魏学勤 孙刚
摘 要：自动交换光网络（ＡＳＯＮ）控制平面的路由协议是由传统的路由协议结合光网络的特点扩展而来的。传统的路由协议包括了ＯＳＰＦ，ＩＳ－ＩＳ和Ｐ－ＮＮＩ协议，这里则讨论了光层路由协议的模型，对传统路由协议的扩展，以及路由协议的具体设计三个方面。对传统路由协议的扩展，主要包含了如下几个方面的扩展：光链路相关的定义、带外控制信道的支持、对光网络中保护和恢复功能的支持；对分层次路由的支持；对传送网分配地址的支持。在具体设计中，讨论了协议数据包和链路广播两个方面的内容。
主题词：光通信 自动交换光网络 控制平面 路由技术 光网络
自动交换光网络简介
自动交换光网络（ＡＳＯＮ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）可以分为三个平面，即传送平面、控制平面和管理平面。传送平面负责用户数据的端到端传送，可以基于ＳＤＨ，也可以基于光传送网（ＯＴＮ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）。控制平面是ＡＳＯＮ的核心，功能主要包括快速建立和拆除端到端连接、分布式修改和维护拓扑数据库以及分布式链路资源管理。管理平面提供对其他两个平面的管理。
目前国际电信联盟（ＩＴＵ－Ｔ）、因特网工程任务组（ＩＥＴＦ）和光网络互联论坛（ＯＩＦ）在下一代智能光网络方面制定了一系列标准规范和草案。各个电信设备制造商也正在加紧ＡＳＯＮ节点设备的研发，烽火通信科技股份有限公司的ＡＳＯＮ节点设备也即将推向商用化市场。而在ＡＯＳＮ节点设备的研发中，控制平面的研发是最为关键的一点。
控制平面采用三种协议实现，即链路管理协议（ＬＭＰ：Ｌｉｎｋ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、路由协议和信令协议。ＬＭＰ用于发现光网络邻居，管理本地链路资源，并将光链路属性传递给控制平面路由协议用于全网络泛洪。路由协议泛洪光网络拓扑，用于条件约束路径计算。信令协议根据路由计算的结果进行端到端连接。本文重点介绍控制平面路由协议。
控制平面路由协议模型
ＩＥＴＦ针对光网络的特点，定义了控制平面路由协议的协议模型。如图１所示。
该协议模型采用ＩＰ路由协议成熟的泛洪机制，对泛洪的内容进行修改，采用不透明链路状态广播（Ｏｐａｑｕｅ ＬＳＡ）代替ＩＰ路由协议的链路状态广播（ＬＳＡ）。Ｏｐａｑｕｅ ＬＳＡ包含光链路属性，协议采用ＩＰ路由协议的泛洪机制广播Ｏｐａｑｕｅ ＬＳＡ。
根据该协议模型，控制平面路由协议根据链路管理协议提供的光邻居节点信息，向邻居光节点发送光链路信息数据包。邻居光节点收到该数据包后，将根据包内Ｏｐａｑｕｅ ＬＳＡ的序号，决定是否向自己的邻居光节点转发。维护控制网络的ＩＰ路由协议只负责数据包的转发，不需要在控制网络的所有节点进行泛洪。该协议将大大减少光网络拓扑收敛的时间。
控制平面路由协议扩展
控制平面路由协议主要增加了对以下四个方面的支持。
１．光链路相关的定义
控制平面路由协议支持光链路。光链路的属性不同于一般链路。为了便于条件约束路径计算部分计算最佳路径，对光链路的属性进行了定义，包括接口交换能力、ＳＤＨ复用、级联等。
光网络的特点是光链路数量多，这将导致全网泛洪的链路状态信息量极大，因此，需要在保证系统性能的前提下，减少泛洪的数据量。为此，控制平面路由协议定义了流量工程链路：当相邻光节点间有多条链路时，如果这些链路的属性相同，可以将这些链路看作一条逻辑链路，称为流量工程链路，即ＴＥ链路。ＴＥ链路的使用可以大大减少需要泛洪的数据量。
２．带外控制信道
控制平面路由协议支持带外控制信道，即控制平面可以和传送平面分离。传送平面的故障不会影响控制平面的正常工作，这使ＡＳＯＮ系统可以支持Ｍｅｓｈ网恢复，不需要依靠传统光网络的环网保护。
３．保护和恢复
ＡＳＯＮ可以采用多种保护方式和Ｍｅｓｈ网恢复机制。Ｍｅｓｈ网恢复和其他几种保护方式有所不同，对于恢复链路的选择有严格的要求。源节点必须根据工作标记交换通道（ＬＳＰ：Ｌａｂｅｌ Ｓｗｉｔｃｈ Ｐａｔｈ）和当前网络的资源利用状况，计算恢复ＬＳＰ。为了支持Ｍｅｓｈ网恢复机制，控制平面路由协议采用共享风险组表示具有同样失效类型的链路或者节点。
４．分层次路由
控制平面路由协议可以实现分层次路由。路由层数不受协议本身的限制，因此可以用于组建大型网络。控制平面路由协议包括域内路由协议和域间路由协议。域内没有区域的概念，也没有骨干区域的限制。采用分层次路由域有助于进一步减少网络内泛洪的数据量。
５．传送网分配地址
在ＡＳＯＮ网络中传送网分配地址（ＴＮＡ Ａｄｄｒｅｓｓ：Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｓｓｉｇｎｅｄ Ａｄｄｒｅｓｓ）为某一光节点上接入用户的标识符，用户可以采用该地址发起交换连接或者软交换连接。通常，控制平面路由协议的条件约束路径计算需要指定源ＴＮＡ和目的ＴＮＡ地址。因此，控制平面路由协议的一个重要功能是泛洪ＴＮＡ信息，以便所有的光网络边界节点 ＵＮＩ－Ｎ可以获得全部用户地址，用于条件约束路径计算。
具体设计
１．协议数据包
控制平面路由协议由于采用ＩＰ路由协议的泛洪机制，因此，同样采用ＩＰ路由协议定义的５种协议数据包，分别为Ｈｅｌｌｏ包、数据库描述包、链路状态请求包、链路状态更新包和链路状态应答包。除了Ｈｅｌｌｏ包之外，其他４类包的定义与标准ＯＳＰＦ协议类似。
ＩＰ路由协议中，Ｈｅｌｌｏ包负责发现邻居并维持邻居关系。但在控制平面路由协议中，Ｈｅｌｌｏ包的功能为确认邻居，并确保控制平面路由协议工作正常。这是因为如果控制网络采用带外通道，控制网络和光传送网络的拓扑就可能不同（图２）。
控制网络节点发现的邻居不一定是光传送网络的邻居，例如控制平面Ｂ，Ｄ节点为邻居，但是光传送网中Ｂ，Ｄ节点并不为邻居。因此，控制平面路由协议的邻居发现功能采用ＬＭＰ完成。控制平面路由协议从ＬＭＰ获得邻居光节点的ＩＤ和接口信息后，将通过和邻居光节点交换链路状态信息来形成邻接。
２．链路状态广播（ＬＳＡ）
控制平面路由协议使用Ｏｐａｑｕｅ ＬＳＡ描述ＴＥ链路。每个ＬＳＡ记录一条ＴＥ链路，光网络中所有ＴＥ链路的ＬＳＡ存储在控制平面链路状态数据库中。对于节点、链路属性以及可到达用户地址采用ＴＬＶ（Ｔｙｐｅ Ｌｅｎｇｔｈ Ｖａｌｕｅ）格式描述，包括节点ＴＬＶ、链路ＴＬＶ和ＴＮＡ地址ＴＬＶ。控制平面路由协议重点对链路属性ＴＬＶ做了进一步扩展，定义了一定数量的Ｓｕｂ－ＴＬＶ用于描述光链路属性。
３．接口交换能力属性Ｓｕｂ－ＴＬＶ
光层路由协议支持具有不同交换能力的接口。接口交换能力可以是时隙交换、波长交换或者波段交换等。一条链路两端的接口可以具有不同的交换能力，同一节点的接口也可以有不同的交换能力。
光层路由协议的ＴＥ链路ＬＳＡ只携带本地的接口交换能力。节点根据链路状态数据库确定一条链路是单向还是双向。对于双向链路，节点根据链路状态数据库确定远端的接口交换能力。对于单向链路，则认为链路两端具有相同的接口交换能力。
４．保护和恢复属性Ｓｕｂ－ＴＬＶ
ＡＳＯＮ可以采用多种保护方式和Ｍｅｓｈ网恢复机制。Ｍｅｓｈ网恢复和其他几种保护方式有所不同，对于恢复链路的选择有严格的要求。源节点必须根据工作ＬＳＰ和当前网络的资源利用状况，计算恢复ＬＳＰ。光层路由协议采用共享风险组（ＳＲＧ：Ｓｈａｒｅｄ Ｒｉｓｋ Ｇｒｏｕｐ）表示具有同样失效类型的链路或者节点，即共享风险链路组（ＳＲＬＧ：Ｓｈａｒｅｄ Ｒｉｓｋ Ｌｉｎｋ Ｇｒｏｕｐ）和共享风险节点组（ＳＲＮＧ：Ｓｈａｒｅｄ Ｒｉｓｋ Ｎｏｄｅ Ｇｒｏｕｐ）。
如图３所示，每条ＴＥ链路都属于某个ＳＲＬＧ，这里假设每个节点所属的ＳＲＮＧ不同。
恢复ＬＳＰ的选择有一个前提条件，即工作ＬＳＰ和恢复ＬＳＰ的所有链路必须属于不同的ＳＲＬＧ，节点必须属于不同的ＳＲＮＧ。选择恢复ＬＳＰ必须遵守这一个条件，如果不遵守这个前提条件，可能导致恢复ＬＳＰ不能建立。
例如，Ｃ—Ｄ和Ｘ—Ｙ的光纤位于同一根光缆中，因此同属于ＳＲＬＧ６。工作ＬＳＰ为Ｃ—Ｄ。如果不遵守前提条件，恢复ＬＳＰ可以选择为Ｃ—Ｘ—Ｙ—Ｄ。但是，如果ＳＲＬＧ６出现故障，恢复ＬＳＰ将不能建立。因此，应当选择Ｃ—Ｘ—Ａ—Ｂ—Ｙ—Ｄ作为恢复ＬＳＰ。
对于多条工作ＬＳＰ选择恢复ＬＳＰ，如果工作ＬＳＰ的ＳＲＬＧ和ＳＲＮＧ没有冲突，则恢复ＬＳＰ可以共享使用相同的ＴＥ链路。为了减少数据量，可只记录ＴＥ链路已经分配的恢复带宽的最大值，而不记录每条ＬＳＰ在该ＴＥ链路上共享的恢复带宽。
如果多条工作ＬＳＰ存在ＳＲＬＧ和ＳＲＮＧ冲突，可以选择完全不重合的恢复ＬＳＰ。如果没有完全不重合的ＬＳＰ可供选择，也可以共享某些ＴＥ链路，但是需要增加该ＴＥ链路的恢复带宽，以确保当一个ＳＲＬＧ或者ＳＲＮＧ失效，造成多条ＬＳＰ失效的情况可以得到恢复。
因此，为了实现Ｍｅｓｈ网恢复，光层路由协议必须泛洪每条ＴＥ链路的ＳＲＬＧ，恢复带宽，以及保护的ＳＲＬＧ和ＳＲＮＧ列表。
５．层次属性Ｓｕｂ－ＴＬＶ
为了支持层次路由，光层路由协议增加了层次属性Ｓｕｂ－ＴＬＶ，包括高层路由控制器ＩＤ（ａｎｃｅｓｔｏｒ ＲＣ ＩＤ）和层次路由控制器列表（Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ ｌｉｓｔ）。高层路由控制器ＩＤ标识ＴＥ链路所属的路由域，用于自下而上的链路属性汇总广播。层次路由控制器列表用于标识链路从上到下广播经过的路由域。
例如，在自下而上的链路属性汇总广播中，域内链路的高层路由控制器ＩＤ为本域的路由控制器节点，如路由域ＣＤ１中的域内链路的高层路由控制器ＩＤ为Ｎ１。当在域中存在至少两个边界节点时，路由控制器开始使用计算域内边界到边界ＴＥ链路的方法聚合域内拓扑。例如，Ｌｅｖｅｌ１层路由控制器节点Ｎ１将获得聚合链路ＢＮ３—ＢＮ１，然后，Ｎ１将在本路由域内广播该聚合链路。应当注意，这些聚合链路是抽象链路，与在Ｌｅｖｅｌ０层路由域中需要配置的域内ＴＥ链路是不同的。域间链路的层次属性必须经过配置，才能在网络内自动泛洪。如图４所示，链路ＢＮ１—ＢＮ２配置为Ｌｅｖｅｌ２层的链路，即高层路由控制器ＩＤ为Ｎ５，Ｎ３和Ｎ１交换信息后，生成汇总信息向Ｌｅｖｅｌ２层的Ｎ５传递，Ｎ５收到该信息，认为该链路属于本路由域，将在区域内泛洪。链路ＢＮ２—ＢＮ１的广播类似，唯一不同的地方是在Ｌｅｖｅｌ１层，Ｎ２的信息需要由Ｎ４汇总后，传递到Ｌｅｖｅｌ２层的Ｎ６。
总 结
ＡＳＯＮ控制平面路由技术是整个ＡＳＯＮ网络的核心技术之一，目前还在进一步的研究之中。ＩＴＵ－Ｔ主要侧重于路由体系结构的研究，ＩＥＴＦ主要是对现有的域内路由协议ＯＳＰＦ和ＩＳ－ＩＳ进行了扩展，以便支持光传送网路由的需要。而ＯＩＦ则主要关注Ｅ－ＮＮＩ接口的路由协议的制定。控制平面路由协议的进一步改善必将促进ＡＳＯＮ的发展。
随着技术的进步和完善，各个电信设备制造商将会陆续推出ＡＳＯＮ设备。缩减运营成本和投资成本，是ＡＳＯＮ设备在电信网中应用最根本的目的和动力。
摘自 世界电信
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