采用GMPLS实现IP和光学层集成所面临的问题

2002年08月24日

在将光纤网和互联网集成的过程中,通信设备设计工程师要以更高的效率和性价比满足用户的需求,为实现上述目标,需要对IP和光学层进行更为紧密的集成,并对当前通信交换环境中的协议进行标准化,本文讨论的一种解决方案是通用多协议标记交换(GMPLS)标准,着重讨论光路的动态参数定义和恢复问题。

光技术的进步促使远程网络摆脱了容量和距离限制,而不断下跌的器件价格则使光纤网在城域网甚至接入网中成为可能。同时,用户对带宽的需求也急剧上升。目前,数据业务已全面超过传统的语音和专线集成业务,业界面临的最为突出的挑战就是互联网协议(IP)与光学层的集成问题,它将成为互联网下一阶段扩展的中心环节。

为了实现最大的潜在利益,IP业务尤其需要增强智能水平并提高灵活度,它有助于运营商和提供商摆脱目前的窘境,提供利润更高的IP业务。

GMPLS的前景

不同的标准制订组织正致力于互联网各业务层的简化,由互联网工程任务组(IETF)提出的通用多协议标记交换正引起广泛关注。

GMPLS源自早期的多协议标记交换(MPLS)架构和光网互连论坛(OIF)定义的光用户网络(O-UNI)。GMPLS将层2有关网络链接的信息(如带宽、利用率和延迟)集成至层3(IP层)。这种紧集成将为网络运营商提供足够的灵活度,在出现链接失败、阻塞或瓶颈时,使光网中的通信流量转向其它路由。

GMPLS是光网中进行动态光路参数定义的一种可选策略。该标准制订组织的努力有助于在互联网协议和光网中为链接管理、拓扑搜索、路由、信令和可生存性设定一组通用协议。

GMPLS是MPLS在光传输覆盖模型中的自然延伸,对于多个客户层(包括IP)的动态内联采用开放式平台。GMPLS的控制架构提供一套简单而成熟的协议。因此,全光交换机将用到的整套网络部件(NE)应能采用标准信令,响应动态通信业务流向和网络重配置。

GMPLS提供给控制平面的新智能还有助于网络管理,许多为IP网络开发的高级智能资源工程概念(如受限路由和通信业务工程)正得以进入光领域。此外,GMPLS中的广域通用控制平面有助于提供商和运营商提供更为广泛的动态业务。

GMPLS还与网络运营和发展的两大核心任务(动态光路参数定义和恢复)息息相关。

动态光路参数定义方法

网路动态光路参数定义有两条路径:基于通信管理论坛(TMF)标准的集中式管理平面和基于GMPLS的分布式控制平面。

上述两种方法在主要的动态光路参数定义环节(邻节点搜索、拓扑搜索、路由计算和光路建立)上存在一些明显的差异。下一代网络提高效率的一条有效途径就是在这些动态光路参数定义环节中使GMPLS获得最佳应用。

管理平面方法采用分层的集中式管理架构。在网络核心,单元管理系统(EMS)控制交叉连接。每个子网络层(如城域网)则由单独的EMS控制。所有的EMS均在其分层结构的顶部向整体网络管理系统(NMS)报告(参见图1)。

EMS中,采用集中式管理平面架构进行动态光路参数定义和邻节点搜索很大程度上是一个手工过程。每个连接和端口均加以标识,然后再进入系统。一旦节点和端口标识符信息有效并进行配置,拓扑将根据邻节点搜索的数据进行编辑。在大多数管理系统中,该过程很大程度上也由手工完成。

NMS/EMS可根据拓扑数据库计算路由,即计算基本的和备份的数据路径。这些系统保证路径是独立于物理资源的,这样两条路径将不会承担相同的故障风险。一旦确定了路由信息,EMS将在每个网络部件中建立光路径并利用TL-1、SNMP或其他消息配置网络部件。

与管理平面不同,控制平面采用分布式架构,这样GMPLS就成为光网的极佳解决方案。除了因其分布式特点而带来的较大网络灵活度之外,控制平面架构还支持容易出错的劳动密集过程的自动化处理。

在图2突出显示的设备中,节点利用新的链接管理协议(LMP)对邻节点自动检测并采集端口状态信息,然后生成端口状态数据库,这些处理都无需手工操作,因为核心网及其子网中的间距容易造成逻辑故障,而自搜索过程所需的时间远小于手工搜索,这保证了快速的业务动态光路参数定义。

随着中心局(CO)和边远地区中光纤应用的增多,自搜索还避免了端口数据手工采集过程中出现的故障。自搜索的另一优势是可用来排除光纤配线中的故障。

对基于GMPLS的分布式控制平面架构中的拓扑搜索,搜索数据将广播至网络中的其他节点。该操作通过采用内部网关协议(IGP),如开放式最短路径优先(OSPF)或中介系统至中介系统(IS-IS)加以实现,再扩展至GMPLS。因此,每个节点的控制软件中均含有整个拓扑数据库的备份。

路由计算在每个网络部件中进行,并不由某个集中位置完成。当请求到达一个节点并要求计算到达任意其他节点的路径时,局域节点信息就能参考拓扑数据库的局域备份。

然后,NE将计算使数据从一个节点传送至其他节点的路由,利用信令协议建立光路。与GMPLS关联的两个协议是带有传输流工程扩展的资源保留建立协议(RSVP-TE)和受限标记分布协议(CR-LDP)。

架构比较

我们有必要对管理平面架构和控制平面架构进行比较,这样有助于构造高效快速并具成本效益的优化动态光路参数定义的控制方法。图3给出了两种架构的常规比较。

对于邻节点搜索,管理平面架构存在的主要问题在于手工操作费时费力并且容易出错。控制平面架构中没有手工操作,而是采用网络部件间的邻节点搜索协议LMP自动完成。GMPLS和控制平面架构在邻节点查询上具有明显的优势。此外,控制平面架构还自动进行拓扑搜索。

两种架构的路由计算方法也存在显著的差异。在管理平面架构中,NMS根据所有的拓扑、光路和物理资源库存信息计算路由并存储在中央单元中。这意味着在该架构中计算的光路将比在控制平面架构中计算的光路效率更高。

这是由控制平面架构中邻节点、拓扑和资源数据的分布式特性决定的。在分布式数据库中,并非所有用于优化路由计算的光路级信息均有效。因此,管理平面架构可得到经过优化的高效路由计算。这有助于运营商在其网络中更好地利用现有的资源。

两种架构在光路建立过程中也具有可比性。随着控制平面在所有的网络部件中采用信令协议,管理平面对钟形NMS自上而下完成分层配置的光路建立。虽然两种机制并不相同,但两种情形的复杂度是类似的,其结果都是建立期望的光路。

两种平面优点的综合

对不同参数的相对强度进行合理分配即可得到综合了控制平面架构和管理平面架构优点的整体解决方案。

这样的架构实际上需要将某些控制平面和管理平面器件组合在混合架构中。邻节点搜索出现在控制平面架构中,通过LMP由网络部件平衡基于GMPLS的自搜索,以增强自动处理能力并提升速率。该信息还将传送至中央存储库中的更高层EMS。

这样拓扑搜索成为一项集中式管理平面功能,其数据将不再广播至网络中的所有部件。也就是说,允许EMS进行路由和光路建立,从而利用了管理平面提供的高效率和高精确度。

混合架构的总体目标是在光纤网交换中提供最佳效率,并在混合架构中使基于GMPLS的控制平面架构应用于动态光路参数定义过程。这样既可采用集中式管理平面方法,也可采用分布式控制平面方法,具体取决于网络特征的一致性。对于动态程度始终较高的网络,控制平面架构是个不错的选择；而对于动态程度始终较低的网络,管理平面则已足够。