基于服務(wù)開(kāi)放的一體化承載網(wǎng)設(shè)計(jì)

湯創(chuàng)為 譚敏生 彭群忠 李洋偉

南華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 湖南 421001

0 引言

傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)因?yàn)轶w系結(jié)構(gòu)的困境和缺陷，難以滿足多樣化的豐富應(yīng)用需求、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量保證和網(wǎng)絡(luò)安全需要。電信網(wǎng)、廣電網(wǎng)和Internet均采用在一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建一種邏輯承載網(wǎng)的專網(wǎng)方式，為專門(mén)的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供服務(wù)。專網(wǎng)業(yè)務(wù)的組網(wǎng)模式有利于為其承載的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供服務(wù)質(zhì)量保證，但是浪費(fèi)了物理網(wǎng)絡(luò)資源。傳統(tǒng)的“Best Effort”的服務(wù)模式，即在一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建一種邏輯承載網(wǎng)，并為多種網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供服務(wù)的組網(wǎng)方式也不能滿足網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)多變性的動(dòng)態(tài)發(fā)展要求。

近年來(lái)國(guó)外許多研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者，都針對(duì)傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)或創(chuàng)新，提出了不同的思路和方向。目前主要有兩種模式：改良式和革命式。改良式研究包括無(wú)類域間路由、網(wǎng)絡(luò)地址翻譯以及IPV6等。所有這些研究都是基于TCP/IP協(xié)議棧，并不涉及對(duì)現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)根本的體系結(jié)構(gòu)上的改變，只是進(jìn)行局部性的修修補(bǔ)補(bǔ)。而革命式研究則是考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求，完全拋棄傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的束縛，重新開(kāi)始設(shè)計(jì)新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。

我國(guó)在2007年提出“新一代高可信網(wǎng)絡(luò)”重大項(xiàng)目研究計(jì)劃，主要目標(biāo)之一就是實(shí)現(xiàn)功能可升級(jí)重組，性能可編程分配，管理可分層配置，以動(dòng)態(tài)全局服務(wù)提供能力為核心，以多樣化業(yè)務(wù)服務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)資源提供的最佳匹配為目標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)資源按需求配置，功能按需求重組的面向服務(wù)提供的一體化承載網(wǎng)絡(luò)。

1 基于服務(wù)開(kāi)放的一體化網(wǎng)絡(luò)體系

1.1 一體化網(wǎng)絡(luò)分層參考模型

基于服務(wù)開(kāi)放的一體化網(wǎng)絡(luò)體系采用分層體系結(jié)構(gòu)(如圖1所示)：業(yè)務(wù)應(yīng)用層、業(yè)務(wù)接入/控制層、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層由3個(gè)子層構(gòu)成：邏輯承載層、可重構(gòu)邊緣層和資源共享層。

圖1 基于服務(wù)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)分層參考模型

在邏輯承載層，通過(guò)對(duì)業(yè)務(wù)特性、服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的匹配,向業(yè)務(wù)接入/控制層提供 QoS 保證，并根據(jù)業(yè)務(wù)聚類，提出構(gòu)建一種能夠滿足某種業(yè)務(wù)特性的邏輯網(wǎng)絡(luò)的需求；在可重構(gòu)邊緣層，根據(jù)邏輯承載層需求，構(gòu)建新的能滿足該業(yè)務(wù)特性，具備所需服務(wù)能力的邏輯承載網(wǎng)或者釋放不再需要的邏輯承載網(wǎng)。資源共享層提供物理的網(wǎng)絡(luò)傳輸和節(jié)點(diǎn)處理資源，資源共享層的節(jié)點(diǎn)處理資源是基于開(kāi)放可重構(gòu)路由交換平臺(tái)技術(shù)體系而構(gòu)建的路由交換節(jié)點(diǎn)平臺(tái)。在這樣的技術(shù)體系保證下，通過(guò)業(yè)務(wù)特性、服務(wù)質(zhì)量參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)資源的最優(yōu)化匹配，形成具有一定服務(wù)提供能力的網(wǎng)絡(luò)，來(lái)滿足業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量需求。這樣，網(wǎng)絡(luò)不再依據(jù)特定業(yè)務(wù)進(jìn)行構(gòu)建，而是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供能力來(lái)進(jìn)行，網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)提供能力表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)能提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的種類，每一種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)可以支撐多種特性相似的用戶業(yè)務(wù)，而且對(duì)新興業(yè)務(wù)也具備平滑的接口，大多數(shù)新興業(yè)務(wù)的出現(xiàn)可以利用原有網(wǎng)絡(luò)支撐，只有少數(shù)新興業(yè)務(wù)需要網(wǎng)絡(luò)提供新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

1.2 承載網(wǎng)資源管理體系

為在不同規(guī)模的物理承載網(wǎng)上構(gòu)建邏輯承載網(wǎng)，設(shè)計(jì)可靠、可管和可運(yùn)營(yíng)的一體化承載網(wǎng)絡(luò)，提出一種區(qū)域化分層構(gòu)件及資源管理策略。研究表明，分層管理有利于網(wǎng)絡(luò)更有效運(yùn)行。

一體化承載網(wǎng)絡(luò)可分三層，由路由節(jié)點(diǎn)、域和區(qū)組成。多個(gè)路由交換節(jié)點(diǎn)(Router Node,RN)組成一個(gè)域(domain)，多個(gè)域組成一個(gè)區(qū)(region)，全網(wǎng)由多個(gè)區(qū)組成。柔性網(wǎng)絡(luò)配置代理(Flexible Network Configure Broker, FNCB)負(fù)責(zé)域內(nèi)邏輯承載網(wǎng)的管理，根節(jié)點(diǎn)服務(wù)器(Root Sever)負(fù)責(zé)區(qū)內(nèi)跨域的邏輯承載網(wǎng)的管理，跨區(qū)的邏輯承載網(wǎng)的管理由相關(guān) Root Server負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)完成。

因此資源管理模型也分為三層，所有RN組成物理承載層，F(xiàn)NCB組成域管理層，所有Root Server 構(gòu)成全網(wǎng)管理層。域管理層接受全網(wǎng)管理層發(fā)送的域間邏輯承載網(wǎng)構(gòu)建命令，并傳遞給物理承載層相應(yīng)節(jié)點(diǎn)完成邏輯承載網(wǎng)的構(gòu)建。對(duì)于域內(nèi)邏輯承載網(wǎng)的配置，由域管理層直接計(jì)算后將配置信息傳遞給物理承載層。功能示意圖如圖2所示。

圖2 基于服務(wù)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

FNCB執(zhí)行資源信息管理服務(wù)器功能。負(fù)責(zé)對(duì)域內(nèi)路由節(jié)點(diǎn)資源信息和拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行管理。當(dāng)構(gòu)建邏輯承載網(wǎng)時(shí)，負(fù)責(zé)域內(nèi)的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)和資源感知、信息維護(hù)；FNCB通過(guò)節(jié)點(diǎn)中CE的網(wǎng)絡(luò)配置構(gòu)件(Network Configure Component ,NCC)和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行周期性信息交互，獲得節(jié)點(diǎn)資源信息；FNCB根據(jù)業(yè)務(wù)提供商請(qǐng)求信息中的相關(guān)業(yè)務(wù)及其它需求信息，經(jīng)過(guò)聚類，將業(yè)務(wù)特性聚類為建網(wǎng)需求，并根據(jù)物理承載網(wǎng)資源狀態(tài)信息進(jìn)行計(jì)算，若能成功求解得到邏輯承載網(wǎng)所需資源，則向RN發(fā)送配置邏輯承載網(wǎng)的命令。

Root Server 負(fù)責(zé)對(duì)域間資源信息和拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行管理，當(dāng)構(gòu)建跨域的邏輯承載網(wǎng)時(shí)，負(fù)責(zé)域間的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)和資源感知、信息維護(hù)。Root Server 通過(guò)FNCB獲得資源信息，配置跨域的邏輯承載網(wǎng)。

2 一體化邏輯承載網(wǎng)設(shè)計(jì)

2.1 邏輯承載網(wǎng)構(gòu)建請(qǐng)求格式

為根據(jù)需要構(gòu)建LCN，業(yè)務(wù)提供商需要向服務(wù)提供商發(fā)出請(qǐng)求，要求為其提供承載服務(wù)，服務(wù)提供商將需求轉(zhuǎn)為構(gòu)建邏輯網(wǎng)所需要滴信息，如，需要的物理層資源，LCN持續(xù)時(shí)間，協(xié)議類型、服務(wù)質(zhì)量參數(shù)和業(yè)務(wù)特性參數(shù)等。

2.2 邏輯承載網(wǎng)構(gòu)建流程

邏輯承載網(wǎng)的構(gòu)建是指FNCB收到建網(wǎng)請(qǐng)求，到物理網(wǎng)絡(luò)根據(jù)配置命令構(gòu)建成功的過(guò)程。構(gòu)建流程圖(如圖3)。

圖3 一體化建網(wǎng)流程圖

RN初始化：RN存入FNCB的基本信息，并收集鄰居路由節(jié)點(diǎn)信息，包括支持的接口網(wǎng)絡(luò)種類、支持的協(xié)議、寬帶信息、鄰居路由的IP等；RN向FNCB傳遞信息，包括路由接口種類、端口、流量負(fù)載、與鄰居路由節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息，并等待FNCB返回確認(rèn)信息；FNCB向RN返回確認(rèn)；解析計(jì)算：由 FNCB將建網(wǎng)的需求轉(zhuǎn)化為相應(yīng)參數(shù)； 執(zhí)行邏輯承載網(wǎng)構(gòu)建算法；開(kāi)始建網(wǎng)命令；RN根據(jù)建網(wǎng)命令進(jìn)行配置； 配置完成后，上報(bào)成功信息，并廣播LCN相關(guān)信息；調(diào)整資源屬性表；FNCB通告：將資源屬性表通告給SR； SR資源更新：構(gòu)建成功后生成LCNID，提供給服務(wù)提供商，并將本次建網(wǎng)所用資源從資源可用表中刪除。

2.3 邏輯承載網(wǎng)構(gòu)建策略

邏輯承載網(wǎng)的構(gòu)建是建立在路由交換節(jié)點(diǎn)服務(wù)能力之上，可對(duì)節(jié)點(diǎn)服務(wù)能力進(jìn)行邏輯分割，進(jìn)而對(duì)可重構(gòu)路由交換節(jié)點(diǎn)及其它網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行分配，組件級(jí)、構(gòu)件級(jí)服務(wù)能力的差別也決定了邏輯承載網(wǎng)應(yīng)分層考慮。針對(duì)物理資源服務(wù)提供能力不同，把邏輯承載網(wǎng)分成同質(zhì)邏輯承載網(wǎng)和異質(zhì)邏輯承載網(wǎng)，如圖4所示。

圖4 邏輯承載層分層示意圖

同質(zhì)邏輯承載網(wǎng)是指構(gòu)建的邏輯承載網(wǎng)提供的是一種能歸于同一類別組件處理提供的服務(wù)，比如都是電信服務(wù)，只是業(yè)務(wù)不同或者需要驗(yàn)證的協(xié)議不同，可以以網(wǎng)絡(luò)虛擬化的方式解決如服務(wù)質(zhì)量、可靠性等服務(wù)能力問(wèn)題。

異質(zhì)邏輯承載網(wǎng)的構(gòu)建需要可重構(gòu)路由設(shè)備的支持。在底層異質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)之間的鏈路是可重構(gòu)的，或支持互聯(lián)網(wǎng)、或支持廣電網(wǎng)、或支持電信業(yè)務(wù)，在一個(gè)邏輯承載網(wǎng)只能提供其中一種服務(wù)，三種選其一，即在同一條鏈路中不能同時(shí)支持廣電、電信和互聯(lián)網(wǎng)三種業(yè)務(wù)，鏈路空閑時(shí)才可以被重構(gòu)成支持另一種業(yè)務(wù)的鏈路。但對(duì)于不同類型的LCN節(jié)點(diǎn)是可以相同的，也就是說(shuō)對(duì)于不同的兩個(gè)邏輯承載網(wǎng)N1和 N2,V1∩V2可以不為空，但E1∩E2一定等于空。

3 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的單一可擴(kuò)展性和相對(duì)穩(wěn)定性無(wú)法適應(yīng)下一代網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)發(fā)展，研究滿足下一代網(wǎng)絡(luò)融合、可擴(kuò)展等需求的新型體系架構(gòu)勢(shì)在必行。本文基于服務(wù)開(kāi)放的思想，提出以網(wǎng)絡(luò)承載服務(wù)為核心，給出一種承載網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)以業(yè)務(wù)特性參數(shù)、用戶需求參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)資源參數(shù)的匹配實(shí)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量；(2)可擴(kuò)展性強(qiáng)，可以適應(yīng)未來(lái)快速發(fā)展的業(yè)務(wù)類型；(3)可避免為承載特定業(yè)務(wù)而大規(guī)模改造或設(shè)計(jì)新的核心網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施而產(chǎn)生資源浪費(fèi)。

[1] Integrated Services Charter[OL].http://www.ietf.org/ OLD/intserv-charter. html.

[2] ITU-T.Next Generation Network Global Standards Initiative(NGN-GSI) [EB/OL].: http://www.itu.int/ITU-T/ngn/.2001.

[3] 汪斌強(qiáng),鄔江興.下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)及相應(yīng)對(duì)策分析[J].信息工程大學(xué)學(xué)報(bào).2009.

[4] 吳春明,張棟.面向服務(wù)提供的一體化承載網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的探討[J].信息工程大學(xué)學(xué)報(bào).2009.

[5] Montz AB.Scout:A communications-oriented operating system[EB/OL].http://lahtermaher.org,2001.

[6] 張宏科.“一體化可信網(wǎng)絡(luò)與普適服務(wù)體系基礎(chǔ)研究項(xiàng)目”計(jì)劃任務(wù)書(shū)[R].北京交通大學(xué).2007.

[7] 楊鵬.基于交互、面向服務(wù)的新一代網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)模型研究[J].電子學(xué)報(bào).2005.

[8] 王浩學(xué).面向服務(wù)提供的邏輯承載網(wǎng)構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)研究[D].解放軍信息工程大學(xué)博士學(xué)位論文.2009.