劉儒斌

(中國移動通信集團重慶有限公司,重慶 400041)

0 引言

現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)具備了動態(tài)性和多樣性,對通信網(wǎng)絡(luò)承載力提出更多要求,因此對網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制技術(shù)進行研究,提高IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)利用率,為能源互聯(lián)網(wǎng)和智能網(wǎng)絡(luò)提供支撐,具有重要的現(xiàn)實意義。國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制技術(shù)研究取得較大進展,獨立分開電力IP數(shù)據(jù)網(wǎng)與光傳輸網(wǎng),基于分組交換構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)框架,利用IP數(shù)據(jù)網(wǎng),充分高效地獲取網(wǎng)絡(luò)資源,以此提高光傳輸網(wǎng)業(yè)務(wù)的實時性和靈活性,利用光通道,為IP數(shù)據(jù)網(wǎng)提供大容量傳輸通道,減少IP數(shù)據(jù)網(wǎng)負荷[1]。網(wǎng)絡(luò)互通融合方面,對IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)的交換機制和組網(wǎng)模式進行深入分析,建立網(wǎng)絡(luò)資源的靈活調(diào)度模式,利用控制器對網(wǎng)絡(luò)進行集中化控制,開放透明的底層物理網(wǎng)絡(luò)和上層應(yīng)用網(wǎng)絡(luò),提出一種電力業(yè)務(wù)的協(xié)同機制,通過交互機制,使網(wǎng)絡(luò)框架具備集中開放和可管可控的特點,從而達到協(xié)同控制IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)的目的[2]。在以上理論的基礎(chǔ)上,提出一種IP數(shù)據(jù)網(wǎng)+光傳輸網(wǎng)協(xié)同控制技術(shù),使其能夠滿足智能網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)的具體要求。

圖1 IP 數(shù)據(jù)網(wǎng)+光傳輸網(wǎng)控制架構(gòu)

1 IP數(shù)據(jù)網(wǎng)+光傳輸網(wǎng)協(xié)同控制技術(shù)設(shè)計

1.1 建立IP數(shù)據(jù)網(wǎng)+光傳輸網(wǎng)協(xié)同控制總體架構(gòu)

利用SDN技術(shù)控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,改變IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)運行方式,建立網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制架構(gòu)。采用分層思想,將協(xié)同控制架構(gòu)分為核心層、匯聚層、接入層,利用核心層,對IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)進行轉(zhuǎn)發(fā),控制網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域廣泛信息;根據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理策略,利用匯聚層管控核心層數(shù)據(jù),匯聚IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)信息;接入層則展示協(xié)同控制的網(wǎng)絡(luò)管理功能,通過控制器發(fā)送指令,對IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行統(tǒng)一管控。具體架構(gòu)如圖1所示。

如圖1所示,總體架構(gòu)采用SDN技術(shù)的控制核心理念,建立層次化網(wǎng)絡(luò)管控架構(gòu)。核心層采用光傳輸網(wǎng)承載IP業(yè)務(wù)的方式,選取高帶寬的千兆路由器,構(gòu)成完全協(xié)同控制網(wǎng)絡(luò),統(tǒng)一調(diào)度控制IP路由和光通路,將IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)的鏈路與以太網(wǎng)交換機相連,進一步提高IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能,核心層作為樞紐中心連通網(wǎng)絡(luò),確保了IP路由和光通路的負載均衡,保護IP路由和光通路的設(shè)備安全[3]。匯聚層采用交換機和支持三層交換技術(shù),隔離IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng),分開IP路由和光通路,并對兩種鏈路進行分段,減輕核心層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的負荷,為IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)的業(yè)務(wù)連接請求分配資源,并且備份IP路由和光通路的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,實現(xiàn)不同局域網(wǎng)的路由地址過濾。接入層則采用penFlow協(xié)議的統(tǒng)一控制器,控制IP數(shù)據(jù)資源及光傳輸資源,處理IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)的業(yè)務(wù)連接請求,通過SDH傳輸網(wǎng)絡(luò),探測網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,為IP路由和光通路提供接口,實現(xiàn)與匯聚層協(xié)同控制器的連接,進而處理相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)[4]。至此完成IP數(shù)據(jù)網(wǎng)+光傳輸網(wǎng)協(xié)同控制總體架構(gòu)的構(gòu)建。

1.2 匯聚IP路由和光通路節(jié)點

協(xié)同控制總體架構(gòu)設(shè)計完畢后,選取架構(gòu)中的匯聚層,匯聚IP路由和光通路節(jié)點,使IP路由和光通路能夠相互連接。首先利用光交換機和IP路由器,對IP路由和光通路的鏈路狀態(tài)信息進行實時采集,建立IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)中所有節(jié)點的拓撲信息,通過OpenFlow協(xié)議,制定IP路由和光通路節(jié)點的控制策略。結(jié)合IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求,獲取IP路由和光通路節(jié)點的資源狀態(tài),建立節(jié)點控制邏輯通道,對節(jié)點進行編程,使IP層和光層的節(jié)點產(chǎn)生集中傾向[5]。對節(jié)點進行遷移,首先控制IP數(shù)據(jù)網(wǎng)的設(shè)備性能和通道資源,使IP數(shù)據(jù)網(wǎng)的規(guī)范管理優(yōu)于光傳輸網(wǎng),將IP數(shù)據(jù)網(wǎng)作為基礎(chǔ)平臺,遷移光傳輸網(wǎng)節(jié)點至IP數(shù)據(jù)網(wǎng)中,使所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點承載在IP數(shù)據(jù)網(wǎng)中。

當(dāng)光通路節(jié)點全部遷移后,部署IP數(shù)據(jù)網(wǎng)的全網(wǎng)節(jié)點,并對其進行優(yōu)化,使IP數(shù)據(jù)網(wǎng)的全網(wǎng)節(jié)點滿足全網(wǎng)業(yè)務(wù)需求,節(jié)點部署過程中,將IP路由節(jié)點作為核心節(jié)點,采用兩條千兆光口上聯(lián)至IP數(shù)據(jù)網(wǎng)節(jié)點,選取部分節(jié)點作為全網(wǎng)核心,包括IP路由節(jié)點和光通路節(jié)點,然后對核心節(jié)點進行降級管理,使其作為匯聚節(jié)點。使IP路由節(jié)點和光通路節(jié)點在匯聚節(jié)點位置進行融合,根據(jù)子網(wǎng)連接保護技術(shù),配置路由器,采用光纖直連方式,自動倒換IP路由和光通路節(jié)點,利用雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測機制,檢測未融合的IP路由和光通路節(jié)點,定位節(jié)點在IP數(shù)據(jù)網(wǎng)上的位置。然后采用星型方式,對匯聚節(jié)點進行統(tǒng)一調(diào)配,通過全局網(wǎng)絡(luò)視角,構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化機制,簡化匯聚節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)資源,搜索出鄰近的IP路由和光通路節(jié)點,使其在匯聚節(jié)點位置進行融合。融合過程中,采用映射策略創(chuàng)建節(jié)點的虛擬網(wǎng)絡(luò),映射策略包括域內(nèi)映射和域間映射,通過域內(nèi)映射,確定節(jié)點融合路徑,通過域間映射,集中式管控融合節(jié)點信息,使節(jié)點在匯聚位置完成融合[6]。至此完成IP路由和光通路節(jié)點的匯聚。

1.3 協(xié)同控制IP數(shù)據(jù)網(wǎng)+光傳輸網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)

通過IP路由和光通路節(jié)點的匯聚,實現(xiàn)IP業(yè)務(wù)流與光通道的交通和交互,協(xié)同控制IP業(yè)務(wù)流與光通道的協(xié)議信令,交換IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)的通信信號。降低IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)之間的業(yè)務(wù)顆粒度,使光傳輸網(wǎng)能夠適應(yīng)IP數(shù)據(jù)網(wǎng)的業(yè)務(wù)類型，在域控制器上層添加一個協(xié)同控制器,通過協(xié)同控制器,管控IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)的域內(nèi)業(yè)務(wù),轉(zhuǎn)發(fā)域內(nèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。協(xié)同控制器通過北向接口,對IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)的數(shù)據(jù)進行交互,將網(wǎng)絡(luò)信息庫NIB擴展到層次結(jié)構(gòu)中,保持IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)的局部拓撲結(jié)構(gòu),通過南向接口,提供應(yīng)用業(yè)務(wù)服務(wù),全局視圖控制IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng),優(yōu)化IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)資源,在NIB中維護IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)的底層網(wǎng)絡(luò)視圖,提供可編程化的動態(tài)端到應(yīng)用端服務(wù)[7]?？刂破魍ㄟ^IP層交換流表和光層交換流表,實現(xiàn)IP層流表和光層流表的電路交換,進而確定IP層業(yè)務(wù)流的去向和來源,評定IP業(yè)務(wù)流的優(yōu)先級,以此確定交互業(yè)務(wù)流的先后順序,對業(yè)務(wù)流和光通道的信息數(shù)據(jù)進行匹配,實現(xiàn)IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)通信信號的協(xié)同控制。至此完成IP數(shù)據(jù)網(wǎng)+光傳輸網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同控制。

當(dāng)用戶發(fā)送網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的請求時,交換通信信號,使IP層獲取光傳輸網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài),進而確定IP業(yè)務(wù)流聚合時的負載需求,包括帶寬和路由等,光通道根據(jù)負載需求建立光路,匯聚IP業(yè)務(wù)流,對其進行高效承載,收集足夠的業(yè)務(wù)流后,將其傳輸?shù)胶诵膶?對用戶業(yè)務(wù)請求進行處理。至此完成IP數(shù)據(jù)網(wǎng)+光傳輸網(wǎng)協(xié)同控制技術(shù)設(shè)計。

2 實驗論證分析

進行對比實驗,記此次技術(shù)為實驗A組,傳統(tǒng)協(xié)同控制技術(shù)為實驗B組,比較兩種協(xié)同控制技術(shù)下網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的阻塞率。采用BN3仿真軟件,構(gòu)建流量調(diào)度機制的仿真環(huán)境,通過HTTP協(xié)議的POST方法傳送請求網(wǎng)絡(luò)拓撲,IP數(shù)據(jù)網(wǎng)與光傳輸網(wǎng)的規(guī)模為43條光鏈路和57個節(jié)點,數(shù)據(jù)格式為JSON數(shù)據(jù),動態(tài)路由協(xié)議為IGP。IP數(shù)據(jù)網(wǎng)+光傳輸網(wǎng)的層次建設(shè)如表1所示。

表1 IP 數(shù)據(jù)網(wǎng)+光傳輸網(wǎng)層次建設(shè)

選取多臺IP交換機,采用泊松分布模擬穩(wěn)定業(yè)務(wù)流,采用隨機分布模擬突發(fā)業(yè)務(wù)流,設(shè)置IP交換機的鏈路帶寬為50MHz,光交換節(jié)點帶寬為15GHz,配置波長為8個。兩組實驗對IP數(shù)據(jù)點和光鏈路進行協(xié)同控制,改變業(yè)務(wù)負載,記錄不同業(yè)務(wù)連接下的阻塞率,實驗結(jié)果如表2所示。

如表2所示,實驗A組平均阻塞率為1.70%,實驗B組平均阻塞率為2.23%,實驗A組阻塞率減少了0.43%。綜上所述,相比傳統(tǒng)協(xié)同控制技術(shù),本文設(shè)計技術(shù)降低了IP數(shù)據(jù)網(wǎng)+光傳輸網(wǎng)的業(yè)務(wù)連接阻塞率,為網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的處理提供更好支撐。

表2 實驗對比結(jié)果

3 結(jié)語

此次研究提出IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)的協(xié)同控制機制,降低了業(yè)務(wù)連接的阻塞率。在今后的研究中,會對網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制的安全性進行進一步優(yōu)化,應(yīng)用擴容故障恢復(fù)算法,解決網(wǎng)絡(luò)單鏈路故障問題,增強IP數(shù)據(jù)網(wǎng)+光傳輸網(wǎng)抗毀性。