IP 数据网+光传输网协同控制技术研究

刘儒斌

(中国移动通信集团重庆有限公司,重庆 400041)

0 引言

现阶段网络业务具备了动态性和多样性,对通信网络承载力提出更多要求,因此对网络协同控制技术进行研究,提高IP数据网和光传输网的网络利用率,为能源互联网和智能网络提供支撑,具有重要的现实意义。国内网络协同控制技术研究取得较大进展,独立分开电力IP数据网与光传输网,基于分组交换构建网络框架,利用IP数据网,充分高效地获取网络资源,以此提高光传输网业务的实时性和灵活性,利用光通道,为IP数据网提供大容量传输通道,减少IP数据网负荷[1]。网络互通融合方面,对IP数据网和光传输网的交换机制和组网模式进行深入分析,建立网络资源的灵活调度模式,利用控制器对网络进行集中化控制,开放透明的底层物理网络和上层应用网络,提出一种电力业务的协同机制,通过交互机制,使网络框架具备集中开放和可管可控的特点,从而达到协同控制IP数据网和光传输网的目的[2]。在以上理论的基础上,提出一种IP数据网+光传输网协同控制技术,使其能够满足智能网络通信业务的具体要求。

图1 IP 数据网+光传输网控制架构

1 IP数据网+光传输网协同控制技术设计

1.1 建立IP数据网+光传输网协同控制总体架构

利用SDN技术控制网络设备,改变IP数据网和光传输网的网络运行方式,建立网络协同控制架构。采用分层思想,将协同控制架构分为核心层、汇聚层、接入层,利用核心层,对IP数据网和光传输网进行转发,控制网络领域广泛信息;根据网络管理策略,利用汇聚层管控核心层数据,汇聚IP数据网和光传输网的网络信息;接入层则展示协同控制的网络管理功能,通过控制器发送指令,对IP数据网和光传输网的网络设备进行统一管控。具体架构如图1所示。

如图1所示,总体架构采用SDN技术的控制核心理念,建立层次化网络管控架构。核心层采用光传输网承载IP业务的方式,选取高带宽的千兆路由器,构成完全协同控制网络,统一调度控制IP路由和光通路,将IP数据网和光传输网的链路与以太网交换机相连,进一步提高IP数据网和光传输网的网络性能,核心层作为枢纽中心连通网络,确保了IP路由和光通路的负载均衡,保护IP路由和光通路的设备安全[3]。汇聚层采用交换机和支持三层交换技术,隔离IP数据网和光传输网,分开IP路由和光通路,并对两种链路进行分段,减轻核心层网络设备的负荷,为IP数据网和光传输网的业务连接请求分配资源,并且备份IP路由和光通路的网络设备,实现不同局域网的路由地址过滤。接入层则采用penFlow协议的统一控制器,控制IP数据资源及光传输资源,处理IP数据网和光传输网的业务连接请求,通过SDH传输网络,探测网络设备,为IP路由和光通路提供接口,实现与汇聚层协同控制器的连接,进而处理相应的网络业务[4]。至此完成IP数据网+光传输网协同控制总体架构的构建。

1.2 汇聚IP路由和光通路节点

协同控制总体架构设计完毕后,选取架构中的汇聚层,汇聚IP路由和光通路节点,使IP路由和光通路能够相互连接。首先利用光交换机和IP路由器,对IP路由和光通路的链路状态信息进行实时采集,建立IP数据网和光传输网中所有节点的拓扑信息,通过OpenFlow协议,制定IP路由和光通路节点的控制策略。结合IP数据网和光传输网的业务需求,获取IP路由和光通路节点的资源状态,建立节点控制逻辑通道,对节点进行编程,使IP层和光层的节点产生集中倾向[5]。对节点进行迁移,首先控制IP数据网的设备性能和通道资源,使IP数据网的规范管理优于光传输网,将IP数据网作为基础平台,迁移光传输网节点至IP数据网中,使所有网络节点承载在IP数据网中。

当光通路节点全部迁移后,部署IP数据网的全网节点,并对其进行优化,使IP数据网的全网节点满足全网业务需求,节点部署过程中,将IP路由节点作为核心节点,采用两条千兆光口上联至IP数据网节点,选取部分节点作为全网核心,包括IP路由节点和光通路节点,然后对核心节点进行降级管理,使其作为汇聚节点。使IP路由节点和光通路节点在汇聚节点位置进行融合,根据子网连接保护技术,配置路由器,采用光纤直连方式,自动倒换IP路由和光通路节点,利用双向转发检测机制,检测未融合的IP路由和光通路节点,定位节点在IP数据网上的位置。然后采用星型方式,对汇聚节点进行统一调配,通过全局网络视角,构建网络资源虚拟化机制,简化汇聚节点的网络资源,搜索出邻近的IP路由和光通路节点,使其在汇聚节点位置进行融合。融合过程中,采用映射策略创建节点的虚拟网络,映射策略包括域内映射和域间映射,通过域内映射,确定节点融合路径,通过域间映射,集中式管控融合节点信息,使节点在汇聚位置完成融合[6]。至此完成IP路由和光通路节点的汇聚。

1.3 协同控制IP数据网+光传输网通信网络

通过IP路由和光通路节点的汇聚,实现IP业务流与光通道的交通和交互,协同控制IP业务流与光通道的协议信令,交换IP数据网和光传输网的通信信号。降低IP数据网和光传输网之间的业务颗粒度,使光传输网能够适应IP数据网的业务类型，在域控制器上层添加一个协同控制器,通过协同控制器,管控IP数据网和光传输网的域内业务,转发域内业务数据。协同控制器通过北向接口,对IP数据网和光传输网的数据进行交互,将网络信息库NIB扩展到层次结构中,保持IP数据网和光传输网的局部拓扑结构,通过南向接口,提供应用业务服务,全局视图控制IP数据网和光传输网,优化IP数据网和光传输网的网络资源,在NIB中维护IP数据网和光传输网的底层网络视图,提供可编程化的动态端到应用端服务[7]。控制器通过IP层交换流表和光层交换流表,实现IP层流表和光层流表的电路交换,进而确定IP层业务流的去向和来源,评定IP业务流的优先级,以此确定交互业务流的先后顺序,对业务流和光通道的信息数据进行匹配,实现IP数据网和光传输网通信信号的协同控制。至此完成IP数据网+光传输网通信网络的协同控制。

当用户发送网络业务的请求时,交换通信信号,使IP层获取光传输网的网络状态,进而确定IP业务流聚合时的负载需求,包括带宽和路由等,光通道根据负载需求建立光路,汇聚IP业务流,对其进行高效承载,收集足够的业务流后,将其传输到核心层,对用户业务请求进行处理。至此完成IP数据网+光传输网协同控制技术设计。

2 实验论证分析

进行对比实验,记此次技术为实验A组,传统协同控制技术为实验B组,比较两种协同控制技术下网络业务的阻塞率。采用BN3仿真软件,构建流量调度机制的仿真环境,通过HTTP协议的POST方法传送请求网络拓扑,IP数据网与光传输网的规模为43条光链路和57个节点,数据格式为JSON数据,动态路由协议为IGP。IP数据网+光传输网的层次建设如表1所示。

表1 IP 数据网+光传输网层次建设

选取多台IP交换机,采用泊松分布模拟稳定业务流,采用随机分布模拟突发业务流,设置IP交换机的链路带宽为50MHz,光交换节点带宽为15GHz,配置波长为8个。两组实验对IP数据点和光链路进行协同控制,改变业务负载,记录不同业务连接下的阻塞率,实验结果如表2所示。

如表2所示,实验A组平均阻塞率为1.70%,实验B组平均阻塞率为2.23%,实验A组阻塞率减少了0.43%。综上所述,相比传统协同控制技术,本文设计技术降低了IP数据网+光传输网的业务连接阻塞率,为网络业务的处理提供更好支撑。

表2 实验对比结果

3 结语

此次研究提出IP数据网和光传输网的协同控制机制,降低了业务连接的阻塞率。在今后的研究中,会对网络协同控制的安全性进行进一步优化,应用扩容故障恢复算法,解决网络单链路故障问题,增强IP数据网+光传输网抗毁性。