多粒度混合光網絡的自動交換控制方法
2023-06-05 19:58:21 1
專利名稱：多粒度混合光網絡的自動交換控制方法
技術領域：
本發明涉及一種多粒度混合光網絡的自動交換控制方法，適用於自動交換光網絡和自動交換傳送網絡的控制平面，屬於光通信與網絡範疇。
光網絡中多粒度是指網絡中若干節點能夠同時處理多種不同等級粒度的連接需求，節點對外以最大粒度的鏈路互聯，節點內部有多個不同粒度的交換結構，它們之間從大到小依次串聯，小粒度的交換結構可以實現對較大粒度網絡業務的疏導。這些不同交換粒度既可以都是光的(如波帶與波長的混合)，也可以都是電的(如SDH高階與低階VC的混合)，或者是光電混合(如波長和SDH的混合)。每個節點的交換容量和混合比例可以不完全相同，即網絡節點是非一致的。關於這一類混合節點的結構，近年來有較多的報導。如Alcatel公司最早提出了多粒度光交叉連接的節點結構(L.Noirie等，Impact of intermediate traffic grouping on the dimensioningof multi-granularity optical networks，OFC』01，TuG3)，NEC公司的非均勻波帶方案(Rauf Izmailov等，Hybrid hierarchical optical networks，IEEE CommunicationsMagazine，Nov.2002，pp.88-94)。
這種結構有很多優點協調了傳輸容量和交換容量，統一多粒度交換結構的輸入輸出埠；在核心網絡節點直通業務大於上下路業務的前提下，將不同的交換粒度分配到幾個交換結構中，具有一定的疏導能力，減少了節點總成本；通過網絡優化，減少了核心網絡中每個節點維護的通道數目。
但是，多粒度混合光網絡的控制方法目前還只局限在對靜態通信量的優化上，即基於已知通信模式矩陣，用整數線性規劃或其它啟發式算法對網絡通道進行疏導(例如韓國信息與通信大學的Myungmoon Lee等，Design of hierarchical crossconnectWDM networks employing a two-stage multiplexing scheme of waveband andwavelength，IEEE Journal of selected areas in communications，Jan.2002，pp.166-171)。對於動態業務的控制方法，很少有研究。Alcatel公司於2001年11月向國際網際網路任務工作組提交了一份多粒度光網絡的結構框架草案(E.Dotaro等，Opticalmulti-granularity architectural framework，draft-dotaro-ipo-multi-granularity-O1.txt)，提出了多粒度光網絡以及業務疏導的概念，但對自動交換控制方法即路由和信令過程沒有具體描述。根據IETF草案6個月有效期原則，該草案已經失效。加拿大皇后大學的Pin-Han Ho等人提出了一種光網絡中動態多粒度路由算法，但其節點結構不是上述通用多粒度交換矩陣串聯結構，而且對具體的自動交換控制方法也沒有研究(Pin-Han Ho等，Routing and wavelength assignment with multigranularity traffic inoptical networks，IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology，Aug.2002，pp.1292-1303)。目前未見其它關於多粒度混合光網絡的自動交換控制方法公開報導。
多粒度混合光網絡的自動交換控制的幾個難點在於1)同一鏈路的多粒度疏導能力表示；2)多粒度路由計算方法；3)疏導交換策略；4)多粒度鏈路狀態更新方法。
為實現這一目的，本發明提出了一種多粒度混合光網絡的自動交換控制方法，採用多個接口交換能力描述符表示鏈路的多粒度疏導能力，各節點鏈路狀態使用路由協議通告，並在每一個節點定義多套標記，分別對應於不同的交換粒度。對於某一粒度的通道連接請求，源節點根據路由協議鏈路狀態資料庫中相應粒度的接口交換能力描述符計算顯示路由。信令消息不作修改，但是信令發送到每一個節點後的標記分發(本地資源選擇)與本節點疏導交換結構的可用容量有關。當一個節點標記分發過程完成後，鏈路狀態的更新決定於該通道選擇的最小交換粒度及可用疏導交換容量。本發明的技術方案包括1、多粒度混合交換節點只向網絡通告大粒度交換結構與外界相連的鏈路連接關係，不向網絡通告與本地其它小粒度交換結構互聯的內部連接關係。每個節點根據其交換粒度對鏈路定義多個接口交換能力描述符，每一個接口交換能力描述符內容與GMPLS規定一致，包括編碼類型、交換類型、最小帶寬和最大帶寬等。多粒度混合交換節點為每一種交換粒度定義一套標記。這種描述方式適用於混合組網的情況，並不要求每個節點都具有相同的結構，每個節點可以只具有其中若干種交換粒度，或者可以各種粒度交換結構的配置比例不同。
2、利用路由協議向其它節點通告含有多種接口交換能力描述符的鏈路狀態信息，最終網絡中每個節點都能形成一致的網絡拓撲鏈路狀態資料庫。當網絡收到某種粒度的通道連接請求時，源節點根據路由協議鏈路狀態資料庫，選擇與該粒度匹配的鏈路，如果沒有該粒度鏈路，選擇更大粒度的鏈路，組成新的網絡拓撲，計算源到宿的最短顯式路由。然後根據顯式路由從源節點到宿節點開始逐跳的信令過程。
3、信令的傳遞過程與GMPLS一致，本發明擴展了標記分發(本地資源選擇)過程，即採用疏導交換策略。對於最大粒度的通道連接請求，直接在最大的交換結構上建立入口鏈路到出口鏈路的交叉連接。對於小粒度的通道連接請求，疏導到哪一個粒度取決於小粒度的可用交換容量，原則是避免小粒度交換結構過載，當小粒度交換結構中可用交換容量較小時，可以在較大粒度的交換結構中建立直接交叉連接。本地節點為該通道選擇的最小交換結構定義為最小交換粒度，顯然最小交換粒度大於等於通道請求粒度。將所選擇的所有交換粒度的標記依次放入標記棧中，隨通道建立請求信令一起發送到下一節點，所選擇的最小交換粒度的標記放在標記棧頂部。如果在後續節點中使用了更小粒度的交換結構，標記棧依次彈出。
4、節點的標記分發過程完成後，採用如下方法進行鏈路狀態更新大於該通道所使用的最小交換粒度的所有鏈路交換能力描述符的最大帶寬都應該更新為0，表明該鏈路不能再分配給這些粒度的其它通道連接請求；而小於等於該通道最小交換粒度的所有鏈路交換能力描述符的最大帶寬減去1個該最小交換粒度帶寬，表明該鏈路還可以被再分配給其它通道；另外，小於等於某一粒度的所有鏈路交換能力描述符的最大帶寬不能超過該粒度的可用交換容量，如果某一個粒度的可用交換容量為0，小於等於該粒度的所有鏈路交換能力描述的最大帶寬都必需更新為0。
標記分發過程中使用了疏導交換策略，在某些節點最小交換粒度大於通道請求粒度，可能會形成一些新的轉發近鄰。轉發近鄰的維護和通告在GMPLS中有具體規定。
本發明的優點在於1)基於通用多協議標記交換擴展這一標準的路由和信令協議，具有良好的網絡互操作性；2)不要求每個節點結構相同，便於混合組網；3)採用簡單的方法定義了混合光網絡節點的複雜的多粒度交換能力；4)疏導交換策略基於小粒度交換結構可用容量，達到優化網絡業務的目的，最大限度地發揮多粒度混合光網絡的優勢。
圖1中光網絡共有4個多粒度混合節點，其中節點A和D為2粒度混合，節點C為3粒度混合，節點B僅有一個交換粒度。其中交換粒度I＞II＞III。節點A的鏈路1與節點B的鏈路2直接相連，節點B的鏈路3與節點C的鏈路1直接相連，節點C的鏈路4與節點D的鏈路2直接相連。
圖2是節點A的內部結構示意圖。
圖2中，上面的是大粒度交換矩陣I，下面是小粒度交換矩陣II，兩個交換結構都支持上下路，5和6是大粒度的上下路埠，7和8是小粒度的上下路埠，整個混合交換結構只有大粒度對外連接的鏈路15和16，它們可以通過傳輸設備與其它節點相聯，大粒度交換結構還有一部分埠11和12用於疏導交換，小粒度交換結構的13和14與11和12通過解復用器9和復用器10相聯實現疏導交換功能。節點D與節點A結構相同，但是上下交換結構的容量可能不相同。節點C的結構也與其類似，在交換結構II下面再串聯一個更小粒度的交換結構。
節點A鏈路1的接口交換能力描述符有兩個大粒度交換矩陣的接口交換能力描述符1接口交換能力＝LSC(波長交換)編碼類型＝SDH(與傳輸設備一致)最大帶寬＝STM-64小粒度交換矩陣的接口交換能力描述符2接口交換能力＝TDM(時分復用)編碼類型＝SDH最小帶寬＝VC-4最大帶寬＝STM-64節點B僅有一種交換粒度，鏈路2和3的接口交換能力描述符僅有一個大粒度交換矩陣的接口交換能力描述符1接口交換能力＝LSC編碼類型＝SDH最大帶寬＝STM-64節點C有三種交換粒度，最小的交換粒度3為VC-12。鏈路1和4的接口能力描述符也有三個接口交換能力描述符1接口交換能力＝LSC編碼類型＝SDH最大帶寬＝STM-64接口交換能力描述符2
接口交換能力＝TDM編碼類型＝SDH最小帶寬＝VC-4最大帶寬＝STM-64接口交換能力描述符3接口交換能力＝TDM編碼類型＝SDH最小帶寬＝VC-12最大帶寬＝STM-642)多粒度路由計算以上鏈路狀態信息經過路由協議向其它節點通告，最終網絡中每個節點都能形成一致的網絡拓撲鏈路狀態資料庫。當節點A請求一條VC-4粒度到節點D的通道時，節點A根據其鏈路狀態資料庫，找出與之匹配的鏈路，形成新的網絡拓撲。節點B因為沒有VC-4粒度的鏈路，因此選用更大粒度的鏈路。在新的網絡拓撲基礎上，計算出節點A到D的最短路由，即鏈路列表A(1)，B(3)，C(4)。
3)疏導交換策略節點A根據計算得到的顯示路由列表開始逐跳建立通道。節點A需要作2次交叉連接，所涉及到的內部連接埠(圖2中14和12)由本地決定。然後，節點A向節點B發送通道建立請求，其中包括小粒度標記。
節點B收到通道建立請求，因為其只有大粒度的交換結構。直接建立鏈路2到鏈路3的連接，並且將大粒度標記放到標記棧中，一起向下遊節點發送。
節點C收到通道建立請求，它還有足夠的次級交換容量，所以選擇疏導交換。這裡涉及到2個大粒度交叉連接，和1個小粒度交叉連接。內部連接埠(圖2中11、12、13和14)由本地決定，首先取出標記棧中的大粒度標記，建立與鏈路1相關的入口大粒度交叉連接，然後根據標記棧中的小粒度標記，建立小粒度交叉連接。最後建立與鏈路4相關的出口大粒度交叉連接，並將相應的小粒度和大粒度的標記放到標記棧中，一起向下遊節點發送。
節點D收到通道建立請求，最終需要建立1個大粒度交叉連接和1個小粒度交叉連接，內部連接埠(圖2中11和13)由本地決定。最後向源節點A逐跳返回發送連接確認。
4)鏈路狀態更新分發標記過程完成後，節點A的鏈路1和節點D的鏈路2的接口鏈路描述符更新為接口交換能力描述符1接口交換能力＝LSC編碼類型＝SDH最大帶寬＝0接口交換能力描述符2接口交換能力＝TDM編碼類型＝SDH最小帶寬＝VC-4最大帶寬＝(STM-64)-(VC-4)節點B的鏈路2和3的接口鏈路描述符更新為接口交換能力描述符1接口交換能力＝LSC編碼類型＝SDH最大帶寬＝0節點C的鏈路1和4的接口鏈路描述符更新為接口交換能力描述符1接口交換能力＝LSC編碼類型＝SDH最大帶寬＝0接口交換能力描述符2接口交換能力＝TDM
編碼類型＝SDH最小帶寬＝VC-4最大帶寬＝(STM-64)-(VC-4)接口交換能力描述符3接口交換能力＝TDM編碼類型＝SDH最小帶寬＝VC-12最大帶寬＝(STM-64)-(VC-4)每個節點在完成鏈路狀態更新過程後，通過OSPF向其它節點通告。
在實施例1中，若節點C的三級交換容量分別為320Gb/s，80Gb/s和10Gb/s。由於節點中已經存在的交叉連接，在上面通道建立請求標記分發完成後，可用交換容量分別為160Gb/s，40Gb/s和5Gb/s。接口交換能力描述符3的最大帶寬應該為5Gb/s，而不是9.845Gb/s((STM-64)-(VC-4))。
權利要求
1.一種多粒度混合光網絡的自動交換控制方法，其特徵在於包括1)多粒度混合交換節點只向網絡通告大粒度交換結構與外界相連的鏈路連接關係，不向網絡通告與本地其它小粒度交換結構互聯的內部連接關係，每個節點根據其交換粒度對鏈路定義多個接口交換能力描述符，每一個接口交換能力描述符的內容與通用多協議標記交換規定一致，包括編碼類型、交換類型、最小帶寬和最大帶寬等，多粒度混合交換節點為每一種交換粒度定義一套標記；2)利用路由協議向其它節點通告含有多種接口交換能力描述符的鏈路狀態信息，當網絡收到某種粒度的通道連接請求時，源節點根據路由協議鏈路狀態資料庫，選擇與該粒度匹配的鏈路，如果沒有該粒度的鏈路，選擇更大粒度的鏈路，組成新的網絡拓撲，計算源到宿的最短路由；3)根據最短路由從源節點到宿節點開始逐跳發送通道建立請求信令，採用疏導交換策略擴展每個節點的標記分發過程，即對於某一粒度的通道連接請求，最多可以疏導到該粒度的交換結構，但是必須避免小粒度交換結構過載，可以在較大粒度的交換結構中建立直接交叉連接，將所選擇的所有交換粒度的標記依次放入標記棧中，隨通道建立請求信令一起發送到下一節點，如果在後續節點中使用了小粒度的交換結構，標記棧依次彈出；4)一個節點標記分發過程完成後進行鏈路狀態更新，大於該通道所使用的最小交換粒度的所有鏈路交換能力描述符的最大帶寬都更新為0，小於等於該通道最小交換粒度的所有鏈路交換能力描述符的最大帶寬減去1個該最小粒度帶寬，小於等於某一粒度的所有鏈路交換能力描述符的最大帶寬不能超過該粒度的可用交換容量。
全文摘要
本發明涉及一種多粒度混合光網絡的自動交換控制方法，採用多個接口交換能力描述符表示鏈路的多粒度疏導能力，各節點鏈路狀態使用路由協議通告。對於某一粒度的通道連接請求，源節點根據路由協議鏈路狀態資料庫中相應粒度的接口交換能力描述符計算路由，標記分發與本節點疏導交換結構的可用容量有關，鏈路狀態更新決定於該通道選擇的最小交換粒度及可用疏導交換容量。本發明基於標準的通用多協議標記交換協議，擴展了路由協議，對信令消息不作修改，利用標記棧實現疏導交換的標記分發，具有良好的網絡互操作性。本發明不要求每個節點結構相同，便於混合組網，採用疏導交換策略發揮多粒度混合光網絡的優勢。
文檔編號H04Q3/52GK1431834SQ0311493
公開日2003年7月23日 申請日期2003年1月16日 優先權日2003年1月16日
發明者金耀輝, 胡衛生, 姜淳, 王曉冬, 王悅 申請人:上海交通大學