自动交换光网络的信令控制方式研究

随着WDM传送技术的高速发展和WDM联网技术的日益成熟，业务提供商正在面临着一个新的问题：如何以较高的性价比来有效地治理数量不断增加的波长，以便他们能为终端用户提供快速可靠的通信服务。同时当前数据业务不可猜测的流量模型要求一个更加智能化的光纤核心网络以提供良好的扩展能力，灵活的选路和链路配置、保护恢复和高效的网管，自动交换光网络(ASON)正是在这种背景下应运而生。ASON是一种能够自动完成网络连接的新型网络。他由控制面、传送面和治理面3个平面组成。控制面技术是其核心，利用控制面能够实施动态交换。一些协议如GMPLS正在逐渐的应用到ASON控制面中来。控制面的主要功能包括信令和路由。本文主要就ASON的信令控制方式进行探讨和研究。
1　光网络的信令控制方式
只有大量可用波长还谈不上就形成了光联网技术。一个完整的光网络还必须包括监控、治理和信令交互等功能。光网络的处理对象主要是光载波，因此对于客户信号的传送、复用、选路和监视等处理主要都是在光域进行。由于光传送网协议的透明性，在一个子网中可能存在多种形式的协议流，所以光传送网需要有自己的治理信息结构和开销方案，同时基于光域特定的开销方案也需要有相应的信令控制方式，可以选择多种控制方式来进行控制。
1．1　独立控制信道
在波长数量较多，波长资源丰富的情况下，最轻易想到的就是采用专门的波长作为独立信令通道，也就是独立控制信道方式。他又有两种可能的形式：纤内和纤外，两者都属于共路形式。
(1)纤内单独控制波长信道
最常见的就是采用光监控信道(OSC)来传递控制信息。为了能对控制信息进行处理，在目前全光处理技术还不成熟的情况下需要进行光电转换和电光转换。独立控制信道方式的结构示意图如图1所示。入纤通过波分解复用器，分离出单独的控制波长作为信令通路。在此通路上， MPLS/GMPLS节点可以发送和接受标签分布协议(LDP)或者资源预留协议(RSVP)等信令信息。在本地进行了电光转换后，通过对信令信息的处理，获取路由和控制信息进而控制波长交换矩阵对数据波长进行交换选择，从而完成光通道的建节点进行交互，或者本地节点有新的路由请求产生等，节点还必须把新的信令信息进行电光转换，调制信道控制波长并与其他数据波长一同经过复用后由出纤再进行传输。
　
(2)纤外独立控制信道
纤外控制信道方式工作方式与前面描述的纤内独立控制信道方式基本类似，略有不同。他采用纤外方式，控制信道在与数据通道完全独立的载体上传输，比如可以以电的形式或者是单独的光纤。他的最大好处是安全性高，能完全满足光网络对信令网的要求。在数据通路光纤失效的情况下控制通路不受影响，仍然可以安全的发布告警信息和进行光路的保护与恢复信令传输，确保数据的完整传输。然而他的坏处也显而易见：任何光网络和控制网络拓扑上的差异都会严重影响LSP的选路和恢复过程。
1．2　嵌入式控制信道
在波长数目较少，波长资源不丰富的情况下，单独开辟一个通道就显得比较浪费。更加有效的方案是将波长带宽资源的一部分用来传输MPLS/GMPLS信令，剩下的部分传输数据净负荷。这也就是图2所示的嵌入式控制信道方式。入纤通过波分解复用器，分离出控制/数据波长和其他数据波长。控制/数据波长在经过O-E转换后，分离成信令信息和数据负荷信息并通过数据负荷中的控制信息对数据净负荷部分进行标签处理、路由和转发。同时分离出的信令信息通过波长交换矩阵为其他的数据波长通道进行交换，建立光
通路。这种方式仍然需要O-E和E-O转换，数据净负荷信息包需要电的标签处理过程。因为需要将控制部分从数据包中分离出来，数据流的连续性会受到一定的影响，此外对通道进行O-E转换还会给LSP带来额外的延迟。他的最大好处就是波长利用率高。
1．3　副载波调制信道
第3种方案是如图3所示的副载波复用技术(SCM) 。SCM的通道带宽理论上可以达到Mb/s的量级，这对MPLS/GMPLS信令需求来说已经可以满足。他的工作过程如下：入纤在经过解复用器后，分解成N个工作波长，他们在接入到波长交换矩阵的同时也接入到副载波调制信道并首先对其进行副载波提取，然后对提取到的信令信息进行处理，控制相应的接入到光交换矩阵的波长通道通过OXC进行波长交换和光通路建立，最后把本地的信令信息进行副载波调制并插入到相应的数据波长中，然后经过复用器复用至出纤中进行传输。
　
　
1．4　三种信令控制实现方式的性能比较
至今已采用的或提议的实现OCH-OH的方法有3种：
(1)光监视通路(OSC) 。
(2)数字“包封器”(Digital“Wrapper”) 。
(3)副载波调制(SCM) 。
分别对应于前面所讨论的3种信令控制方式。他们各有优缺点。其中OSC方式属于共路方式，数字包封技术和SCM属随路。这里主要比较一下后两者的性能，如表1所示。从中可以发现采用数字包封技术具有更好的性能。
2　一种混合信道信令控制方式
随着WDM技术的日新月异，单纤容纳的波长数已经有160波分的投入商用，实验室的测试已经有上千波长的成功报道，波长资源相对丰富。可以设想，光纤网络将会向多纤、高复用度发展，波长资源相应变得丰富，那么前面提到的独立控制信道方式将会获得更多的应用。结合目前热门的ASON技术，分析和综合前面提到的几种信令控制方式，提出了一种新的混合信道控制方式：默认波长和专用控制信道相结合的方式。他可以通过结合共路OSC和随路数字包封技术
18来实现。他既可以采用控制信道与数据通道分离的形式，控制信令主要通过带外信道来传输从而确保可靠性；也支持默认波长同时传输数据和信令的方式。在默认波长的方式下，节点要传输数据时首先采用默认波长传输，当数据到达IP引擎时，将在进行转发的同时，进行巨量流判别，假如判定是巨量流，将调用波长分配协议，指定并建立起相应的光路，同时通知节点把数据全部转移到已经建立的通路上直接传输，而不再进行路由判别与转发，实现直通传输，否则仍然采用默认波长进行转发。在传输完毕后IP引擎拆除光路。在这种方式下，最大的好处就是这个默认波长同时传输信令和数据。在专用控制信道方式下，节点首先通过专用控制信道发起连接请求。GMPLS控制平面在响应连接请求后建立相应的光路，之后返回一个确认信息到发起的节点，从而节点可以传输数据，在传输完毕后，发出一个拆除链路的请求，完成释放链路的工作。采用这种综合设计的方式有明显的好处：首先保证了控制信道的强壮性，即使默认波长信道出现拥塞，或者信道损坏的情况下还可以采用专用信道，反之亦然。
　
混合信道控制方式示意图如图4所示。工作过程如下：
(1)发端节点如有数据需要发送，首先加载到默认波长上。
(2)然后被所经过的最短路径上的IP路由器逐跳存储/转发。
(3)IP路由引擎根据到来流进行判别，一旦被判定为一个持续时间长的巨量流，就尽量为其分配一个专用的波长通道或者虚波长通道。
(4)一旦分配成功，建立了一跳直通光路，则通过专用控制信道通知上游节点，将数据直接转移到已经建立的直通光路上进行发送，从而中间节点无需再进行转发处理。
(5)在传输完毕时，上游节点通过专用信道发起拆线请求，拆除前面建立的光路，完成本次传输。
(6)由于所有长数据流的起始部分以及所有的短数据流和所有的控制信息都要通过缺省波长以存储转发方式一跳接一跳地转发到目的节点，当网络的业务量较大并且以短数据流为主时，由于大部分业务量都通过缺省波长传输而其他多数波长空闲，从而导致网络拥塞以及时延性能变差时， GMPLS控制平面监测到这一情况，将后面的部分信令传输改用专用控制信道进行传输。
(7)上游节点通过专用信道发出请求， GMPLS控制平面在响应连接请求后建立相应的光路，之后返回一个确认信息到发起的节点，从而节点可以传输数据，在传输完毕后，发出一个拆除链路的请求，完成释放链路的工作。
(8)另外在独立控制信道为纤外的情况下，假如默认控制/数据波长光纤出现故障时，可以迅速通过前外控制信道进行告警和快速恢复。
　
3　基于GMPLS的ASON控制平面
GMPLS实际上就是把各自的不同层次的控制面使用统一的信令和协议统一起来，方便不同技术背景的设备使用统一的控制治理接口来互连互通。在这里使用GMPLS系列协议进行控制信令的交互。连通域间和域内控制平面，实现统一的控制。他们之间的信令流程图如图5所示。可以看出，设计的控制信令方式很好地满足了ASON的控制平面需要。通过信令控制方式控制平面可以实现GMPLS治理、路由、路径计算、信令、邻居发现和链路治理等，其中在信令当中主要考虑带GMPLS扩展的RSVP(当然也可以采用带扩展的CR-LDP) 。
4　结　语
本文在总结和比较已有的3种信令控制技术的基础上，提出了一种新的信令控制技术，并采用他较好地满足了自动交换光网络的控制面设计和信令网要求。此信令控制方式结合了共路和随路传送的优点，采用了默认波长和专用波长相结合的方式，有助于光信道层的带宽治理、动态维护和在光域上提供保护、恢复能力，并增加网络的存活性，能够很好地满足日益发展的光网络的需要。