下一代光網絡路由技術淺析

黃麗麗,劉云飛

1河北工程大學信息與電氣工程學院；2河北工程大學科信學院

下一代光網絡路由技術淺析

黃麗麗1,劉云飛2

1河北工程大學信息與電氣工程學院；2河北工程大學科信學院

隨著互聯網數據業務的高速發展，寬帶數據網也越來越復雜，網絡拓撲結構的規模和結構也在逐步擴張，光網絡向著多域多層的方向發展。本文的出發點是下一代光網絡路由技術的發展歷程，分析了光網絡路由技術存在的問題，并重點探討了多層多域光網絡中引發問題的原因，同時對基于PCE（路徑計算單元）的多層多域光網絡的關鍵技術進行了解析。

光網絡；路由技術；PCE

現今，隨著互聯網數據業務的規模的擴張，寬帶業務及大數據的需求也在加大，信息網絡拓撲結構的規模也越來越大，光網絡的發展向多域、多變性、實時性、智能化演進。云存儲、大數據以及大容量文件的傳輸等業務的應用越來越廣泛。與此同時，用戶對服務保障的高質量需求也越來越高，而現有光網絡的控制與管理層面遠遠滿足不了當前的需求，這對光網絡的業務和資源配置提出了挑戰。

下一代網絡是在網絡平臺上提供多媒體業務，并統一管理。數據業務的特點包括突發性、實時性、穩定性、多樣性等特點的數據業務。在高速、大數據容量的網絡環境中，一旦有網絡故障發生，如果不能及時修復的話，必然會會引起傳輸數據的丟失。因此為避免造成重大影響和嚴重經濟損失的現象出現，建造高可靠性和生存性的下一代光網絡已成為當前的研究熱點問題。

1 光網絡發展現狀

當前，已陸續提出ASON（自動交換光網絡）、WSON（波長交換光網絡）等概念。ASON的光網絡的特點靈活性、可擴展性，并且能夠直接在光層上提供一系列服務。ASON在原有的管理平面和傳送平面的基礎上，添加了控制平面，從而實現網絡拓撲的自動發現。在用戶發出請求業務之后，自動進行選擇路由的操作，通過信令來實現業務連接的建立、修改和拆除等操作。WSON是IETF標準組織倡導的全光網絡的智能波分標準，不僅實現了波長的動態分配，還解決了信令協議擴展、避免波長沖突和物理損傷等一系列的問題。

2 多層多域光網絡路由技術

隨著光網絡的規模不斷擴大，出現了一系列的各類問題。比如網絡的共享資源使用率高；對一些網絡設備帶來很大的沖擊；網絡的管理和控制也會有困難；還有網絡資源的調度和使用、網絡負載均衡，光網絡的生存性等等。這些問題將讓光網絡更側重于多層化和多域化的發展方向。因此，多層多域光網絡是大勢所趨，其體系結構及關鍵技術已是當前研究領域的熱門課題。

目前的多控制域的路徑計算仍沒有廣泛應用，路由技術均側重于在域內進行，那如何實現光網絡的互聯互通，這是光網絡技術發展的重要主題之一。一些多約束的計算場景包括：考慮光路約束條件的最優路徑的計算；考慮時延、物理損傷約束條件的路徑計算；基于鏈路利用率的徑路計算等等。在這種多約束條件下，由于網絡規模的持續擴大，路由器很難執行相應的路徑算法。另一方面，流量工程數據庫的維護也需要占用CPU的資源來進行計算。光網絡中的內部網關協議沒有能力構建實時的、完整的全網流量工程數據庫[1]。

光網絡的多層多域之間很難計算出基于約束的最優路由，目前的技術對于解決大量光網絡的拓撲信息和多層多域光網絡的路由計算問題存在局限性。IETF工作組于2006年提出了的PCE（路徑計算單元）架構有效的解決了當前多層多域光網絡計算最優路由的路徑計算問題，尤其是有約束條件的路徑的選擇問題。PCE架構是一個相對獨立的功能實體，特點是體系結構十分靈活，不僅能嵌入到管理平面，也能融合到智能網絡當中，適用于各種復雜的網絡環境。

3 路徑計算單元PCE的關鍵技術

（1）跨域路由

在基于PCE架構的GMPLS網絡結構中，域間流量工程的分層提供商可以在自治系統中使用PCE架構，是可以和其他模型進行協作的。PCE架構計算出的是從源節點到目的節點的路徑，可以是顯式路徑，也可以是松散路徑。PCE架構有集中式的和分布式兩種。集中式的PCE對應的是集中式的計算模型。而分布式的計算模型則需要多個PCE來進行路徑的計算。域間的路徑計算和各個域的網絡拓撲信息都是緊密相關的，因此，PCE架構更適合光網絡域間的路徑計算。

IETF工作組為了解決上述問題，提出了基于PCE架構的BRPC（后向回溯算法）的思想。在BRPC的過程中，計算出從目的域到源域的最優路徑，于此同時將網絡路徑選路的信息加入到流量工程數據庫中，最終PCE會收到虛擬最短路徑樹[2]。

（2）路由與波長分配

在多層多域光網絡中，RWA問題也是路由的選路過程。在設計和規劃大規模的多層多域網絡時，最應該先考慮的就是RWA（路由與波長分配）問題。傳統光網絡是通過信息的廣播來匯集整個網絡資源預留的使用情況，同時將數據實時更新到流量工程數據庫中，這樣一來，就會出現信息量大，各控制平面節點不能及時同步等問題。將PCE引入到光網絡中，它提供集中式的路徑計算，并將路徑計算模塊從ASON的控制平面中獨立出來，使得波長路由光網絡的RWA問題得到優化，從而可以充分利用波長資源，大大降低了帶寬數據業務發生阻塞的概率。

在基于PCE架構的光網絡中的RWA方案中，PCE主要進行光網絡路由的計算，信令協議機制則負責動態波長的分配。而路由和波長分配可以分為融合的RWA、分離的RWA和分布式的RWA模式。不同模式下可以選擇與其對應的預留資源和RWA算法結合使用。

（3）資源預留模式

由于波長資源的資源預留請求是用流的描述符來表示，由接收方發起并傳送給上游，以至于在資源預留的時候，網絡資源的收集與預留過程存在時差，會出現不同步的現象，由此引發預留資源的沖突。在基于PCE的DWA模型里，網絡節點通常會預留主用波長和備用波長。PCE進行路徑計算時，一旦主用波長發生沖突，出現無法使用的情況，則直接使用備用波長，這樣就提升了波長資源預留的利用率，也降低了鏈路資源請求的阻塞率。

4 結論

絡中，ASON、WSON、PCE架構的標準化研究在國內也取得了一定的進展。

[1]張力方.基于GMPLS的多層多域智能光網絡若干關鍵技術研究[D].北京郵電大學.2011

[2]J.P.Vasseur,Ed,R.Zhang,et al.A Backward-Recursive PCEBased Computation（BRPC）Procedure to Compute Shortest Con?strained Inter-Domain Traffic Engineering Label Switch Paths. RFC5441,April 2009

[3]NAN H.XIAOPING Z.Review and Outlook of the Development Course of Intelligent Option Networks:from ASON to PCE and then to SD-EON[J].Telecommunications Science,2014,30（2）:88-98

如今，光網絡的規模不斷擴大，對于容量、帶寬、數據、能耗、業務、生存性等諸多方面都要考慮到，這就給我們的研究工作帶來的機遇和挑戰，因此對光網絡體系架構的研究迫在眉睫[3]。PCE架構是獨立的功能實體，能減輕核心控制器CPU的負荷，從而有效解決了域間、域內、多層的端到端的路由計算。目前在多層多域光網

河北省自然科學基金項目（F2017402068）、河北省高等學校科學技術研究青年基金（QN2016090）。

黃麗麗（1985-），女，河北邢臺人，碩士，現主要從事光網絡路由技術的研究工作。