CN100431314C - 自动交换光网络中维护控制平面可达性信息的方法 - Google Patents

Abstract

一种自动交换光网络中维护控制平面可达性信息的方法，对每个控制节点的路由控制模块，在现有的自动交换光网络结构基础上，增加一个控制平面可达性信息数据库和一个邻接关系检测子功能模块；用邻接关系检测子功能模块实时检测本地控制节点和相邻控制节点邻接关系的变化，并在检测到变化发生时对本地邻接关系数据库中的相邻控制节点列表进行更新；将变化了的相邻控制节点列表在网络中扩散传播，实现所有控制节点邻接关系数据库的更新；对邻接关系数据库进行同步和根据更新后的邻接关系数据库对控制节点之间可达性关系进行重新计算，将计算的结果作为路由查询的约束条件。本发明可以避免因控制节点或者控制通道发生故障而导致的路由计算错误，提高连接创建的成功率并缩短连接创建时间。

Description

自动交换光网络中维护控制平面可达性信息的方法

技术领域：

本发明涉及通信技术领域中的自动交换光网络(ASON：Automatic SwitchedOptical Network)，具体涉及其中的路由信息扩散和动态路由计算。

背景技术：

自动交换光网络是在传统光传送网的基础上发展出来的一种新技术。ASON网络在不需要人为的管理和控制的条件下，可以依据自身所配备的一系列路由、信令、自动发现等协议机制的运作，按用户的请求来建立符合用户需求的光信道。这一前所未有的革命性进步为光网络带来了质的飞跃。

ASON网络架构中有三个平面，它们分别是传送平面、控制平面和管理平面。传送平面由一系列的传送实体组成，它提供业务传送的实际物理通道。控制平面是ASON网络的控制核心，它由一系列的控制节点及控制节点之间的通信控制通道组成。控制节点负责完成对传送节点的控制功能，例如传送节点交插矩阵的配置等。为了在没有人为干预的条件下正确地实现对传送节点的控制，控制节点之间需要通过通信控制通道动态的交换路由信息以及信令控制信息。

ITU(国际电信联盟)在它的建议G.8080中描述了ASON网络的体系架构，这也是目前被最广泛采用的ASON架构。其中关于动态路由计算和路由信息扩散功能的基本流程如下所述：

路由控制模块负责完成网络拓扑信息的维护和路由计算功能。每个控制节点的路由控制模块都维护一个全局的数据库，这个数据库描述了整个ASON网络传送平面的拓扑资源，包括传送节点以及它们之间的传送链路的资源利用状态。当控制节点接收到网管或者用户发送来的连接建立请求时，路由控制模块根据它所维护的网络拓扑数据库，计算出一条满足流量参数以及各种约束条件的显示路径，提供给连接控制模块。连接控制模块再根据此显示路径去建立连接。当传送平面的拓扑资源信息发生变化时，传送节点需要将此信息反馈给对应的控制节点，控制节点再将此信息在整个控制平面中扩散传播，以保证每个控制节点的路由控制模块都能及时得到最新的传送平面拓扑信息。

上面所描述的ASON网络动态路由计算和路由信息扩散机制存在一个缺陷——路由计算模块不维护控制平面中控制节点的可达性信息。当控制节点本身或控制节点之间的通信控制通道发生故障时，为新的连接所计算的路径可能经过故障节点，因为故障节点对应的传送平面资源已经不能被控制，导致不能成功地建立连接。下面我们结合附图1和附图2，给出两个例子：

例1.控制节点发生故障

如图1所示，A、B、C、D、E、F、G是七个ASON传送节点，它们的控制节点分别是a、b、c、d、e、f、g，图中虚线为控制节点之间的控制通道。根据当前的ASON控制平面体系结构，每个节点的路由控制模块都保存有网络传送平面的拓扑信息，但没有控制平面中控制节点的可达性信息。假设控制节点c突然发生故障，C点所对应的传送平面拓扑信息仍然保留在a、b、d、e、f、g的拓扑数据库中。在这种情况下，假如A节点试图建立到D点的连接，控制节点a的路由控制模块根据传送平面拓扑信息计算出的路径是A-＞B-＞C-＞D。但是，由于控制节点c发生故障，它无法完成对传送节点C的控制功能，因此这条路径实际上是走不通的，正确的路径应该是A-＞G-＞F-＞E-＞D。

例2.控制通道发生故障

如图2所示，控制节点b和c之间、以及c和d之间的控制通道发生故障，导致c节点在控制平面成为一个孤岛而无法和其他节点通信。假如不维护控制平面的可达性信息，则a节点的路由控制模块根据传送平面的拓扑资源信息计算出从A到D的路径还是A-＞B-＞C-＞D。因为控制节点b和c无法通信，所以这是一条无效的路径，正确的路径应该是A-＞G-＞F-＞E-＞D。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是，提出一种在ASON网络中维护控制平面可达性信息的方法，解决当前通用的ASON体系结构中因为控制节点或控制通道发生故障而导致的无效路由计算结果的问题。

本发明采取的方法为：

对每个控制节点的路由控制模块，在现有的自动交换光网络结构基础上，增加一个控制平面可达性信息数据库和一个邻接关系检测子功能模块，前者用于保存控制平面的可达性信息，后者用于实时探测网络中相邻两个控制节点之间邻接关系的变化；

用所述邻接关系检测子功能模块实时检测本地控制节点和相邻控制节点邻接关系的变化，并在检测到变化发生时对本地邻接关系数据库中的相邻控制节点列表进行更新；

将变化了的相邻控制节点列表在网络中扩散传播，实现全网所有控制节点邻接关系数据库的更新；

对邻接关系数据库进行同步和根据更新后的邻接关系数据库对控制节点之间可达性关系进行重新计算，将计算的结果作为路由查询的约束条件。

本发明所描述的维护控制平面可达性信息的方法完善了目前通用的ASON体系结构中路由计算模块的功能，避免了因控制节点或者控制通道发生故障而导致的路由计算错误，提高了在控制节点或者控制通道发生故障时连接创建的成功率并缩短连接创建时间。

附图说明：

图1是现有技术中ASON体系架构中控制节点故障导致无效路由计算结果的一个例子示意图；

图2是现有技术中ASON体系架构中控制通道故障导致无效路由计算结果的一个示意图；

图3本发明方法采用的扩展以后的路由控制模块的结构框图；

图4是本发明所描述的节点维护控制平面可达性信息的处理流程图。

具体实施方式：

在对实施方式进行说明之前，首先定义一下本文中用到的一些术语：

可达：如果两个控制节点能够通过信令网正确的传递控制信息，则称这两个节点相互是可达的。节点之间的可达性具有传递性，即如果A到B是可达的，并且B到C是可达的，那么A到C必定是可达的。

邻接关系：如果相邻的两个控制节点之间能够通过信令网正确的进行信息交互，则称两个节点是互为邻接的，它们之间建立了邻接关系。一个节点可能会和零个、一个或多个节点建立邻接关系。很显然，建立了紧接关系的两个节点之间必定是相互可达的。

邻接节点列表：对于某一个控制节点，它的邻接节点列表记录了和此节点建立了邻接关系的节点的集合。

邻接关系数据库：为了维护ASON网络控制平面可达性信息，网络中的每一个节点都维护全网的邻接关系数据库。此数据库中记录了所有控制节点之间的邻接关系，根据此数据库可以计算任意两个控制节点之间是否是可达的。

下面结合附图3、附图4以及OSPF协议对技术方案的实施作进一步的详细描述。OSPF(开放路径最短优先)协议是目前应用最广泛的路由协议。

1、为了维护ASON网络控制平面可达性信息，本发明对路由控制模块的结构和功能进行相应的扩展，扩展后路由控制模块的结构示意图如图3所示。和传统结构相比，图3中新增了一个控制平面可达性信息数据库，用来保存控制平面的可达性信息。为了获得控制平面的可达性信息，需要实时探测网络中相邻两个节点之间邻接关系的变化，这个功能可以通过在路由控制模块中增加一个邻接关系检测子功能模块来实现，也可以由路由控制模块之外的其他模块来实现，图3中用虚线来表示邻接关系检测模块。

2、实时地检测本地节点和相邻节点邻接关系的变化

本地控制节点周期性的向和它相邻的所有其他控制节点发送探测数据包，如果在规定的时间内能够收到对方正确的回应，则认为本地节点和邻居节点建立了邻接关系，否则认为本地节点没有和邻居节点建立邻接关系或者是已经建立的邻接关系被破坏。

如果本地节点和相邻节点邻接关系发生变化，将检测到的变化的邻接关系信息安装进本节点所维护的邻接关系数据库中，覆盖本节点旧的邻接节点列表，并进行下一步，即将变化了的邻接关系信息在网络中的扩散传播；否则，不引发后续动作。

对于采用OSPF路由协议的系统，可以采用OSPF中的Hello协议机制来维护相邻节点之间的邻接关系，基本运作过程如下：

每一个运行OSPF协议的节点都周期性的从所有端口向外发送Hello数据包，同时也接收其他节点发送给本节点的Hello数据包。每一个Hello数据包中包含有一个节点列表，列出了Hello数据包的发送节点最近一段时间内接收到的其他节点发送给本节点的Hello数据包的源节点的节点标识。

网络中相邻两个节点之间建立邻接关系的过程如下：如果某一时刻节点A收到了节点B发送来的Hello数据包，则说明B节点到A节点的单向通信是畅通的。接下来A节点检查它自己的节点标识是否存在于此Hello数据包的节点列表中，假如B节点发送给A的Hello数据包中包含有A的节点标识，则说明B节点在最近一段时间内曾经成功的接收到A节点发送给它的Hello数据包，这表明A到B和B到A的双向通信都是畅通的。这样，节点A和节点B就成功的建立了邻接关系。

成功建立邻接关系的两个节点A和B会周期性地互相向对方发送Hello数据包来维持它们之间的邻接关系。假如在一定的时间间隔内A接收不到B节点发送来的Hello数据包，或者是A的节点标识不再出现于B发送给它的Hello数据包的节点列表中，这说明从A到B或者是从B到A的通信发生异常，A就检测到它和B的邻接关系已经被断开。

3、变化了的邻接关系信息在网络中的扩散传播

通过某种机制(例如OSPF路由协议的链路状态广播数据包的泛洪机制)将节点变化了的邻接关系信息扩散传播到全网。使所有控制节点都获得该信息，并利用该信息来更新他们的邻接关系数据库。

当网络中的某个节点A检测到它和另一节点B的邻接关系发生变化(包括邻接关系的建立和邻接关系的断开)时，它需要将此信息通知到网络中的所有其他节点。对于采用OSPF路由协议的系统，这个过程可以通过OSPF的链路状态广播(LSA：Link State Advertisement)数据包的泛洪机制来完成。下面描述如何利用OSPF协议的泛洪机制来扩散传播ASON控制节点的邻接关系信息：

网络中某一个节点S检测到它和其他节点的邻接关系状态发生变化，于是它将发起新的邻接关系信息的扩散传播过程。S是发起这一过程的源节点，它的处理流程和所有其他节点有所不同，因此下面将分开来描述。

(1)源节点的处理流程

源节点首先要根据它自己检测到的邻接关系的变化修改本节点的邻接节点列表并更新自己所维护的邻接关系数据库，然后他还需要将更新后的邻接关系信息打包，并发送给所有其他相邻节点。所谓打包，这里是指将本节点在当前时刻的邻接节点列表信息封装到OSPF协议所定义的链路状态广播数据包中。RFC2328定义了OSPF协议最基本的五种链路状态广播数据包格式，它们都有各自特定的用途。RFC2370对RFC2328进行了扩展，定义了一种应用非常灵活的链路状态广播数据包类型——不透明链路状态广播包(Opaque LSA)。Opaque LSA有一个固定格式的报文头，后面可以跟随任意的应用层信息。因此，对于采用OSPF路由协议的系统，可以很方便的把节点当前时刻的邻接关系列表信息封装到Opaque LSA的报文体内，然后将此Opaque LSA发送到所有相邻的节点。

(2)其他节点的处理流程

网络中其他节点接收到相邻节点发送来的Opaque LSA更新包之后，首先进行OSPF协议所规定的一系列的有效性验证，没有通过验证的数据包将直接被丢弃。对于那些通过验证的LSA数据包，将进行进一步处理。处理分两步进行：

(2.1)从Opaque LSA的报文体中取出更新后的邻接关系信息，并根据此信息更新本节点维护的邻接关系数据库。

(2.2)将接收到的Opaque LSA数据包“接力”传播到本节点的邻居节点。这个步骤可以根据OSPF协议的标准流程来处理，不需要做任何修改。

4、邻接关系数据库的同步和节点之间可达性关系的重新计算

经过上一步操作，网络中各个控制节点的邻接关系数据库实现了同步。各个节点根据更新后的邻接关系数据库计算从某一控制节点出发可以到达哪些控制节点，并把此信息作为路由查询的约束条件，要求路由控制模块所计算出的路径不但在传送平面有足够的资源，而且在控制平面也必须是可达的。

利用节点所维护的邻接关系数据库来进行节点间可达性关系的计算时，本发明中把这个问题转化为一个图的“连通性”计算问题：

邻接关系数据库在数学上可以用一个“图”来描述，图的“顶点”描述ASON控制平面中的控制节点，图的“边”代表节点之间的邻接关系。如果从图中的一个“顶点”A出发，经过系列的“顶点”和“边”，到达了另一个“顶点”B，那么控制节点A和B之间是可达的，这在数学上是一个图的“连通性”问题。如果这个“图”是“全连通”的，则控制平面中任意两个控制节点之间都是可达的。否则，可以计算这个图的“连通分量”——也就是把一个“非全连通”的图拆分成几部分，其中每一部分本身都是一个“全连通”的“子图”，但任意两个子图的节点之间相互是不可达的。

假如控制平面存在相互不可达的节点，可以通过图的“连通性”计算把控制平面中的控制节点拆分成几个子网，其中子网内部的控制节点之间是相互可达的，而子网之间的控制节点是不可达的。路由控制模块接收到路由查询请求时，必须保证它所计算出的路径不但在传送平面有足够的资源，而且所对应的控制节点必须位于一个可达的子网范围内。

Claims (7)

1、一种自动交换光网络中维护控制平面可达性信息的方法，包括以下步骤：

1.1对每个控制节点的路由控制模块，在现有的自动交换光网络结构基础上，增加一个控制平面可达性信息数据库和一个邻接关系检测子功能模块，前者用于保存控制平面的可达性信息，后者用于实时探测网络中相邻两个控制节点之间邻接关系的变化；

1.2用所述邻接关系检测子功能模块实时检测本地控制节点和相邻控制节点邻接关系的变化，并在检测到变化发生时对本地邻接关系数据库中的相邻控制节点列表进行更新；

1.3将变化了的相邻控制节点列表在网络中扩散传播，实现全网所有控制节点邻接关系数据库的更新；

1.4对邻接关系数据库进行同步和根据更新后的邻接关系数据库对控制节点之间可达性关系进行重新计算，将计算的结果作为路由查询的约束条件。

2、权利要求1所述的自动交换光网络中维护控制平面可达性信息的方法，其特征在于，所述检测本地控制节点和相邻控制节点邻接关系的变化，是本地控制节点周期性的向它相邻的所有其他控制节点发送探测数据包，根据能否收到对方的正确回应来判断邻接关系是否发生了变化。

3、权利要求2所述的自动交换光网络中维护控制平面可达性信息的方法，其特征在于，对控制节点之间可达性关系的计算方法包括：本地控制节点周期性地向其它相邻的控制节点发送Hello数据包，如果能接收某相邻控制节点发送给本地控制节点的Hello数据包并且该数据包的相邻控制节点列表中标有本地控制节点的标识，则本地控制节点和该相邻控制节点建立了邻接关系，否则本地控制节点和该相邻控制节点的邻接关系已经被断开。

4、权利要求1所述的自动交换光网络中维护控制平面可达性信息的方法，其特征在于，所述将变化了的相邻控制节点列表在网络中扩散传播，实现全网所有控制节点邻接关系数据库的更新是通过开放路径最短优先OSPF的链路状态广播数据包的泛洪机制实现。

5、权利要求4所述的自动交换光网络中维护控制平面可达性信息的方法，其特征在于，网络中检测到与其他控制节点的邻接关系状态发生变化的控制节点，首先根据它自己检测到的邻接关系的变化修改本地控制节点的相邻控制节点列表并更新自己所维护的邻接关系数据库，然后将更新后的邻接关系信息打包发送给所有其他相邻控制节点；网络中的其他相邻控制节点收到该更新包后，先进行验证，不能通过验证的直接丢弃，通过验证的，从包中取出更新后的邻接关系信息并根据此信息更新本地控制节点维护的邻接关系数据库，然后将接收到的更新包发送给本地控制节点的相邻控制节点。

6、权利要求5所述的自动交换光网络中维护控制平面可达性信息的方法，其特征在于，所述打包是指将本地控制节点在当前时刻的相邻控制节点列表信息封装到OSPF协议所定义的不透明链路状态广播数据包Opaque LSA中。

7、权利要求1所述的自动交换光网络中维护控制平面可达性信息的方法，其特征在于，对控制节点之间可达性关系的计算方法为：用“顶点”代表控制节点，用“边”代表控制节点之间的邻接关系；如果从一个“顶点”出发，经过一些“顶点”和“边”，能到达了另一个“顶点”，那么这两个控制节点之间是可达的；若存在两个或多个控制节点之间不可达，则把控制平面中的控制节点拆分成几个子网，其中子网内部的控制节点之间是相互可达的，而子网之间的控制节点是不可达的。

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