基于ＧＭＰＬＳ的ＯＢＳ網絡技術

摘 要：GMPLS(通用多協議標簽交換)是MPLS 技術向光網絡發展的產物。描述GMPLS和MPLS控制平臺的區別，介紹引用GMPLS協議作為控制平面的OBS網絡。提出的網絡結構是在OBS的突發控制包中用通用標簽代替源節點和目的節點地址，并使用GMPLS協議棧對路由協議、信令功能以及鏈路管理協議進行增強和擴展以便更好地支持OBS網絡。

關鍵詞：通用多協議標簽交換；光突發交換；IPoverDWDM;標簽交換路徑

中圖分類號：TP393文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)08-144-03

GMPLSbased OBS Network Technology

LAN Lidan1，YANG Muqing2

(1.Computer Science College，Southcentral University for Nationalities，Wuhan，430074，China;

[JZ]2.Network Technique Center，Southcentral University for Nationalities，Wuhan，430074，China)

Abstract：Generalized MultiProtocol Label Switching(GMPLS)is an inevitable result of MPLS extension to optical network.This paper describes the difference between GMPLS and MPLS control plane protocol，and introduces an Optical Burst Switching (OBS) network which uses GMPLS as a control plane.The proposed system is to replace the source and destination address with an optical label in the OBS Burst Control Packet(BCP)，and uses GMPLS upon enhancing and extending the signaling，routing and link management in order to support OBS network well.

Keywords：GMPLS;optical burst switching;IPoverDWDM;LSP

IP業務每6個月翻番對通信網絡造成了極大的處理壓力和性能挑戰，這要求IP網絡能提供T比特級傳輸速率、大容量、高性能和低延遲快速包傳輸。同時光交換和DWDM( Dense Wavelength Division Multiplexing) 光傳輸系統提供了爆炸性的容量增長。因此提出不通過ATM層或SDH層，而基于DWDM直接傳送IP包的網絡傳輸結構。下一代光互聯網是一個融合的網絡，光突發交換（Optical Burst Switch，OBS）與通用多協議標簽交換（Generalized Multiprotocol Label Switching，GMPLS）的結合已經成為人們關注的焦點，也關系到OBS的應用前景。如何能夠很好地將GMPLS和OBS有效結合起來形成光互聯網絡體系是目前研究的熱點。

1 MPLS和GMPLS控制平臺

多協議標簽交換（Multiprotocol Label Switching，MPLS）作為一種新的Internet骨干網技術正倍受矚目，他能夠在IP無連接網絡中創建連接型服務，利用定長的標記將第2層的轉發和第3層的路由分開，利用傳統第2層轉發硬件，除去復雜的控制信令而采用靈活的IP路由協議。MPLS能夠解決當前Internet中存在的許多問題，同時能實現傳統IP網絡無法實現的QoS、流量工程（Traffic Engineering，TE）等功能。

GMPLS是MPLS向光層的擴展和延伸，并繼承了幾乎所有MPLS的特性和協議，但是兩者還是存在本質上的很大差別。GMPLS是一個正在標準化的公共控制平臺協議，他統一了各層設備的控制平面，各層交換設備都使用同樣的信令來完成對用戶平面的控制。同時GMPLS擴展了建立標簽交換路徑（Label Switched Path，LSP）的概念，允許在通道兩端同種標簽交換設備間建立LSP。GMPLS規定了一些MPLS所沒有的特殊功能，如雙向LSP建立，以及為光網絡的擴展性引入的綁定鏈路、無編號鏈路。

GMPLS同時覆蓋了光層和電層，是一種將電層包交換技術與光層波長交換技術有機融合。下一代光互聯網從傳統電主導的4層網絡體系演進到光主導的IPoverDWDM兩層網絡體系結構如圖1所示[13]。

GMPLS采用基于約束的路由技術可以實現流量工程和快速選路，滿足對QoS的要求，因此，GMPLS在流量工程中可以取代ATM，而快速選路可完全可以取代SONET/SDH的保護/恢復技術。如圖1所示，使用IP/GMPLS控制平臺可以使傳輸網絡完全跨過ATM和SONET/SDH兩層，直接實現IPoverDWDM。

2 OBS網絡

DWDM技術為光傳輸系統提供T比特級帶寬，同時傳統的電交換路由器已經不能提供飛速增長的因特網流量所要求的高數據傳輸率，O/E/O（光/電/光）轉換成為瓶頸問題，因此如何充分利用光網絡的帶寬是下一代光因特網發展的關鍵。OBS的粒度介于電路交換和分組交換[4]，用戶數據（例如IP包）在邊緣路由器中進行裝配和拆分，以突發包（data burst）形式在OBS網絡中傳輸，而相應的控制分組（control packet）攜帶該突發包的相關信息（如包長、偏置時間和優先級等），以一定的偏置時間（offset time）提前發送出去，為數據包預留資源并建立傳送鏈路，在核心路由器中進行控制信息的處理。由于突發包與控制分組分別在不同信道或波長中傳輸，因此O/E/O轉換只在控制信道上進行，而突發包中的數據可以直接實現全光傳輸。

OBS中有WROBS，JET，JIT，JBT等資源預留協議，圖2為目前有關OBS網絡理論研究普遍采用的JET（just enough time）機制。突發包將從節點0傳送到節點n要經過n+1個節點，假設控制分組在每個節點的處理時間為tp，相鄰的兩個節點的傳輸時間為tp′，則突發包與控制分組之間的偏置時間to則大于等于n×tp′＋n×tp。中間節點在控制分組到達時，根據該分組所攜帶的信息，估計突發包數據可能到達的時間并為其分派一個可以使用的波長信道。突發包在邊緣節點等待to后，沿著各個中間節點為其分配的波長信道傳送。在JET中采用單向預約方式，即突發包是在沒有收到確認信號的情況下發送。由于to可以基本保證各個節點預先估計出突發包到達時間，所以在采用JET機制的OBS網絡中可以不需要光緩存器。

3 基于GMPLS的OBS網絡

利用GMPLS的OBS網絡保留了傳統的OBS技術的特點，控制分組與突發數據包在不同的波長上傳送，以及采用JET資源預留機制等；同時又吸收GMPLS一些擴展的技術，在IP層與光層都加上能統一管理的標簽，以及在路由、信令、鏈路管理協議上進行一些有針對性的增強和擴展。OBS和基于GMPLS網絡能夠得到有效結合的前提包括以下：

（1） 兩者都是由邊緣節點、核心節點和WDM鏈路組成（OBS網絡在邊緣節點將輸入分組封裝成突發包，并產生控制分組;GMPLS網絡在邊緣節點將輸入分組劃分成等同轉發類FEC，并分配標記）；

（2） 兩者都采用帶外信令傳輸方式，載荷數據流在網絡中都可實現透明傳送和交換；

（3） GMPLS網絡可以用標簽交換技術在入口/出口路由器之間建立半永久的數據通道，OBS網絡可以通過控制分組在入口/出口邊緣節點間為載荷建立透明的數據通道；

（4） GMPLS采用嵌套標記交換路徑LSP概念，支持波長信道級、波長組級和光纖級、SDH級等多粒度交換。有理由考慮通過協議擴展和節點結構的改善，也支持光突發分組的交換。

利用GMPLS協議可以實現OBS網絡中信令的傳送和配置等功能。在OBS網絡中引入GMPLS技術，可為其提供統一的控制和管理。將控制信道和數據交換信道進行分離，標簽信息在控制包中，控制包應與GMPLS的控制平面成為一體。LOBS使用單獨的標簽波長與數據波長，具有非零的偏置時間，與光分組交換（optical packet switch）相比較，LOBS中的標簽及相應的突發包中的標簽及其凈荷在時間和空間上更松散，標簽處理和突發包之間及突發包及其標簽之間的同步也相對不迫切。偏置時間的存在為LOBS提供了區分服務\\[5\\]。在LOBS中每一個突發數據流對應一個標簽，在每一個交換節點上都對標簽信息、波長號、偏置時間等控制信息執行電處理操作，因此不同LSP通路上的突發數據流無需進行光/電/光變換就完全可以進行業務整合\\[6\\]。基于GMPLS技術的OBS網絡模型(以下簡稱GLOBS網絡)如圖3所示。

4 關鍵技術

GMPLS體系結構的關鍵技術包括信令技術、路由技術和鏈路資源管理技術等。為了支持OBS網絡，GMPLS 對MPLS 標簽進行了擴展，使得標簽不但可以用來標記傳統的數據包，還可以標記TDM 時隙、光波長、光波長組、光纖等;為了充分利用光網絡的資源，GMPLS對原有的路由協議、信令協議做了修改和擴展，并設計一個全新的鏈路管理協議LMP(Link Management Protocol) 。

（1）標簽。

GMPLS設計了專用的標簽格式，標簽支持對時隙、波長、波帶以及光纖標識。使用這些專用的標簽格式可以在非分組交換的標簽交換路由器(LSR)之間建立起標簽交換通道(LSP)。除了定義上面的通用標記外，還為實現非分組交換的LSP定義新的功能，包括上游建議標記、標記組以及雙向LSP的建立，這些功能是MPLS所不具備的。雙向LSP的建立有助于縮短連接的建立時間和在出現故障時加速保護與恢復的實現。

（2）信令協議。

GMPLS定義了2種信令協議：一種是基于受限路由的標記分發協議(CRLDP)；另一種是基于流量工程擴展的資源預留協議(RSVPTE)。兩種協議都有各自的優缺點，但是他們實現的功能基本相同，都能滿足GMPLS網絡對信令系統的要求。在GLOBS網絡中，入口的LSR 使用RSVPTE和CRLDP 協議在通道上進行標簽的綁定，利用標簽來代替源節點和目的節點地址可以減少控制包的處理時間，加快轉發的速度，減少了偏置時間。GMPLS信令協議必須負責為BHP建立、修改和拆除端到端的標簽交換路徑，而無需為DB 建立具體的傳輸路徑。另外，信令技術還支持對流量工程能力和生存性能力的增強。

（3）路由協議。

GMPLS在MPLS的路由協議基礎上又對其進行擴展和加強，從而支持鏈路狀態信息的傳送。GMPLS對路由協議的擴展主要包括對未編號鏈路，鏈路保護類型，共享風險鏈路組信息，接口交換能力描述符和帶寬編碼等的支持。在GLOBS網絡中，傳送突發數據包的路徑具有不確定性，因此需對路由協議的修改決定突發包的具體路徑。由于控制包的傳送路徑可以通過信令技術創建，則突發包的傳送路徑可以由路由上的節點根據控制包攜帶的信息來確定。

（4） 鏈路管理協議

GMPLS定義專門的鏈路管理協議(LMP)管理終端鏈路的連接，其內容包括控制信道管理、鏈路屬性關聯、鏈路連接性驗證和故障隔離/定位。在GLOBS網絡中，采用專用信道(與數據信道分離)承載控制信息，LMP對GMPLS控制信道(GCC)、控制信道組(CCG)和數據信道組(DCG)的配置來協商鏈路的屬性，并交換相鄰節點的鏈路資源信息，使兩端節點有相同的鏈路參數，可以動態地改變鏈路特性，而且可以管理控制包鏈路交換通路和數據突發包的映射關系等。此外，LMP還定義兩個功能模塊：鏈路連通性查證和故障管理/定位。

5 結 語

基于GMPLS的OBS為支持IPoverDWDM的網絡提供了快速而有效的IP包傳送。他通過將標簽交換作為包的傳送方式，不僅低延遲，而且能使網絡達到T比特級的傳輸速率。盡管這一解決方案尚有很多關鍵技術需要深入研究，但方案的解決將大大滿足不斷增長的帶寬需要，對全光網絡的未來發展產生深遠的影響。

參 考 文 獻

［1］Chokesatean P，Yaemnoi T，Sukcharoenkana W，et al.Will GMPLS Replace ATM and SONET/SDH in the Next Few Years.2001.

［2］Tomsu P，Schmutzer C.Next Generation Optical Network: the Convergence of IP Intelligence and Optical Technologies ［M］.Prentice Hall，2001

［3］Fong N W，Havala P，Wank R.GMPLS: A New Way of Optical Networking［C］.Proceedings of the Conference on National Fiber Optical Engineers.Baltimore，USA，2001.

［4］ Chen Y，Qiao C，Yu X.Optical Burst Switching A New Area in OpticalNetworking Research ［J］.IEEE Network Magazine，2004，18(3):1623.

［5］Sulur，Koonen T，Monroy I T，et al.IP over DWDM Networks Supported by GMPLSBased LOBS Deploying Combined Modulation Format.Opticomm 2001，Denver，Colorado (USA)，2001.

［6］http://www.ccsa.org.cn/technic/switch/ccsadetail.php3?id=440.

［7］Qiao C.Labeled Optical Burst Switching for IPoverWDM Integration［J］.IEEE Communication Magazine，2000，38(9):104114.

［8］Pedro Pedrosol.Integrating GMPLS in the OBS Networks Control Plane.ICTON，2007.

作者簡介 藍李丹 女，1981年出生，福建連江人，畬族，中南民族大學計算機科學學院研究生。研究方向為計算機網絡。