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摘 要 自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）通過在傳統(tǒng)光傳送網(wǎng)絡(luò)中引入路由協(xié)議、信令協(xié)議來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的智能化。文章對(duì)ASON路由協(xié)議——基于流量工程開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OSPF-TE）的基本概念和工作機(jī)制進(jìn)行了分析研究，并仿真了OSPF-TE的一些網(wǎng)絡(luò)性能，并得到一些有益的仿真結(jié)果。
關(guān)鍵詞 自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò) 開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議 通用多協(xié)議標(biāo)簽交換
1 引言
數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的動(dòng)態(tài)分配要求越來越迫切，于是一種能夠自動(dòng)完成光網(wǎng)絡(luò)連接新型光網(wǎng)絡(luò)——自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）應(yīng)運(yùn)而生。路由技術(shù)是ASON的核心技術(shù)之一，在實(shí)現(xiàn)連接的動(dòng)態(tài)選路方面發(fā)揮了重要的作用。開放最短路徑優(yōu)先（OSPF）協(xié)議是由IETF開發(fā)的一個(gè)基于鏈路狀態(tài)的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)采用的路由協(xié)議是OSPF協(xié)議，ASON的路由需要更多的特性和更高的靈活性，一般采用基于GMPLS擴(kuò)展的OSPF-TE路由協(xié)議[1]。
2 基于GMPLS的OSPF-TE
ASON 中的路由信息分發(fā)協(xié)議采用基于GMPLS的OSPF-TE。流量工程通過對(duì)資源的合理配置，對(duì)路由過程的有效控制，使得網(wǎng)絡(luò)資源得到最優(yōu)的利用。在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中，能夠自動(dòng)地避開網(wǎng)絡(luò)故障、網(wǎng)絡(luò)擁塞和網(wǎng)絡(luò)瓶頸，從而提供可靠的不同的QoS的區(qū)分業(yè)務(wù)。
基于GMPLS的OSPF-TE協(xié)議中的OSPF不再作為一個(gè)獨(dú)立的路由協(xié)議出現(xiàn)，而是和GMPLS協(xié)議體系下的其他協(xié)議（如鏈路管理協(xié)議、標(biāo)記分發(fā)協(xié)議等）協(xié)調(diào)工作，其承擔(dān)的主要任務(wù)是鏈路狀態(tài)信息的分發(fā)和鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)造，而不是傳統(tǒng)路由器強(qiáng)調(diào)的路由計(jì)算。GMPLS控制平面的路由模塊包括路由表管理、路徑計(jì)算、OSPF-TE協(xié)議分發(fā)路由信息以及鏈路狀態(tài)廣播（LSA）數(shù)據(jù)庫等。如圖1所示。
2.1 OSPF-TE鏈路狀態(tài)庫
OSPF-TE通常將網(wǎng)絡(luò)視為一個(gè)有向曲線圖，其節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)元件，其邊緣是TE鏈路。曲線圖的每個(gè)邊緣可關(guān)聯(lián)到諸如IP地址、成本及可預(yù)留波長屬性。任何鏈路狀態(tài)的改變，包括增加或減少鏈路，鏈路狀態(tài)庫都必須重新定位，而且所有的路由器必須根據(jù)更新的鏈路狀態(tài)庫的信息來重新計(jì)算它們的路由表。OSPF-TE使用LSA來廣播網(wǎng)絡(luò)資源信息。LSA攜帶特殊的TLV類型（類型長度值結(jié)構(gòu)）稱為鏈路TLV，它將關(guān)于特定鏈路流量工程的信息例如非預(yù)留波長數(shù)、成本等解碼。當(dāng)光路動(dòng)態(tài)地建立或拆除時(shí)，光路資源可用性將會(huì)改變，這時(shí)，這些變化由新發(fā)送的LSA來指明。為限制過多的OSPF-TE流量穿過智能交換光網(wǎng)絡(luò)，只有當(dāng)資源改變超過某一門限值（叫作鏈路狀態(tài)廣播門限值[1，2]）時(shí)才會(huì)使用LSA。
2.2 鏈路狀態(tài)廣播門限值
在ASON網(wǎng)絡(luò)中，路由器間的連接是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的光鏈路。路由器的LSA的信息包括每個(gè)出口鏈路的比特率、開銷、可用波長數(shù)以及與出口鏈路連接的相鄰路由器ID。路由器的鏈路狀態(tài)廣播是在驅(qū)動(dòng)事件下觸發(fā)的。當(dāng)路由器在任何一個(gè)出口鏈路檢測(cè)到重要事件時(shí)發(fā)送LSA目前有兩個(gè)定義的重要事件：
· 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖儯?/p>
· 任何一個(gè)出口鏈路的可用波長的改變超過之前所設(shè)的鏈路狀態(tài)廣播門限值。
并且做如下假設(shè)：
WTotal：鏈路的全波長數(shù)
Wavail_prior：變化前鏈路的可用波長數(shù)
Wavail_afer：變化后鏈路的可用波長數(shù)
Threshold：鏈路狀態(tài)廣播門限值
若以下滿足條件[1]：
■≥Threshold （式1）
則發(fā)起并廣播一個(gè)新的LSA。設(shè)立鏈路門限值是為了限制OSPF-TE流量，因?yàn)镺SPF-TE流量會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。
2.3 路由表間隔
OSPF-TE周期性地重建路由圖，則稱該時(shí)間間隔為路由表間隔。路由表間隔不能過長也不能太短。如果太長，將不能及時(shí)地反映網(wǎng)絡(luò)的變化；如果太短，會(huì)給路由器帶來不必要的CPU負(fù)擔(dān)。
2.4 OSPF-TE路由協(xié)議的工作過程
1. 所接的路由器要成為鄰居；
2. 構(gòu)建鄰接關(guān)系；
3. 在鄰接路由器之間發(fā)送LSA；
4. 接受LSA；
5. 構(gòu)建一個(gè)相同的拓?fù)浔恚ㄦ溌窢顟B(tài)數(shù)據(jù)庫）；
6. 使用最短路徑優(yōu)先的方法來計(jì)算最短路徑；
7. 構(gòu)建路由表。
3 仿真環(huán)境
采用14個(gè)基于GMPLS的光交換路由器組成一個(gè)ASON網(wǎng)絡(luò)來仿真，如圖2所示。其中有9個(gè)是用作標(biāo)簽交換路由器（LSR）的。同時(shí)，剩下的5個(gè)“Portland”、“Phoenix”、“Dallas_Acess”、“AtlantaAccess”和“DC Acess”作為光鏈路的起始和終端的標(biāo)簽邊緣路由器（LER）。假定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)滿足呼叫到達(dá)間隔時(shí)間為指數(shù)分布的泊松過程，到達(dá)率為λ，且連接的保持時(shí)間滿足均值為1/μ，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)的符合為λ/μ。阻塞率定義為被阻塞的業(yè)務(wù)數(shù)與發(fā)起的業(yè)務(wù)數(shù)的比值。
4 仿真結(jié)果分析
鏈路狀態(tài)廣播門限值控制著LSA的再生過程。當(dāng)鏈路狀態(tài)廣播門限值下較低時(shí)，即使是網(wǎng)絡(luò)發(fā)生一點(diǎn)小的變化都將導(dǎo)致鏈路狀態(tài)廣播的再生和溢出。
圖3舉例說明了不同鏈路狀態(tài)廣播門限值下的ASON的阻塞率。這些極限值分別是：10%、20%、50%和90%。路由節(jié)點(diǎn)的路由表時(shí)間間隔是10s。每條TE鏈路的波長數(shù)是20。ASON的業(yè)務(wù)負(fù)載R=35。仿真顯示：對(duì)于ASON網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)逆溌窢顟B(tài)廣播門限值。鏈路狀態(tài)廣播門限值很小時(shí)，除了引起更多的LSA業(yè)務(wù)外，不能提高網(wǎng)絡(luò)的性能（阻塞率）。鏈路狀態(tài)廣播門限值很大時(shí)將降低ASON的性能。
但是，并不是意味著降低鏈路狀態(tài)廣播門限值就有利于ASON的性能。在給定路由表間隔的情況下，低的鏈路狀態(tài)廣播門限值對(duì)降低ASON的阻塞率沒有幫助。只有當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化在路由表中反映出來，它才能影響ASON的性能。在兩個(gè)相鄰的時(shí)間表重建間隔內(nèi)，不管鏈路狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫更新的頻率多高，如果新的路由表沒有建立，那么這種改變不能引起任何的變化。
選擇適當(dāng)?shù)逆溌窢顟B(tài)廣播門限值是一個(gè)復(fù)雜的事情，它無法從理論上來進(jìn)行推導(dǎo)。鏈路狀態(tài)廣播門限值太大或者太小都會(huì)對(duì)性能造成影響。小的鏈路狀態(tài)廣播門限值將產(chǎn)生更多的LAS業(yè)務(wù)。大的鏈路狀態(tài)廣播門限值會(huì)引起高的阻塞率，如圖4所示。因此，在實(shí)際配置中，采用一些仿真方法來幫助選擇合適的鏈路狀態(tài)廣播門限值。
路由表是依據(jù)鏈路狀態(tài)庫來建立的。在給定鏈路狀態(tài)廣播門限值下，當(dāng)路由表間隔很小時(shí)，路由器將得到更準(zhǔn)確地網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。當(dāng)光連接請(qǐng)求到來時(shí)，路由算法將為該請(qǐng)求選擇一條最不擁擠的路由，這樣光連接阻塞的可能性就小。因此，如果路由表時(shí)間間隔太長，那么路由表就不能準(zhǔn)確地描述網(wǎng)絡(luò)真實(shí)的情況，這將降低網(wǎng)絡(luò)的性能。
圖5給出了ASON在不同路由表時(shí)間間隔下的仿真結(jié)果。鏈路狀態(tài)廣播門限值為10%。每條鏈路的波長數(shù)為20。并且ASON的業(yè)務(wù)負(fù)載R=35。每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)的路由表間隔相同。
中時(shí)間間隔為0（秒）意味著當(dāng)一個(gè)新的LSA到來時(shí)，OSPF-TE將會(huì)更新它的路由表。在所有的情況下，路由表將周期性地重建。仿真結(jié)果表明不能忽略路由表時(shí)間間隔對(duì)ASON的影響。按阻塞率來比較，當(dāng)路由表中的時(shí)間間隔很小時(shí)ASON性能較好。但是選擇合適的時(shí)間間隔是一個(gè)復(fù)雜的事情。路由表時(shí)間間隔不能太大或太小。小的時(shí)間間隔可能消耗很多的CPU執(zhí)行時(shí)間，阻礙路由節(jié)點(diǎn)的正常運(yùn)行。大的時(shí)間間隔則會(huì)帶來高的阻塞率，使ASON的性能大大降低。選擇合適的路由表不能采用理論分析的方法，必須采用一些仿真的方法。
5 結(jié)論
OSPF-TE路由協(xié)議在ASON中的應(yīng)用具有重大的意義。對(duì)于OSPF-TE的實(shí)現(xiàn)來說，鏈路狀態(tài)廣播門限值和路由時(shí)間間隔的選用很關(guān)鍵，過大或者過小都會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)性能。因此，鏈路狀態(tài)廣播門限值和路由時(shí)間間隔應(yīng)該是采用仿真的方式來確定。
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