光互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)

摘要：光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的典型特征是高速寬帶、靈活可控、資源高效利用。光突發(fā)交換(OBS)結(jié)合了光電路交換和光分組交換的優(yōu)點，又克服了二者的不足，將成為下一代光互聯(lián)網(wǎng)的一種典型的核心支撐技術(shù)。文章分析和討論了OBS網(wǎng)絡(luò)增強型通用多協(xié)議標(biāo)記交換(GMPLS)控制面技術(shù)、多粒度光交換技術(shù)，以及光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點結(jié)構(gòu)模型、波長資源預(yù)留與調(diào)度機制、競爭解決機制、OBS網(wǎng)絡(luò)故障監(jiān)測技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)；還分析和討論了下一代光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的光虛擬專用網(wǎng)(OVPN)關(guān)鍵技術(shù)問題。文章指出為了增強目前光網(wǎng)絡(luò)在資源分配、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)質(zhì)量保障等方面缺乏與上層IP網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同支持，需要對網(wǎng)絡(luò)控制面體系結(jié)構(gòu)、流量工程和業(yè)務(wù)管理等方面加強研究。

關(guān)鍵詞：光突發(fā)交換；通用多協(xié)議標(biāo)簽交換；光互聯(lián)網(wǎng)；光虛擬專用網(wǎng)絡(luò)；資源預(yù)留；故障監(jiān)測

互聯(lián)網(wǎng)(Internet)業(yè)務(wù)的急劇增長驅(qū)動了高速傳輸技術(shù)和高速交換/路由技術(shù)的需求。密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)、吉比特(Gigabit)以太網(wǎng)與太比特(Terabit)級交換機/路由器的出現(xiàn)使得建立高效、大容量、高帶寬的光纖網(wǎng)絡(luò)成為可能。為了使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更具擴展性、靈活性和動態(tài)性，面向互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的下一代光網(wǎng)絡(luò)已由IP over SONET/SDH向IP over WDM網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。

目前以波分復(fù)用(WDM)為核心的光網(wǎng)絡(luò)在骨干網(wǎng)中占據(jù)著主導(dǎo)地位，其中基于光電路交換(OCS)網(wǎng)絡(luò)已廣泛部署應(yīng)用，但是它帶寬利用率低、靈活性差，不能很好適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的高速增長需要的缺陷愈來愈明顯。雖然光分組交換(OPS)是光交換的理想形式，但由于目前缺乏相關(guān)的支撐技術(shù)，暫時不能實用化。當(dāng)前光突發(fā)交換(OBS)是這兩種交換技術(shù)在實現(xiàn)難度和性能的折衷，它的交換粒度界于大粒度的波長和細(xì)粒度的分組之間，而技術(shù)實現(xiàn)較OPS簡單，另外組網(wǎng)能力又比OCS靈活高效。更重要的是，OBS同OPS一樣，能夠很好地支持突發(fā)性的分組業(yè)務(wù)。因此，OBS被認(rèn)為很有可能在未來光互聯(lián)網(wǎng)中扮演關(guān)鍵角色，可作為光網(wǎng)絡(luò)演進過程中最具有可實現(xiàn)性的一種交換技術(shù)。

此外，從光互聯(lián)網(wǎng)所承載業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢看，為適應(yīng)日益增長的帶寬密集型新應(yīng)用，如分布式存儲、E-Science、多業(yè)務(wù)融合等驅(qū)動了高性能虛擬專用網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展，在光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)虛擬專用網(wǎng)絡(luò)，已成為國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(如ITU-T、IETF)、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注的研究熱點。歐洲的GEANT2、NOBEL2項目，加拿大的CANet4光網(wǎng)絡(luò)項目中，均將其列為重要的研究內(nèi)容。本文研究的VPN網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化管理和調(diào)度、實現(xiàn)用戶可控VPN和基于VPN的組播，是基于光傳送網(wǎng)絡(luò)的新型VPN技術(shù)亟需解決的3個關(guān)鍵問題。

1 基于OBS的IP區(qū)分服務(wù)的光互聯(lián)網(wǎng)

1.1 光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

為了增強分組類WDM網(wǎng)絡(luò)的交換能力，簡化光信號處理，在OBS網(wǎng)絡(luò)中，傳輸和交換的基本數(shù)據(jù)單元為一個超級分組數(shù)據(jù)塊，即“光突發(fā)”，因此OBS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將不同于OCS和OPS，其中兩個顯著的特征就是：突發(fā)數(shù)據(jù)(DB)和突發(fā)控制分組(BHP)在傳輸和交換上保持松耦合關(guān)系，分別使用不同波長信道，通過BHP顯式地為DB提前預(yù)留資源；OBS網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點除完成核心節(jié)點交換和路由功能外，還需完成光突發(fā)的匯聚和解匯聚等。

OBS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，它包括核心交換層、聚集層和接入層。接入層對應(yīng)于不同的用戶網(wǎng)絡(luò)，可以是目前存在的各種網(wǎng)絡(luò)，如IP網(wǎng)、FR網(wǎng)、ATM網(wǎng)、SDH網(wǎng)等，也可以是終端用戶；聚集層主要任務(wù)是將接入層的數(shù)據(jù)匯聚到光層，該層由邊緣節(jié)點，即光邊緣路由器構(gòu)成；核心交換層主要任務(wù)是突發(fā)數(shù)據(jù)的全光域透明傳送、路由，該層由核心節(jié)點，即光核心路由器構(gòu)成。

在OBS網(wǎng)絡(luò)的邊緣處，由光邊緣路由器將抵達的IP分組裝配成突發(fā)。然后在OBS各中間節(jié)點上，常采用基于時間恰量(JET)協(xié)議的單向無確認(rèn)的資源預(yù)留方式，為光突發(fā)預(yù)留傳輸和交換所需要的資源。而且，資源預(yù)留常常以帶外信令方式進行，即數(shù)據(jù)信道與控制信道在物理上分離：控制信道專門傳送預(yù)留請求(即突發(fā)控制分組)；數(shù)據(jù)信道專門傳送突發(fā)數(shù)據(jù)，而且BHP的傳送比相應(yīng)的突發(fā)數(shù)據(jù)提前一定時間(即偏移時間)。

1.2 光互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

作為一項具有應(yīng)用前景和技術(shù)優(yōu)勢的低層的傳輸及交換技術(shù)，OBS能承載許多類型的上層應(yīng)用，而這些應(yīng)用通常有一定的服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求，如時延、分組損失率等。OBS如何像上層一樣提供QoS保障，現(xiàn)在更受重視。這不僅是OBS網(wǎng)絡(luò)對上層網(wǎng)絡(luò)QoS能力增強和延續(xù)，以使OBS不會僅作為傳輸通道而存在的需要；同時這也是未來光互聯(lián)網(wǎng)的重要特征。

雖然Qiao等人提出了一些基于偏移時間的OBS網(wǎng)絡(luò)QoS保障機制，但是它們卻是犧牲低優(yōu)先權(quán)業(yè)務(wù)性能，來實現(xiàn)高優(yōu)先權(quán)業(yè)務(wù)的低突發(fā)阻塞。此外，對于基于偏移時間的QoS機制還有一些重要問題尚不清楚：第一，迄今尚無基于偏移時間的OBS QoS機制如何支持因特網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)的區(qū)分服務(wù)(DiffServ)或者是集成業(yè)務(wù)(IntServ)標(biāo)準(zhǔn)。第二，對基于偏移時間的QoS機制，端到端(至少是邊緣到邊緣)IP包QoS性能還沒有被分析過或者評估過，而突發(fā)的QoS性能不同于IP包的QoS性能。事實上，數(shù)據(jù)突發(fā)的端到端延遲不代表IP包的端到端延遲，因為實時應(yīng)用的數(shù)據(jù)包可能會在突發(fā)匯聚階段被分開。第三，目前所有的研究都假定控制包(預(yù)留請求)沒有競爭發(fā)生。而事實上，當(dāng)來自不同邊緣路由器的多個控制包同時到達核心路由器時，尤其在基于固定定時器突發(fā)匯聚算法和常量偏移時間建立的情況下，該假定是不正確的。

針對上述問題，隆克平等在國家自然科學(xué)基金“網(wǎng)絡(luò)與信息安全”重大研究計劃面上項目“IP DiffServ over OBS網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵算法研究”的資助下，提出一種新的IP DiffServ over OBS光互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)[1-2]，稱為DS-OBS，如圖2所示。該結(jié)構(gòu)的思想在于：在邊緣路由節(jié)點執(zhí)行業(yè)務(wù)區(qū)分的突發(fā)匯聚，在核心節(jié)點對不同類的控制包進行不同的每一跳行為(PHB)處理，從而實現(xiàn)業(yè)務(wù)區(qū)分。

2 光互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

在國家杰出青年科學(xué)基金項目“新一代光互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)”、國家自然科學(xué)基金“網(wǎng)絡(luò)與信息安全”重大研究計劃面上項目“IP DiffServ over OBS網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵算法研究”、國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃資助項目(“863”計劃)“動態(tài)靈活光網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究”等資助下，隆克平等在IP DiffServ over OBS的網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)架下，從控制面技術(shù)、光交換節(jié)點結(jié)構(gòu)、波長資源預(yù)留與調(diào)度機制、競爭解決、故障監(jiān)測等多個方面深入研究了光互聯(lián)網(wǎng)核心關(guān)鍵技術(shù)，取得大量的創(chuàng)新性研究成果。

2.1 OBS網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下增強型GMPLS控制面技術(shù)

鑒于OBS被認(rèn)為是IP over WDM網(wǎng)絡(luò)最有前景的高速光交換技術(shù)之一，而通用多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)(GMPLS)也被作為支持IP和WDM融合的最有效的控制面技術(shù)之一，因此如何將GMPLS引入到OBS網(wǎng)絡(luò)中，讓兩者高效地結(jié)合及協(xié)調(diào)，為OBS網(wǎng)絡(luò)控制和管理提供好的技術(shù)手段，現(xiàn)在變得非常重要。

鑒于此，隆克平等針對OBS網(wǎng)絡(luò)環(huán)境特點，提出了增強型GMPLS，其結(jié)構(gòu)[3-5]。該結(jié)構(gòu)由OBS控制，GMPLS控制，操作、管理、維護和配置(OAMP)等模塊組成，OBS控制是通過各節(jié)點對BHP的操作和處理來實現(xiàn)的，其中主要有JET協(xié)議、邊緣匯聚算法和數(shù)據(jù)信道調(diào)度算法等；GMPLS控制是所有節(jié)點的GMPLS控制模塊在GMPLS控制信道(GCC)上運行GMPLS協(xié)議、相互交流合作的結(jié)果，它主要包含路由、信令、鏈路管理以及保護和恢復(fù)等功能；OAMP模塊是指網(wǎng)絡(luò)的操作、管理、維護和資源提供模塊，提供一個網(wǎng)絡(luò)的OAMP平臺以實現(xiàn)多樣化的網(wǎng)絡(luò)操作和管理(智能的或人工的)，如光設(shè)備和器件的配置和維護等。為了更好的支持OBS，GMPLS的路由、信令、鏈路管理協(xié)議需要進行一些增強和擴展。

(1)路由協(xié)議擴展

GMPLS路由協(xié)議的主要功能是為待傳送業(yè)務(wù)流提供路由信息，流量工程也是一個重要的功能。GMPLS-based OBS網(wǎng)絡(luò)在計算顯式路由(ER)時，路由上的鏈路和節(jié)點必須能同時滿足屬于同一業(yè)務(wù)流的BHP流和DB流的帶寬需求。DB的帶寬需求就是該業(yè)務(wù)流的帶寬需求，而BHP流的帶寬需求則可根據(jù)DB和BHP的數(shù)量關(guān)系計算得來。另外，在計算好的路由中，BHP的傳送路徑是事先指定的(標(biāo)簽交換路徑)；而DB的具體波長路徑則不事先指定，DB的具體路徑由路由上的各節(jié)點根據(jù)BHP攜帶的信息運行某些調(diào)度算法來決定；如果采用的是顯式路由，還可以將DB在每個節(jié)點的調(diào)度限制在某一個滿足帶寬要求的數(shù)據(jù)信道組(DCG)捆綁組里面。因此，GMPLS路由協(xié)議需要做一些支持OBS的擴展以支持這些新的功能，這可以通過在GMPLS路由協(xié)議里面增加一些類型/長度/值(TLV)來實現(xiàn)，需要新增的TLV有：BHP業(yè)務(wù)流參數(shù)TLV、DB業(yè)務(wù)流參數(shù)TLV和鏈路捆綁組標(biāo)識(ID)TLV。

(2)信令協(xié)議擴展

在GMPLS-Based OBS網(wǎng)絡(luò)中，用標(biāo)簽替代源地址和目的地址可以減少BHP的處理時間，加快BHP的轉(zhuǎn)發(fā)，從而減少偏置時間，提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量；另外，BHP的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)還可以為業(yè)務(wù)提供更好的QoS支持。在基于GMPLS控制面的OBS網(wǎng)絡(luò)中，GMPLS信令協(xié)議必須負(fù)責(zé)為BHP建立、修改和拆除端到端的標(biāo)簽交換路徑，包括BHP標(biāo)簽的分發(fā)和指定。在GMPLS-based OBS網(wǎng)絡(luò)中，由于OBS業(yè)務(wù)包的獨特傳輸形式，信令協(xié)議只需為BHP流建立標(biāo)簽交換路徑，而無需為DB建立具體的傳輸路徑，BHP標(biāo)記交換通道(LSP)的建立過程和方式與一般的GMPLS LSP是一致的。如果采用的是顯式路由(約束路由)，信令消息還必須把業(yè)務(wù)的需求參數(shù)告知路由上的各節(jié)點，這需要新增兩個TLV以實現(xiàn)對BHP和DB業(yè)務(wù)需求參數(shù)的支持；如果有將DB的調(diào)度限制在某一個捆綁組里面的需要，信令協(xié)議也必須把這些約束信息告知路由上的各節(jié)點，這可以通過在標(biāo)簽請求消息的顯式路由對象的顯式路由跳數(shù)(ER-Hop)TLV里面增加一個綁定鏈路組ID TLV來實現(xiàn)。另外，信令部分要能支持建議標(biāo)簽、雙向標(biāo)簽交換路徑和含有非編號鏈路路徑的建立。

(3)鏈路管理協(xié)議擴展

在基于GMPLS控制面的OBS網(wǎng)絡(luò)中，GMPLS鏈路管理協(xié)議的主要功能是動態(tài)地管理和監(jiān)控相鄰節(jié)點之間的所有鏈路資源，其中包括控制信令鏈路管理、鏈路綁定管理、BHP LSP與DB傳輸鏈路映射管理等。在網(wǎng)絡(luò)初始化的時候，鏈路管理協(xié)議需要完成GCC、控制信道組(CCG)和DCG的初始配置，提供參數(shù)協(xié)商、控制信令鏈路激活等功能，并交換相鄰節(jié)點鏈路資源信息，用來在OBS網(wǎng)絡(luò)運行過程中對鏈路捆綁組進行添加、刪除、合并、修改等動態(tài)管理，以及管理BHP LSP與DB的映射關(guān)系等。另外兩個重要功能就是對于鏈路連通性的監(jiān)測和鏈路保護/恢復(fù)。由于OBS網(wǎng)絡(luò)中DB和BHP的分離，而DB又是透明傳輸，因此對DB連通性的監(jiān)測非常重要。在整個網(wǎng)絡(luò)中的保護和恢復(fù)功能中，鏈路管理協(xié)議也可以實現(xiàn)對BHP LSP以及捆綁鏈路組的保護和恢復(fù)。此外，在鏈路管理部分中還可以增加信道的指配和管理模塊，以便在網(wǎng)絡(luò)運行的過程中實現(xiàn)對GCC、CCG和DCG 3種信道的分配、協(xié)調(diào)和動態(tài)管理。

2.2 多粒度光交換技術(shù)及光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點結(jié)構(gòu)模型

光交換/路由是光網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵的光節(jié)點技術(shù)，主要完成光節(jié)點處輸入/輸出光纖端口之間的光信號交換及路由。

光交換/路由的帶寬粒度可以是光纖級、波帶級、波長級、光突發(fā)級、光分組級甚至光比特級，其中多粒度光交換可明顯地增強光網(wǎng)絡(luò)的靈活性和帶寬利用率，并適合數(shù)據(jù)、語音等多種業(yè)務(wù)的高效傳輸。目前人們已提出了一些實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，如單層多粒度光交叉連接結(jié)構(gòu)、多層多粒度交叉連接結(jié)構(gòu)以及級聯(lián)式的多粒度光交換結(jié)構(gòu)。然而如何更進一步降低光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備成本以及減少多粒度光交換結(jié)構(gòu)對光信號傳輸質(zhì)量的損傷，是目前多粒度光交換技術(shù)的主要關(guān)注點。隆克平等分別提出了3種新型的多粒度光交換節(jié)點結(jié)構(gòu)。

為了最大限度地利用光網(wǎng)絡(luò)中的波長轉(zhuǎn)換器資源，隆克平等提出了一種波長/波帶共享轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。該共享結(jié)構(gòu)不僅實現(xiàn)了波長轉(zhuǎn)換器、波帶轉(zhuǎn)換器的共享，而且實現(xiàn)了波長轉(zhuǎn)換器與波帶轉(zhuǎn)換器之間的共享，即當(dāng)專用波帶轉(zhuǎn)換器用完后可使用波長轉(zhuǎn)換器進行波帶轉(zhuǎn)換。同時可通過節(jié)點間的信令，來實現(xiàn)多個節(jié)點之間共享波長/波帶轉(zhuǎn)換器。通過有效共享波長/波帶轉(zhuǎn)換器，降低了轉(zhuǎn)換器的數(shù)量，降低了成本。

在傳統(tǒng)光交叉連接結(jié)構(gòu)中，不需要交換的波帶/波長信號要占用波帶交叉矩陣、波長交叉矩陣的端口，造成了交叉矩陣端口的浪費。針對這種缺點，隆克平等提出了多粒度光交叉連接結(jié)構(gòu)，通過增加波帶/波長光分插復(fù)用器，只把需要交換的波帶/波長信號連接到波帶/波長交叉矩陣，從而降低了交叉矩陣的端口數(shù)量，降低了光節(jié)點設(shè)備的成本。

另外，隆克平等在傳統(tǒng)的多層多粒度光交叉連接結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了一種新型的多層多粒度光交叉連接(MG-OXC)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)增加了光纖交叉連接(FXC)與波長交叉連接(WXC)之間的連接模塊，并疏導(dǎo)需要進行光纖、波帶、波長交換的光信號進入相應(yīng)的交叉連接中進行交換，從而降低了信號失真與損耗，提高了交換靈活性。

在上述多粒度光交換技術(shù)基礎(chǔ)上，隆克平等還提出了一種新的混合光交換方式，即自適應(yīng)混合光交換，如圖3所示。該方式能根據(jù)源、目的邊緣節(jié)點對之間的業(yè)務(wù)流量的動態(tài)變化，自適應(yīng)地確定所需的光路數(shù)目，并盡量使光路的利用率接近1，來提高鏈路利用率；還能自適應(yīng)調(diào)整業(yè)務(wù)的光交換方式，來高效地支持突發(fā)性強的IP業(yè)務(wù)。同時自適應(yīng)混合光交換采用數(shù)據(jù)信道調(diào)度算法統(tǒng)一為光路和數(shù)據(jù)突發(fā)預(yù)留信道資源，降低了混合光交換的復(fù)雜度。

2.3 波長資源預(yù)留與調(diào)度機制

在OBS網(wǎng)絡(luò)中，資源預(yù)留協(xié)議與信道調(diào)度是一個核心問題。從理論上講，在OBS網(wǎng)絡(luò)中，資源預(yù)留可以是單向也可以是雙向的。但是，OBS一般常采取單向資源預(yù)留方式。通常資源預(yù)留協(xié)議處理在突發(fā)的端到端傳輸路徑上如何請求與預(yù)留傳輸資源，信道調(diào)度算法則是處理在傳輸路徑的某一段(Hop)上如何分配信道資源給特定的資源請求。也就是說，資源預(yù)留協(xié)議處理的是全局問題，而信道調(diào)度算法處理的是某一特定的局部問題。

目前已提出了許多資源預(yù)留協(xié)議，其中可分為三大類：一是正好到點(JIT)；二是基于有限時長預(yù)留(RLD)的水平時間軸；三是基于固定時長預(yù)留(RFD)的JET。它們間的主要區(qū)別在于：用什么方法告之光突發(fā)的起止位置、開始預(yù)留資源時間，以及預(yù)留何時結(jié)束并釋放資源。

用戶對資源的請求有兩種常見的方式：一種是立即預(yù)留，它允許用戶在提出資源占用時立即獲得該資源；另一種是提前預(yù)留，它允許用戶在請求資源前預(yù)留將要占用的資源。前面提出的這些資源預(yù)留方式均是針對立即預(yù)留模式，而隨著光子網(wǎng)格(LambdaGrid)的廣泛應(yīng)用，為了保障分布式計算任務(wù)的資源需求以及網(wǎng)格應(yīng)用的QoS，支持提前預(yù)留則顯得非常必要。目前CHEETAH、DRAGON和CAnet4等實驗網(wǎng)絡(luò)均支持提前預(yù)留，但是它們僅考慮了基于SONET或者Ethernet幀時隙機制的底層物理網(wǎng)絡(luò)，而沒有考慮基于OCS或OBS或OPS的低層WDM光網(wǎng)絡(luò)波長鏈路資源。針對這些問題，隆克平等提出了一種用戶請求彈性提前預(yù)留和調(diào)度機制[6]，該機制在波長資源的協(xié)同利用和用戶應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量保障上具有突出的優(yōu)勢。

2.4 競爭解決機制

在OBS網(wǎng)絡(luò)中，突發(fā)競爭是影響網(wǎng)絡(luò)性能的一個重要因素。為此，人們從時域、波長域和空域上提出了許多解決方案，但是在目前光緩存器還沒取得較大技術(shù)進展的情況下，僅偏射路由對光緩存器的性能和數(shù)量要求較低，因而備受關(guān)注。針對這種情況，隆克平等提出了一種可調(diào)參數(shù)偏射路由算法[7]，它能同時高效地解決偏射條件、偏射策略和偏射路徑優(yōu)化等3個重要問題。

與其他方法相比較，它具有一定的優(yōu)勢：既注重對網(wǎng)絡(luò)總體性能的改善，也注重對各優(yōu)先級突發(fā)的QoS保障。另外，與基于最短路徑尋徑策略相比，它對端到端時延也有明顯的改善。此外，隆克平等還提出了一種自競爭避免方案[8]，它通過在邊緣節(jié)點控制突發(fā)控制包和突發(fā)包的發(fā)送時間，避免了同一數(shù)據(jù)流中的突發(fā)之間產(chǎn)生競爭，即避免了自競爭。該方案只需邊緣節(jié)點的支持，對核心節(jié)點無太多要求，簡化了實現(xiàn)，降低了系統(tǒng)開銷。

2.5 光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)故障監(jiān)測技術(shù)

隨著WDM技術(shù)的進步，每波長信道的傳送速率越來越高，單根光纖復(fù)用的信道數(shù)越來越多，網(wǎng)絡(luò)容量也越來越大，這些使得網(wǎng)絡(luò)故障的影響也越來越嚴(yán)重。因此，網(wǎng)絡(luò)故障管理技術(shù)(包括快速的故障檢測、定位，有效的保護恢復(fù)策略和快速有效的故障修復(fù)與排除)的高效性將對光互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展至關(guān)重要。

隆克平等根據(jù)OBS網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和信令機制的特點，鑒于“逐跳校驗”模型對故障監(jiān)測和隔離的高效特性，引入了探測突發(fā)的概念[9]，即網(wǎng)元節(jié)點以某種特定方式向數(shù)據(jù)信道發(fā)送探測突發(fā)，并在每個下一跳節(jié)點監(jiān)測探測突發(fā)的誤碼情況，分析其誤碼特點，依此來評估每兩個節(jié)點間的數(shù)據(jù)信道狀態(tài)，判斷被監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)是否有故障發(fā)生。該機制不需要對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行光/電/光(OEO)變換，從而不破壞數(shù)據(jù)信道的全光透明特性。

以探測突發(fā)為基礎(chǔ)，針對數(shù)據(jù)信道的全光透明特性和統(tǒng)計復(fù)用特性，隆克平等在協(xié)議層提出了基于探測突發(fā)的數(shù)據(jù)信道性能與故障監(jiān)測機制，它充分保留了單跳校驗?zāi)Ｐ偷膬?yōu)點，而又不需要數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進行光電轉(zhuǎn)換；在WDM層提出了基于告警冗余過濾的故障監(jiān)測辦法，它能有效過濾傳統(tǒng)監(jiān)測機制在光突發(fā)交換環(huán)境下必然產(chǎn)生的過多誤告警信息。通過上述方法，可以將光層的故障迅速反映到電層，在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)。以探測突發(fā)為基礎(chǔ)的監(jiān)測機制，可以為生存性所需要的快速保護倒換或恢復(fù)提供快速準(zhǔn)確的告警信息；為管理維護目的故障定位，提供準(zhǔn)確詳盡的軟硬故障信息。

3 新型光虛擬專用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃資助項目(“863”計劃)“基于智能光網(wǎng)絡(luò)的新型虛擬專用網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)”的資助下，隆克平等還將研究新型光虛擬專用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。這里所探討的光虛擬專用網(wǎng)絡(luò)特指基于SONET/SDH同步時分復(fù)用、虛級聯(lián)，WDM光路虛拓?fù)涞鹊拇笕萘扛邘掚娐愤B接方式的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)，這是開展未來分布式計算網(wǎng)格(Grid)、E-Science、視訊流媒體等寬帶新業(yè)務(wù)應(yīng)用的理想技術(shù)手段。

當(dāng)前在光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域已被廣泛研究并積累了大量成果的WDM光網(wǎng)絡(luò)波長路由機制和算法、多粒度交換和流量疏導(dǎo)機制和算法、光路虛拓?fù)湓O(shè)計機制和算法、光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的連接保護恢復(fù)生存性設(shè)計等為光虛擬專用網(wǎng)絡(luò)研究提供了豐富的理論基礎(chǔ)；大量的優(yōu)秀的已被商用或?qū)⒈簧逃玫墓I(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，例如SDH鏈路虛級聯(lián)和鏈路容量自適應(yīng)調(diào)整技術(shù)，ITU-T、IETF、OIF等國際標(biāo)準(zhǔn)化組織所制訂的GMPLS路由、連接配置信令、鏈路資源管理等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也為光虛擬專用網(wǎng)絡(luò)提供了豐富的可實施的技術(shù)支撐。因此，光虛擬專用網(wǎng)絡(luò)將成為新一代光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的重要主導(dǎo)業(yè)務(wù)。

雖然學(xué)術(shù)界和工業(yè)界已積累了豐富的實施新型光虛擬專用網(wǎng)絡(luò)可資利用的理論和技術(shù)基礎(chǔ)，光虛擬專用網(wǎng)絡(luò)作為一種光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)新業(yè)務(wù)，有其本身特定的技術(shù)需求，需要研究和開發(fā)適應(yīng)光虛擬專用網(wǎng)絡(luò)特點的理論基礎(chǔ)和技術(shù)方法。

隆克平等當(dāng)前的工作主要圍繞VPN網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化管理和調(diào)度、實現(xiàn)用戶可控VPN和基于VPN的組播3個方面開展，并取得了一些初步的理論研究成果[10-14]。主要體現(xiàn)在用戶可控虛擬專用網(wǎng)絡(luò)的功能和技術(shù)需求分析、面向多組播光VPN環(huán)應(yīng)用的光分組沖突偵聽和避免方法、多目的沖突避免的GMPLS組播標(biāo)記交換路徑建立方法、VPN光樹的水平保護方法、VPN客戶邊節(jié)點的雙歸保護方法等。近期目標(biāo)是研究用戶可控VPN的實現(xiàn)方法并開發(fā)用戶可控VPN原型試驗平臺。

4 結(jié)束語

隨著近年來WDM技術(shù)的不斷進步，網(wǎng)絡(luò)在傳輸容量上較過去有了較大的提高，使得困擾光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的核心問題不再是傳輸容量的提高，而是轉(zhuǎn)化為在當(dāng)前持續(xù)快速增長的IP業(yè)務(wù)環(huán)境下，如何改善和提高光網(wǎng)絡(luò)模型、光網(wǎng)絡(luò)控制面體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議的適應(yīng)性和有效性。由于當(dāng)前光網(wǎng)絡(luò)模型、體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議存在著許多不足，其中主要表現(xiàn)在以下兩個方面：一是目前光網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)靈活性、網(wǎng)絡(luò)可管理性、業(yè)務(wù)應(yīng)用模式均不理想；二是在資源分配、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、QoS保障等方面還缺乏與上層IP網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同支持。自然地，建立在這種模型、體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議基礎(chǔ)之上的光網(wǎng)絡(luò)將肯定不能高效靈活地承載IP業(yè)務(wù)，從而嚴(yán)重制約光網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，因此網(wǎng)絡(luò)控制面體系結(jié)構(gòu)、流量工程和業(yè)務(wù)管理與控制體系等將是下一步要開展研究的重點。

5 參考文獻

[1] LONG Keping， TUCKER R S， WANG Chonggang. A new framework and burst assembly for IP diffServ over optical burst switching networks [C]//Proceedings of IEEE GlobalTelecommunications Conferenc(GLOBECOM’03): Vol 6， Dec 1-5， 2004， San Francisco， CA， USA .New York， NY，USA: IEEE， 2003: 3159-3164.

[2] 隆克平.《國家自然科學(xué)基金“網(wǎng)絡(luò)與信息安

全”重大研究計劃面上項目“IP DiffServ over OBS 網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵算法研究”(課題編號90304004)結(jié)題報告》[R]. 2006.

[3] LONG Keping， ZHANG Yi， YANG Xin. Generalized MPLS (GMPLS) architecture's extensions for Optical Burst Switch network [R]. draft-long-gmpls-obs-00.txt. 2005.

[4] 隆克平.《國家“863”計劃面向十一五快速啟動引導(dǎo)課題“動態(tài)靈活光網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究”(課題編號2005AA122310)技術(shù)報告》[R].2006.

[5] 隆克平. 《國家杰出青年科學(xué)基金項目“新一代光互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)”(課題編號60725104)技術(shù)報告》[R].2008.

[6] 鄭環(huán)， 陽小龍， 隆克平. 一種網(wǎng)格計算環(huán)境下WDM網(wǎng)路由和波長分配算法 [J]. 重慶郵電大學(xué)學(xué)報， 2007，19(1): 90-94.

[7] 陽小龍， 隆克平， 黃勝. 可調(diào)參數(shù)偏射路由：一種光突發(fā)競爭解決算法 [J]. 光電子激光， 2005，16(12): 1454-1458.

[8] 徐昌彪， 隆克平， 黃勝. 光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)中的競爭解析 [J]. 通信學(xué)報， 2004，25(12):76-81.

[9] 王汝言， 常交法， 隆克平. 一種光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)的故障監(jiān)測與定位機制 [J]. 光電子#8226;激光， 2006，17 (12):1477-1481.

[10] 彭云峰， 隆克平. 《國家“863”計劃專題課題“基于智能光網(wǎng)絡(luò)的新型虛擬專用網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)”(課題編號2007AA01Z246)技術(shù)報告——用戶可控虛擬專用網(wǎng)絡(luò)的功能特征和技術(shù)需求》[R].2008.

[11] PENG Yunfeng， DU Shu， LONG Keping. Group-multicast capable optical virtual private ring with contention avoidance [C]. Submitted to APOC Conference， 2008.

[12] DU Shu， PENG Yunfeng， LLONG Keping. A distributed multicast label switched path setup scheme to solve the multi-destination reservation collision [C]. Submitted to APOC Conference， 2008.

[13] PENG Yunfeng， LONG Keping. Horizontal protection for multicast optical virtual private networks [C]. Submitted to APOC Conference， 2008.

[14] DU Shu， PENG Yunfeng， LONG Keping. CE Dual-homing Protection with Two Active Access Links for Layer 1 VPN [C]. Submitted to APOC Conference， 2008.

收稿日期：2008-05-23

作者簡介

隆克平，電子科技大學(xué)通信與信息工程學(xué)院副院長、博士生導(dǎo)師，光互聯(lián)網(wǎng)研究中心主任，國家杰出青年科學(xué)基金獲得者，研究方向為高可信互聯(lián)網(wǎng)理論與技術(shù)、光互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)、寬帶無線接入技術(shù)、電信增值業(yè)務(wù)等。主持承擔(dān)了國家級基金項目40余項，申請國際發(fā)明專利4項、國內(nèi)專利11項，發(fā)表論文200余篇(含國際會議特邀論文5篇)、國際會議特邀報告5次，出版譯著2部。

陽小龍，電子科技大學(xué)光互聯(lián)網(wǎng)與移動信息網(wǎng)研究中心教授、博士，主要研究方向為光互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。已參加國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項目(“973”計劃)、國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃資助項目(“863”計劃)、國家自然科學(xué)基金13項，發(fā)表論文60余篇，申請專利4項。

彭云峰，電子科技大學(xué)光互聯(lián)網(wǎng)與移動信息網(wǎng)研究中心副教授、博士，主要研究方向為光互聯(lián)網(wǎng)理論和技術(shù)。已發(fā)表論文10余篇，其中SCI收錄5篇、EI收錄11篇。現(xiàn)主持國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃資助項目(“863”計劃)1項。