IP与光网络的联合调度技术研究

夏欣

摘  要：文章首先指出了现有传输网和IP承载网现在的发展状况，然后剖析了光网络和IP承载网的技术发展趋势和演进方向。重点阐述了IP网和光网络的联合调度的基本思路，分析了联合调度中的关键问题，并从组网模式和保护策略两个方面探讨了具体的联合调度的方式和特点。

关键词：IP;光网络;联合调度;通信

中图分类号：TN929.1     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）06-0065-02

网络业务的多样化，移动通信技术从3 G发展到4GLTE甚至是现在提出的5 G，云计算也在不断扩大其应用范围，这些都导致数据业务在飞速增长，并且伴随着用户的不断增长，从而对现有的承载网络带宽提出了越来越高的要求，因此可以看到目前网络也在不断地进行扩容和升级。IP技术因其全业务综合承载的能力在三网融合中奠定了其不可取代的核心地位。与此同时，光网络技术也由原来的WDM向OTN演进，其单波长承载能力由40 G向100 G进化。因此，IP与光网络结合方案应运而生。

1  当前的技术进展

目前的骨干网是分为两部分来分别进行运维的，一部分是由路由器或交换机组成的数据通信网络，其上运行的协议为IP或者MPLS，另一部分则是由光交换机组成的传输网，其早期经历了SDH以后，由WDM发展至OTN。大量经过相同路径的数通网络的数据连接导致要求光传输网络建立更加高带宽的隧道，因此光层则会按照要求建立这样的隧道以供IP层使用。但目前存在这样的问题，即IP数通网络并不知道光传输层的拓扑和资源信息，以及相关的网络保护信息，这些信息对于光层来说都是透明的。数通网络只能根据其自身拓扑进行选路和流量工程管理，这就导致了整理资源利用率的低下。

从另一方面来说，光传输网络也不了解数通网络的选路和流量工程信息，因此也不能快速为其提供更经济的底层通道，这会造成会浪费更多的运维费用。由电路型交换向分组型交换演变是通信网络的主要发展方向。光传送网被認为是电信网络中的主要传输方式，其承载信号也由电路型向分组型转换。IP层和光传输层技术的融合使光传输网能更好地承载数通业务。

近几年来有相关资料显示，数通网络和光传输网络在发展中，不断相互借鉴着对方的技术优势来弥补自身的不足，并且他们共同承担着多业务综合承载和传送的角色，出现了几十太比特每秒量级的路由器集群。

另一方面，光纤的使用慢慢走入大众的视野，其FTTX中的光纤到户技术，使得我们的上网速度可以达到20 M甚至更高。随着多种业务都逐渐使用IP技术，以及网络层次的进一步的简化和压缩，IP网络和光网络的联合调度技术越来越受到关注。相关通信设备商对此开始进行了相关研究，本文对该议题进行了进一步的总结提炼，希望对IP网和光网络的联合组网能有所贡献。

2  IP与光网络的联合组网模式

2.1  重叠模型

重叠模型也被称作客户—服务器模型，光网络层网络充当服务器的角色，IP网络层充当客户层的角色，两者都有其独立的控制平面。光网络以固定带宽传送通路即光通道的形式为光网络的内部实体提供服务，路由器必须在光通道建立后才能进行IP层的通信，光网络之上的IP数据平面是通过重叠在光通路之上的拓扑实现的，因此，路由器可以被看作是光传送层网络的一个客户机，只和相邻的光网络传送节点直接交互信息，实际物理上的光传送路径是由光网络层决定，而和路由器并无关系。在重叠模型中，IP层和光网络层是相互独立的，如图1所示，这两个网络都会运行其符合本网络特性自身的协议，经过用户网络接口来进行数据的交互，而客户层的边缘路由器和光网络层的设备之间并不交换网络的内部信息，也就是说，各自的拓扑对于对方来说都是透明的。

2.2  对等模型

对等模型是指光网络层的控制功能由IP层来统一管理，并由IP层实施端到终端的控制。在对等模型中，网络中的所有节点都是对等的关系，每个节点都可以了解到全网的资源状况。在该模型中，路由器和光交换机的控制平面也是对等的关系。因此可以采用一个统一的控制平面来集中管理。如图2所示，在该模型中，边缘路由器可以看到光网络的拓扑，对于控制协议，边缘路由器只需与相邻的光交换机相互连接，使得控制协议能够传播到大规模的网络。光网络和IP网络形成一个集成的网络，统一控制平面维护着全局拓扑并简化了带宽指配过程，光交换机和IP路由器可以完全自由地交换信息并运行相同的信令以及路由协议，这样可以充分利用全网资源，实现整体化的全局部署、流量工程以及网络优化。

但是对等模型也有其不足之处，它为了实现全网的统一控制，需要在整个网络中交换大量的协议控制信息，这样会对网络性能造成一定的影响;而且两个层面的技术在互通上也有一定的限制;与重叠模型完全不同的是，对等模型向客户公开了运营商的内部网络信息，比如组网拓扑和共享容量，而这并不是运营商希望看到的。

2.3  增强模型

增强模型被认为是重叠模型和对等模型的一种折中的技术方案，这种技术方案认为光网络层和IP层的路由信息是可以交互的，并希望网络模型可以更加通用。在增强模型中，将重叠模型作为对等模型的子集，将对等模型中的路由信息屏蔽，但仍然保持其信令功能就可以实现。在该模型中，运营商可以对内部光网络和IP网使用对等模型，对于外部的客户层网络使用重叠模型来组建。

3  IP与光网络的联合保护策略

在IP与光网络的联合组网中，光网络层只能实现对光隧道的保护，而IP层主要实现对IP层的数据链路的保护。光网络层和IP层的相互独立的保护，显然不能充分的利用资源，因此考虑进行联合调度的方案。由于光层的底层路由的建立，IP网络通过使用转发相邻技术使得路由跳数大大的减少，从而减少了控制协议的交互信息。

光网络层配置M：N的链路保护来实现光层的保护切换，IP层配置重路由用于针对本层故障时的保护恢复。在早期没有进行联合调度时，资源的利用率较低，经常会出现保护通道长期闲置而其他工作通道带宽紧张类似的问题，从而影响网络的整体合理规划。在IP与光网络的联合调度模型下，采用自下而上的方式进行保护是一种较优的方案，该方案能充分这两层网络其自身的特点，以使得资源利用率提高，并且稳定性能更好。光层的保护倒换非常的快速并且稳定性高，可以考虑在业务建立前提前配置。通过在IP网络和光网络交接的边缘设备的端口上进行相关的设置，从而使得光层保护倒换产生的瞬断不会影响到上层IP层的业务。而我们可进一步根据业务需求的不同，对IP层进行有针对性的网络保护和恢复。

保护策略不仅能对网络中的业务进行保护和恢复，同时也能提高资源的利用率。IP与光网络的联合调度的特性，当在使用联合调度的组网模型后，考虑到光网络会偶尔出现故障，但由其自身的保护机制，从而使得数据业务的传送仍然安全，也就是说不会影响到上层IP网络的数据安全传送。该策略使得网络的稳定性更高，并且也降低了网络资源的冗余配置。

4  结  语

IP数通网络和光网络的联合调度可以有效减少IP网络的带宽压力，并且能提高其资源使用率，降低人力成本。从IP网络和光传输网的运维来看，有网络融合的趋势，因此采用联合调度进行管理就很有必要。运营商可以分为三个进行IP网络与光网络的融合。

第一阶段，光网络与广域网结合，提供高带宽、低成本的且易于管理的广域网骨干网络。

第二阶段，将光网络与城域网核心结合，将宽带由骨干网延伸到城域网，供给更多低成本的带宽。

第三阶段将光网络与城域网接入结合，将宽带再次延伸到城域网络边缘。传输网和承载网将相互渗透、和谐共存。

参考文献：

[1] 单广军.光网络交换技术及其资源优化分配问题的研究[D].武汉：华中科技大学，2009.

[2] 吴广生.无源光网络与电网络复合接入技术研究[D].武汉：华中科技大学，2009.