基于GMPLS和OBS结合的光互联网络体系研究

IP业务每6个月翻番对通信网络造成了极大的处理压力和性能挑战，这要求IP网络能提供T比特级传输速率、大容量、高性能和低延迟快速包传输。同时光交换和DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing）光传输系统提供了爆炸性的容量增长。因此提出不通过ATM层或SDH层，而基于DWDM直接传送IP包的网络传输结构。下一代光互联网是一个融合的网络，光突发交换（Optical Burst Switch，OBS）与通用多协议标签交换（Cen-eralized Multiprotocol Label Switching，GMPLS）的结合已经成为人们关注的焦点，也关系到OBS的应用前景。如何能够很好地将GMPLS和OBS有效结合起来形成光互联网络体系是目前研究的热点。

1 MPLS和GMPLS控制平台

多协议标签交换（Multiprotocol Label Switching，MPLS）作为一种新的Internet骨干网技术正倍受瞩目，他能够在IP无连接网络中创建连接型服务，利用定长的标记将第2层的转发和第3层的路由分开，利用传统第2层转发硬件，除去复杂的控制信令而采用灵活的IP路由协议。MPLS能够解决当前Internet中存在的许多问题，同时能实现传统IP网络无法实现的QoS、流量工程（TrafficEngineering，TE）等功能。

GMPLS是MPLS向光层的扩展和延伸，并继承了几乎所有MPLS的特性和协议，但是两者还是存在本质上的很大差别。 GMPLS是一个正在标准化的公共控制平台协议，他统一了各层设备的控制平面，各层交换设备都使用同样的信令来完成对用户平面的控制。同时GMPLS扩展了建立标签交换路径（Label Switched Path，LSP）的概念，允许在通道两端同种标签交换设备间建立LSP。GMPLS规定了一些MPLS所没有的特殊功能，如双向LSP建立，以及为光网络的扩展性引入的绑定链路、无编号链路。

GMPLS同时覆盖了光层和电层，是一种将电层包交换技术与光层波长交换技术有机融合。下一代光互联网从传统电主导的4层网络体系演进到光主导的IP-over-DWDM两层网络体系结构如图1所示。

GMPLS采用基于约束的路由技术可以实现流量工程和快速选路，满足对QoS的要求，因此，GMPLS在流量工程中可以取代ATM，而快速选路可完全可以取代SO-NET／SDH的保护／恢复技术。如图1所示，使用IP／GM-PLS控制平台可以使传输网络完全跨过ATM和 SO-NET／SDH两层，直接实现IP-over-DWDM。

2 OBS网络

DWDM技术为光传输系统提供T比特级带宽，同时传统的电交换路由器已经不能提供飞速增长的因特网流量所要求的高数据传输率，O／E／O（光／电／光）转换成为瓶颈问题，因此如何充分利用光网络的带宽是下一代光因特网发展的关键。OBS的粒度介于电路交换和分组交换，用户数据（例如IP包）在边缘路由器中进行装配和拆分，以突发包（data burst）形式在OBS网络中传输，而相应的控制分组（control packet）携带该突发包的相关信息（如包长、偏置时间和优先级等），以一定的偏置时间（offsettime）提前发送出去，为数据包预留资源并建立传送链路，在核心路由器中进行控制信息的处理。由于突发包与控制分组分别在不同信道或波长中传输，因此O／E／O转换只在控制信道上进行，而突发包中的数据可以直接实现全光传输。

OBS中有WR-OBS，JET，JIT，JBT等资源预留协议，图2为目前有关OBS网络理论研究普遍采用的JET（just e-nough time）机制。突发包将从节点0传送到节点n要经过n+1个节点，假设控制分组在每个节点的处理时间为tp。相邻的两个节点的传输时间为tp‘，则突发包与控制分组之间的偏置时间to则大于等于n×tp’+n×tp。中间节点在控制分组到达时，根据该分组所携带的信息，估计突发包数据可能到达的时间并为其分派一个可以使用的波长信道。突发包在边缘节点等待to后，沿着各个中间节点为其分配的波长信道传送。在JET中采用单向预约方式，即突发包是在没有收到确认信号的情况下发送。由于to可以基本保证各个节点预先估计出突发包到达时间，所以在采用JET机制的OKS网络中可以不需要光缓存器。

3 基于GMPLS的OBS网络

利用GMPLS的OBS网络保留了传统的OBS技术的特点，控制分组与突发数据包在不同的波长上传送，以及采用JET资源预留机制等；同时又吸收GMPLS一些扩展的技术，在IP层与光层都加上能统一管理的标签，以及在路由、信令、链路管理协议上进行一些有针对性的增强和扩展。OBS和基于GMPLS网络能够得到有效结合的前提包括以下：

（1）两者都是由边缘节点、核心节点和WDM链路组成（OBS网络在边缘节点将输入分组封装成突发包，并产生控制分组；GMPLS网络在边缘节点将输入分组划分成等同转发类FEC，并分配标记）；

（2）两者都采用带外信令传输方式，载荷数据流在网络中都可实现透明传送和交换；

（3）GMPLS网络可以用标签交换技术在入口／出口路由器之间建立半永久的数据通道，OBS网络可以通过控制分组在人口／出口边缘节点问为载荷建立透明的数据通道；

（4）GMPLS采用嵌套标记交换路径LSP概念，支持波长信道级、波长组级和光纤级、SDH级等多粒度交换。有理由考虑通过协议扩展和节点结构的改善，也支持光突发分组的交换。

利用GMPLS协议可以实现OBS网络中信令的传送和配置等功能。在OBS网络中引入GMPLS技术，可为其提供统一的控制和管理。将控制信道和数据交换信道进行分离，标签信息在控制包中，控制包应与GMPLS的控制平面成为一体。LOBS使用单独的标签波长与数据波长，具有非零的偏置时间，与光分组交换（optical packetswitch）相比较，LOBS中的标签及相应的突发包中的标签及其净荷在时间和空间上更松散，标签处理和突发包之间及突发包及其标签之间的同步也相对不迫切。偏置时间的存在为LOBS提供了区分服务。在LOBS中每一个突发数据流对应一个标签，在每一个交换节点上都对标签信息、波长号、偏置时间等控制信息执行电处理操作，因此不同LSP通路上的突发数据流无需进行光／电／光变换就完全可以进行业务整合。基于GMPLS技术的OBS网络模型 （以下简称GLOBS网络）如图3所示。

4 关键技术

GMPLS体系结构的关键技术包括信令技术、路由技术和链路资源管理技术等。为了支持OBS网络，GMPLS对MPLS标签进行了扩展，使得标签不但可以用来标记传统的数据包，还可以标记TDM时隙、光波长、光波长组、光纤等；为了充分利用光网络的资源，GMPLS对原有的路由协议、信令协议做了修改和扩展，并设计一个全新的链路管理协议LMP（Link Management Protocol）。

（1）标签。GMPLS设计了专用的标签格式，标签支持对时隙、波长、波带以及光纤标识。使用这些专用的标签格式可以在非分组交换的标签交换路由器（LSR）之间建立起标签交换通道（LSP）。除了定义上面的通用标记外，还为实现非分组交换的LSP定义新的功能，包括上游建议标记、标记组以及双向LSP的建立，这些功能是MPLS所不具备的。双向LSP的建立有助于缩短连接的建立时间和在出现故障时加速保护与恢复的实现。

（2）信令协议。GMPLS定义了2种信令协议：一种是基于受限路由的标记分发协议（CR-LDP）；另一种是基于流量工程扩展的资源预留协议（RSVP-TE）。两种协议都有各自的优缺点，但是他们实现的功能基本相同，都能满足GMPLS网络对信令系统的要求。在GLOBS网络中，人口的LSR使用RSVP-TE和CR-LDP协议在通道上进行标签的绑定，利用标签来代替源节点和目的节点地址可以减少控制包的处理时间，加快转发的速度，减少了偏置时间。GMPLS信令协议必须负责为BHP建立、修改和拆除端到端的标签交换路径，而无需为DB建立具体的传输路径。另外，信令技术还支持对流量工程能力和生存性能力的增强。

（3）路由协议。GMPLS在MPLS的路由协议基础上又对其进行扩展和加强，从而支持链路状态信息的传送。GMPLS对路由协议的扩展主要包括对未编号链路，链路保护类型，共享风险链路组信息，接口交换能力描述符和带宽编码等的支持。在GLOBS网络中，传送突发数据包的路径具有不确定性，因此需对路由协议的修改决定突发包的具体路径。由于控制包的传送路径可以通过信令技术创建，则突发包的传送路径可以由路由上的节点根据控制包携带的信息来确定。

（4）链路管理协议

GMPLS定义专门的链路管理协议（LMP）管理终端链路的连接，其内容包括控制信道管理、链路属性关联、链路连接性验证和故障隔离／定位。在GLOBS网络中，采用专用信道（与数据信道分离）承载控制信息，LMP对GM-PLS控制信道（GCC）、控制信道组（CCG）和数据信道组（DCG）的配置来协商链路的属性，并交换相邻节点的链路资源信息，使两端节点有相同的链路参数，可以动态地改变链路特性，而且可以管理控制包链路交换通路和数据突发包的映射关系等。此外，LMP还定义两个功能模块：链路连通性查证和故障管理／定位。

5 结语

基于GMPLS的OBS为支持IP-over-DWDM的网络提供了快速而有效的IP包传送。他通过将标签交换作为包的传送方式，不仅低延迟，而且能使网络达到T比特级的传输速率。尽管这一解决方案尚有很多关键技术需要深入研究，但方案的解决将大大满足不断增长的带宽需要，对全光网络的未来发展产生深远的影响。

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