GMPLS智能光網(wǎng)絡(luò)中波長(zhǎng)路由器的研究.pdf

1、DWDM技術(shù)的應(yīng)用使點(diǎn)到點(diǎn)光纖通信系統(tǒng)盡管有了巨大的傳輸容量，但只能提供原始的傳輸帶寬，需要有智能光節(jié)點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)高效的靈活組網(wǎng)能力。構(gòu)造具備波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換功能的全光波長(zhǎng)路由器是一個(gè)挑戰(zhàn)，需要大規(guī)模的光開關(guān)模塊、全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器等可調(diào)諧器件，而且要求全光波長(zhǎng)路由器的波長(zhǎng)交叉連接模塊具有模塊特性便于升級(jí)到較大規(guī)模的交換系統(tǒng)。另外智能光網(wǎng)絡(luò)（ION）路由控制協(xié)議還未完全標(biāo)準(zhǔn)化。波長(zhǎng)路由器被認(rèn)為是波長(zhǎng)顆粒度和IP 網(wǎng)智能的結(jié)合。它是一種光層設(shè)備，利用波

2、分光交換技術(shù)在通用多協(xié)議標(biāo)簽交換(GMPLS)協(xié)議的控制下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)任意光纖端口之間不同波長(zhǎng)光信號(hào)的交換及選路,在光域中按不同波長(zhǎng)尋址實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)路由。目前波長(zhǎng)路由器的光交換核心都是光電混合結(jié)構(gòu)，不具備信號(hào)速率和調(diào)制方式的透明性，光交叉連接器（OXC）大多使用大規(guī)模光開關(guān)矩陣或MEMS 技術(shù)來實(shí)現(xiàn)光空分交換，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是一種過渡的產(chǎn)品。本文以簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、動(dòng)態(tài)可配置、支持虛波長(zhǎng)通路、模塊特性以及低成本為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)新型低成本全光波

3、長(zhǎng)路由器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)展開了深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究。具體工作包括： (1) 從研究GMPLS 智能光網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)出發(fā)，構(gòu)想了全光波長(zhǎng)路由器的邏輯結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)。路由控制器為了和不同的外圍設(shè)備和WXC 驅(qū)動(dòng)進(jìn)行接口，應(yīng)該在設(shè)計(jì)中考慮多種接口。路由控制信息按照IP 數(shù)據(jù)包的形式在帶外1310nm 控制波道上按TCP協(xié)議進(jìn)行可靠傳輸。整個(gè)結(jié)構(gòu)應(yīng)分為用戶數(shù)據(jù)傳輸模塊、控制信息收發(fā)模塊、IP 控制數(shù)據(jù)包解/封包模塊、OSPF-TE 路由協(xié)

4、議模塊、RSVP-TE 信令模塊和LMP 管理模塊、波長(zhǎng)分配和釋放處理模塊等幾大功能模塊。 (2) 提出了波長(zhǎng)交叉連接（WXC）方案結(jié)構(gòu)的損耗、靈活性和成本分析模型，評(píng)估了當(dāng)前幾種討論最多的典型結(jié)構(gòu)。 (3) 提出了一種不需要可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器和可調(diào)諧光濾波器，新型低成本的，節(jié)點(diǎn)共享多波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換環(huán)回型WXC 結(jié)構(gòu)SPN-VWP。該結(jié)構(gòu)的突出特點(diǎn)是利用無阻塞全光空間開關(guān)交換矩陣與固定波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器組合成離散波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，允許多個(gè)波長(zhǎng)

5、轉(zhuǎn)換器無阻塞的同時(shí)工作；而且采用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的環(huán)回連接，有效的利用了矩陣開關(guān)的端口，使得配置的各光開關(guān)矩陣模塊均是端口對(duì)稱的，一定程度上降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性。這種結(jié)構(gòu)解決了波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器節(jié)點(diǎn)共享問題，而且波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的調(diào)諧值可以根據(jù)WDM 系統(tǒng)的要求階段性的靈活配置。還有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)是減少了模擬調(diào)諧技術(shù)在結(jié)構(gòu)中的使用，整個(gè)光交換網(wǎng)絡(luò)的工作方式均為數(shù)字化控制，不但大大減少了在其它結(jié)構(gòu)中遇到的因?yàn)榫_調(diào)諧在時(shí)間上的開銷，而且波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換數(shù)字調(diào)諧更加準(zhǔn)確。該

6、結(jié)構(gòu)的最大插入損耗為21dB 。通過對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了2.5Gb/s 信號(hào)傳輸仿真，證明了多級(jí)SPN－VWP 級(jí)聯(lián)不會(huì)因?yàn)閮?nèi)部交換而影響信號(hào)的質(zhì)量。 (4) 采用排隊(duì)論的方法設(shè)計(jì)了一個(gè)分析SPN-VWP 阻塞性能的M/M/T/T 模型。 (5) 借助三維馬爾可夫鏈（3D-Markov）模擬光通路相鄰鏈路上的業(yè)務(wù)負(fù)載的相關(guān)性。將接收器也作為光通路請(qǐng)求的預(yù)留資源引入到波長(zhǎng)可轉(zhuǎn)換的光通路中，改進(jìn)了光通路阻塞分析模型。 (6

7、)分析了各種互聯(lián)網(wǎng)路由協(xié)議，選擇OSPF-TE 作為智能光網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的理由。對(duì)RSVP-TE 信令過程在有無波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的情況下對(duì)光通路的建立步驟作了詳細(xì)的闡述。 (7)分析了波長(zhǎng)路由器系統(tǒng)的功能需求，指出了在波長(zhǎng)路由通路預(yù)留實(shí)時(shí)性要求較高的情況下，控制信道的峰值帶寬，處理器利用率，存儲(chǔ)器容量。 (8)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于ARM7TDMI 系列網(wǎng)絡(luò)處理器芯片S3C44B0X 的簡(jiǎn)單路由控制系統(tǒng)，對(duì)實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單波長(zhǎng)路由器系統(tǒng)進(jìn)行了