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。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò)；可擴(kuò)展性；動(dòng)態(tài)路由；信令

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(zhǎng)。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(zhǎng)交換和波長(zhǎng)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(yíng)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(yíng)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(guó)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。控制平面和傳送平面中的層網(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(jiǎn)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(jiǎn)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(kù)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。可拓展性可以定義為網(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(jiǎn)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(jiǎn)化

光網(wǎng)絡(luò)核心路由器狀態(tài)的簡(jiǎn)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(jiǎn)，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(zhǎng)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(zhǎng)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(jiǎn)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] GNAUCK A H， 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] Scaling optical data networks with Cisco wavelength routing [R]. white paper.Cisco System Inc， 2000.

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

[4] Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS) Architecture[R]. IETF RFC 3945. 2004.

[5] GHANI N， 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] COMELLAS J， 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-T G.7714. Generalized automatic discovery techniques[S]. 2001.

[9] GENCATA A， 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-T G.7713. Distributed call and connection management (DCM)[S]. 2001.

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

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

[13] COLLE D， 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] BATTESTILLI T， PERROS H. An introduction to optical burst switching[J]. IEEE Communications Magazine， 2003， 41(8):10-15.

[15] YU Xin， 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] ZHENG Xiaoping， 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] HUA Nan， 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.

收稿日期：2008-05-25

作者簡(jiǎn)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(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目、2項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目；申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利8項(xiàng)、其中4項(xiàng)已獲授權(quán)；在國(guó)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(zhǎng)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(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)、國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)、國(guó)家教委科技進(jìn)步獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)8項(xiàng)。