基于GMPLS的OBS網(wǎng)絡(luò )技術(shù)

　　IP業(yè)務(wù)每6個(gè)月翻番對通信網(wǎng)絡(luò )造成了極大的處理壓力和性能挑戰，這要求IP網(wǎng)絡(luò )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(shí)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(cháng)。因此提出不通過(guò)ATM層或SDH層，而基于DWDM直接傳送IP包的網(wǎng)絡(luò )傳輸結構。下一代光互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)融合的網(wǎng)絡(luò )，光突發(fā)交換(Optical Burst Switch，OBS)與通用多協(xié)議標簽交換(Cen-eralized Multiprotocol Label Switching，GMPLS)的結合已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，也關(guān)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(lái)形成光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )體系是目前研究的熱點(diǎn)。

1 MPLS和GMPLS控制平臺

　　多協(xié)議標簽交換(Multiprotocol Label Switching，MPLS)作為一種新的Internet骨干網(wǎng)技術(shù)正倍受矚目，他能夠在IP無(wú)連接網(wǎng)絡(luò )中創(chuàng )建連接型服務(wù)，利用定長(cháng)的標記將第2層的轉發(fā)和第3層的路由分開(kāi)，利用傳統第2層轉發(fā)硬件，除去復雜的控制信令而采用靈活的IP路由協(xié)議。MPLS能夠解決當前Internet中存在的許多問(wèn)題，同時(shí)能實(shí)現傳統IP網(wǎng)絡(luò )無(wú)法實(shí)現的QoS、流量工程(TrafficEngineering，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(xié)議，但是兩者還是存在本質(zhì)上的很大差別。GMPLS是一個(gè)正在標準化的公共控制平臺協(xié)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(lái)完成對用戶(hù)平面的控制。同時(shí)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(méi)有的特殊功能，如雙向LSP建立，以及為光網(wǎng)絡(luò )的擴展性引入的綁定鏈路、無(wú)編號鏈路。

　　GMPLS同時(shí)覆蓋了光層和電層，是一種將電層包交換技術(shù)與光層波長(cháng)交換技術(shù)有機融合。下一代光互聯(lián)網(wǎng)從傳統電主導的4層網(wǎng)絡(luò )體系演進(jìn)到光主導的IP-over-DWDM兩層網(wǎng)絡(luò )體系結構如圖1所示。

　　GMPLS采用基于約束的路由技術(shù)可以實(shí)現流量工程和快速選路，滿(mǎn)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SO-NET／SDH的保護／恢復技術(shù)。如圖1所示，使用IP／GM-PLS控制平臺可以使傳輸網(wǎng)絡(luò )完全跨過(guò)ATM和SO-NET／SDH兩層，直接實(shí)現IP-over-DWDM。

2 OBS網(wǎng)絡(luò )

　　DWDM技術(shù)為光傳輸系統提供T比特級帶寬，同時(shí)傳統的電交換路由器已經(jīng)不能提供飛速增長(cháng)的因特網(wǎng)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(wèn)題，因此如何充分利用光網(wǎng)絡(luò )的帶寬是下一代光因特網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵。OBS的粒度介于電路交換和分組交換，用戶(hù)數據(例如IP包)在邊緣路由器中進(jìn)行裝配和拆分，以突發(fā)包(data burst)形式在OBS網(wǎng)絡(luò )中傳輸，而相應的控制分組(control packet)攜帶該突發(fā)包的相關(guān)信息(如包長(cháng)、偏置時(shí)間和優(yōu)先級等)，以一定的偏置時(shí)間(offsettime)提前發(fā)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(jìn)行控制信息的處理。由于突發(fā)包與控制分組分別在不同信道或波長(cháng)中傳輸，因此O／E／O轉換只在控制信道上進(jìn)行，而突發(fā)包中的數據可以直接實(shí)現全光傳輸。

　　OBS中有WR-OBS，JET，JIT，JBT等資源預留協(xié)議，圖2為目前有關(guān)OBS網(wǎng)絡(luò )理論研究普遍采用的JET(just e-nough time)機制。突發(fā)包將從節點(diǎn)0傳送到節點(diǎn)n要經(jīng)過(guò)n+1個(gè)節點(diǎn)，假設控制分組在每個(gè)節點(diǎn)的處理時(shí)間為tp。相鄰的兩個(gè)節點(diǎn)的傳輸時(shí)間為tp'，則突發(fā)包與控制分組之間的偏置時(shí)間to則大于等于n×tp'+n×tp。中間節點(diǎn)在控制分組到達時(shí)，根據該分組所攜帶的信息，估計突發(fā)包數據可能到達的時(shí)間并為其分派一個(gè)可以使用的波長(cháng)信道。突發(fā)包在邊緣節點(diǎn)等待to后，沿著(zhù)各個(gè)中間節點(diǎn)為其分配的波長(cháng)信道傳送。在JET中采用單向預約方式，即突發(fā)包是在沒(méi)有收到確認信號的情況下發(fā)送。由于to可以基本保證各個(gè)節點(diǎn)預先估計出突發(fā)包到達時(shí)間，所以在采用JET機制的OKS網(wǎng)絡(luò )中可以不需要光緩存器。

3 基于GMPLS的OBS網(wǎng)絡(luò )

　　利用GMPLS的OBS網(wǎng)絡(luò )保留了傳統的OBS技術(shù)的特點(diǎn)，控制分組與突發(fā)數據包在不同的波長(cháng)上傳送，以及采用JET資源預留機制等；同時(shí)又吸收GMPLS一些擴展的技術(shù)，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(xié)議上進(jìn)行一些有針對性的增強和擴展。OBS和基于GMPLS網(wǎng)絡(luò )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(diǎn)、核心節點(diǎn)和WDM鏈路組成(OBS網(wǎng)絡(luò )在邊緣節點(diǎn)將輸入分組封裝成突發(fā)包，并產(chǎn)生控制分組；GMPLS網(wǎng)絡(luò )在邊緣節點(diǎn)將輸入分組劃分成等同轉發(fā)類(lèi)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(wǎng)絡(luò )中都可實(shí)現透明傳送和交換；

　　(3)GMPLS網(wǎng)絡(luò )可以用標簽交換技術(shù)在入口／出口路由器之間建立半永久的數據通道，OBS網(wǎng)絡(luò )可以通過(guò)控制分組在人口／出口邊緣節點(diǎn)問(wèn)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(cháng)信道級、波長(cháng)組級和光纖級、SDH級等多粒度交換。有理由考慮通過(guò)協(xié)議擴展和節點(diǎn)結構的改善，也支持光突發(fā)分組的交換。

　　利用GMPLS協(xié)議可以實(shí)現OBS網(wǎng)絡(luò )中信令的傳送和配置等功能。在OBS網(wǎng)絡(luò )中引入GMPLS技術(shù)，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(jìn)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(cháng)與數據波長(cháng)，具有非零的偏置時(shí)間，與光分組交換(optical packetswitch)相比較，LOBS中的標簽及相應的突發(fā)包中的標簽及其凈荷在時(shí)間和空間上更松散，標簽處理和突發(fā)包之間及突發(fā)包及其標簽之間的同步也相對不迫切。偏置時(shí)間的存在為L(cháng)OBS提供了區分服務(wù)。在LOBS中每一個(gè)突發(fā)數據流對應一個(gè)標簽，在每一個(gè)交換節點(diǎn)上都對標簽信息、波長(cháng)號、偏置時(shí)間等控制信息執行電處理操作，因此不同LSP通路上的突發(fā)數據流無(wú)需進(jìn)行光／電／光變換就完全可以進(jìn)行業(yè)務(wù)整合?；贕MPLS技術(shù)的OBS網(wǎng)絡(luò )模型(以下簡(jiǎn)稱(chēng)GLOBS網(wǎng)絡(luò ))如圖3所示。

4 關(guān)鍵技術(shù)

　　GMPLS體系結構的關(guān)鍵技術(shù)包括信令技術(shù)、路由技術(shù)和鏈路資源管理技術(shù)等。為了支持OBS網(wǎng)絡(luò )，GMPLS對MPLS標簽進(jìn)行了擴展，使得標簽不但可以用來(lái)標記傳統的數據包，還可以標記TDM時(shí)隙、光波長(cháng)、光波長(cháng)組、光纖等；為了充分利用光網(wǎng)絡(luò )的資源，GMPLS對原有的路由協(xié)議、信令協(xié)議做了修改和擴展，并設計一個(gè)全新的鏈路管理協(xié)議LMP(Link Management Protocol)。

　　(1)標簽。GMPLS設計了專(zhuān)用的標簽格式，標簽支持對時(shí)隙、波長(cháng)、波帶以及光纖標識。使用這些專(zhuān)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(shí)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(shí)間和在出現故障時(shí)加速保護與恢復的實(shí)現。

　　(2)信令協(xié)議。GMPLS定義了2種信令協(xié)議：一種是基于受限路由的標記分發(fā)協(xié)議(CR-LDP)；另一種是基于流量工程擴展的資源預留協(xié)議(RSVP-TE)。兩種協(xié)議都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，但是他們實(shí)現的功能基本相同，都能滿(mǎn)足GMPLS網(wǎng)絡(luò )對信令系統的要求。在GLOBS網(wǎng)絡(luò )中，人口的LSR使用RSVP-TE和CR-LDP協(xié)議在通道上進(jìn)行標簽的綁定，利用標簽來(lái)代替源節點(diǎn)和目的節點(diǎn)地址可以減少控制包的處理時(shí)間，加快轉發(fā)的速度，減少了偏置時(shí)間。GMPLS信令協(xié)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(wú)需為DB建立具體的傳輸路徑。另外，信令技術(shù)還支持對流量工程能力和生存性能力的增強。

　　(3)路由協(xié)議。GMPLS在MPLS的路由協(xié)議基礎上又對其進(jìn)行擴展和加強，從而支持鏈路狀態(tài)信息的傳送。GMPLS對路由協(xié)議的擴展主要包括對未編號鏈路，鏈路保護類(lèi)型，共享風(fēng)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(wǎng)絡(luò )中，傳送突發(fā)數據包的路徑具有不確定性，因此需對路由協(xié)議的修改決定突發(fā)包的具體路徑。由于控制包的傳送路徑可以通過(guò)信令技術(shù)創(chuàng )建，則突發(fā)包的傳送路徑可以由路由上的節點(diǎn)根據控制包攜帶的信息來(lái)確定。

　　(4)鏈路管理協(xié)議

　　GMPLS定義專(zhuān)門(mén)的鏈路管理協(xié)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(guān)聯(lián)、鏈路連接性驗證和故障隔離／定位。在GLOBS網(wǎng)絡(luò )中，采用專(zhuān)用信道(與數據信道分離)承載控制信息，LMP對GM-PLS控制信道(GCC)、控制信道組(CCG)和數據信道組(DCG)的配置來(lái)協(xié)商鏈路的屬性，并交換相鄰節點(diǎn)的鏈路資源信息，使兩端節點(diǎn)有相同的鏈路參數，可以動(dòng)態(tài)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(fā)包的映射關(guān)系等。此外，LMP還定義兩個(gè)功能模塊：鏈路連通性查證和故障管理／定位。

5 結 語(yǔ)

　　基于GMPLS的OBS為支持IP-over-DWDM的網(wǎng)絡(luò )提供了快速而有效的IP包傳送。他通過(guò)將標簽交換作為包的傳送方式，不僅低延遲，而且能使網(wǎng)絡(luò )達到T比特級的傳輸速率。盡管這一解決方案尚有很多關(guān)鍵技術(shù)需要深入研究，但方案的解決將大大滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的帶寬需要，對全光網(wǎng)絡(luò )的未來(lái)發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。