下一代光网络路由技术浅析

黄丽丽,刘云飞

1河北工程大学信息与电气工程学院；2河北工程大学科信学院

下一代光网络路由技术浅析

黄丽丽1,刘云飞2

1河北工程大学信息与电气工程学院；2河北工程大学科信学院

随着互联网数据业务的高速发展，宽带数据网也越来越复杂，网络拓扑结构的规模和结构也在逐步扩张，光网络向着多域多层的方向发展。本文的出发点是下一代光网络路由技术的发展历程，分析了光网络路由技术存在的问题，并重点探讨了多层多域光网络中引发问题的原因，同时对基于PCE（路径计算单元）的多层多域光网络的关键技术进行了解析。

光网络；路由技术；PCE

现今，随着互联网数据业务的规模的扩张，宽带业务及大数据的需求也在加大，信息网络拓扑结构的规模也越来越大，光网络的发展向多域、多变性、实时性、智能化演进。云存储、大数据以及大容量文件的传输等业务的应用越来越广泛。与此同时，用户对服务保障的高质量需求也越来越高，而现有光网络的控制与管理层面远远满足不了当前的需求，这对光网络的业务和资源配置提出了挑战。

下一代网络是在网络平台上提供多媒体业务，并统一管理。数据业务的特点包括突发性、实时性、稳定性、多样性等特点的数据业务。在高速、大数据容量的网络环境中，一旦有网络故障发生，如果不能及时修复的话，必然会会引起传输数据的丢失。因此为避免造成重大影响和严重经济损失的现象出现，建造高可靠性和生存性的下一代光网络已成为当前的研究热点问题。

1 光网络发展现状

当前，已陆续提出ASON（自动交换光网络）、WSON（波长交换光网络）等概念。ASON的光网络的特点灵活性、可扩展性，并且能够直接在光层上提供一系列服务。ASON在原有的管理平面和传送平面的基础上，添加了控制平面，从而实现网络拓扑的自动发现。在用户发出请求业务之后，自动进行选择路由的操作，通过信令来实现业务连接的建立、修改和拆除等操作。WSON是IETF标准组织倡导的全光网络的智能波分标准，不仅实现了波长的动态分配，还解决了信令协议扩展、避免波长冲突和物理损伤等一系列的问题。

2 多层多域光网络路由技术

随着光网络的规模不断扩大，出现了一系列的各类问题。比如网络的共享资源使用率高；对一些网络设备带来很大的冲击；网络的管理和控制也会有困难；还有网络资源的调度和使用、网络负载均衡，光网络的生存性等等。这些问题将让光网络更侧重于多层化和多域化的发展方向。因此，多层多域光网络是大势所趋，其体系结构及关键技术已是当前研究领域的热门课题。

目前的多控制域的路径计算仍没有广泛应用，路由技术均侧重于在域内进行，那如何实现光网络的互联互通，这是光网络技术发展的重要主题之一。一些多约束的计算场景包括：考虑光路约束条件的最优路径的计算；考虑时延、物理损伤约束条件的路径计算；基于链路利用率的径路计算等等。在这种多约束条件下，由于网络规模的持续扩大，路由器很难执行相应的路径算法。另一方面，流量工程数据库的维护也需要占用CPU的资源来进行计算。光网络中的内部网关协议没有能力构建实时的、完整的全网流量工程数据库[1]。

光网络的多层多域之间很难计算出基于约束的最优路由，目前的技术对于解决大量光网络的拓扑信息和多层多域光网络的路由计算问题存在局限性。IETF工作组于2006年提出了的PCE（路径计算单元）架构有效的解决了当前多层多域光网络计算最优路由的路径计算问题，尤其是有约束条件的路径的选择问题。PCE架构是一个相对独立的功能实体，特点是体系结构十分灵活，不仅能嵌入到管理平面，也能融合到智能网络当中，适用于各种复杂的网络环境。

3 路径计算单元PCE的关键技术

（1）跨域路由

在基于PCE架构的GMPLS网络结构中，域间流量工程的分层提供商可以在自治系统中使用PCE架构，是可以和其他模型进行协作的。PCE架构计算出的是从源节点到目的节点的路径，可以是显式路径，也可以是松散路径。PCE架构有集中式的和分布式两种。集中式的PCE对应的是集中式的计算模型。而分布式的计算模型则需要多个PCE来进行路径的计算。域间的路径计算和各个域的网络拓扑信息都是紧密相关的，因此，PCE架构更适合光网络域间的路径计算。

IETF工作组为了解决上述问题，提出了基于PCE架构的BRPC（后向回溯算法）的思想。在BRPC的过程中，计算出从目的域到源域的最优路径，于此同时将网络路径选路的信息加入到流量工程数据库中，最终PCE会收到虚拟最短路径树[2]。

（2）路由与波长分配

在多层多域光网络中，RWA问题也是路由的选路过程。在设计和规划大规模的多层多域网络时，最应该先考虑的就是RWA（路由与波长分配）问题。传统光网络是通过信息的广播来汇集整个网络资源预留的使用情况，同时将数据实时更新到流量工程数据库中，这样一来，就会出现信息量大，各控制平面节点不能及时同步等问题。将PCE引入到光网络中，它提供集中式的路径计算，并将路径计算模块从ASON的控制平面中独立出来，使得波长路由光网络的RWA问题得到优化，从而可以充分利用波长资源，大大降低了带宽数据业务发生阻塞的概率。

在基于PCE架构的光网络中的RWA方案中，PCE主要进行光网络路由的计算，信令协议机制则负责动态波长的分配。而路由和波长分配可以分为融合的RWA、分离的RWA和分布式的RWA模式。不同模式下可以选择与其对应的预留资源和RWA算法结合使用。

（3）资源预留模式

由于波长资源的资源预留请求是用流的描述符来表示，由接收方发起并传送给上游，以至于在资源预留的时候，网络资源的收集与预留过程存在时差，会出现不同步的现象，由此引发预留资源的冲突。在基于PCE的DWA模型里，网络节点通常会预留主用波长和备用波长。PCE进行路径计算时，一旦主用波长发生冲突，出现无法使用的情况，则直接使用备用波长，这样就提升了波长资源预留的利用率，也降低了链路资源请求的阻塞率。

4 结论

络中，ASON、WSON、PCE架构的标准化研究在国内也取得了一定的进展。

[1]张力方.基于GMPLS的多层多域智能光网络若干关键技术研究[D].北京邮电大学.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，光网络的规模不断扩大，对于容量、带宽、数据、能耗、业务、生存性等诸多方面都要考虑到，这就给我们的研究工作带来的机遇和挑战，因此对光网络体系架构的研究迫在眉睫[3]。PCE架构是独立的功能实体，能减轻核心控制器CPU的负荷，从而有效解决了域间、域内、多层的端到端的路由计算。目前在多层多域光网

河北省自然科学基金项目（F2017402068）、河北省高等学校科学技术研究青年基金（QN2016090）。

黄丽丽（1985-），女，河北邢台人，硕士，现主要从事光网络路由技术的研究工作。