Internet是在线路传输速率低、误码率高的通信条件下,以文本数据传输为主的应用背景下诞生的网络,同时现有的Internet在体系结构上存在着用户数据交换平台层次结构复杂、传输效率低下和服务质量(Quality Of Service, QoS)难以保证的缺点。随着高速率低误码率的密集波分复用(DWDM)光骨干通信技术的发展,为了克服这些缺点,四川省网络通信技术重点实验室(SC-Netcom Lab)提出了“单层用户数据交换平台体系结构”(Single-layer User-data Switching Platform Architecture, SUPA)作为一种新的基于DWDM的骨干网体系结构。SUPA采用带外信令控制思想将用户数据交换平台(User-data switching Platform, U-Platform)与信控管理平台(Signaling&Management Platform, S&M-platform)分离,从而将U-Platform简化为单物理层结构,为实现骨干网节点的高速高效交换奠定了基础。同时,面向目前最流行的以太网,四川省网络通信技术重点实验室提出的“面向以太网的物理帧时槽交换”(Ethernet-oriented Physical Frame Timeslot Switching, EPFTS)技术将DWDM物理信道／波长的复用与交换节点的交换机制相结合以提高传输效率,使服务质量保障机制直接嵌入物理层,为用户提供有服务质量保证的、面向虚线路连接(Virtual Line Connection)的传输服务。由于SUPA的最大优点就是通过带外信令技术,结合基于DWDM的EPFTS技术,将服务质量保证延伸到端用户,真正为用户提供端到端的QoS保证的服务,因此,SUPA网络(SUPA Network, SUPANET)能够在同一网络中同时开展语音、视频和数据业务,满足下一代Internet (Next Generation Internet, NGI)或下一代网络(Next Generation Network,NGN)“三网合一”的需求。作者首先分析了现行Internet面临的高速交换、服务质量保障、网络安全和接入多样性等挑战,综合分析了国内外NGI/NGN研究的现状,提出了在NGI研究中从“体系结构”方面应对挑战的基本思路。针对OSI/RM和现有Internet网络体系结构存在的不足,作者分析了NGI需求和NGI总体目标,在利用带外信令思想重新审视Internet体系结构的基础上,指出进一步的简化将可以在两类不同的平台(U-Platform和S&M-platform)分别进行。通过扩展OSI/RM以适应未来网络应用虚拟化和面向服务的需求,作者提出了一种新的NGI体系结构——‘开放式网络应用服务参考模型’’(Open Network Application Service/Reference Model, ONAS/RM)。该新模型被定义成包含应用支撑层、传输层和交换基层的三层体系结构以实现上述NGI总体目标。在分析“渐进演进”和“革新重建”两种NGI研究观念的特点基础上,针对未来的骨干网络将基于高速率和低误码率的DWDM,而接入网络将基于可能高误码率的多种通信技术的通信现状,作者所在的实验室提出了解决NGI中问题的“骨干通信交换平台优先,外延次之”的BSF-OES(Backbone Substrate First, Outwards Expansion Second)策略。该策略强调引入带外信令,将U-Platform与S&M-platform分离,在骨干网(特别是基于DWDM光通信骨干网)中最大限度地简化U-platform,并在兼容现行Internet和平滑过渡的基础上,强调率先在NGI的骨干网中构建一个内嵌QoS机制和安全措施的薄的交换基层以应对高速交换问题,当骨干网技术成熟并广泛应用后再向边缘推广应用。本文将SUPA作为一种NGI骨干网络的框架,论证了应用该策略如何应对技术挑战、保护现有投资和平滑过渡到NGI的可行性。按照BSF-OES策略,作者也强调SUPA的体系结构采用阶段性研发策略,分三个阶段进行基于EPFTS的SUPA框架研究。第一阶段SUPA在S&M-platform保持现有的Internet协议栈并进行必要的增强的基础上,重点进行了基于EPFTS的U-platform的SUPA初步研究。作者在概述第一阶段SUPA体系结构、论述相关核心技术成果并论证SUPA研发思路可行性的基础上,分析了第一阶段SUPA研究存在的问题,指出进行第二阶段SUPA研究的必要性。为此,作者提出在第二阶段SUPA研究中重点进行U-platform和S&M-platform都是基于EPFTS交换基层的SUPA框架的优化研究,而将按ONAS/RM模型构建未来网络模型的第三阶段SUPA框架留待以后进一步详细研究。由于第一阶段SUPA仅在U-Platform由EPFTS支持,作者提出第二阶段SUPA的S&M-platform也由EPFTS支持,进一步简化S&M-platform为4层结构。同时,作者采用带外信令与带内信令相结合的可重组体系结构思想进行SUPA体系结构的优化。这种思想的特点就是,出于效率的考虑,按带外信令将SUPA系统在总体构建上划分成两类平台(U-platform和S&M-platform),尽量简化U-platform以提高交换效率；而这两类平台内还可以进一步按带内信令思想进行各自平台内的“带内”OAM (Operation Administration and Maintenance,操作管理与维护)等功能的增强,减少两类平台(U-platform和S&M-platform)之间的信息交互,以提高相同平台之间简短“带内”信控管理信息的交换效率。作为本文的研究重点,作者全面研究了第二阶段SUPA的体系结构,提出了第二阶段SUPA的系统框架,重点研究了第二阶段SUPA基于EPFTS的S&M-platform框架与OAM。作者详细研究了SUPA系统的S&M-platform及其接口,研究了SUPA信控管理协议的信令流程和信令消息转换过程,同时,研究了U-platform中的基于EPF子层的“带内”OAM子层。作者在第一阶段SUPA有关服务质量保障体系的基础上进一步研究了第二阶段SUPA服务质量保障体系,定义了相关的SUPA服务、协议和接口。作者探讨了SUPA可靠性、可用性和OAM等问题,并重点研究了SUPA中U-Platform的OAM功能和机制,对所提出的SUPANET中基于重路由的保护机制和基于“带内”OAM的保护交换机制的有效性进行了仿真验证。最后,作者总结了本文的主要研究工作及其创新点,指出这些研究所涉及的相关研究成果为SUPA框架的后续研究奠定了基础。