网络趋势连载:智能光网络的路由技术

智能光网络是一种具有动态连接能力、能够支持多种类型业务、并可以根据实际的需求对带宽进行实时分配的光网络，是传送网发展的趋势，其主要代表是ASON（自动交换光网络）。路由技术作为智能光网络控制平面的一项重要的核心技术，是智能光网络标准化工作的重点和难点，也是国际标准化组织当前的主要研究对象。

1、智能光网络路由的基本特点

智能光网络的路由不同于传统的IP路由，其主要差别表现在如下几个方面。

（1）IP路由包括控制和数据平面的功能。控制平面的功能又分为两部分：扩散拓扑信息和路由拓扑信息计算转发表。数据平面的功能是利用转发表来转发IP数据包。在转发IP数据包之前，连接并没有建立，数据包是从源到宿一跳一跳的转发的。和其它电路交换网络一样，光网络中的数据平面并不参与连接的路由。在这些网络中，端到端连接是根据网络拓扑和资源信息来建立的，建立之后，数据就可以在连接上进行传输，路由就不需要再进行计算了；
（2）在IP网络中，路由协议和数据平面的转发过程关系密切。一旦出现故障，就必然会有用户受到影响。而在光网络中，由于控制平面和数据平面是分离的，路由协议出现故障后，并不会影响到已经建立的连接；
（3）在开始传输数据之前，必须先建立连接和预留资源。光网络中的路由需要知道网络中不同资源的可用性情况，目前的域内IP路由协议不处理资源可用性信息。而最近的为IP流量工程做了扩展的路由协议则涉及了这个内容。为了路由光网络中的连接，需要经过加强的路由协议来处理资源的可用性信息；
（4）IP路由是逐跳计算的，而在光网络中，路由是由源节点计算的。也就是说，在IP路由中，路径上的各个节点会独立地选择下一跳来转发数据包，因此，所有节点都必须知道整个网络的拓扑，并且保持路由算法一致，这样才能计算得到正确的路由。而在光网络中，路由计算是由源节点完成的，只要源节点拥有正确的网络拓扑信息就可以了，而不需要所有节点都拥有网络拓扑信息以及进行路由计算；
（5）对于保护和恢复的需求。在IP网络中，业务一般在最短路径上进行转发。当故障发生时，路由机制会选择其它路由，使得数据包可以绕过故障点，也就是说，网络对故障的处理多少会有一点延迟。然而，在光网络中，一个基本特征就是大量使用预先计算好的，同时也是常常预先指配好的设备分离备份路径来实现连接的保护；
（6）邻居发现过程是许多域内IP路由协议的基本功能。光网络中的邻居发现则是由其它自动发现机制来实现的。在光网络中，邻居发现过程除了基本的邻居发现外，还包括链路相关属性的发现。

2、智能光网络的路由选择技术

2.1　基于约束（Constrain）的路由

基于约束的选路用于计算受到多个约束条件限制的路由，它从QoS路由发展而来，但又不同于QoS路由。在基于约束的路由选择算法中，寻找一条同时满足两个或两个以上度量约束的路径，是一个NP完全问题。该问题目前在数学上还没有统一确定的解决方法，这也意味着还没有标准的基于约束的路由算法。

2.2　QoS路由

2.2.1　QoS路由的基本概念

QoS的概念用来刻画服务提供者与用户之间用数量或质量来定义的性能约定，一次连接的服务质量由一系列约束条件给出，如带宽约束，时延约束，抖动约束等。QoS路由的基本任务是为一次连接寻找一条有足够资源，能够满足QoS要求的可行路径。QoS路由不同于尽力而为的路由，因为QoS路由通常是面向连接，有资源预留功能，并且能够提供质量保证的服务；而后者有可能是面向连接的，也可能是无连接的。

2.2.2　QoS路由基本问题

QoS路由问题就是找到一条满足一个或多个QoS条件的路径。网络服务被要求提供的QoS，对于给定路径相对于其成分链路而言一般表现如下3类性质。

（1）可加性：总QoS等于构成这条路径的所有链路QoS值之和（如跳数，时延等）；
（2）可乘性：总QoS等于构成这条路径的所有链路QoS值之积（如误差率，丢包率等）；
（3）最小最大性：总QoS等于构成这条路径的所有链路QoS值中的最小者（如费用等），或者总QoS等于构成这条路径的所有链路QoS值中的最大者（如流量，带宽等）。

由于要同时满足这些性质各异的QoS是比较复杂的，因此对于最小性QoS，进行路径选择之前不满足QoS的链路将不作为路径选择对象；对于乘法性QoS，可以将各链路的QoS值进行对数变化，转换为加法性QoS，保证在进行路径选择时只包括加法性QoS，以便于处理。

2.3　GMPLS路由技术

MPLS对传统的路由协议进行了扩展用来支持流量工程（TE）。GMPLS在此基础上又对其进行了扩展和加强，从而支持链路状态信息的传送。GMPLS路由协议主要用于I-NNI接口的路由，即ASON域内路由。GMPLS对路由协议的扩展主要包括如下方面。

（1）对未编号链路的支持；
（2）链路保护类型（LPT）；
（3）共享风险链路组信息（SRLG）。如果一组链路共享某一种资源，而这种资源的失效可能会影响共享到所有这些链路，则称这一组链路为“共享风险链路组”；
（4）接口交换能力描述符。GMPLS定义了以下的接口交换能力：PSC（分组交换），L2SC（L2交换），TDM（时分交换），LSC（波长交换），FSC（光纤交换）；
（5）带宽编码。

3、智能光网络的路由算法描述

3.1　路由算法的设计目标

路由算法的设计目标通常包括以下内容。

（1）最优化：路由算法选择最佳路径位置的能力；
（2）简单性：路由算法应该被设计成尽可能地简单，即必须以最少的开销和使用费用获得高效的功能；
（3）顽健性：路由算法必须是健壮的，在异常的或者无法预料的情况下（如硬件失败，高负载条件和不正确的安装和使用等），要求算法仍能正确运行；
（4）快速收敛性：路由算法必须在短时间内收敛；
（5）灵活性：路由算法应迅速准确的适应各种各样的网络状况。

3.2　受限最短路径优先（CSPF）算法

在通信网络中，使用Dijkstra和Bellman-Ford算法计算最短路径是很有效的，但如果要求满足不同的QoS条件，将约束引入优化问题时，算法会变的十分复杂。约束最短路径优先（Constrained SPF）算法属于启发式算法，它是一种改进的最短路径约束算法，是目前最适应于智能光网络的路由算法，在网络中主要用来完成流量工程和快速的重路由。

对于CSPF算法有几个输入变量：首先是配置的流量隧道特性（带宽，资源类所属关系，优先级，恢复性等）；其次是与这些特性相关的资源状况；第三是网络的拓扑信息。其中网络的资源和拓扑信息可以通过IGP来获得。

CSPF的主要计算步骤如下。

（1）CSPF会排除掉那些链路信息不全的链路，然后进行链路所属的资源类的检查，检查之后，如果发现有无效的资源所属关系的链路，就把这些链路排除掉；
（2）根据删减后的拓扑计算最短距离的路径。

3.3　用于CSPF计算的约束条件

通常约束条件分为两类：链路约束和路径约束。

3.3.1　链路约束

链路约束是指一条路径上链路的使用限制，即光链路的属性特征。单条成员（TE）链路可以包含如下属性（约束条件）。

（1）最大带宽：该参数描述了链路的容量；
（2）未预留带宽：该参数描述了链路上还没有被预留的带宽；
（3）最大、最小连接带宽：这两个参数决定了链路中可以分配给某条连接的最大和最小带宽。可分配的最大带宽小于链路上的未预留带宽；可分配的最小带宽取决于交换节点所支持的交叉粒度；
（4）链路保护类型：指链路的保护能力；
（5）SRLG：一串无序的数字，用于表示和链路相关的SRLG标识符；
（6）接口交叉能力：包括交叉能力和交换能力细节信息。

3.3.2　路径约束

路径约束是指在选定路径上性能度量标准值的加性或乘性组合的界限。

（1）路径跳数限制：到达目的地路径的最大跳数；
（2）松散显示路由：确定给出路径必须经过的一些中间链路或中间节点；
（3）保护恢复机制：当传输链路发生故障时采取哪种备份路径恢复链路。

4、结束语

智能光网络中的路由技术是当前的研究热点和重点。由于目前还没有相关的行业标准，因此在路径选择算法，约束条件选择上具有相当的灵活性，随着光传输技术的发展，需要考虑的约束条件也会随之而发生变化，根据不同的网络结构和性能需求来选择不同的参数，从而更好的适应智能光网络