(2)对ASON的应用进行准确定位。考虑到A-SON技术在某些方面还不成熟,因此ASON的应用不应一味的追求优势最大化,应该因地制宜结合自身的需求逐步进行技术演进。目前基于SDH的A-SON技术相对而言较为成熟,因此可以把ASON看作是提供更多功能的SDH网络,除了大颗粒的IP业务之外的所有业务都可以全部承载在这个网络之上,利用ASON提供的功能达到提高资源利用率、减少网络扩容困难、降低维护成本的目的。根据现在已有的应用实例看,国外运营商ASON网络承载的业务也是包括了租用线、固定话音业务、无线话音业务、ATM和小颗粒的IP业务等多种业务形式的。因此,ASON网络可以承载现有的租用线、话音、ATM和小颗粒的IP业务,也可以承载新的软交换、3G业务等,而对于大颗粒的IP业务可以等待OTN或OXC技术成熟后再考虑对其进行全面承载。
(3)ASON的引入需要进行维护体制的变革。由于ASON技术还处于应用的初期阶段,对它的日常管理与维护还缺乏经验。引入ASON之后,业务调度与传统方式有所不同,在维护上也随之会发生变化。现有的维护体制(SDH和WDM)已不能满足要求,需要单独提出ASON的维护体制。维护人员在处理故障时应首先确保ASON设备的高可靠性,当传送平面、控制平面或管理平面同时发生故障时,应坚持以ASON网络运行的最快恢复为原则,分析导致网络故障的直接原因,优先处理对网络造成影响较大的故障。此外,由于ASON属于较新的技术,对维护人员在技术掌握上要求会更高。同时,由于控制平面的引入,网络会经常出现与控制平面相关的软件故障,这要求维护人员应比较熟悉软件故障的处理操作。随着ASON技术逐渐步入实用化阶段,对于ASON网络管理的研究方向也将由管理需求方面逐渐转移到ASON网络的管理与维护体制方面。ASON网络管理与维护体制的建立会经历一个较长的过程,需要在ASON网络的实际运营中不断积累经验,逐渐完善。
(4)积急推动ASON的标准化进程。ASON的标准化问题一直制约着ASON向接入层网络的延伸以及多厂家智能域的互通,目前ASON的国际标准化工作已取得阶段性进展,总体框架方面已经基本完成,但是其他具体标准化工作的完成和完善还需一段时间,主要体现在体系结构、路由、自动发现、链路管理协议、控制平面管理等几个方面,另外管理平面的规范还滞后于传送平面和控制平面。国内的标准化工作主要注重实用性,关注对设备应用和开发影响较大的标准,目前基本完成或已经立项。同时各个厂商存在对同一个协议的扩展和理解不一致的情况,这将是下一步标准化工作的内容之一。相信通过各个标准化组织的不断努力和广大运营商的推动,自动交换光网络的技术标准也会逐步走向成熟,指导设备研发和网络应用,最终实现ASON全网络应用。
6 结束语
【光交换机网络】推荐阅读：
光交换系统07-13
智能光交换08-07
交换机中网络环路常见问题详解10-04
交换式网络07-31
热交换网络设计08-14
路由交换平台网络管理06-12
交换网络仿真业务管理08-02
交换机与交换系统08-11