【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 交換或幀中繼(FR)數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)，如果物理層采用 TDM（如SDH/PDH）技術(shù)，只要數(shù)據(jù)鏈路層能夠?yàn)橐粭l虛連接分配足夠的時(shí)槽（Timeslot） ，用戶數(shù)據(jù)流要求的數(shù)據(jù)吞吐率完全可以得到保障；反之，如果物理層不具備支持服務(wù)質(zhì)量保障的機(jī)制，即使是 ATM 或 FR 也難以保障應(yīng)用數(shù)據(jù)流要求的服務(wù)質(zhì)量。換言之，能否提供良好的服務(wù)質(zhì)量保障，問(wèn)題的關(guān)鍵還在于物理層?；谏鲜龇治?，針對(duì)三網(wǎng)合一的發(fā)展趨勢(shì)和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)不能滿足三網(wǎng)合一的網(wǎng)絡(luò)的高速傳輸、交換和服務(wù)質(zhì)量保證的現(xiàn)狀，實(shí)驗(yàn)室提出了單物理層用戶數(shù)據(jù)傳輸與交換平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)（SUPA – Single physical layer Userdata transfer amp。 switching Platform Architecture） 。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與本課題的研究意義 網(wǎng)絡(luò)故障可能是鏈路故障（如光纖斷裂等）或者節(jié)點(diǎn)故障（如路由器硬件或軟件上的故障等）是任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)都必須面對(duì)的現(xiàn)實(shí)。然而這在過(guò)去僅僅意味著確保在一個(gè)故障之后中重建網(wǎng)絡(luò)的連通性，但在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)中則意味著，不但要重建網(wǎng)絡(luò)的連通性，還要滿足一定的約束性和性能水平，以便不影響到業(yè)務(wù)流的服務(wù)質(zhì)量 [9]。將目前的網(wǎng)絡(luò)按層次來(lái)分析，不同的層次采取著各自不同的故障恢復(fù)技術(shù)。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 5 頁(yè)光（DWDM）層現(xiàn)在已經(jīng)有能力提供動(dòng)態(tài)的環(huán)或Mesh 的重建功能。利用自動(dòng)保護(hù)切換（APS） ，以及自愈環(huán)和Mesh 重建體系結(jié)構(gòu)，可以給同步數(shù)字層（SDH）提供生存性能力。SDH層的生存性機(jī)制主要包括自動(dòng)保護(hù)倒換機(jī)制和自愈環(huán)。ATM 網(wǎng)絡(luò)的自愈以VP 為基礎(chǔ)，目前受到廣泛重視的是備份 VP 自愈算法。采用IP 的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議可以動(dòng)態(tài)地發(fā)現(xiàn)可連接的處于工作狀態(tài)的路由器，使得IP 路由可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)的故障自適應(yīng)。然而， IP 層的路由重建發(fā)生在一個(gè)路由收斂周期之后，可能需要幾秒鐘或幾分鐘來(lái)完成?；贛PLS 的生存性策略是指快速并完全地重建MPLS 網(wǎng)絡(luò)中受故障影響的流量。故障可能是由IP 層或者傳輸IP流量的低層檢測(cè)到的。通過(guò)在分組頭上追加一個(gè)標(biāo)簽棧，可以建立一系列標(biāo)簽交換路徑（LSP） ，利用LSP 作為保護(hù)路徑，可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的保護(hù)或恢復(fù)（重路由） 。而在SUPANET中，可能某些原因?qū)е履程撏窡o(wú)效，從而影響到此虛通路上業(yè)務(wù)流的服務(wù)質(zhì)量。這些故障可能是DWDM恢復(fù)機(jī)制無(wú)法解決的高層故障，因此研究基于虛通路的故障恢復(fù)技術(shù)能為SUPANET中業(yè)務(wù)流提供更細(xì)粒度保護(hù)，同時(shí)可以加速故障恢復(fù)速度。 本論文的組織安排本文主要是對(duì)單物理層用戶數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)的故障恢復(fù)的研究。針對(duì) SUPAET 中實(shí)時(shí)性要求高的業(yè)務(wù)流，分析可能的各種保障業(yè)務(wù)流服務(wù)質(zhì)量的故障恢復(fù)機(jī)制。提出了基于虛通路保護(hù)的故障恢復(fù)方式，并以故障恢復(fù)的處理過(guò)程為順序詳細(xì)分析和描述了故障恢復(fù)各個(gè)階段的處理過(guò)程。第二章主要介紹了單物理層用戶數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)體系結(jié)構(gòu) SUPA，分別對(duì)SUPA 的協(xié)議層次模型、工作過(guò)程、接口以及“面向以太網(wǎng)幀時(shí)槽交換”（EPFTS）技術(shù)進(jìn)行了說(shuō)明。第三章歸納了現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)的研究現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)有故障恢復(fù)技術(shù)的特點(diǎn)和其所存在的問(wèn)題，為 SUPANET 故障恢復(fù)的研究提供了參考作用和借鑒價(jià)值。第四章是論文的核心章節(jié)，首先分析了當(dāng) SUPANET 中出現(xiàn)故障時(shí)，而可能采取的各種方法的比較。通過(guò)分析，為保障 SUPANET 中較重要的業(yè)務(wù)流不受可能網(wǎng)絡(luò)故障的影響，采用了基于虛通路保護(hù)的方法。然后針對(duì)虛通路保護(hù) 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 6 頁(yè)方法的整個(gè)過(guò)程和各個(gè)階段進(jìn)行詳細(xì)的分析和描述。第五章中，介紹了本文作者進(jìn)行 SUPANET 中故障恢復(fù)研究在 OPNET Modeler 平臺(tái)上的設(shè)計(jì)和仿真。最后是全文總結(jié)。第 2 章 SUPA 技術(shù)框架在第一章中對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)不能滿足三網(wǎng)合一需求的分析和 SUPA 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的提出的基礎(chǔ)上，本章從分析帶外信令控制技術(shù)入手，詳細(xì)說(shuō)明了單物理層用戶數(shù)據(jù)傳輸平面體系結(jié)構(gòu) SUPA 的協(xié)議層次模型、接口和工作模式。 基本術(shù)語(yǔ)下面是 SUPA 體系結(jié)構(gòu)中的基本術(shù)語(yǔ)：SUPA：?jiǎn)挝锢韺佑脩魯?shù)據(jù)傳輸與交換平臺(tái)體系結(jié)（Single physical layer U Userdata transfer amp。 switching Platform Architecture） 。SUPANET：采用 SUPA 體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)被稱為 SUPANET。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 7 頁(yè)EPFTS：面向以太網(wǎng)的物理幀時(shí)槽交換（EPFTS – Etheroriented Physical Frame Timeslot Switching） 。 HFS：半步超前交換（HFS – Halfstep Forward Switching） ，為了進(jìn)一步改善SUPANET 中的 “面向以太網(wǎng)的物理幀時(shí)槽交換” （ EPFTS）技術(shù)的單物理層用戶數(shù)據(jù)傳輸與交換平臺(tái)的服務(wù)質(zhì)量保障措施而提出的新思想。QoSNP：服務(wù)質(zhì)量協(xié)商協(xié)議（QoS Negotiation Protocol） ，SUPA 的信控管理平臺(tái)一種信令協(xié)議，用于在 SUPA 域內(nèi)進(jìn)行虛通路的建立和服務(wù)質(zhì)量的協(xié)商。 VL：虛線路（Virtual Line） ，一條虛通路上兩個(gè)交換節(jié)點(diǎn)之間的連接。VLI：虛線路標(biāo)識(shí)（ Virtual Line Index）用于標(biāo)識(shí)虛線路。VP：虛通路（Virtual Path）由若干個(gè)相鄰虛線路連接而成，可以為端到端的虛通路，也可以為節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的虛通路。 帶外信令控制技術(shù)信令技術(shù)包括兩種，即帶內(nèi)（inband）和帶外（outband）技術(shù)。帶內(nèi)信令是指控制平面與數(shù)據(jù)平面共享同一物理媒質(zhì)，例如利用 SDH 復(fù)用段或再生段的 DCC 通道，或者使用一個(gè)特定的波長(zhǎng)通道作為控制平面的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。帶內(nèi)信令的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)投資，但是控制平面的風(fēng)險(xiǎn)與數(shù)據(jù)平面一樣，安全性和可靠性較差 [10, 11]。帶外信令，即控制平面和數(shù)據(jù)平面不在同一物理媒質(zhì)。由于帶外信令其采用獨(dú)立于用戶信息通路的信令通路，具有信令傳遞速度快，可靠性高，保證安全性，便于提供多種補(bǔ)充業(yè)務(wù)及某些特殊功能（如支持智能網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用）等特點(diǎn)，正被廣泛使用。SUPA 是采用帶外信令的方式。一般可以將 SUPANET 分成用戶數(shù)據(jù)平臺(tái)和信控管理平臺(tái)。其中信控管理平臺(tái)主要包括管理平臺(tái)支持服務(wù)質(zhì)量協(xié)商、最少跳數(shù)（hop）的基于服務(wù)質(zhì)量的波長(zhǎng)路徑選擇(Shortest Path Lambda QoS 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 8 頁(yè)Routing, SPLQR)、呼叫入網(wǎng)控制（CAC）一系列服務(wù)質(zhì)量保障措施和策略。用戶傳輸平臺(tái)是只有物理層的單層平臺(tái)，負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā) [25]。 SUPA 的協(xié)議層次模型和接口SUPA 體系結(jié)構(gòu)利用帶外信令控制技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)的通信子網(wǎng)的用戶平面由傳統(tǒng)的 3 層傳輸平臺(tái)進(jìn)一步簡(jiǎn)化為只有物理層的單層平面。因?yàn)樵?SUPA 體系結(jié)構(gòu)中物理層通信技術(shù)具備粒度可伸縮的向下復(fù)用的機(jī)制，能夠根據(jù)用戶的需求分別對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的數(shù)據(jù)流傳輸提供可保證的服務(wù)質(zhì)量，而對(duì)實(shí)時(shí)性要求相對(duì)較低的數(shù)據(jù)傳輸提供用戶可接受但不一定任何時(shí)候都能夠得到保證的服務(wù)質(zhì)量，從而解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中無(wú)法保證服務(wù)質(zhì)量的難題。要實(shí)現(xiàn)該體系結(jié)構(gòu)必須在物理層實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶數(shù)據(jù)的高速交換和為不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供服務(wù)質(zhì)量保障提供必要的支撐機(jī)制。SUPA 的體系結(jié)構(gòu)是對(duì)原有通信子網(wǎng)的 3 層傳輸平臺(tái)的簡(jiǎn)化，但信控平面和管理平面保留了原有的協(xié)議，這樣有利于與 Inter 的互連，也保護(hù)了以往的眾多投資。采用 SUPA 體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)被稱為 SUPANET，這里引用文獻(xiàn)[8]。SUPANET 可以工作于兩種模式：缺省 Inter 模式和 SUPA 模式。缺省模式與現(xiàn)有的 Inter 工作過(guò)程完全相同，無(wú)需做進(jìn)一步說(shuō)明。圖 21 為工作于SUPA 模式下 SUPANET 域內(nèi)的接口與協(xié)議層次結(jié)構(gòu)示意圖。圖 21 為SUPANET 域內(nèi)協(xié)議層次結(jié)構(gòu)及與外部互聯(lián)的示意圖。SUPANET 體系結(jié)構(gòu)同時(shí)支持帶內(nèi)/外信令控制技術(shù)，圖 21 中上半部分表示 SUPANET 與傳統(tǒng) Inter 互聯(lián)（實(shí)際上應(yīng)與傳統(tǒng)的 Inter 網(wǎng)、電話網(wǎng)和有線電視網(wǎng)互聯(lián)）和與支持SUPANET 結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)型用戶之間互聯(lián)時(shí)所涉及的協(xié)議層次結(jié)構(gòu)。當(dāng)與傳統(tǒng)的Inter 用戶機(jī)或路由器互聯(lián)時(shí)，系統(tǒng)將工作于帶內(nèi)信令控制模式。在此模式下，SUPANET 專用協(xié)議（服務(wù)質(zhì)量協(xié)商協(xié)議 QoSNP（QoS Negotiation Protocol） 、入網(wǎng)控制協(xié)議 ACP 和流量監(jiān)控與信息交換協(xié)議 TMEP）將不對(duì)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生作用，此時(shí)，與傳統(tǒng)的 Inter 工作過(guò)程一樣，用戶數(shù)據(jù)、信令和管理信息都在同一傳輸平臺(tái)上進(jìn)行。當(dāng)與支持 SUPANET 的增強(qiáng)型系統(tǒng)互聯(lián)時(shí)，系統(tǒng)將工作于帶外信令工作模式。在此模式下，上述 3 種專用協(xié)議將作為信令控制和管理平面內(nèi)的專用協(xié)議，分別完成服務(wù)質(zhì)量協(xié)商、入網(wǎng)控制和流量監(jiān)控信息交換任務(wù)，以確保對(duì)用戶數(shù)據(jù)流提供的傳輸服務(wù)質(zhì)量。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 9 頁(yè)Inter 的路徑協(xié)議（RIP、OSPF、BGP 等）和簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議 SNMP 將以傳統(tǒng)方式工作，QoSNP 協(xié)議將在連接建立過(guò)程中充分利用相關(guān)的路徑信息。在此種模式下，信令控制平面通過(guò)服務(wù)質(zhì)量的協(xié)商確定一對(duì)用戶之間的連接能否建立，并對(duì)成功建立連接的數(shù)據(jù)流建立虛通路（VP，Virtual Path） [11]。圖 21 中的用戶系統(tǒng)代表支持 SUPANET 的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或與 SUPANET 互聯(lián)的圖 2－1 SUPA 模式下 SUPA 管理域內(nèi)的接口及協(xié)議層次結(jié)構(gòu)RIP (not for hosts) QoSNP OSPF(not for hosts) TMEP BGP (not for hosts) ACP TCP/UDPIPEther MACEther Physical layerDWDM(可選 ) SUPAHostUserData EPFSSNMP RIP QoSNP OSPF TMEP BGP ACPUDPIPEther MACEther Physical layerDWDMSNMP RIP QoSNP OSPF TMEP BGP ACPUDPIPEther MACEther Physical layerDWDMRoutingEPFSDWDMEPFSDWDMPFTSExchange of routing and traffic informationDifferent lambda in the same fiber Different lambda in the same fiber UNISMUNIUDNNIUDNNISMSUPAEndSystem: SUPAhost or half gatewaySUPARoutersLayers of Samp。M (Signalingamp。 Managing) Platform in SUPA domainLayers of Uplatform in SUPAEndsystemLayered structure of the Uplatform in SUPA domain.Layers of Samp。M Platform in UPAend SystemEther MACDWDMInter Userdata from another half of SUPAgateway 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 10 頁(yè)接口部分。圖 21 的上半部分表示用戶系統(tǒng)和 SUPANET 節(jié)點(diǎn)的信令控制與管理平面（Samp。M platform）中的協(xié)議層次結(jié)構(gòu)，以及在用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI，UserNetwork Interface）和網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口（NNI，NetworkNetwork Interface）上的信息管理接口（UNI SM和 NNISM） 。圖 21 的下半部分分別為支持 SUPANET 結(jié)構(gòu)的用戶系統(tǒng)和 SUPANET 節(jié)點(diǎn)的用戶數(shù)據(jù)傳輸平面的協(xié)議層次結(jié)構(gòu)和接口關(guān)系。在 SUPANET 域內(nèi)，用戶數(shù)據(jù)傳輸平面被簡(jiǎn)化為單物理層，分為兩個(gè)子層：“面向以太網(wǎng)物理幀子層” （EPFS， Etherorient Physical Frame Sublayer）和 DWDM 子層，SUPA 節(jié)點(diǎn)利用“面向以太網(wǎng)物理幀時(shí)槽交換”技術(shù) （EPFTS – Physical Frame Timeslot Switching）實(shí)現(xiàn)在多個(gè)端口間數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)接 [11]。工作于 SUPA 模式下的 SUPA 端系統(tǒng)既可能是支持 SUPA 的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，也可能是 SUPA 域與傳統(tǒng) Inter 設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)關(guān)中支持 SUPA 接口協(xié)議的