智能光網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)

智能光網(wǎng)絡(luò)是一種具有動態(tài)連接能力、能夠支持多種類型業(yè)務(wù)、并可以根據(jù)實際的需求對帶寬進行實時分配的光網(wǎng)絡(luò)，是傳送網(wǎng)發(fā)展的趨勢，其主要代表是ASON（自動交換光網(wǎng)絡(luò)）。路由技術(shù)作為智能光網(wǎng)絡(luò)控制平面的一項重要的核心技術(shù)，是智能光網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化工作的重點和難點，也是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織當(dāng)前的主要研究對象。

1、智能光網(wǎng)絡(luò)路由的基本特點

智能光網(wǎng)絡(luò)的路由不同于傳統(tǒng)的IP路由，其主要差別表現(xiàn)在如下幾個方面。

（1）IP路由包括控制和數(shù)據(jù)平面的功能�？刂破矫娴墓δ苡址譃閮刹糠郑簲U散拓撲信息和路由拓撲信息計算轉(zhuǎn)發(fā)表。數(shù)據(jù)平面的功能是利用轉(zhuǎn)發(fā)表來轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)包。在轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)包之前，連接并沒有建立，數(shù)據(jù)包是從源到宿一跳一跳的轉(zhuǎn)發(fā)的。和其它電路交換網(wǎng)絡(luò)一樣，光網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)平面并不參與連接的路由。在這些網(wǎng)絡(luò)中，端到端連接是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲和資源信息來建立的，建立之后，數(shù)據(jù)就可以在連接上進行傳輸，路由就不需要再進行計算了；

（2）在IP網(wǎng)絡(luò)中，路由協(xié)議和數(shù)據(jù)平面的轉(zhuǎn)發(fā)過程關(guān)系密切。一旦出現(xiàn)故障，就必然會有用戶受到影響。而在光網(wǎng)絡(luò)中，由于控制平面和數(shù)據(jù)平面是分離的，路由協(xié)議出現(xiàn)故障后，并不會影響到已經(jīng)建立的連接；

（3）在開始傳輸數(shù)據(jù)之前，必須先建立連接和預(yù)留資源。光網(wǎng)絡(luò)中的路由需要知道網(wǎng)絡(luò)中不同資源的可用性情況，目前的域內(nèi)IP路由協(xié)議不處理資源可用性信息。而最近的為IP流量工程做了擴展的路由協(xié)議則涉及了這個內(nèi)容。為了路由光網(wǎng)絡(luò)中的連接，需要經(jīng)過加強的路由協(xié)議來處理資源的可用性信息；

（4）IP路由是逐跳計算的，而在光網(wǎng)絡(luò)中，路由是由源節(jié)點計算的。也就是說，在IP路由中，路徑上的各個節(jié)點會獨立地選擇下一跳來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，因此，所有節(jié)點都必須知道整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲，并且保持路由算法一致，這樣才能計算得到正確的路由。而在光網(wǎng)絡(luò)中，路由計算是由源節(jié)點完成的，只要源節(jié)點擁有正確的網(wǎng)絡(luò)拓撲信息就可以了，而不需要所有節(jié)點都擁有網(wǎng)絡(luò)拓撲信息以及進行路由計算；

（5）對于保護和恢復(fù)的需求。在IP網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)一般在最短路徑上進行轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)故障發(fā)生時，路由機制會選擇其它路由，使得數(shù)據(jù)包可以繞過故障點，也就是說，網(wǎng)絡(luò)對故障的處理多少會有一點延遲。然而，在光網(wǎng)絡(luò)中，一個基本特征就是大量使用預(yù)先計算好的，同時也是常常預(yù)先指配好的設(shè)備分離備份路徑來實現(xiàn)連接的保護；

（6）鄰居發(fā)現(xiàn)過程是許多域內(nèi)IP路由協(xié)議的基本功能。光網(wǎng)絡(luò)中的鄰居發(fā)現(xiàn)則是由其它自動發(fā)現(xiàn)機制來實現(xiàn)的。在光網(wǎng)絡(luò)中，鄰居發(fā)現(xiàn)過程除了基本的鄰居發(fā)現(xiàn)外，還包括鏈路相關(guān)屬性的發(fā)現(xiàn)。

2、智能光網(wǎng)絡(luò)的路由選擇技術(shù)

2.1　基于約束（Constrain）的路由

基于約束的選路用于計算受到多個約束條件限制的路由，它從QoS路由發(fā)展而來，但又不同于QoS路由。在基于約束的路由選擇算法中，尋找一條同時滿足兩個或兩個以上度量約束的路徑，是一個NP完全問題。該問題目前在數(shù)學(xué)上還沒有統(tǒng)一確定的解決方法，這也意味著還沒有標(biāo)準(zhǔn)的基于約束的路由算法。

2.2　QoS路由

2.2.1　QoS路由的基本概念

QoS的概念用來刻畫服務(wù)提供者與用戶之間用數(shù)量或質(zhì)量來定義的性能約定，一次連接的服務(wù)質(zhì)量由一系列約束條件給出，如帶寬約束，時延約束，抖動約束等。QoS路由的基本任務(wù)是為一次連接尋找一條有足夠資源，能夠滿足QoS要求的可行路徑。QoS路由不同于盡力而為的路由，因為QoS路由通常是面向連接，有資源預(yù)留功能，并且能夠提供質(zhì)量保證的服務(wù)；而后者有可能是面向連接的，也可能是無連接的。

2.2.2　QoS路由基本問題

QoS路由問題就是找到一條滿足一個或多個QoS條件的路徑。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)被要求提供的QoS，對于給定路徑相對于其成分鏈路而言一般表現(xiàn)如下3類性質(zhì)。

（1）可加性：總QoS等于構(gòu)成這條路徑的所有鏈路QoS值之和（如跳數(shù)，時延等）；

（2）可乘性：總QoS等于構(gòu)成這條路徑的所有鏈路QoS值之積（如誤差率，丟包率等）；

（3）最小最大性：總QoS等于構(gòu)成這條路徑的所有鏈路QoS值中的最小者（如費用等），或者總QoS等于構(gòu)成這條路徑的所有鏈路QoS值中的最大者（如流量，帶寬等）。

由于要同時滿足這些性質(zhì)各異的QoS是比較復(fù)雜的，因此對于最小性QoS，進行路徑選擇之前不滿足QoS的鏈路將不作為路徑選擇對象；對于乘法性QoS，可以將各鏈路的QoS值進行對數(shù)變化，轉(zhuǎn)換為加法性QoS，保證在進行路徑選擇時只包括加法性QoS，以便于處理。

2.3　GMPLS路由技術(shù)

MPLS對傳統(tǒng)的路由協(xié)議進行了擴展用來支持流量工程（TE）。GMPLS在此基礎(chǔ)上又對其進行了擴展和加強，從而支持鏈路狀態(tài)信息的傳送。GMPLS路由協(xié)議主要用于I-NNI接口的路由，即ASON域內(nèi)路由。GMPLS對路由協(xié)議的擴展主要包括如下方面。

（1）對未編號鏈路的支持；

（2）鏈路保護類型（LPT）；

（3）共享風(fēng)險鏈路組信息（SRLG）。如果一組鏈路共享某一種資源，而這種資源的失效可能會影響共享到所有這些鏈路，則稱這一組鏈路為“共享風(fēng)險鏈路組”；

（4）接口交換能力描述符。GMPLS定義了以下的接口交換能力：PSC（分組交換），L2SC（L2交換），TDM（時分交換），LSC（波長交換），F(xiàn)SC（光纖交換）；

（5）帶寬編碼。

3、智能光網(wǎng)絡(luò)的路由算法描述

3.1　路由算法的設(shè)計目標(biāo)

路由算法的設(shè)計目標(biāo)通常包括以下內(nèi)容。

（1）最優(yōu)化：路由算法選擇最佳路徑位置的能力；

（2）簡單性：路由算法應(yīng)該被設(shè)計成盡可能地簡單，即必須以最少的開銷和使用費用獲得高效的功能；

（3）頑健性：路由算法必須是健壯的，在異常的或者無法預(yù)料的情況下（如硬件失敗，高負載條件和不正確的安裝和使用等），要求算法仍能正確運行；

（4）快速收斂性：路由算法必須在短時間內(nèi)收斂；

（5）靈活性：路由算法應(yīng)迅速準(zhǔn)確的適應(yīng)各種各樣的網(wǎng)絡(luò)狀況。

3.2　受限最短路徑優(yōu)先（CSPF）算法

在通信網(wǎng)絡(luò)中，使用Dijkstra和Bellman-Ford算法計算最短路徑是很有效的，但如果要求滿足不同的QoS條件，將約束引入優(yōu)化問題時，算法會變的十分復(fù)雜。約束最短路徑優(yōu)先（Constrained SPF）算法屬于啟發(fā)式算法，它是一種改進的最短路徑約束算法，是目前最適應(yīng)于智能光網(wǎng)絡(luò)的路由算法，在網(wǎng)絡(luò)中主要用來完成流量工程和快速的重路由。

對于CSPF算法有幾個輸入變量：首先是配置的流量隧道特性（帶寬，資源類所屬關(guān)系，優(yōu)先級，恢復(fù)性等）；其次是與這些特性相關(guān)的資源狀況；第三是網(wǎng)絡(luò)的拓撲信息。其中網(wǎng)絡(luò)的資源和拓撲信息可以通過IGP來獲得。

CSPF的主要計算步驟如下。

（1）CSPF會排除掉那些鏈路信息不全的鏈路，然后進行鏈路所屬的資源類的檢查，檢查之后，如果發(fā)現(xiàn)有無效的資源所屬關(guān)系的鏈路，就把這些鏈路排除掉；

（2）根據(jù)刪減后的拓撲計算最短距離的路徑。

3.3　用于CSPF計算的約束條件

通常約束條件分為兩類：鏈路約束和路徑約束。

3.3.1　鏈路約束

鏈路約束是指一條路徑上鏈路的使用限制，即光鏈路的屬性特征。單條成員（TE）鏈路可以包含如下屬性（約束條件）。

（1）最大帶寬：該參數(shù)描述了鏈路的容量；

（2）未預(yù)留帶寬：該參數(shù)描述了鏈路上還沒有被預(yù)留的帶寬；

（3）最大、最小連接帶寬：這兩個參數(shù)決定了鏈路中可以分配給某條連接的最大和最小帶寬�？煞峙涞淖畲髱�寬小于鏈路上的未預(yù)留帶寬；可分配的最小帶寬取決于交換節(jié)點所支持的交叉粒度；

（4）鏈路保護類型：指鏈路的保護能力；

（5）SRLG：一串無序的數(shù)字，用于表示和鏈路相關(guān)的SRLG標(biāo)識符；

（6）接口交叉能力：包括交叉能力和交換能力細節(jié)信息。

3.3.2　路徑約束

路徑約束是指在選定路徑上性能度量標(biāo)準(zhǔn)值的加性或乘性組合的界限。

（1）路徑跳數(shù)限制：到達目的地路徑的最大跳數(shù)；

（2）松散顯示路由：確定給出路徑必須經(jīng)過的一些中間鏈路或中間節(jié)點；

（3）保護恢復(fù)機制：當(dāng)傳輸鏈路發(fā)生故障時采取哪種備份路徑恢復(fù)鏈路。

4、結(jié)束語

智能光網(wǎng)絡(luò)中的路由技術(shù)是當(dāng)前的研究熱點和重點。由于目前還沒有相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此在路徑選擇算法，約束條件選擇上具有相當(dāng)?shù)撵`活性，隨著光傳輸技術(shù)的發(fā)展，需要考慮的約束條件也會隨之而發(fā)生變化，根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和性能需求來選擇不同的參數(shù)，從而更好的適應(yīng)智能光網(wǎng)絡(luò)。