單層用戶(hù)數(shù)據(jù)交換平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、Internet是在線(xiàn)路傳輸速率低、誤碼率高的通信條件下，以文本數(shù)據(jù)傳輸為主的應(yīng)用背景下誕生的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)現(xiàn)有的Internet在體系結(jié)構(gòu)上存在著用戶(hù)數(shù)據(jù)交換平臺(tái)層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳輸效率低下和服務(wù)質(zhì)量(Quality Of Service，QoS)難以保證的缺點(diǎn)。隨著高速率低誤碼率的密集波分復(fù)用(DWDM)光骨干通信技術(shù)的發(fā)展，為了克服這些缺點(diǎn)，四川省網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(SC-Netcom Lab)提出了“單層用戶(hù)數(shù)據(jù)交換平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)”

2、(Single-layer User-data Switching Platform Architecture，SUPA)作為一種新的基于DWDM的骨干網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。SUPA采用帶外信令控制思想將用戶(hù)數(shù)據(jù)交換平臺(tái)(User-data switching Platform，U-Platform)與信控管理平臺(tái)(Signaling&ManagementPlatform，S&M-platform)分離，從而將U-Platform簡(jiǎn)化為單物理層結(jié)

3、構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的高速高效交換奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，面向目前最流行的以太網(wǎng)，四川省網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出的“面向以太網(wǎng)的物理幀時(shí)槽交換”(Ethernet-oriented PhysicalFrame Timeslot Switching，EPFTS)技術(shù)將DWDM物理信道/波長(zhǎng)的復(fù)用與交換節(jié)點(diǎn)的交換機(jī)制相結(jié)合以提高傳輸效率，使服務(wù)質(zhì)量保障機(jī)制直接嵌入物理層，為用戶(hù)提供有服務(wù)質(zhì)量保證的、面向虛線(xiàn)路連接(Virtual Line Co

4、nnection)的傳輸服務(wù)。由于SUPA的最大優(yōu)點(diǎn)就是通過(guò)帶外信令技術(shù)，結(jié)合基于DWDM的EPFTS技術(shù)，將服務(wù)質(zhì)量保證延伸到端用戶(hù)，真正為用戶(hù)提供端到端的QoS保證的服務(wù)，因此，SUPA網(wǎng)絡(luò)(SUPANetwork，SUPANET)能夠在同一網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)開(kāi)展語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，滿(mǎn)足下一代Internet(Next Generation Internet，NGI)或下一代網(wǎng)絡(luò)(Next Generation Network，NGN)“

5、三網(wǎng)合一”的需求。
　　作者首先分析了現(xiàn)行Internet面臨的高速交換、服務(wù)質(zhì)量保障、網(wǎng)絡(luò)安全和接入多樣性等挑戰(zhàn)，綜合分析了國(guó)內(nèi)外NGI/NGN研究的現(xiàn)狀，提出了在NGI研究中從“體系結(jié)構(gòu)”方面應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的基本思路。針對(duì)OSI/RM和現(xiàn)有Internet網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)存在的不足，作者分析了NGI需求和NGI總體目標(biāo)，在利用帶外信令思想重新審視Internet體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，指出進(jìn)一步的簡(jiǎn)化將可以在兩類(lèi)不同的平臺(tái)(U-Platfor

6、m和S&M-platform)分別進(jìn)行。通過(guò)擴(kuò)展OSI/RM以適應(yīng)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用虛擬化和面向服務(wù)的需求，作者提出了一種新的NGI體系結(jié)構(gòu)--“開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)參考模型”(OpenNetwork Application Service/Reference Model，ONAS/RM)。該新模型被定義成包含應(yīng)用支撐層、傳輸層和交換基層的三層體系結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)上述NGI總體目標(biāo)。
　　在分析“漸進(jìn)演進(jìn)”和“革新重建”兩種NGI研究觀念的特點(diǎn)

7、基礎(chǔ)上，針對(duì)未來(lái)的骨干網(wǎng)絡(luò)將基于高速率和低誤碼率的DWDM，而接入網(wǎng)絡(luò)將基于可能高誤碼率的多種通信技術(shù)的通信現(xiàn)狀，作者所在的實(shí)驗(yàn)室提出了解決NGI中問(wèn)題的“骨干通信交換平臺(tái)優(yōu)先，外延次之”的BSF-OES(Backbone Substrate First，Outwards Expansion Second)策略。該策略強(qiáng)調(diào)引入帶外信令，將U-Platform與S&M-platform分離，在骨干網(wǎng)(特別是基于DWDM光通信骨干網(wǎng))中最大

8、限度地簡(jiǎn)化U-platform，并在兼容現(xiàn)行Internet和平滑過(guò)渡的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)率先在NGI的骨干網(wǎng)中構(gòu)建一個(gè)內(nèi)嵌QoS機(jī)制和安全措施的薄的交換基層以應(yīng)對(duì)高速交換問(wèn)題，當(dāng)骨干網(wǎng)技術(shù)成熟并廣泛應(yīng)用后再向邊緣推廣應(yīng)用。本文將SUPA作為一種NGI骨干網(wǎng)絡(luò)的框架，論證了應(yīng)用該策略如何應(yīng)對(duì)技術(shù)挑戰(zhàn)、保護(hù)現(xiàn)有投資和平滑過(guò)渡到NGI的可行性。按照BSF-OES策略，作者也強(qiáng)調(diào)SUPA的體系結(jié)構(gòu)采用階段性研發(fā)策略，分三個(gè)階段進(jìn)行基于EPFTS的S

9、UPA框架研究。
　　第一階段SUPA在S&M-platform保持現(xiàn)有的Internet協(xié)議棧并進(jìn)行必要的增強(qiáng)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)進(jìn)行了基于EPFTS的U-platform的SUPA初步研究。作者在概述第一階段SUPA體系結(jié)構(gòu)、論述相關(guān)核心技術(shù)成果并論證SUPA研發(fā)思路可行性的基礎(chǔ)上，分析了第一階段SUPA研究存在的問(wèn)題，指出進(jìn)行第二階段SUPA研究的必要性。為此，作者提出在第二階段SUPA研究中重點(diǎn)進(jìn)行U-platform和S&M-

10、platform都是基于EPFTS交換基層的SUPA框架的優(yōu)化研究，而將按ONAS/RM模型構(gòu)建未來(lái)網(wǎng)絡(luò)模型的第三階段SUPA框架留待以后進(jìn)一步詳細(xì)研究。
　　由于第一階段SUPA僅在U-Platform由EPFTS支持，作者提出第二階段SUPA的S&M-platform也由EPFTS支持，進(jìn)一步簡(jiǎn)化S&M-platform為4層結(jié)構(gòu)。同時(shí)，作者采用帶外信令與帶內(nèi)信令相結(jié)合的可重組體系結(jié)構(gòu)思想進(jìn)行SUPA體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。這種思想的

11、特點(diǎn)就是，出于效率的考慮，按帶外信令將SUPA系統(tǒng)在總體構(gòu)建上劃分成兩類(lèi)平臺(tái)(U-platform和S&M-platform)，盡量簡(jiǎn)化U-platform以提高交換效率；而這兩類(lèi)平臺(tái)內(nèi)還可以進(jìn)一步按帶內(nèi)信令思想進(jìn)行各自平臺(tái)內(nèi)的“帶內(nèi)”O(jiān)AM(OperationAdministration and Maintenance，操作管理與維護(hù))等功能的增強(qiáng)，減少兩類(lèi)平臺(tái)(U-platform和S&M-platform)之間的信息交互，以提高相

12、同平臺(tái)之間簡(jiǎn)短“帶內(nèi)”信控管理信息的交換效率。
　　作為本文的研究重點(diǎn)，作者全面研究了第二階段SUPA的體系結(jié)構(gòu)，提出了第二階段SUPA的系統(tǒng)框架，重點(diǎn)研究了第二階段SUPA基于EPFTS的S&M-platform框架與OAM。作者詳細(xì)研究了SUPA系統(tǒng)的S&M-platform及其接口，研究了SUPA信控管理協(xié)議的信令流程和信令消息轉(zhuǎn)換過(guò)程，同時(shí)，研究了U-platform中的基于EPF子層的“帶內(nèi)”O(jiān)AM子層。作者在第一階段S

13、UPA有關(guān)服務(wù)質(zhì)量保障體系的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了第二階段SUPA服務(wù)質(zhì)量保障體系，定義了相關(guān)的SUPA服務(wù)、協(xié)議和接口。作者探討了SUPA可靠性、可用性和OAM等問(wèn)題，并重點(diǎn)研究了SUPA中U-Platform的OAM功能和機(jī)制，對(duì)所提出的SUPANET中基于重路由的保護(hù)機(jī)制和基于“帶內(nèi)”O(jiān)AM的保護(hù)交換機(jī)制的有效性進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。最后，作者總結(jié)了本文的主要研究工作及其創(chuàng)新點(diǎn)，指出這些研究所涉及的相關(guān)研究成果為SUPA框架的后續(xù)研究奠定了