基于PCE的光網絡跨域業務調度的設計與實現

陳選育，韋 斌，趙斌鋒，丁明吉，劉志強（.中國電子科技集團公司 第三十四研究所，廣西 桂林54004；.9597部隊）

?

中文核心期刊

基于PCE的光網絡跨域業務調度的設計與實現

陳選育1，韋 斌2，趙斌鋒1，丁明吉1，劉志強1
（1.中國電子科技集團公司 第三十四研究所，廣西 桂林541004；2.95972部隊）

針對目前自動交換光網絡（A SO N）所面臨的問題，指出路徑計算單元（PCE）是解決這些棘手問題的有效途徑。在描述了跨域調度的架構設計后，給出了基于PCE技術進行跨域調度路徑計算的實現方案，最后通過仿真試驗表明其優越性。

A SO N；跨域調度；路徑計算

0　引言

隨著自動交換光網絡（ASON）的發展，光網絡拓撲越來越復雜，路由量變大，路徑計算也越來越復雜，而將復雜的約束條件下路由計算放在ASON控制平面，需要大量的CPU資源來運行復雜的算法，而當大量CPU資源運用到路徑計算中時，會導致網絡利用率低、生存性和可靠性差等缺點。另外，在多域場景中，各個域的拓撲互不可見，各節點僅維護其所在的域的路由信息，無法計算出端到端業務跨域的最優路徑。因此，各域都需要一個集中式的路徑計算設備，負責與其它域的路徑計算設備互相通信協作，以便獲得跨域的最優路徑。為了應對這些棘手的問題，人們引入路徑計算單元（PCE），PCE是一個具有較強計算能力的單元，其相關的協議是對現有多協議標簽交換/通用多協議標簽交換（MPLS/GMPLS）協議的擴展［1］，同時其功能相對獨立，應用部署又比較靈活，適合域內、跨域以及不同運營商之間等多種網絡環境，能高效地解決跨域的流量工程路徑計算和保障端到端連接的服務質量［2-4］。PCE技術滿足了網絡需求，是未來智能網發展的必然趨勢。

對于上述問題，本文基于PCE技術給出了ASON網跨域業務調度的架構設計和實現方案，有效解決了多層多域網絡業務跨域智能調度。

1　跨域調度的架構設計

多層多域網絡的路由體系結構往往分為對等模式和層次模式，這兩種模式路徑計算可適用于不同的網絡拓撲。在跨域路徑計算的場景中，反向遞歸算法（BRPC）正是基于對等模式路徑計算的體現，由多個PCE的交互計算得到跨域的最優路徑，不同域中的PCE可以通過PCE通信協議（PCEP）交互信息來完成跨域的路徑計算［5］。

為了減少路徑計算過程中過重的PCEP信息交互，跨域調度方案設計采用對等模式的BRPC計算跨域路徑。通過使用部署在外部獨立的PCE服務器、各子網控制平面的協調，完成跨層跨域連接管理控制。其基本思想如下：①通過各子網PCE服務器之間的協調，完成跨層跨域的連接計算。PCE服務器采用域內集總式路由和跨域BRPC算法［6］，可優化而有效地實現連接計算功能。②通過PCE服務器和各子網控制平面之間的協調，完成跨層跨域連接的自動控制管理，以實現多層多域連接的快速拆建和發生故障時的保護倒換。

跨域業務調度的架構由PCE平面、控制平面、傳送平面與管理平面構成。各實體的連接關系如圖1所示。

圖1　跨域業務調度框架

每個域均有至少一個PCE實體以及獨立控制平面。在該體系結構中，跨層跨域的連接計算由PCE實體之間協調完成?？鐚涌缬蜻B接的建立、拆除、管理以及保護倒換和恢復均由PCE實體與控制平面協調完成。

2　跨域調度路徑計算的實現方案

2.1系統構成及配置

跨域調度系統主要由1個網管、3個PCE服務器和21個ASON設備節點組成。我們按照不同廠商和不同IP網段將其劃分為3個域，分別為PCE1、PCE2 和PCE3。PCE1域節點為A廠商設備，PCE2域節點為B廠商設備，PCE3域節點為C廠商設備。每個PCE服務器負責將采集的廠商控制平面信息轉化為域間能夠識別的統一格式信息，再對其按照不同處理方式進行分類和消息處理，處理過的消息與其它域間PCE服務器的消息交互完成相應域的路徑計算，最后將計算的最優跨域路徑上報網管。網管負責下發PCE計算路徑請求，并將路徑下發給首節點，通知首節點沿路建立基于流量工程的標簽交換路徑［7］（TE LSP）。

其中，PCE服務器由跨域路徑控制單元、控制信息適配單元和設備管理單元組成。設備提供三種接口，包括北向接口、跨域管控信息接口及廠家設備控制信息接口。北向接口指PCE服務器管理單元與光網絡管理系統之間傳遞消息的接口；跨域管控信息接口指配置在不同廠商設備域內的PCE服務器之間傳遞消息的接口，智能SDH設備控制信息接口指控制信息適配單元與廠商智能SDH設備間的接口。

2.2路徑計算過程

跨域業務調度的核心部分為路徑計算平面 （即PCE平面），用于計算復雜的多約束條件下跨域端到端的路徑，具體流程如圖2所示。

本文假設需要計算入節點A到出節點V路徑，計算步驟如下：①網管NMS發起業務路徑計算請求消息PCReq到PCE1，請求建立一條從入口節點A到出口節點V的業務路徑，并指定域序列為域 PCE1-域PCE2-域PCE3；②PCE1發現目的節點不在PCE1域內，轉發PCReq消息給下一個域PCE2，PCE2判斷該節點不在自己本域內，繼續轉發給下一個域PCE3；③PCE3發現目的節點，在本域內計算與域PCE2相鄰的邊界節點到目的節點最優路徑樹為路徑樹1，計算發現有3條路徑符合約束條件，路徑分別為Q-V、RV和 U-V；④PCE3通過發送 PCRep響應消息給PCE2，并攜帶ERO和IRO對象，告知PCE2的下一域PCE3的路徑樹路徑樹1；⑤PCE2根據PCE3返回的路徑信息，以及本域拓撲信息，計算與域1相鄰的邊界節點到目的節點的最優路徑樹為路徑樹2，路徑分別為G-M-Q-V、H-I-G-M-Q-V和K-N-P-R-V；⑥PCE2通過發送PCRep響應消息給PCE1，并攜帶ERO和IRO對象，告知PCE1的下一域PCE2的路徑數路徑樹2；⑦PCE1根據PCE2返回的路徑信息以及本域拓撲信息，計算與域1相鄰的邊界節點到目的節點的最優路徑樹為路徑樹3，路徑為A-F-H-I-G-MQ-V，PCE1返回上述路徑給網管（NMS），告知網管整個路徑已經計算完成。

在上述路徑計算過程中，我們先查找目的節點所在域的位置，待目的節點的域定位明確后，再通過反向遞推的方法計算出一條最優的端到端路徑。每個域PCE服務器不僅負責計算本域的路徑，同時也負責將本域計算的路徑信息告知上游域PCE，以便其進行下一步路由計算工作。

圖2　BRPC流程示意圖

3　仿真及結果分析

基于上述方案，我們在InterWatch試驗平臺上對跨域調度方案進行了性能仿真，包括跨域的端到端業務連接建立和跨域重路由恢復，并與傳統的層次模式路徑計算方法進行了比較。其網絡配置見第2節所述，節點對（A，V）之間的呼叫請求服從到達率為λ的泊松分布，每個呼叫的持續時間服從參數為1的指數分布。

3.1跨域的端到端路徑建立仿真測試

如圖3所示，與層次模式比較，隨著網絡業務量的增加，采用BRPC算法的路徑計算的阻塞率明顯要小于分層模式。如圖4所示，在平均建路時間上，BRPC算法也比分層模式建路時間快許多。從對比結果可看出，BRPC路徑計算比層次模式具有更大的優勢，主要原因是其在計算跨域路徑的效率要高于層次模式。

圖3　兩種模式下的阻塞率

圖4　兩種模式下的平均建路時間

3.2跨域的重路由恢復仿真測試

從圖5可看出，當連接請求率變大，傳統重路由機制比快速重路由所耗時間更多。主要原因在于傳統重路由恢復機制采用串行方式逐層計算路由，等待高層域最后計算完一條完整的路徑后才開始觸發信令的建立，其結果是在建路過程中勢必會耗費大量的重路由計算時間?？焖僦芈酚刹捎貌⑿蟹绞接嬎懵酚?，幾乎同時將每個域計算的路徑拼接起來就開始觸動信令，這樣就縮短了鏈路建立時間。從圖6可看出，快速恢復機制的恢復率明顯優于傳統恢復機制，其主要原因在于快速恢復機制能夠快速定位故障域，直接上報給網管，從而大大降低了消息逐層傳遞出錯的概率。

圖5　重路由恢復時間對比

圖6　重路由恢復率對比

針對跨域調度系統方案，為了進一步深入分析，本文從端到端鏈路建立和重路由恢復信道調度機制角度進行探討，可知光網絡中不同的速率等級下，鏈路連接建立及重路由恢復時間有所不同。與155M及以上速率相比較，2M業務跨域調度和重路由恢復時間比業務建立時間要慢許多，這是由于155M及以上速率信道調度方式和2M信道調度方式不同，其中155M及以上速率調度流程相同，可直接建立端到端信道。2M信道調度則需要先查詢是否有VC4級隧道存在，確認有隧道存在，再查詢是否有2M空時隙可用情況后，才能夠進行首末節點2M業務與隧道的交叉連接配置，建立一條完整的跨域信道，故導致2M鏈路比155M及以上速率業務建路時間要長。重路由恢復機制先查詢受故障影響的業務，然后進行故障鏈路拆除，再按照信道調度的方式重新建路，故重路由恢復時間要比跨域調度所需時間多。因此，跨域調度方案能夠實現ASON網絡毫秒級的端到端鏈路建立和恢復時間，并保證連接無法正常建立的概率小于10-3，同時建立、恢復時間保證了某個網絡節點或某段鏈路出現故障時，數據流量能夠平滑地切換到其它路徑上進行傳送。

4　結束語

本文分析了目前智能網所面臨的不足，如網絡規模越來越龐大，導致網絡的資源利用率低；域之間拓撲信息相互獨立不可視，使得無法實現跨域的業務調度、重路由恢復等功能。針對這些不足之處，給出了一種基于PCE的ASON網跨域業務調度的解決方案，成功地實現了跨域業務的互連互通。仿真結果表明，該方案滿足網絡功能和性能需求，有效提升了ASON網絡的服務質量，是對基于GMPLS的ASON控制平面技術的有效補充和增強。

從PCE技術發展來看，它有著廣泛的應用前景，不僅應用在ASON網，還可以應用于其它類型的傳輸網，如MPLS-TE、SDH、OTN和WSON等［8］。推廣使用該技術將會極大提高全網的智能化水平，充分發揮PCE對國家信息化產業的助推作用。

［1］IETF RFC 6805-2012，The application of the path computation element architecture to the determination of a sequence of domains in MPLS and GMPLS［S］.2012.

［2］IETF，RFC 4927-2007，Path Computation Element Communication Protocol（PCECP）Specific Requirements for Inter-Area MPLS and GMPLS Traffic Engineering［S］.2007.

［3］IETF，RFC 4655-2006，A Path Computation Element（PCE）-Based Architecture［S］.2006.

［4］IETF，RFC 4657-2006，Path Computation Element（PCE）Communication Protocol Generic Requirements［S］.2006.

［5］IETF，RFC 5440-2009，Path Computation Element（PCE）Communication Protocol（PCEP）［S］.2009.

［6］VASSEUR J P，ZHANG R N，BITAR A，et al.A Backward-Recursive PCE-Based Computation（BRPC）Procedure to Compute Shortest Constrained Inter-Domain Traffic Engineering Label Switched Paths［R］.RFC 5441，April 2009.

［7］AWDUCHE D，BERGER L，GAN D，et al.RSVP-TE：Extensions to RSVP for LSP tunnels［R］.RFC 3209，2001.

［8］CHAMANIA M，CHEN Xiaomin，JUKAN A，et al.An Adaptive Inter-domain PCE framework to Improve Resource Utilization and Reduce Interdomain Signaling［J］.Optical Switching and Networking，2009，6（4）：259-267.

Design and implementation of cross-domain
traffic scheduling in optical network based on PCE

CHEN Xuan-yu1，WEI Bin2，ZHAO Bin-feng1，DING Ming-ji1，LIU Zhi-qiang1
（1.The 34th Research Institute of CETC，Guilin Guangxi 541004，China；2.Unit 95972）

Aiming at the problem of ASON optical network at present，the paper points out that the path to the cell（PCE）is an effective way to solve these problems.After describing the architecture design of cross-domain scheduling，the implementation scheme of cross-domain scheduling path computation based on PCE technology is presented.Finally，the simulation results show its superiority.

ASON，cross-domain scheduling，path computation

TN929.11

A

1002-5561（2016）06-0009-04

10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2016.06.003

2015-09-09。

陳選育（1978-），男，工程師，研究方向為光通信技術，嵌入式軟件開發。