基于gmpls的ip-over-optical多层网络生存性协调机制

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1、http:/ 基于基于 GMPLS 的的 IP- over- Optical 多层网络生存性协调机制多层网络生存性协调机制 殷锴1，余镇危2，张英3，张俊清4，张丽5 1，2，4，5中国矿业大学北京校区, 中科矿大网络联合实验室 100083 3中科院计算所总体部，中科矿大网络联合实验室 100083 摘摘 要要：随着通信网光层传输技术的不断发展，光网络生存性问题变得尤为重要。本文 针对对等模型的 IP- over1- Optical 多层网络， 提出了一种基于 GMPLS 的集成生存性协调 策略MCBL，以实现多层网络生存性机制之间的迅速协调，其性能与以往多层生存性 协调策略相比有明显地提

2、高。 关键字关键字：生存性，协调机制，多层网络，GMPLS 1.引引 言言 信息社会给人类带来了巨大的挑战，人们希望能够在任何时候、任何地点、以任何一种方式方便地获取需要的信息。 信息爆炸刺激了全球通信业务的迅猛增长， 而这种迅猛增长的最直接后果，是出现了所谓的对代表通信容量带宽的“无限渴求”现象。DWDM 技术的引进使得传输网络获得了潜在的无限带宽。在这样一种高速、多层次的传送网中出现任何故障都会造成巨大的影响和损失，因此，对于光网络生存性的研究较传统网络更加迫切。 网络生存性是指网络抵制由故障造成的业务中断或受干扰的能力， 而多层网络的生存性则是在多层网络之间可能存在的单层网络生存性方案及

3、这些方案之间的相互作用， 通过对单层恢复方案的有效协调，以获得对网络故障的有效恢复。单层网络的生存性策略在许多文献中均有论述1-4。然而，在当前的网络结构中使用单一的生存性技术往往难以获得令人满意的服务质量。所以，在多层网络结构中较有效的生存性策略是采用多种单层恢复方式组合的多层生存性策略。 但在多层网络生存性方案中面临的主要挑战在于：多层生存性之间如何协调，即确定各层的生存性之间如何通信以及依照什么规则启动、停止，不同恢复方案的动作顺序等等。对于这一问题，文献5、6中提出了一些原则性的多层生存性协调机制，但由于技术原因实现起来还有困难，而新出现的多协议标签交换（GMPLS）控制平面技术却为实

4、现多层生存性的协调创造了条件。本文基于 IP- over- Optical 网络对等模型提出了一种集成的多层网络生存性协调机制。 2.多层网络生存性的协调机制多层网络生存性的协调机制 传统的多层网络的生存性机制是在每一层网络中分别实现的， 在层间缺乏相应的生存性协调机制， 这样不仅不能对各种故障情况进行有效的处理， 而且还可能造成网络资源的浪费。因此，研究如何在多层网络结构下，建立有效的多层生存性协调机制，以避免不同单层恢复1本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金（项目编号：20030290003）资助。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 http:/ 机制之

5、间的竞争，提高层间备用容量的协作和共享等性能，就成为了生存性问题研究的一个重要领域。 2.1 多层生存性协调机制研究模型多层生存性协调机制研究模型 IP- over- Optical 网络的多层生存性协调机制研究模型主要有覆盖 （Overlay） 和对等 （Peer）模型两种。如下表 1 所示，这两种模型的区别在于在层间是否能够共享网络信息。在对等模型中，拓扑以及其他网络信息（如路由和链路状态信息）在各个网络层之间均是共享的，并利用统一的信令协议及控制平面实现。在覆盖模型中，各层都有各自的信令和控制平面，因而层间没有网络信息的共享。本文将分别讨论覆盖和对等模型下的多层生存性协调机制。 模型 O

6、verlay Peer 路由 分离 整合 网络信息交换 无 所有 信令和控制平面 分离 单一控制平面 表 1：IP- over- Optical 网络模型 2.2 Overlay 模型下的多层协调机制模型下的多层协调机制 由于缺少统一的信令协议以及控制平面，以往多层生存性的协调方面研究主要针对Overlay 模型。在 Overlay 模型中，各层恢复过程的激活方式有两个可选策略：并行策略和串行策略。 并行策略不需要各层机制之间的协调。检测到故障后，各层独立地激发恢复过程。由于故障检测和恢复机制完成之间有时间延迟，可能发生这样的情况：已经被底层恢复的故障又会被客户层倒换到另一条恢复路径上。2 次

7、倒换会引起已经恢复的连接的第 2 次中断，并且客户层空闲资源会没有必要地被占用。因此， 在 Overlay 模型中并行策略容易造成网络资源的竞争和混乱。 串行策略比并行策略需要更多的恢复时间， 但更容易控制。串行策略决定各层机制的激活顺序，保证它们在合适的时刻激活。同时，按照每层恢复机制激活的顺序，串行策略有 3种解决方案：由下到上、由上到下和协商实现。由下到上的恢复从最下面的网络层开始，在一定的延迟等待时间后，或收到恢复令牌后，或在管理系统的干涉下，恢复的激活机制向上扩展。而由上到下的恢复通常从最高层开始，恢复机制的激活向下扩展。协商实现的方案是在一个特定的层开始恢复， 它依赖于一些决定依据

8、， 例如收到的故障告警和收集的生存性统计数据。 为了保持恢复的快速及高效，一般采用自下而上的协调策略，其具体实现方式可包括以下两种。 2.2.1 保持计时器（保持计时器（Hold- off Timer） PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 http:/ 采用保持计时器来延迟高层恢复机制的动作。 保持时间必须要足够长 （通常为上百毫秒）以便低层的恢复能够完成恢复过程。如果在保持时间后，高层连接仍然受到故障的影响，高层的恢复过程就能被激发， 这种方法的优点就是简单。 一个显然的缺点是在高层故障情况下，由于底层恢复不能恢复故障而启动高层的恢复就会被延迟。 2.2.2 恢

9、复令牌（恢复令牌（Recovery Token） 为了提高在底层恢复失败情况下的恢复性能， 需要恢复令牌来触发更高层的恢复。只要下面的服务层意识到不能恢复受损的连接， 一个明显的信号将被发送到上面的客户层以激发客户层进行恢复。 2.3 Overlay 模型协调机制的局限性模型协调机制的局限性 在 Overlay 模型中，由于各层生存机制无法确切得知其他层次生存性实现过程中的瞬间信息，因而对于层间协调机制来说，采用的策略过于死板、缺乏稳定性而且协调机制性能提高的空间很小。下面列举了几点 Overlay 模型生存性协调过程中的稳定性问题： 2.3.1 在由上向下进行恢复的过程中，如果保持计时器在光

10、层过早到期，IP 层生存性机制正在执行的过程中，光层生存性机制将被触发。这种情形将导致花费过多的保护带宽，而且不管哪层生存性首先完成，LSP 都将在基本路径与备份路径间倒换。 解决方法：不允许由备份路径向基本路径的倒换；保证保持计时器不能过早到期；制定相应机制使 IP 层及光层生存性机制不能同时进行。 2.3.2 在由上向下进行恢复的过程中，假定保持计时器在 IP 层生存机制已经完成后在光层过期。即使所有失效 LSP 都已经被恢复，光通道仍可能处于失效状态，因而光层将向备份光通道进行倒换。一旦失效光通道被恢复，备份 LSP 可能被倒换回基本 LSP。 解决方法：利用由下向上的方法；利用层间信令

11、明确各层状态。 2.3.3 在由下向上进行恢复的过程中，如果保持计时器在 IP 层提前过期，而光层正处在恢复状态时，IP 层生存机制将被触发。这将引起带宽资源浪费。而且如果 IP 层在光层生存性之前完成，LSP 将发生（1）中的情况。 解决方法：与第一种情况类似。 由上所示，由于层次之间没有信息的传递，导致生存性协调方式过于死板，在一些特殊情况下可能造成路径的不稳定状态， 不但浪费了大量的带宽资源，而且生存性的实际效果大打折扣。为避免上述问题发生，需要考虑 Peer 模型下的生存性协调机制。 2.4 Peer 模型下的多层生存性协调机制模型下的多层生存性协调机制 Overlay 协调机制的弱点

12、在于缺少层间信息交互，在 Peer 模型下，利用 GMPLS 信令机制，可以构建一个集成的控制平面，实现层间的集成统一控制。在 GMPLS 体系中，不像OSI 参考模型，它在不同层次上没有语言差别。GMPLS 是 IP 层和光层的通用语言，基于PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 http:/ GMPLS 可以创建一个通用控制平面，不同层次的设备可以通过统一的信令实现信息交互，所以利用其相关信令可以实现层间协调信息的传送，实现对不同层次的恢复机制的跨层协调。 文献7给出了一种 Peer 模型下的多层协调机制。其主要思想是在由下而上的恢复策略中， 为避免由于多层恢复不

13、协调引起的多余保护恢复动作， 引入了保持定时器、 恢复令牌 （采用 GMPLS 信令实现） ，并利用时间嵌套的方法实现多层生存性方案之间的协调。该方法避免了生存性震荡过程的产生， 但是由于仍然采用基于串行恢复的策略，导致上层恢复所需的时间仍然较多。 在 Peer 模型下，如果合理运用层间信令机制并结合各层生存性的特点，完全可以构造出一种高效的层间协调机制。 据此， 本文提出了一种基于锁的多层生存性协调机制 （MCBL） ，下一部分详细介绍这种协调机制。 3.基于锁的多层生存性协调机制（基于锁的多层生存性协调机制（MCBL） 3.1 主要研究思路主要研究思路 由前文可知，在 Overlay 模型

14、中，并行的激活策略比串行激活策略所需的恢复时间少得多，但由于缺乏层间的相互协调，会造成网络资源的竞争和混乱。对于生存性机制来说，只有在执行倒换操作时才会发生资源的倒换，而故障探测、配置 LSP 等操作均不会操作具体的带宽资源，即只有资源倒换才会引发生存性的竞争问题。 本协调机制的主要思路是使各层生存性机制并行激活，同时利用倒换操作的特点以及Peer 的层间信令机制引入相应的限制方法， 使在一段时间内只能有一种生存性机制发生资源倒换操作。这样即可实现多层生存性间的协调，相比文献7中的方法，由于采用了并行恢复的方式，大大减少了利用上层生存性机制进行恢复的时间。 限制倒换操作是本协调机制中关键一个环

15、节。其主要思路是：引入锁的概念，即在控制平面节点上加入相应的锁状态，使同一时刻，只有一层可以获得解锁能力，并且只有解锁才可以进行倒换操作，这样便能确保在同一时刻只有一层的生存机制执行倒换操作。 3.2 MCBL 的实现的实现 3.2.1 锁的实现锁的实现 锁的状态主要有以下三种：Unlock，IP- Locked，OL- Locked。IP- Locked 代表 IP 层拥有解锁能力，OL- Locked 代表光层拥有解锁能力，而 Unlock 代表还没有层次获得解锁能力，先发出解锁能力请求的层次将获得解锁能力。锁应该有默认的超时时间（Timeout） ，以免发生同一层次无限占有锁资源的情况发生，该超时时间可定为该层次所需最大恢复时间的 2倍。 在 IP- Locked 与 OL- Locked 状态之间不允许直接转换。 锁的三种状态间的转换如图 1 示。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 http:/ UnlockIP-lockedOL-lockedOLlockedIPlockedTimeout或或 ReleaseLockTimeout或或 ReleaseLock图 1 锁状态的转换 锁位置（Lockkeeper）的选取应该保证同一故障引起的光层、IP 层取锁行为发生在同一位置上。即在光层，锁设置在失效光通道入口 OXC 节点的