光網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性與可擴(kuò)展性

    摘要：光網(wǎng)絡(luò)正從靜態(tài)光網(wǎng)絡(luò)逐步演進(jìn)為動(dòng)態(tài)和智能的光網(wǎng)絡(luò)，在演進(jìn)過程中，光網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性越來越重要。一些可行的控制管理算法、策略和信令方法在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大之后性能會(huì)嚴(yán)重惡化，因此光網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性越來越受到研究者的重視。動(dòng)態(tài)特性和可擴(kuò)展性都是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求，然而二者在存在一定的相互制約，通過建立分層分域的機(jī)制可以有效的環(huán)節(jié)這種制約，為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)特性良好、智能化程度高同時(shí)可擴(kuò)展的光網(wǎng)絡(luò)提供了可能。

    Abstract:Withtheevolutionof traditional static optical networks towards dynamic and intelligent optical networks, the dynamic characteristics play a very important role in networks. Some control and manage strategies, routing algorithms and feasible signaling methods in limited network scales degenerate while the networks scale up. The scalabilities of optical networks become a hot topic in research. The dynamic characteristics and scalabilities both meet the request of network development while there was a tradeoff between dynamic characteristics and scalabilities in optical network engineering. A hierarchical and multi-domain architecture can help dealing with the problem. This architecture is a possible solution to actualize a scalable optical network with better dynamic characteristics and more intelligence.

    Keywords:dynamicopticalnetwork; scalabilities; dynamic routing; signaling

    基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(6052013029、60572006、2006AA01Z252、2006AA01Z249)

    光網(wǎng)絡(luò)作為信息社會(huì)主要通信網(wǎng)絡(luò)，其所承載的業(yè)務(wù)已經(jīng)由傳統(tǒng)語音(電話)業(yè)務(wù)擴(kuò)展到包括數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(互聯(lián)網(wǎng))、移動(dòng)語音(移動(dòng)電話)和電視廣播業(yè)務(wù)在內(nèi)的多個(gè)通信業(yè)務(wù)領(lǐng)域，成為所有通信系統(tǒng)所依賴的主干通信系統(tǒng)，在信息社會(huì)中扮演基礎(chǔ)通信的核心角色。

    光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展可以劃分為兩個(gè)階段。第一代光網(wǎng)絡(luò)以點(diǎn)到點(diǎn)傳輸技術(shù)的研究為主要內(nèi)容，圍繞通信網(wǎng)絡(luò)中線路傳輸能力的提高進(jìn)行研究，取得了大量的研究成果。其代表技術(shù)為波分復(fù)用(WDM)技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到單光纖25.6 Tb/s的傳輸速率[1]，基本解決了網(wǎng)絡(luò)單線路對(duì)于通信容量和可靠性的需求。然而，第一代光網(wǎng)絡(luò)并沒有解決光網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的問題，信息傳送仍然受到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)光電轉(zhuǎn)換和電處理能力的制約，光網(wǎng)絡(luò)的組織結(jié)構(gòu)停留在靜態(tài)光網(wǎng)絡(luò)的階段。

    第二代光網(wǎng)絡(luò)在第一代光網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究光網(wǎng)絡(luò)的光組網(wǎng)、智能控制等問題，其研究源動(dòng)力來自業(yè)務(wù)多樣性的發(fā)展和光交換技術(shù)的進(jìn)步。業(yè)務(wù)多樣性包括業(yè)務(wù)類型的擴(kuò)展和業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)的變化。在網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)中，以IP業(yè)務(wù)為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呈現(xiàn)爆炸性增長。Cisco公司曾預(yù)測(cè)21世紀(jì)的信息網(wǎng)絡(luò)將由占99％的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和占1％的話音業(yè)務(wù)所共享[2]。相比傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)，新型的業(yè)務(wù)具有靈活多變、突發(fā)性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)變化劇烈等特點(diǎn)，為光網(wǎng)絡(luò)對(duì)多業(yè)務(wù)的接納能力及動(dòng)態(tài)性能提出了更高的要求。另一方面，高速光開關(guān)、光交叉連接(OXC)和光分插復(fù)用設(shè)備(OADM)等光交換設(shè)備的發(fā)展和完善，使得在光層實(shí)現(xiàn)大容量波長交換和波長信號(hào)上/下路成為可能，奠定了光組網(wǎng)的技術(shù)基礎(chǔ)。

    在第二代光網(wǎng)絡(luò)的研究中，網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性和可擴(kuò)展性一直是研究的重要內(nèi)容。為了適應(yīng)多種業(yè)務(wù)的突發(fā)性和靈活性，滿足多種類型業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)需求，提供自動(dòng)的保護(hù)和恢復(fù)功能，光網(wǎng)絡(luò)需要?jiǎng)討B(tài)地改變網(wǎng)絡(luò)配置和組織，高度靈活和智能地實(shí)現(xiàn)傳輸資源的配置，從而經(jīng)濟(jì)有效地完成多業(yè)務(wù)的傳輸。因此，在光網(wǎng)絡(luò)中引入動(dòng)態(tài)控制和智能控制就成為必然選擇。與此同時(shí)，光網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在很大范圍內(nèi)取得成功應(yīng)用，光網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變化的復(fù)雜性大大增加，這使得光網(wǎng)絡(luò)控制管理算法、策略和信令的性能隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大可能出現(xiàn)惡化，光網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性越來越大地影響光網(wǎng)絡(luò)整體性能，而成為研究人員關(guān)注的重要內(nèi)容。本文以光網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性和可擴(kuò)展性分析和研究為切入點(diǎn)，探討了光網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性能和可擴(kuò)展性的內(nèi)在聯(lián)系，為新一代光網(wǎng)絡(luò)的研究提供技術(shù)參考。

    1  光網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性

    光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到第二代，由于承載業(yè)務(wù)的變化和光層交換技術(shù)的發(fā)展，逐步由靜態(tài)光網(wǎng)絡(luò)走向動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)之所以引入動(dòng)態(tài)機(jī)制，其重要目的是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的智能化，從而減少光網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營過程中的管理成本，提高網(wǎng)絡(luò)資源使用效率和網(wǎng)絡(luò)可靠性。這種動(dòng)態(tài)性集中體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)過程中自動(dòng)的對(duì)網(wǎng)絡(luò)元件進(jìn)行初始化，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營過程中針對(duì)業(yè)務(wù)模式進(jìn)行動(dòng)態(tài)的資源分配和業(yè)務(wù)管理，在發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)的進(jìn)行業(yè)務(wù)恢復(fù)工作3個(gè)主要方面。如圖1所示。

    在動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò)的研究中，自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)[3](ASON)具有代表性。ASON的體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)由國際電信聯(lián)盟(ITU)制訂了詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)體系。與此同時(shí)，由IETF提出了以廣義標(biāo)簽交換[4](GMPLS)為核心的系列標(biāo)準(zhǔn)草案系列，也為自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)的具體實(shí)現(xiàn)規(guī)劃了切實(shí)可行的技術(shù)解決方案。在ASON中，在原有光網(wǎng)絡(luò)傳送平面和管理平面之外，引入智能化的控制平面，將網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)控制納入網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，在控制平面實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)的資源配置、智能化的業(yè)務(wù)請(qǐng)求處理等功能，控制平面的引入具有重要的意義，標(biāo)志著光網(wǎng)絡(luò)由靜態(tài)向動(dòng)態(tài)和智能的轉(zhuǎn)變。其體系結(jié)構(gòu)如圖2，其中數(shù)據(jù)通信網(wǎng)(DCN)作為管理消息和信令消息的傳輸網(wǎng)，在網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)過程中發(fā)揮了信令網(wǎng)絡(luò)的重要作用?？刂破矫婧蛡魉推矫嬷械膶泳W(wǎng)絡(luò)分別是指在控制平面上的分層網(wǎng)絡(luò)和傳送平面上的分層網(wǎng)絡(luò)。

 

    從網(wǎng)絡(luò)對(duì)IP業(yè)務(wù)的適應(yīng)和承載能力出發(fā)，研究人員又提出了一種兩層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)——IP-over-WDM體系結(jié)構(gòu)[5]。IP-over-WDM體系結(jié)構(gòu)將原有的較為復(fù)雜的IP層到WDM層逐步映射的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡化為IP直接構(gòu)建在WDM光層之上的兩層結(jié)構(gòu)[6-7]。兩者的結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖3所示。

    ASON和IP-over-WDM并不是獨(dú)立的兩種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，它們具有相似的控制平面和業(yè)務(wù)傳輸過程。后者在前者的基礎(chǔ)上提出了業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)分層的問題，是面向IP業(yè)務(wù)的體系，可以認(rèn)為是ASON的一個(gè)改進(jìn)。這兩種體系的光網(wǎng)絡(luò)都具有動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò)的典型特征。

1.1光網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)啟動(dòng)

    第一代靜態(tài)光網(wǎng)絡(luò)的啟動(dòng)過程需要進(jìn)行復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)配置，包括節(jié)點(diǎn)光電交換線路的連接方式、上下話路配置、光交叉互聯(lián)配置和路由表的初始設(shè)置等。在第二代光網(wǎng)絡(luò)中，通過自動(dòng)啟動(dòng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)、鏈路等網(wǎng)絡(luò)資源的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)[8]，并以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)路由表的自動(dòng)初始化。

    自動(dòng)發(fā)現(xiàn)是光網(wǎng)絡(luò)通過信令協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的自動(dòng)識(shí)別。自動(dòng)發(fā)現(xiàn)包括網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)方面，后者在IP-over-WDM網(wǎng)絡(luò)體系中十分重要。因?yàn)闃I(yè)務(wù)的情況決定著光通道建立的情況以及虛拓?fù)鋄9]的狀態(tài)，這對(duì)IP業(yè)務(wù)的路由具有重要的意義。自動(dòng)發(fā)現(xiàn)不僅僅發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)時(shí)期，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中，隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或者鏈路資源的變化，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)機(jī)制仍然起著重要作用，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞陌l(fā)現(xiàn)和狀態(tài)的更新。

1.2光網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)運(yùn)行

1.2.1光網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)建立和拆除過程

    現(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)所承載的業(yè)務(wù)基于有連接的電路交換，動(dòng)態(tài)建立和拆除業(yè)務(wù)通道的過程是動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò)信令的核心內(nèi)容。關(guān)于業(yè)務(wù)建立和拆除過程，研究普遍關(guān)注業(yè)務(wù)建立和拆除的成功率或失敗率。在動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)資源已經(jīng)被大量占用情況下的網(wǎng)絡(luò)性能，一般以阻塞率來衡量。光網(wǎng)絡(luò)中的阻塞是指業(yè)務(wù)請(qǐng)求沒有得到正確的資源分配或路徑建立發(fā)生錯(cuò)誤，從而停止接納某一業(yè)務(wù)的過程，也就是建立路徑失敗的過程。

    另一個(gè)重要的動(dòng)態(tài)特性是信令過程消耗時(shí)間。在網(wǎng)絡(luò)中，呼叫和建立的時(shí)間是不傳送數(shù)據(jù)的，因此希望該時(shí)間越短越好，從而能夠適應(yīng)快速變化的業(yè)務(wù)需求。建路或拆路的信令過程所經(jīng)歷的時(shí)間是度量網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性的重要指標(biāo)。針對(duì)自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)，ITU-T專門制定了相應(yīng)的信令協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)[10]。

    動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)建立和拆除過程可以使用不同的信令協(xié)議來實(shí)現(xiàn)。其中，以支持流量工程的資源預(yù)留協(xié)議[11](RSVP-TE)最為典型。該協(xié)議軟狀態(tài)管理路由器的預(yù)留狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)控制平面與傳送平面的完全分離，具有較好的靈活性。類似的協(xié)議還有約束路由標(biāo)記分配協(xié)議[12](CR-LDP)，具有相似的功能，但其應(yīng)用沒有RSVP-TE廣泛。

1.2.2光網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)路由

    光網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)路由功能是第二代光網(wǎng)絡(luò)控制平面的核心，是網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性能的最直接體現(xiàn)。在承接動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)和建立動(dòng)態(tài)路徑的過程中，路由功能模塊首先對(duì)接入業(yè)務(wù)進(jìn)行分析，特別是對(duì)服務(wù)質(zhì)量(QoS)進(jìn)行分析，然后查找動(dòng)態(tài)路由表表項(xiàng)，綜合考慮業(yè)務(wù)要求、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化、資源利用率和負(fù)載均衡等多種因素，進(jìn)而計(jì)算出業(yè)務(wù)路由，并將路由結(jié)果告知業(yè)務(wù)建立即信令模塊最終實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的接納。因此，在動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò)中，路由模塊不僅僅完成簡單的路徑選擇，而是在選擇的過程中綜合考慮了包括服務(wù)質(zhì)量、資源利用、負(fù)載均衡、公平性等多個(gè)因素。

    在動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò)中，光節(jié)點(diǎn)所保存的路由表承擔(dān)路由數(shù)據(jù)庫的作用。該路由表除了包括基本的路由路徑外，還包括路由要用到的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的狀態(tài)參數(shù)。該路由表由光網(wǎng)絡(luò)所在路由域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)交換自動(dòng)發(fā)現(xiàn)的信息和其他信息來確定。在同一路由域中，所有節(jié)點(diǎn)路由表必須滿足一致性，即必須符合共同的滿足該路由域的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。在多個(gè)節(jié)點(diǎn)間傳遞這種網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息直接影響路由表的性能和路由收斂情況。

    在動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息可以分為準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。準(zhǔn)靜態(tài)信息不會(huì)由于業(yè)務(wù)操作而變化，主要包括鄰居關(guān)系、鏈路帶寬等鏈路特性、共享風(fēng)險(xiǎn)組等。這些信息主要通過自動(dòng)發(fā)現(xiàn)機(jī)制收集而來。動(dòng)態(tài)信息會(huì)由于業(yè)務(wù)操作的變化而發(fā)生變化。例如鏈路可用帶寬，IP-over-WDM的光通道。在動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò)中，準(zhǔn)靜態(tài)信息可以通過非頻繁的路由發(fā)布實(shí)現(xiàn)，而動(dòng)態(tài)信息則需要隨著業(yè)務(wù)連接的操作而快速的更新，以允許新的業(yè)務(wù)根據(jù)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)路由選擇。因此，動(dòng)態(tài)信息的發(fā)布可能直接影響網(wǎng)絡(luò)中信令的流量，甚至可能帶來信令網(wǎng)的擁塞。

    對(duì)于面向IP業(yè)務(wù)的、智能化的光網(wǎng)絡(luò)，從實(shí)現(xiàn)更智能、資源更合理分配和利用、業(yè)務(wù)保證更為完善的角度出發(fā)，動(dòng)態(tài)信息應(yīng)該越豐富越好，因?yàn)閯?dòng)態(tài)信息攜帶的是網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)的狀態(tài)，可以為路由優(yōu)化提供最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；然而，從加快路由收斂速度，減少信令風(fēng)暴，減少路由不穩(wěn)定因素的角度出發(fā)，則希望動(dòng)態(tài)信息越少越好。動(dòng)態(tài)信息的減少，可以加快網(wǎng)絡(luò)對(duì)資源變化的更新速度和適應(yīng)能力，快速地路由收斂。總體而言，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息量和資源更新速度之間存在折中，后者更是關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性。因此，路由設(shè)計(jì)中必須綜合考慮這些因素，依據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)需求制定相應(yīng)的路由參數(shù)。

1.3光網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)恢復(fù)

    光網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)恢復(fù)涉及到網(wǎng)絡(luò)生存性設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)的生存性[13]定義為在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)業(yè)務(wù)失效后仍然能夠持續(xù)提供業(yè)務(wù)供給的能力。在光網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)完整的生存性體系應(yīng)該包括4個(gè)部分: 故障的發(fā)現(xiàn)、定位、聲明和解除。

1.3.1光網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)故障發(fā)現(xiàn)、定位與聲明

    故障發(fā)現(xiàn)是動(dòng)態(tài)生存性機(jī)制的第一步。光網(wǎng)絡(luò)以自動(dòng)發(fā)現(xiàn)機(jī)制實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障的發(fā)現(xiàn)、定位和報(bào)告功能。自動(dòng)發(fā)現(xiàn)模塊檢測(cè)到故障發(fā)生后，對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行路由域內(nèi)的廣告，從而為全網(wǎng)發(fā)送故障位置以及其他基本狀態(tài)。

1.3.2光網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)恢復(fù)策略

    在動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)故障導(dǎo)致的業(yè)務(wù)失效進(jìn)行動(dòng)態(tài)的快速恢復(fù)是網(wǎng)絡(luò)生存性的主要體現(xiàn)。

    其解除故障的方法主要包括保護(hù)策略下的快速倒換和恢復(fù)策略下的重新路徑選擇，生存性體系結(jié)構(gòu)如圖4。

    對(duì)于保護(hù)策略而言，動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò)只需要在故障檢測(cè)后倒換相應(yīng)的光開關(guān)。

    而對(duì)于恢復(fù)策略，網(wǎng)絡(luò)必須對(duì)故障檢測(cè)后的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行重新評(píng)估，得到由于故障更新過的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，在此基礎(chǔ)上重新路由，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的通道恢復(fù)或鏈路恢復(fù)。

2  動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性

    隨著光網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大和動(dòng)態(tài)要求的進(jìn)一步提高，光網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性越來越受到研究人員的重視?？赏卣剐钥梢远x為網(wǎng)絡(luò)某一性能隨網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大而惡化的情況。在動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò)中，路由協(xié)議的收斂性能、信令網(wǎng)的流量、對(duì)故障的響應(yīng)等性能都可能隨網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大而快速的惡化。對(duì)于一般網(wǎng)絡(luò)，為了解決其可擴(kuò)展性惡化的問題，主要可以從兩個(gè)可能的方向改善：一是網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的簡單化，二是采用合理的分層分域結(jié)構(gòu)。

2.1光網(wǎng)絡(luò)核心路由器狀態(tài)的簡化

    光網(wǎng)絡(luò)核心路由器狀態(tài)的簡化，意味著網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)交互信息的減少，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)廣播內(nèi)容的大量精簡，因此可以大大提高網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。從這個(gè)角度出發(fā)，無連接的光分組交換(OPS)和光突發(fā)交換(OBS)具有較好的可擴(kuò)展性。

 

 2.1.1光分組交換

    分組交換光網(wǎng)絡(luò)大大減少了實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)主干網(wǎng)所需要的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)復(fù)用的光分組交換網(wǎng)絡(luò)，能實(shí)現(xiàn)光層上精細(xì)粒度的分組交換，提高了資源利用率，適合傳輸IP突發(fā)數(shù)據(jù)。其路由器過程包括對(duì)分組包分析、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。路由器只需要通過準(zhǔn)靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)消息構(gòu)建的路由表就可以實(shí)現(xiàn)分組的交換結(jié)構(gòu)。然而，光存儲(chǔ)技術(shù)目前還沒有成熟，光分組交換在一段時(shí)間內(nèi)還不可能進(jìn)入工程應(yīng)用。

2.1.2光突發(fā)交換

    光突發(fā)交換[14]網(wǎng)絡(luò)結(jié)合了光電路交換和光分組交換各自的優(yōu)勢(shì)。在光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)中，控制信道和數(shù)據(jù)信道是分離的。網(wǎng)絡(luò)首先在邊緣節(jié)點(diǎn)將比較小的IP 分組組裝成一個(gè)大的突發(fā)分組，在發(fā)送突發(fā)分組前，通過控制信道預(yù)先發(fā)送一個(gè)控制分組在途經(jīng)的每個(gè)核心節(jié)點(diǎn)預(yù)約資源，一定的偏置時(shí)間后，節(jié)點(diǎn)再發(fā)送突發(fā)數(shù)據(jù)分組。這種機(jī)制避免了光電路交換路由器狀態(tài)的長期維護(hù)，適應(yīng)IP業(yè)務(wù)突發(fā)性強(qiáng)的特點(diǎn)，是在OPS技術(shù)成熟前一種可行的增強(qiáng)光網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性的交換結(jié)構(gòu)。

2.2光網(wǎng)絡(luò)分層分域

    在現(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)電路交換為主要交換結(jié)構(gòu)的模式下，為了提高網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性，將現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)分層和分域，構(gòu)建較小的路由域，可以有效地減少由于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大帶來的動(dòng)態(tài)性能的惡化。該技術(shù)中最重要的機(jī)制包括網(wǎng)絡(luò)路由域的劃分、分層結(jié)構(gòu)的劃分與動(dòng)態(tài)管理、業(yè)務(wù)請(qǐng)求的分層多域路由以及網(wǎng)絡(luò)信令過程。

    以自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)為例，采用分層分域結(jié)構(gòu)的光網(wǎng)絡(luò)可以有效的降低信令開銷，提高了網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。文獻(xiàn)[15]針對(duì)分層分域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的RSVP-TE算法有效地提高了光通道的建立速度。清華大學(xué)ASON試驗(yàn)平臺(tái)[16]上實(shí)現(xiàn)了分層分域路由和信令系統(tǒng)，通過在平臺(tái)上的測(cè)試，采用分層分域可以有效的減少信令信息的流量[17]，間接證實(shí)了分層分域可以提高網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性。

3、光網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性與可擴(kuò)展性的內(nèi)在聯(lián)系

    光網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性是光網(wǎng)絡(luò)智能化的體現(xiàn)，光網(wǎng)絡(luò)智能來自于每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都擁有足夠的網(wǎng)絡(luò)信息而成為智能光節(jié)點(diǎn)。從網(wǎng)絡(luò)智能的角度看，這種網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息越充分，通過各種算法達(dá)到網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)情況的可能性越大，光網(wǎng)絡(luò)所體現(xiàn)出來的智能性就越強(qiáng)。因此，靈活而智能的光網(wǎng)絡(luò)傾向于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的多樣化和復(fù)雜化，傾向于充分的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息在各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的交互。

    網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性是網(wǎng)絡(luò)本身基本特性之一。在網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參數(shù)越多，在節(jié)點(diǎn)間交互的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參數(shù)越多，網(wǎng)絡(luò)的過程越復(fù)雜，可擴(kuò)展性也越差。也就是說，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，由于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)過多，節(jié)點(diǎn)交互參數(shù)過多，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)操作產(chǎn)生計(jì)算復(fù)雜性太高或操作收斂時(shí)間過長的問題，也因此導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能的急劇惡化。

    綜合上面的分析，網(wǎng)絡(luò)的智能化和動(dòng)態(tài)特性的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性在很多場(chǎng)合下是相互制約的。可行的緩和這種制約關(guān)系方法是建立分層和分域的機(jī)制。使得在域內(nèi)以動(dòng)態(tài)特性即網(wǎng)絡(luò)智能化為主要設(shè)計(jì)導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性能的提高；同時(shí)，在域間以可擴(kuò)展性為主要目標(biāo)，簡化域間狀態(tài)的傳遞和信令過程，從而提高網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性。

 4  結(jié)束語

    在向智能光網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的過程中，動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò)越來越多地扮演舉足輕重的地位。光網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)啟動(dòng)、動(dòng)態(tài)路由和動(dòng)態(tài)資源優(yōu)化、動(dòng)態(tài)運(yùn)行中的信令傳輸、自動(dòng)恢復(fù)等動(dòng)態(tài)過程是智能光網(wǎng)絡(luò)智能控制、智能管理的集中體現(xiàn)。與此同時(shí)，動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò)中部分方法隨著光網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大迅速的失去了其動(dòng)態(tài)智能的優(yōu)勢(shì)，性能發(fā)生惡化，暴露出光網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性這個(gè)嚴(yán)肅命題。

    網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性與可擴(kuò)展性存在一定制約關(guān)系，分層分域可以有效的緩和這種相互制約，是未來光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要方向。

5  參考文獻(xiàn)

    [1]GNAUCKAH, CHARLET G, TRAN P, et al. 25.6-Tb/s WDM transmission of polarization-multiplexed RZ-DQPSK signals[J]. Journal of Lightwave Technology, 2008, 26(1):79-84.

    [2]Scalingopticaldata networks with Cisco wavelength routing [R]. white paper.Cisco System Inc, 2000.

    [3]ITU-TG.8080.Architecture for the automatic switched optical network (ASON)[S]. 2006.

    [4]GeneralizedMulti-ProtocolLabel Switching (GMPLS) Architecture[R]. IETF RFC 3945. 2004.

    [5]GHANIN,DIXIT S, WANG T. IP-over-WDM integration[J]. IEEE Communications Magazine, 2000, 38(3):72-82.

    [6]張杰,徐云斌,宋鴻升,等.自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)ASON[M].北京:人民郵電出版社,2004.

    [7]COMELLASJ,MARTINEZ R, PRAT J, et al. Integrated IP/WDM routing in GMPLS-based optical networks[J]. IEEE Network, 2003, 17(6): 22~27.

    [8]ITU-TG.7714.Generalized automatic discovery techniques[S]. 2001.

    [9]GENCATAA,MUKHERJEE B. Virtual-topology adaptation for WDM mesh networks under dynamic traffic[J]. IEEE/ACM Transactions on Networking, 2003, 7(2): 236-247.

    [10]ITU-TG.7713.Distributed call and connection management (DCM)[S]. 2001.

    [11]BergerL.Generalized multi-Protocol label switching (GMPLS) signaling resource reservation protocol-traffic engineering (RSVP-TE) extensions[R]. IETF RFC3473. 2003.

    [12]Ashwood-SmithP,Berger l. Generalized multi-protocol label switching (GMPLS) signaling constraint-based routed label distribution protocol (CR-LDP) extensions[S]. IETF RFC3472. 2003.

    [13]COLLED,DE MEESSCHALCK S, DEVELDERC, et al. Data-centric optical networks and their survivability [J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 200 2, 20(1): 6-20.

    [14]BATTESTILLIT,PERROS H. An introduction to optical burst switching[J]. IEEE Communications Magazine, 2003, 41(8):10-15.

    [15]YUXin,ZHENG Xiaoping, LI Yanhe, et al. A hierarchical extension to RSVP-TE for fast lightpath setup in automatically switched optical networks[J]. Photonic Network Communication, 2007, 13(1):67-78.

    [16]ZHENGXiaoping,ZHANG Hanyi. A large-scale ASON platform in Tsinghua University[C]//Proceedings of Conference on Network Architectures, Management, and Applications ,Nov 7-10, 2005, Shanghai, China. Bellingham, WA, USA: International Society for Optical Engineering, 2005.

    [17]HUANan,ZHENG Xiaoping, ZHANG Hanyi, et al. Design and implementation of a network node management system for a large-scale[C]//Proceedings of Optical Fiber Communication and the National Fiber Optic Engineers Conference (OFC/NFOEC 2007), May 25-29, 2007, Anaheim ,CA,USA. Piscataway, NJ, USA: IEEE Computer Society,2007.

作者簡介：

    萬辛，清華大學(xué)電子工程系在讀博士研究生，研究方向?yàn)橄乱淮饩W(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、IP-over-WDM、智能光網(wǎng)絡(luò)及其資源優(yōu)化、生存性等。鄭小平，清華大學(xué)電子工程系教授，從事光纖傳輸與網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)與科研工作。先后承擔(dān)或參與了4項(xiàng)國家“863”計(jì)劃項(xiàng)目、2項(xiàng)國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目；申請(qǐng)國家發(fā)明專利8項(xiàng)、其中4項(xiàng)已獲授權(quán)；在國內(nèi)外核心刊物上發(fā)表論文50余篇，其中SCI雜志17篇，EI雜志43篇。 張漢一，清華大學(xué)電子工程系教授、博士生導(dǎo)師，科研重點(diǎn)為光纖通信器件及系統(tǒng)。開展了可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器、可調(diào)諧濾波器、波分復(fù)用光通信系統(tǒng)、光交換、波長轉(zhuǎn)換技術(shù)、WDM全光通信網(wǎng)絡(luò)器件及系統(tǒng)等研究，完成鑒定成果10余項(xiàng)。已發(fā)表論文近200篇，專利10余項(xiàng)，獲得國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)、國家發(fā)明獎(jiǎng)、國家教委科技進(jìn)步獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)8項(xiàng)。