基於通用多協議標籤交換的標籤空間體系結構的製作方法

2023-05-08 21:00:36

專利名稱：基於通用多協議標籤交換的標籤空間體系結構的製作方法
技術領域：
本發明的實施例一般地涉及光網絡；並且，更具體地說涉及在光子突發交換網絡中的通用多協議標籤交換(GMPLS)的標籤空間體系結構。
背景技術：
對電信網絡(例如，國際網際網路)的傳輸帶寬的需求不斷地在增長，並且正尋找支持該帶寬需求的解決方案。該問題的一個解決方案是使用光纖網絡，其中波分復用(WDM)技術被用於支持光網絡中對更高數據率的不斷增長的需求。
傳統的光交換網絡一般使用波長路由技術，它要求在光交換機中執行光信號的光到電到光(O-E-O)轉換。在光網絡中每個交換節點上的O-E-O轉換不僅是非常慢的操作(一般大約為10毫秒)，而且費用很高，還可能會引起光交換網絡的流量瓶頸。另外，目前的光交換技術不能有效地支持經常發生在分組通信應用(例如，國際網際網路)中的「突發」流量。
大型通信網絡可以利用幾個子網絡實現。例如，用於支持網際網路流量的一個大型網絡可以劃分為許多個由網際網路服務提供商(ISP)運營的相對小型的接入網，所述接入網耦合到多個城域網(光MAN)，其依次耦合到大型「骨幹」廣域網(WAN)。該光MAN和WAN一般需要比區域網(LAN)更高的帶寬，以便提供它們的高端用戶所需的適當水平的服務。但是，隨著技術的改進，LAN速度/帶寬也在增加，需要增加MAN/WAN的速度/帶寬。
最近，已經出現了光突發交換(OBS)方案，其是一種有前景的解決方案，用於支持在WDM光網絡上的高速突發數據流量。該OBS方案在當前光電路交換和正在出現的所有光分組交換技術之間提供了一個可行的機會。已證明在特定條件下，通過消除由在交換節點上發生的O-E-O轉換機會。已證明在特定條件下，通過消除由在交換節點上發生的O-E-O轉換所引起的電子瓶頸，並通過使用單向端到端帶寬預留方案，該OBS方案實現了高帶寬應用和服務等級(CoS)，該單向端到端帶寬預留方案具有由入口節點調度的可變時隙寬度配置(provisioning)。光交換結構很具吸引力，因為與O-E-O轉換相比它們採用較小的形式因子就能提供至少低一個或多個數量級的功耗。然而，最近公布的有關OBS網絡的大多數工作卻集中在下一代骨幹數據網絡(即，網際網路範圍的網絡)方面，該網絡利用具有大量輸入/輸出埠(即256×256)和光信道(即，40個波長)的高容量(即，1Tb/s)WDM交換結構並且要求大量緩衝。因此，這些WDM交換機將變得很複雜並且製造起來非常昂貴。相反，對區域網和廣域網以低成本來支持多種帶寬需求的應用諸如存儲區網絡(SAN)和多媒體多播的需求正在增長。

發明內容
根據本發明的一個方面，提供了一種用於建立光路的粗粒度預留的方法，其中所述光路遍歷多個在光交換網絡的節點間耦合的光路段，所述方法包括將包含基於通用多協議標籤交換GMPLS標籤的資源預留請求傳遞給光路所遍歷的每一個節點，所述基於GMPLS的標籤標識每個節點所耦合的光路段；以及用各自的光路段預留來將每個光路段預留所調度的時段(timeframe)，每個光路段預留使用包含在基於GMPLS標籤中的數據引用與其相對應的光路段。
根據本發明的另一個方面，提供了一種在光交換網絡中使用的交換裝置，包括光交換結構，具有至少一個輸入光纖埠和至少一個輸出光纖埠；和控制單元，可操作地耦合以控制所述光交換結構，其包括至少一個處理器和存儲設備，可操作地耦合到包含機器可執行指令的所述至少一個處理器上，所述指令被所述至少一個處理器執行時將執行下述操作。所述操作包括從第一節點接收資源預留請求，所述資源預留請求包括標識所述第一節點和所述交換裝置之間的第一光路段的基於GMPLS的第一標籤，該交換裝置包括第二節點；以及調度所述第一光路段的粗粒度時間預留使用，用於隨後的經由所述第一光路段的數據傳輸。
根據本發明的另一個方面，提供了一種提供指令的機器可讀介質，當所述指令由光交換網絡中包括第一節點的交換裝置中的處理器執行時，導致該交換裝置執行以下操作，包括從第二節點接收資源預留請求，所述資源預留請求包括標識所述第二節點和所述交換裝置之間的第一光路段的基於GMPLS的第一標籤；以及調度所述第一光路段的粗粒度時間預留使用，用於隨後的經由所述第一光路段的數據傳輸。


參考下列附圖將描述本發明非限制性的和非窮舉的實施例，在整個附圖中除另有說明之外，相同的標號指稱相同的部分。
圖1是根據本發明的一個實施例，圖示具有可變時隙配置的光子突發交換(PBS)網絡的簡化框圖。
圖2是根據本發明的一個實施例，圖示光子突發交換(PBS)網絡的操作的簡化流程圖。
圖3是根據本發明的一個實施例，圖示在光子突發交換(PBS)網絡中使用的交換節點模塊的框圖。
圖4是根據本發明的一個實施例，圖示在光子突發交換網絡中使用的光數據突發的格式的圖。
圖5是根據本發明的一個實施例，圖示在光子突發交換網絡中使用的光控制突發的格式的圖。
圖6是根據本發明的一個實施例，圖示交換節點模塊的操作的流程圖。
圖7是根據本發明的一個實施例，圖示PBS網絡中節點之間的PBS光突發流的圖。
圖8是根據本發明的一個實施例，圖示用於PBS光突發的通用PBS框架格式的圖。
圖9是根據本發明的一個實施例，圖示基於通用多協議標籤交換(GMPLS)的PBS網絡體系結構的圖。
圖10是根據本發明的一個實施例，圖示集成數據和控制平面PBS軟體系結構的示意圖。
圖11是根據本發明的一個實施例，圖示在交換節點具有關鍵構件塊的PBS軟體系結構的示意圖。
圖12是根據本發明的一個實施例，圖示了所執行的與控制突發的傳輸和處理有關的各種操作的流程圖。
圖13是根據本發明的一個實施例，圖示基於GMPLS的PBS標籤格式的框圖。
圖14是結合沿著基於GMPLS的PBS控制網絡路由數據圖示的在其中所使用的一組示例的基於GMPLS的PBS標籤的示意圖。
圖15a和15b根據本發明的一個實施例，共同包括描述在光路預留處理期間執行的邏輯和操作的流程圖的各個部分。
圖16是根據本發明一個實施例的PBS交換節點體系結構的示意圖。
具體實施例方式
在下面的詳細描述中，本發明的實施例將參照它們在光子突發交換(PBS)網絡中的使用進行公開。PBS網絡是一種光交換網絡，一般包括具有高速跳(hop)和範圍限定的高速網絡，諸如企業網絡。在此使用的術語「光子突發」是指具有相似路由需求的統計復用分組(例如，網際網路協議(IP)分組或乙太網幀)。儘管在概念上類似於基於骨幹的OBS網絡，但是這些具有跳和範圍限定的高速網絡的設計、運行和性能可能不同。然而，應當理解在此公開的教導和原理也可以應用於其他類型的光交換網絡。
圖1圖示了示例性光子突發交換(PBS)網絡10，在其中可以實現這裡所描述的本發明的實施例。PBS網絡是一種光交換網絡。PBS網絡10的這一實施例包括區域網(LAN)131-13N和骨幹網WAN(未示出)。另外，該PBS網絡10的這一實施例包括入口節點151-15M、交換節點171-17L和出口節點181-18K。PBS網絡10可以包括與圖1中示出的交換節點互連的其他入口、出口和交換節點(未示出)。由於入口和出口節點邏輯駐留在PBS網絡的邊緣，因此在這它們也稱為邊緣節點。實際上，這些邊緣節點提供在上述「外部」網絡(即PBS網絡之外)和PBS網絡的交換節點之間的接口。在該實施例中，入口、出口和交換節點通過智能模塊來實現。例如，該實施例可以用作城域網，該城域網將該城域內的大量LAN耦合到大型的光骨幹網絡上。
在一些實施例中，入口節點對接收的光信號執行光到電(O-E)轉換，並且包括電子存儲器以緩衝所接收的信號直到它們被發送給合適的LAN。另外，在一些實施例中，在接收的信號被傳輸到PBS網絡10的交換節點171-17L之前，這些入口節點也執行對接收電信號的電到光(E-O)轉換。
出口節點由光交換單元或模塊實現，出口節點被配置成接收來自PBS網絡10其他節點的光信號，並將這些光信號路由到光WAN或其他外部網絡。出口節點也能從光WAN或其他外部網絡接收光信號，並將它們發送給PBS網絡10的合適的節點。在一個實施例中，出口節點181對接收的光信號執行O-E-O轉換，並包括電子存儲器以緩衝所接收的信號，直到這些信號被發送給PBS網絡10合適的節點(或發送到該光WAN)。
交換節點171-17L由光交換單元或模塊實現，它們中的每一個都被配置成接收來自其他交換節點的光信號，並適當地將接收的光信號路由到PBS網絡10的其他交換節點。如下所述，交換節點執行光控制突發和網絡管理控制突發信號的O-E-O轉換。在一些實施例中，這些光控制突發和網絡管理控制突發只在預選的波長上傳播。在這些實施例中，儘管所述控制突發和網絡管理控制突發可能包括對於特定的光數據突發信號組所必需的信息，但是，預選的波長不傳播光「數據」突發(相對於控制突發和網絡管理控制突發)信號。在一些實施例中，在不同的波長上傳輸控制和數據信息(在此也稱為帶外(OOB)信令)。在其他實施例中，可以在相同的波長上發送控制和數據信息(在此也稱為帶內(IB)信令)。在另一個實施例中，可以利用不同的編碼方案諸如不同的調製格式等來在相同的波長上傳播光控制突發、網絡管理控制突發和光數據突發信號。在任一種方法中，光控制突發和網絡管理控制突發相對於它們相應的光數據突發信號被異步地發送。在另一個實施例中，光控制突發和其他控制信號以與光數據信號不同的傳輸速率傳播。
儘管交換節點171-17L可以執行光控制信號的O-E-O轉換，但在該實施例中，交換節點不執行光數據突發信號的O-E-O轉換。相反，交換節點171-17L僅僅執行光數據突發信號的光轉換。因此，交換節點可以包括電子電路，以存儲和處理已被轉換為電子形式的進入光控制突發和網絡管理控制突發，並且使用該信息來配置光子突發交換設置和正確地路由對應於光控制突發的光數據突發信號。基於新的路由信息而替代先前的控制突發的新控制突發被轉換為光控制信號，並且被傳輸到下一個交換或出口節點。下面將進一步描述交換節點的實施例。
示例性PBS網絡10的部件按如下方式進行互連。LAN 131-13N連接到151-15M中的一個相應的入口節點。在PBS網絡10內，入口節點151-15M和出口節點181-18K通過光纖連接到一些交換節點171-17L。交換節點171-17L也通過光纖以網格(mesh)體系結構彼此互連，以在入口節點之間以及在入口節點151-15M和出口節點181-18K之間形成較多的光路或光鏈路。理想地，有多於一條的光路將交換節點171-17L連接到PBS網絡10的每個終點上(即，入口節點和出口節點是PBS網絡10內的終點)。交換節點、入口節點和出口節點之間的多條光路能夠在一個或多個節點失效時保護交換，或者能夠實現諸如到目標的基本和輔助路由這樣的特徵。
如下面結合圖2來描述的那樣，PBS網絡10的入口、出口和交換節點被配置以發送和/或接收被波長復用的光控制突發、光數據突發和其他控制信號，以便在預選的波長上傳播光控制突發和控制標籤，並且在不同的預選波長上傳播光數據突發或有效載荷。此外，PBS網絡10的邊緣節點能在向PBS網絡10外部發送數據(光或電數據)的同時發送光控制突發信號。
圖2描述了根據本發明的一個實施例的PBS網絡10的操作流程。參考圖1和2，光子突發交換網絡10如下操作。
PBS網絡10從LAN131-13N接收分組。在一個實施例中，PBS網絡10在入口節點151-15M處接收IP分組。所接收的分組可以是電子形式而不是光的形式，或者以光的形式接收然後被轉換為電子形式。在該實施例中，入口節點以電子形式存儲接收的分組。塊20表示了這一操作。
為了清楚起見，對PBS網絡10的操作流程的其餘描述集中在從入口節點151到出口節點181的信息傳送上。從入口節點152-15M到出口節點181(或其他出口節點)的信息傳送基本上是類似的。
光突發標籤(即，光控制突發)和光有效載荷(即，光數據突發)從接收的分組中形成。在一個實施例中，入口節點151使用統計多路復用技術來從存儲在入口節點151中的所接收的IP(網際網路協議)分組中形成光數據突發。例如，由入口節點151接收並且在它們到達目標的路徑上必須通過出口節點181的分組可以被組合成光數據突發有效載荷。方框21表示了這一操作。
預留特定光信道和/或光纖上的帶寬以通過PBS網絡10傳送光數據突發。在一個實施例中，入口節點151預留經過PBS網絡10的光數據信號路徑中的時隙(即TDM系統的時隙)。該時隙可以是相鄰時隙之間具有一致或者不一致的時間間隔的固定時間寬度和/或可變時間寬度。而且，在一個實施例中，將帶寬預留充分長的時間段以將光突發從入口節點傳送到出口節點。例如，在一些實施例中，入口、出口和交換節點維護一個所有已使用和可用的時隙的更新列表。所述時隙可以被指定並分布在多個波長和光纖上。因此，所預留的時隙(在此也稱作TDM信道)在不同的實施例中可以是固定寬度或可變寬度，其可以在一條光纖的一個波長中，和/或被擴展成跨越多個波長和多條光纖。方框22表示了這一操作。
當入口和/或出口節點預留帶寬時或當傳送光數據突發之後帶寬被釋放時，網絡控制器(未示出)更新該列表。在一個實施例中，網絡控制器和入口或出口節點基於可用的網絡資源或流量模式使用各種突發或分組調度算法來執行該更新處理。定期廣播給所有入口、交換和出口節點的可用的可變寬度TMD信道，在與光控制突發同樣的波長上傳輸，或者在整個光網絡中不同的公共預選波長傳送。網絡控制器功能可以駐留在一個入口或出口節點中，或者可以分布成跨越兩個或多個入口和/或出口節點。在該實施例中，網絡控制器是控制單元37的一部分(圖3)，其可以包括一個或多個處理器。
然後將光控制突發、網絡管理控制標籤和光數據突發在預留時隙或TDM信道中傳送通過光子突發交換網絡10。在一個實施例中，入口節點151沿著由網絡控制器確定的光標籤交換路徑(OLSP)將控制突發傳輸到給下一個節點。在該實施例中，網絡控制器在一個或多個波長上使用基於約束條件的路由協議(例如，多協議標籤交換(MPLS))來確定到達出口節點的最佳可用OLSP。
在一個實施例中，控制標籤(在此也稱作控制突發)提前於光子數據突發並在不同的波長和/或不同的光纖上被異步傳輸。控制突發和數據突發之間的時間偏移允許每個交換節點處理該標籤，並且配置光子突發交換以在相應的數據突發到達之前進行合適的切換。在此使用的術語「光子突發交換」指不使用O-E-O轉換的快速光交換。
在一個實施例中，入口節點151然後異步地將光數據突發傳輸給交換節點，在該交換節點處光數據突發經歷很小的延時或沒有延時，並且在每個交換節點內不進行O-E-O轉換。光控制突發總是在相應的光數據突發被傳輸之前被傳輸。
在一些實施例中，交換節點可以執行控制突發的O-E-O轉換，以便該節點能提取並處理包含在標籤中的路由信息。而且，在一些實施例中，TDM信道是以與用於傳播標籤的波長相同的波長來傳播的。或者，在相同的光纖中利用不同的調製格式來在相同的波長上調製標籤和有效載荷。例如，可以利用不歸零制(NRZ)調製格式來傳輸光標籤，而利用歸零制(RZ)調製格式來傳輸光有效載荷。以類似的方式將光突發從一個交換節點傳輸到另一個交換節點，直到光控制和數據突發在出口節點181處結束。方框23表示了這一操作。
在該點的操作流程取決於目標網絡是光WAN還是LAN。方框24表示了在操作流程中的這一分支。
如果目標網絡是光WAN，則形成新的光標籤和有效載荷信號。在該實施例中，出口節點181準備新的光標籤和有效載荷信號。方框25表示了這一操作。
然後，將新的光標籤和有效載荷傳輸到目標網絡(即在該情況中的WAN)。在該實施例中，出口節點181包括將光標籤和有效載荷傳輸到光WAN的光接口。方框26表示了這一操作。
但是，如果在方框24中，目標網絡是LAN，光數據突發被拆分，以提取IP分組或乙太網幀。在一個實施例中，出口節點181將光數據突發轉換為該節點181能夠處理以恢復每個分組的數據段的電子信號。方框27表示了這一操作。
所提取的IP數據分組或乙太網幀被處理，並結合相應的IP標籤，然後被路由到目標網絡(即在該情況中的LAN)。在該實施例中，出口節點181形成新的IP分組。方框28表示了這一操作。然後，如塊29所示，將新的IP分組傳輸到目標網絡(即LAN)。
通過由TDM信道提供的附加的靈活性，PBS網絡10可以獲得提高了的帶寬效率。儘管上述的示例性實施例包括將多個LAN耦合到光WAN骨幹的具有入口、交換和出口節點的光MAN，但在其他實施例中，所述網絡並非必須是LAN、光MAN或WAN骨幹。就是說，PBS網絡10可以包括大量相對小型的網絡，所述小型網絡耦合到相對更大型的網絡，該大型網絡然後耦合到骨幹網。
圖3圖示了根據本發明的一個實施例在光子突發交換網絡10(圖1)中用作交換節點的模塊17。在該實施例中，模塊17包括一組光波分解復用器301-30A，其中A表示用於傳播有效載荷、標籤和其他網絡資源到該模塊的輸入光纖的數量。例如，雖然該實施例中，每個輸入光纖可以攜帶一組C個波長(即，WDM波長)，但是在其他實施例中輸入光纖可以攜帶不同數量的波長。模塊17也包括一組N×N光子突發開關321-32B，其中N是每個光子突發開關的輸入/輸出埠數。因此，在該實施例中，每個光子突發開關中最大的波長數是A×C，其中N≥A×C+1。對於其中N大於A×C的實施例，額外的輸入/輸出埠可以用來回送光信號以用於緩衝。
而且，儘管光子突發開關321-32B示出為分開的單元，但它們可以利用任何合適的交換體系結構而作為N×N光子突發開關來實現。模塊17還包括一組光波分解復用器341-34A、一組光到電信號轉換器36(例如，光檢測器)、控制單元37和一組電到光信號轉換器38(例如，雷射器)。控制單元37可以具有一個或多個處理器來執行軟體或固件程序。控制單元37的更多細節如下所述。
模塊17的這一實施例的部件互連方式如下。光解復用器301-30A連接到一組A條輸入光纖，其傳播來自光子突發交換網絡10(圖1)的其他交換節點的輸入光信號。光解復用器的輸出引線連接到一組B個核心光開關321-32B並連接到光信號轉換器36。例如，光解復用器301具有連接到光子突發開關321-32B的輸入引線的B個輸出引線(即，光解復用器301的一個輸出引線連接到每個光子突發開關的一個輸入引線)和至少一個連接到光信號轉換器36的輸出引線。
光子突發開關321-32B的輸出引線連接到光復用器341-34A。例如，光子突發開關321具有連接到光復用器341-34A的輸入引線的A個輸出引線(即，光子突發開關321的一個輸出引線連接到每個光復用器的一個輸入引線)。每個光復用器也具有連接到電到光信號轉換器38的輸出引線的輸入引線。控制單元37具有連接到光到電信號轉換器36的輸出引線或埠的輸入引線或埠。控制單元37的輸出引線連接到光子突發開關321-32B和電到光信號轉換器38的控制引線。如下文中結合圖5的圖所描述的，模塊17被用於接收和傳輸光控制突發，光數據突發，以及網絡管理控制突發。在一個實施例中，光數據突發具有如在圖4和4B中所示的傳輸格式。
圖4圖示了根據本發明一個實施例的在PBS網絡10(圖1) 中使用的光數據突發的格式。在該實施例中，如在圖4中所示，每個光數據突發具有開始保護帶40，IP有效載荷數據段41，IP報頭段42，有效載荷同步段43(通常為很少數量的比特)，以及結束保護帶44。在一些實施例中，IP有效載荷數據段41包括用於形成突發的統計多路復用IP數據分組或乙太網幀。雖然圖4將有效載荷示為緊接著的(contiguous)，但是模塊17以TDM格式傳輸有效載荷。此外，在一些實施例中，數據突發可以在多TDM信道上分段。應當指出，在該實施例中，光數據突發和光控制突發僅在PBS網絡10中具有局部意義，並且在光WAN中失去它們的意義。
圖5圖示了根據本發明一個實施例的在光子突發交換網絡10中使用的光控制突發的格式(圖1)。在該實施例中，如在圖5中所示，每個光控制突發具有開始保護帶46，IP標籤數據段47，標籤同步段48(通常為很少數量的比特)以及結束保護帶49。在該實施例中，標籤數據段47包含IP分組形成光突發的所有必需的路由和時間信息。雖然圖5將有放載荷示為緊接著的，但在該實施例中，模塊17以TDM格式傳輸標籤。
在一些實施例中，光網絡管理控制標籤(未示出)也被用於PBS網絡10(圖1)中。在這些實施例中，每個光網絡管理控制突發包括與開始保護帶46相似的開始保護帶，與數據段47相似的網絡管理數據段；與標籤同步段48相似的網絡管理同步段(通常為很少數量的比特)；以及與結束保護帶44相似的結束保護帶。在該實施例中，網絡管理數據段包含協調網絡傳輸所需的網絡管理信息。在一些實施例中，光網絡管理控制突發以TDM格式傳輸。
圖6圖示了根據本發明一個實施例的模塊17(圖3)的操作流程。參考圖3和圖6，模塊17的操作如下。
模塊17接收具有TDM標籤和數據信號的光信號。在該實施例中，模塊17在一個或兩個光解復用器上接收光控制信號(例如，光控制突發)以及光數據信號(例如，在該實施例中為光數據突發)。例如，可以在由光解復用器30A接收的光信號的第一波長上調製光控制信號，而在由光解復用器30A接收的光信號的第二波長上調製光數據信號。在一些實施例中，由第一光解復用器接收光控制信號，而由第二光解復用器接收光數據信號。此外，在一些情況下，僅僅接收光控制信號(例如，網絡管理控制突發)。方框601表示了這一操作。
模塊17將光控制信號轉換為電子信號。在該實施例中，光控制信號為光控制突發信號，其是從由光解復用器接收的光數據信號中分離出來的，並被發送至光電信號轉換器36。在其他的實施例中，光控制信號可以是網絡管理控制突發(先前結合圖5所描述的)。光電信號轉換器36將光控制信號轉換成電子信號。舉例說明，在一實施例中，TDM控制信號的每個部分被轉換為電子信號。處理由控制單元37接收的電子控制信號以形成新的控制信號。在該實施例中，控制單元37存儲並處理包含在控制信號中的信息。方框603表示了這一操作。
模塊17隨後基於包含在控制信號中的路由信息，將光數據信號(即，在該實施例中為光數據突發)路由至光多路復用器341-34A中的一個。在該實施例中，控制單元37處理控制突發以提取路由和時間信息，並發送合適的PBS配置信號至B個光子突發交換器組321-32B以重新配置每個光子突發交換器，以交換相應的光數據突發。方框605表示了這一操作。
模塊17隨後將處理的電子控制信號轉換為新的光控制突發。在該實施例中，控制單元37提供TDM信道對準，以便在希望的波長上以TDM時隙模式生成被再次轉換的或新的光控制突發。新的控制突發可以以不同於在方框601中接收的控制突發的波長和/或時隙被調製。方框607表示了這一操作。
模塊17隨後將光控制突發發送到路由中的下一個交換節點。在該實施例中，電光信號生成器38發送新的光控制突發至光多路復用器341-34A中合適的光多路復用器以實現路由。方框609表示了這一操作。
圖7說明了根據本發明一個實施例的在示例性PBS網絡700中的節點之間的PBS光突發流。系統700包括入口節點710，交換節點712，出口節點714，以及其他節點(為避免模糊光突發流的描述而未示出的出口節點、交換節點和入口節點)。在該實施例中，使用機器可讀的指令來實現入口節點，交換節點，出口節點710、712和714所圖示的部分，所述機器可讀的指令使得機器(例如，處理器)執行操作，所述操作允許節點發送信息到PBS網絡的其他節點和從PBS網絡的其他節點接收信息。在該實例中，光突發流的光路從入口節點710開始，至交換節點712，然後到達出口節點714。
入口節點710包括入口PBS MAC層部分720，該部分720具有數據突發組合器721，數據突發調度器722，偏移時間管理器724，控制突發建立器726，以及突發成幀器728。在一個實施例中，數據突發組合器721組合將在PBS網絡10(圖1)上被光傳輸的數據突發。在一個實施例中，數據突發的大小基於許多不同的網絡參數來確定，例如服務質量(QoS)、可用光信道的數量、在入口節點處的電子緩衝的大小、具體的突發組合算法等等。
在該實施例中，數據突發調度器722調度在PBS網絡10(圖1)上數據突發的傳輸。在該實施例中，入口PBS MAC層部分710產生帶寬請求，用於插入到與正在形成的數據突發相關的控制突發中。在一個實施例中，數據突發調度器722也產生包括偏移時間(來自下述的偏移管理器724)的調度，以允許PBS網絡10中的不同節點在相關的數據突發到達之前處理控制突發。
在一個實施例中，偏移時間管理器724基於多種網絡參數確定控制和數據突發之間的偏移時間，這些參數例如沿著所選光路的跳數、在每個交換節點的處理延遲、用於特定光路的流量負載以及服務等級要求。
在該實施例中，控制突發建立器726使用如下信息建立控制突發，例如，所需的帶寬、突發調度時間、帶內或帶外信令、突發目標地址、數據突髮長度、數據突發信道波長、偏移時間、優先級等。
突發成幀器728將控制突發和數據突發形成幀(使用下面在一些實施例中結合圖7到10描述的成幀格式)。突發成幀器728隨後通過物理光接口(未示出)在PBS網絡10上傳輸控制突發，如箭頭750所示。在該實施例中，控制突發被帶外(OOB)傳輸至交換節點712，如圖7中由光控制突發756和PBS TDM信道757所指示的。突發成幀器728隨後根據由突發調度器722產生的調度，通過物理光接口在PBS網絡上將數據突發傳輸至交換節點712，如圖7中由光突發758和PBS TDM信道759所指示的。在圖7中光突發756(控制突發)和758(數據突發)之間的時延被表示為OFFSET1。
交換節點712包括PBS交換控制器730，其具有控制突發處理部分732、突發成幀器/幀分解器734以及硬體PBS交換器(未示出)。
在該實例中，通過物理光接口(未示出)和光交換器(未示出)接收光控制突發756，並將其轉換成電子信號(即，O-E轉換)。控制突發成幀器/幀分解器734將控制突發信息幀分解，並提供控制信息給控制突發處理部分732。控制突發處理部分732處理信息，確定相應的數據突發的目標、帶寬預留、下一個控制跳、控制標籤交換等等。
PBS交換控制器部分730使用這些信息中的一些來控制和配置光交換器(未示出)，以在合適的時間持續期間將光數據突發交換到合適信道上的下一個節點(即，在該實例中的出口節點714)。在一些實施例中，如果所預留的帶寬不可用，則PBS交換控制器部分730可以採取適當的操作。例如，在一個實施例中，PBS交換控制器730可以(a)確定不同的光路以避免不可用的光信道(例如，偏轉路由)；(b)使用PBS交換結構(fabric)中的集成緩衝元件例如光纖延遲線來延遲數據突發；(c)使用不同的光信道(例如，通過使用可調波長轉換器)；和/或(d)僅丟棄(drop)同時期的數據突發。PBS交換控制器部分730的一些實施例也可以將否定確認消息發送回入口節點710，以重新傳輸被丟棄的突發。
但是，如果可以找到並預留用於數據突發的帶寬，PBS交換控制器部分730提供對硬體PBS交換器(未示出)的合適控制。此外，PBS交換控制器部分730基於來自控制突發處理部分732的更新的預留帶寬以及可用PBS網絡資源生成一個新的控制突發。控制突發成幀器/幀分解器734隨後重新將重建的控制突發構成幀，隨後通過物理光接口(未示出)和光交換器(未示出)將其光傳輸到出口節點714，如圖7中由PBS TDM信道764和光控制突發766所指示的。
隨後，當交換節點712接收到對應於所接收的/所處理的控制突發的光數據突發時，硬體PBS交換器已經被配置為可以將光數據突發交換至出口節點714。在其他情況下，交換節點712可以將光數據突發交換至不同的節點(例如，未在圖7中示出的另一個交換節點)。如PBS TDM信道767和光數據突發758A所指示的，來自入口節點710的光數據突發隨後被交換至出口節點714。在該實施例中，光數據突發758A只是由硬體PBS交換器(未示出)重新路由的光數據突發，也可能在不同的TDM信道上傳輸。在圖7中光控制突發766和光數據突發758A之間的時延被表示為OFFSET2，由於例如在交換節點712中的處理延遲和其他時間誤差，其小於OFFSET1。
出口節點714包括一個PBS MAC部分740，其具有數據多路分解復用器742，數據突發重組合器744，控制突發處理部分746，以及數據突發幀分解部分748。
如圖7中的箭頭770所示，出口節點714接收光控制突發。突發幀分解器748通過物理O-E接口(未示出)接收並幀分解控制突發。在該實施例中，控制突發處理部分746處理被幀分解的控制突發，以提取有關的控制/地址信息。
在接收到控制突發之後，出口節點714接收對應於所接收控制突發的數據突發，如圖7中的箭頭772所示。在該實例中，相對於控制突發的一端，在延遲OFFSET2之後，出口節點714接收光數據突發。以類似於上述的所接收控制突發的方式，突發幀分解器748接收和幀分解數據突發。數據突發重組合器744隨後處理被幀分解的數據突發，以提取數據(並且如果數據突發是數據突發片斷，還要重新組合數據)。數據去復用器742隨後相應地對提取的數據去復用，以傳輸到合適的目標(其可以是除PBS網絡之外的網絡)。
圖8圖示了根據本發明的一個實施例的用於PBS光突發的通用PBS成幀格式800。通用PBS幀800包括PBS通用突發報頭802，以及PBS突發有效載荷804(其可以為控制突發或數據突發)。圖8還包括PBS通用突發報頭802和PBS突發有效載荷804的展開圖。
PBS通用突發報頭802對於所有類型的PBS突發通用，其包括版本號(VN)欄位810，有效載荷類型(PT)欄位812，控制優先級(CP)欄位814，帶內信令(IB)欄位816，標籤表示(LP)欄位818，報頭錯誤校正(HEC)存在(HP)欄位819，突髮長度欄位822，以及突發ID欄位824。在一些實施例中，PBS通用突發報頭還包括預留欄位820和HEC欄位826。下面描述了用於形成具有32比特字的格式的幀的特定的欄位大小和定義；但是在其他的實施例中，大小、順序和定義可以是不同的。
該實施例中，PBS通用突發報頭802是4字的報頭。第一個報頭字包括VN欄位810，PT欄位812，CP欄位814，IB欄位816和LP欄位818。VN欄位810在該示例性實施例中是4比特的欄位(例如，比特0到3)，定義了正被用於使PBS突發成幀的PBS成幀格式的版本號。在該實施例中，VN欄位810被定義為第一個字的前4個比特，但在其他的實施例中，不必是前4個比特，不必是第一個字的，或限制為4個比特。
PT欄位812是定義了有效載荷類型的4比特欄位(比特4到7)。例如，二進位「0000」表示PBS突發是數據突發，而二進位「0001」表示PBS突發為控制突發，二進位「0010」表示PBS突發為管理突發。在該實施例中，PT欄位812被定義為第一個字的第二組4個比特，但在其他的實施例中，不必是第二組4個比特，不必是第一個字的，或限制為4個比特。
CP欄位814是定義了突發的優先級的2比特欄位(比特8到9)。例如，二進位「00」可表示普通優先級，而二進位「01」表示高優先級。在該實施例中，CP欄位814被定義為第一個字的比特8和9，但在其他的實施例中，不必是比特8和9，不必是第一個字的，或限制為2個比特。
IB欄位816是指示PBS控制突發是否正在被帶內或OOB信號發送的一個比特的欄位(比特10)。例如，二進位「0」可表示OOB信令，而二進位「1」表示帶內信令。在該實施例中，IB欄位816被定義為第一個字的比特10，但在其他的實施例中，不必是比特10，不必是第一個字的，或限制為1個比特。
LP欄位818是一個比特的欄位(比特11)，被用於指示是否已經建立了用於攜帶該報頭的光路的標籤。在該實施例中，LP欄位818被定義為第一個字的比特11，但在其他的實施例中，不必是比特11，不必是第一個字的，或限制為1個比特。
HP欄位819是一個比特的欄位(比特12)，用於指示在該控制突發中是否使用報頭錯誤校正。在該實施例中，HP欄位819被定義為第一個字的比特12，但在其他的實施例中，不必是比特12，不必是第一個字的，或限制為1個比特。未使用的比特(比特13到31)形成(一個或多個)欄位820，其當前未被使用，並且被預留為以後使用。
在該實施例中，在PBS通用突發報頭802中的第二個字包含PBS突髮長度欄位822，其被用於存儲等於PBS突發有效載荷804中的字節長度數量的二進位值。在該實施例中，PBS突髮長度欄位是32比特。在其他的實施例中，PBS突髮長度欄位822不必是在第二個字中，或限制為32個比特。
在該實施例中，在PBS通用突發報頭802中的第三個字包含PBS突發ID欄位824，其被用於存儲該突發的標識號。在該實施例中，PBS突發ID欄位824是由入口節點(例如，圖7中的入口節點710)生成的32比特。在其他的實施例中，PBS突發ID欄位824不必是在第三個字中，或限制為32個比特。
在該實施例中，在PBS通用突發報頭802中的第四個字包含通用突發報頭HEC欄位826，其被用於存儲錯誤校正字。在該實施例中，通用突發報頭HEC欄位826是使用任何適合的已知錯誤校正技術生成的32比特。在其他的實施例中，通用突發報頭欄位826不必是在第四個字中，也不必限制為32個比特。如圖8所示，通用突發報頭HEC欄位826是可選的，如未使用錯誤校正，則可以都用零來填充該欄位。在其他的實施例中，在PBS通用突發報頭802中不包括通用突發報頭HEC欄位826。
對於所有類型的PBS突發，PBS突發有效載荷804是通用的，其包括PBS特定有效載荷報頭欄位832，有效載荷欄位834，以及有效載荷幀檢測序列(FCS)欄位836。
在該示例性的實施例中，PBS特定有效載荷報頭832是PBS突發有效載荷804的第一部分(即一個或多個字)。下面將結合圖9，進一步描述控制突發的特定有效載荷報頭欄位832。類似的，結合圖9也描述數據突發的特定有效載荷欄位832。一般地，特定有效載荷報頭欄位832包括一個或多個涉及數據突發的信息的欄位，其可以是該突發本身，或包含在與該突發相關的另一個突發中(即，當該突發是控制突發時)。
在該實施例中，有效載荷數據欄位834是PBS突發有效載荷804的下一個部分。在一些實施例中，控制突發沒有有效載荷數據，因此該欄位可以省略或全為零。對於數據突發，有效載荷數據欄位834可以相對大些(例如包含多個IP分組或乙太網幀)。
在該實施例中，有效載荷FCS欄位836是PBS突發有效載荷的下一個部分。在該實施例中，有效載荷FCS欄位836是在錯誤檢測和/或校正中使用的一個字的欄位(即，32比特)。如在圖8中指出的，有效載荷FCS欄位836是可選的，如果未使用錯誤檢測/校正，可以都用零來填充該欄位。在其他的實施例中，在PBS突發有效載荷804中不包括有效載荷FCS欄位836。
根據本發明的其他方面，提供了在PBS網絡的一個擴展的基於GMPLS的框架(framework)中的標籤空間體系結構。圖9示出了用於PBS網絡的基於GMPLS的控制方案的概述，其中標籤空間體系結構可以依照一個實施例來實現。從GMPLS協議組開始，每個GMPLS協議可以被修改或擴展以支持PBS操作和光接口，同時仍然包含GPMLS協議的各種流量工程任務。集成的PBS層體系結構包括在PBS MAC層901之上的PBS數據服務層900，PBS MAC層901在PBS光子層902之上。眾所周知，基於GMPLS的協議組(在圖9中由塊903所示)包括配置(provisioning)部分904、信令部分905、路由部分906、標籤管理部分907、鏈路管理部分908以及保護和恢復部分909。在一些實施例中，這些部分被修改或具有添加的擴展，以支持PBS層900-902。進一步，在該實施例中，基 GMPLS的組903也擴展為包括操作、管理、維護和配置(OAMP)部分910。有關GMPLS體系結構的更多的信息可以在http//www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-ccamp-gmpls-architecture-07.txt上找到。
例如，信令部分905可以包括專用於PBS網絡的擴展，例如突發開始時間、突發類型、突髮長度和突發優先級，等等。添加支持PBS網絡的擴展之後，就可以基於(當前僅支持SONET/SDH網絡的)公知的鏈路管理協議(LMP)來實現鏈路管理部分908。保護和恢復部分909例如能夠被修改以覆蓋PBS網絡。關於LMP的更多信息可以在http//www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-ccamp-lmp-09.txt中找到。
此外，例如，可以修改標籤管理部分907以支持PBS控制信道標籤空間。在一個實施例中，在對控制信道信號進行O-E轉換之後執行標籤操作。PBS網絡的入口節點充當標籤邊緣路由器(LER)，而交換節點充當標籤交換路由器(LSR)。出口節點充當出口LER，基本上持續地提供PBS網絡的所有標籤。入口節點能夠提出在其被連接到的光路段上使用的標籤，但是在選擇標籤值時下遊節點將是決定方，其可能拒絕所提出的標籤並選擇它自己的標籤。也可以由節點提出標籤列表給它的下遊節點。該部分可以有利地增加控制信道上下文獲取的速度(通過執行預建立的標籤查詢，而不必恢復整個上下文)。在下面討論了標籤配置和應用的更多內容。
為了在諸如企業網和類似網絡等具有跳和範圍限定的網絡中實現PBS聯網，擴展基於GMPLS的協議組以在入口/出口和交換節點處識別PBS光接口是很有利的。在基於GMPLS的框架下，精心設計PBS MAC層以執行不同的PBS操作，同時仍然包含基於MPLS的流量組織特徵和功能，以用於使用預留協議建立並由PBS標籤表示的粗粒度(從秒到天或更久)光流的控制突發交換。
圖10示出集成的數據和控制平面PBS軟體體系結構1000，其在入口/出口節點具有關鍵構建塊。在體系結構1000中的數據平面(data plane)部分包括流分類塊1002和L3(層3，即在網絡堆棧中的網際網路層)轉發(forwarding)塊1004，標籤處理塊1006，隊列管理塊1008，流調度塊1010，以及遺留(legacy)接口1012。另外，數據平面部分包括在前面參考圖7所論述的入口節點710和出口節點714部分。基於GMPLS的功能在控制平面中被實現，該控制平面包括鏈路管理部分908，信令部分904，保護和恢復部分909，OAMP部分910，和路由部分906。GMPLS信令功能的說明將在以下的網址中找到http//www.ietf.org/rfc/rfc3471.txt。
在數據路徑上，來自遺留接口1012的分組(即，IP分組或者乙太網幀)在入口/出口節點由流分類塊1002基於n元組合類進行分類，被分為轉發等價類(FEC)1014。具體而言，在入口節點適合的PBS MAC層一般執行數據突發組合和調度、控制突發生成和PBS邏輯成幀，而在出口節點執行幀分解(de-framing)、整理碎片(defragmentation)和流的去復用。一旦分類，與給定的FEC相對應的數據就被轉發到L3轉發塊1004。如果流是到這個節點IP位址的，即這個節點L3地址，那麼隨後將所述流給這個節點以用於處理，即，將所述流給這個節點控制平面以被處理。
接下來的操作涉及流管理。正像以下進一步的詳述所描述的，這些操作由標籤處理塊1006以及隊列管理塊1008來處理。被指定給遺留網絡部分的數據部分何時被發送由流調度器1010來決定。
圖11示出在交換節點的具有關鍵構建塊的PBS軟體體系結構1100。軟體結構包括控制突發處理塊1102，爭用解決塊1104，突發控制塊1106，PBS交換配置和控制塊1108，以及資源管理塊1110。由塊1102、1104、1106、1108和1110所提供的操作由PBS控制處理器1112所執行的相應的軟體組(即，機器可執行指令)來執行。
控制突發處理塊1102依照基於GMPLS的框架來執行帶寬預留、下一個跳選擇、標籤交換路徑(LSP)設置以及控制標籤調換。爭用解決塊1104執行偏轉路由，提供可調的波長轉換，NACK(否認)/丟棄功能和光纖延遲線(FDL)操作。突發控制塊1106提供已更新的控制分組。PBS交換配置和控制塊1108提供對由PBS控制處理器1112所控制的PBS交換的配置和控制。資源管理塊1110執行資源管理操作，包括更新網絡資源(在每個波長上使用的帶寬，總的波長使用率，等等)。
所傳輸的PBS控制突發經歷以下的操作，所述的PBS控制突發由PBS網絡處理器(NP)進行電子處理參考圖12的流程圖，該處理在方塊1200開始，其中，控制突發被幀分解，依照其優先級被分類，並且帶寬預留信息被處理。如果光流已經被信號發送和建立，則這個流標籤被用於查找相關信息。接下來，在方塊1202，確認或者否定在特定時間用於在所選波長上所預留帶寬的PBS交換配置的設置。如果確認，該過程繼續進行；如果否定，將開始新的預留請求過程。
在方塊1204，如果PBS交換配置衝突，進行PBS爭用解決。可以選擇三個可能的爭用解決方案之一，即基於FDL的緩衝、可調波長轉換和偏轉路由。如果這些方案中沒有一個可用，則丟棄進入數據突發直到PBS交換變為可用，並且否認消息被發送到入口節點以重新傳輸。在方塊1206，基於從資源管理器取回的已更新網絡資源，生成新的控制突發，並且被調度用於傳輸。在方塊1208，新的控制突發隨後被組幀，並且被放到輸出隊列中，用於傳輸到下一個節點。
本發明的一個重要方面涉及標籤信令，其中粗粒度光路被端到端地信號發送並分配唯一的PBS標籤。該PBS標籤僅具有光路段意義而不具有端到端意義。圖13示出了具有相應欄位的示例性PBS標籤格式1300，下面將描述其更多的細節。用於光路建立、撤銷和維護的PBS標籤信令通過IETF(網際網路工程任務組)資源預留協議到流量工程(RSVP-TE)的擴展來實現。關於具有RSVP-TE擴展的GMPLS信令的更多信息可以在http//www.iet f.org/rf/rfc3473.txt中找到。
標識數據突發輸入光纖、波長和光路段、信道間距的PBS標籤被用於控制路徑，以使得能夠進行網絡資源的軟預留請求(通過相應Resv消息)。如果履行該請求(通過PATH報文)，則沿著所選擇的光路的每個交換節點都承諾(commit)所請求的資源，並且用合適的段到段標籤來建立光路。每個交換節點通過所述信令機制來負責更新初始PBS標籤，向前面的交換節點指示用於它的光路段的標籤。如果不能履行該請求或發生錯誤，則描述該狀態的報文被發送回始發站以採取合適的操作(即，選擇另一個光路特性)。因此，通過信令實現的PBS標籤能夠實現用於控制突發處理的MPLS類型有效查找。在每個交換節點上控制突發的處理改善減小了在控制和數據突發之間所需的偏移時間，導致PBS網絡吞吐量的改善並減小端到端的延遲。
除了由PBS控制處理器執行的軟體塊之外，還存在支持在此描述的PBS聯網操作的其他幾個關鍵部分。鏈路管理部分908負責提供PBS網絡傳送鏈路狀態信息，諸如鏈路上行/下行、光損耗等。該部分在控制信道上運行它自己的鏈路管理協議。在一個實施例中，IETF鏈路管理協議(LMP)被擴展以支持PBS接口。當鏈路管理部分報告鏈路失敗時，鏈路保護和恢復部分909負責根據用戶定義的各種標準來計算在各交換節點之間的可替換光路徑。OAMP部分910負責執行各種管理任務，諸如設備配置。
另外，路由部分906提供路由信息，以建立控制和數據突發路逕到它們的最終目標的路由。對於具有無緩衝交換結構的PBS網絡，該部分也扮演重要的角色，它通過提供用於減小爭用的備份路由信息來使PBS成為更可靠的傳送網絡。
本發明的標籤信令方案通過減小處理已被發送信號的光路所花費的時間量來減小PBS偏移時間。這是通過擴展GMPLS模型以利用在PBS標籤空間中定義的唯一標籤來標識在PBS網絡內的每個光路段來實現的。通過使用於處理控制突發的PBS交換節點內的控制接口單元，可根據用來執行快速和有效查找的標籤信息來查找相關的物理路由信息和其他相關的處理狀態，PBS標籤的使用加速了PBS控制突發處理。因此，每個PBS交換節點在一個查找操作中可訪問下列相關信息，其中1)向其發送控制突發的下一個跳的地址；2)關於外發光纖和波長的信息；3)在下一個段中使用的標籤，如果在基於標籤的模式下工作；和4)為特定輸入埠和波長更新調度需求所必需的數據。
參考圖13，在一個實施例中，PBS標籤1300包括5個欄位，包括輸入光纖埠欄位1302、輸入波長欄位1304、光路段ID欄位1306、信道間距(Δ)欄位1308和預留欄位1310。輸入光纖埠欄位1302包括8比特欄位，它指定由(本身被攜帶在控制波長上的)標籤所標識的數據信道的輸入光纖埠。輸入波長欄位1304包括32比特欄位，其描述在由輸入光纖埠欄位1302指定的輸入光纖埠上使用的輸入數據波長，並且在下面將更詳細地描述。光路段ID欄位1306包括16比特欄位，其描述在特定波長和光纜上的光路段ID。光路段ID是根據PBS網絡拓撲被確定的預定義的值。信道間距欄位1308包括4比特欄位，用於結合下面定義的Δ變量來標識信道間距(即，在相鄰光信道之間的間距)。預留欄位1310被預留以用於特定實現和今後的擴展。
在一個實施例中，使用用於單精度浮點格式的IEEE(電氣和電子工程師學會)標準754來表示輸入波長。32比特字被分為1比特符號指示符S、8比特偏置指數e和23比特分數。在此給出實數表示和該格式之間的關係 等式(1)
在C頻帶中的一個光信道具有197.200THz的頻率，對應於1520.20納米的波長。這個信道通過設置s＝0、e＝134和f＝0.540625來表示。相鄰信道的間距可以是50GHz、100GHz、200GHz或其他間距。對於50GHz的信道間距，可以寫成Δ＝0.05＝1.6×2-5(s＝0，e＝122，f＝0.6)。因此，第n個信道的頻率是f(n)＝f(1)-(n-1)·Δ 等式(2)因此，根據等式(2)，光信道頻率由n和具體的Δ值給出，其可以被提供作為初始網絡設置的一部分。例如，利用標準ITU-T(國際電信聯盟)格點C和L頻帶，n被限制為249，它對應184.800THz的光頻率。然而，在上述範圍和其他波長範圍諸如1310納米左右的波長頻帶以外的其他光信道頻率也可以使用等式(2)確定。
在圖14中描述了在基於GMPLS的PBS網絡1400中如何實現PBS標籤1300的操作。可以包括各種類型網絡中的一種網絡，諸如企業網的網絡1400，包含分別標記為A、B、C、D、E和F的6個PBS交換節點。網絡1400一端耦合到LAN或WAN網絡1402，另一端耦合到LAN或WAN網絡1404，其中邊緣節點A和D作為邊緣節點。對於下面的範例，希望從網絡1402路由流量到網絡1404。因此，邊緣節點A(即，源節點)作為入口節點，而邊緣節點D(即，目標節點)作為出口節點。
如圖14所示，各交換節點B、C、E和F通過光路段LP1、LP2、LP3、LP4、LP5、LP6、LP7、LP8和LP9耦合。也存在交叉連接交換節點B、C、E和F的其他光路段，為了清楚起見沒有示出這些光路段。光路段包括經由光纖的任何相鄰節點之間的光耦合。光路包括在源節點和目標節點之間通過的光學路徑，並且一般將包括多個光路段。在下面的示例中，在源節點(入口節點A)和目標節點(出口節點D)之間的光路包括光路段LP1、LP4和LP6，通過使用例如RSVP-TE的公知信令協議在信令時間動態選擇所述光路。
如圖14進一步所示的，示例性的PBS標籤A-B-0和A-B-1分別在時刻t0和t1分配給節點A和B之間的路徑；標籤B-C-0和B-C-1分別在時間t0和t1分配給節點B和C之間的路徑；並且標籤C-D-0和C-D-1分別在時間t0和t1分配給節點C和D之間的路徑。為了簡明，用於光路段LP1、LP2、LP3、LP4、LP5和LP6的光路段ID分別定義為0x0001、0x0002、0x0003、0x0004、0x0005和0x0006。根據PBS網絡的上述方面，特定LSP可以包括使用不同波長的光路段。同樣的，在示意的範例中，標籤A-B-0規定使用197.2THz(0x08683FD1)的光頻率，標籤B-C-0規定使用196.4THz(0x08682767)的頻率；並且標籤C-D-0規定使用195.6THz(0x08680EFD)的頻率。在從A到D的途中，信令分組逐個光路段地(即，LP1、LP4和LP6)請求資源預留。例如，邊緣節點A請求資源來創建所選光路的粗粒度預留。在第一光路段上，交換節點B檢驗它是否具有滿足該請求的充分資源。如果它沒有這些資源，則它將錯誤報文發送回請求的始發站以採取合適的操作，諸如發送另一個請求或選擇另一個光路。如果它具有足夠的資源，則它產生這些資源的軟預留，並且將軟預留轉發給下一個交換節點，這裡重複這些操作直到到達目標節點D。當節點D接收到該軟預留請求時，它檢驗該請求是否能夠被實現。
參考圖15a和15b的流程圖，依照本發明一個實施例的在基於PBS標籤的光路預留過程期間所執行的操作和邏輯如下進行。該過程從源節點(例如，源節點A)開始，其在方塊1501起動第一操作，其中，選擇在源和目標節點之間的光路。例如，在一個實施例中可以使用RSVP-TE(IETF RFC 3209)協議，以自動確定一個或者多個光路，並從中選擇一個所選擇的光路。在這種情況中，提供了目標節點的IP位址，並且協議從源節點到目標節點通過(navigate) 網絡拓撲，以確定可以被連接以到達目標節點的光路段組合。可選地，與遍歷多個光路段的光路相對應的顯式路由可以使用EXPLICIT_ROUTE對象來指定，該顯式路由封裝(encapsulate)組成顯式路由路徑的一連串跳。這種光路選擇技術在本領域是眾所周知的，因此在這裡沒有包括這個操作是怎樣執行的進一步解釋。依照當前的舉例，選擇遍歷光路段LP1到LP4到LP6的光路。
在方塊1502，建立初始PBS標籤，用於在源節點和第一交換節點(節點B)之間的第一光路段(LP1)。正像在圖13所示出的和前面所討論的，標籤標識與光路段LP1相應的光路段ID以及輸入光纖埠和輸入波長。包含初始PBS標籤的資源預留請求隨後被發送到第一交換節點。在一個實施例中，在節點之間的資源預留請求的傳遞經過信令分組進行。
下一組操作和邏輯以循環的形式執行，正如由開始和結束循環方塊1503和1504所指示的，從交換節點B開始，其包含在光路的入口側的第一交換節點。在開始和結束循環方塊1503和1504之間所定義的操作以迭代方式用於每一交換節點，直到最後的光路段已經進行過可用性的評估。在此使用的術語「當前節點」標識正在一個節點上執行操作，該節點接收已被評價的光路段。術語「下一個節點」表示光路段鏈中的下一個節點。當邏輯從結束循環塊1504循環返回到開始循環塊1503時，下一個節點成為當前節點。
在方塊1506，節點所接收的資源預留請求被訪問，以標識當前光路段。在判斷塊1508，由節點作出是否有足夠資源以滿足請求的決定。除標籤信息之外，資源預留請求指定與預留相符的時段。資源足夠的指示意味著所指定的資源(即在當前節點所接收的光路段)先前沒有被調度用在所指定時段的任何部分。如果沒有足夠的資源可用，判斷塊1508的回答是NO，並且邏輯進行到方塊1510，其中，錯誤信息被發送回到請求的始發站(即，源節點)。作為響應，源節點執行合適的操作，諸如，經過另一個光路發送新的請求。
如果有足夠的資源以滿足預留請求，邏輯進行到方塊1514，其中，產生軟預留用於當前的光路段。在一個實施例中，軟預留被存儲到預留表中，諸如在下面更多的詳述中所描述的，其中，在圖14中，示例性的軟預留表條目在時間舉例1406A中示出。軟預留包含經由光路段ID欄位1414對當前光路段的引用。這個引用隨後將在依照控制突發的快速路由查找表操作期間被使用。
接下來，將在判斷塊1515確定是否已經到達目標節點。如果已經到達，邏輯進入到在圖15b所示出的流程圖的下一個部分。如果沒有到達，邏輯進行到方塊1516，其中，更新PBS標籤，用於下一個光路段。示例性的標籤在圖14下面的部分被示出，並且在下面進行討論。已更新標籤現在將引用變化中的下一個光路段的光路段ID，包括新輸入光纖埠和波長值。依照結束循環方塊1504，包含已更新標籤的資源預留請求隨後經過信令機制被轉發到下一個節點。正像在前面所討論的，在方塊1506、1508、1510、1512、1514、1515和1516中的操作隨後被重複，適當地，以迭代的方式直到到達目標節點，使得在判斷塊1515產生YES結果。
進行到在圖15b示出的流程圖部分，這裡當前節點是目標節點D，正如由開始方塊1520所描述的。與前面一樣，對沿著所選擇的光路的每一個節點重複操作，與反向傳播技術類似；這些操作由開始和結束循環方塊1522和1523來描繪。首先，在方塊1524，用於當前節點的軟預留被升級為硬預留，並且，相應的資源被承諾(commit)。這通過將預留狀態(Status)欄位1420中的值從「0」(軟)改為「1」(硬)來反映。
在方塊1526的操作之後，進行確定，確定是否已經到達源節點。如果已經到達，該過程完成，並且在光路上的所有段都被預留用於隨後的調度使用。如果沒有到達，對下一個(現在是當前的)交換節點重複該過程本身，直到到達源節點。此時，沿著光路的所有節點將有硬(即，已確認的)預留，並且整個光路將被調度用於在包含在預留表中的所指示的時段使用。
在圖14中示出了示例性預留表的基於時間的舉例(即，時間快照(snapshot))1406A和1406B。預留表包括(可選)關鍵碼欄位1408，輸入光纖埠1410，輸入波長欄位1412，光路段ID欄位1414，開始時間欄位1416，和結束時間欄位1418，以及預留狀態欄位1420。除所示出的欄位之外，預留表一般可以包括其他相關信息。此外，為了說明目的，在開始和結束時間欄位中僅示出一天的時間值。實際上，欄位將包括標識日期的信息，或者開始和結束時間能被進一步劃分以提供開始和結束日期欄位。
正像前面所描述的，當傳輸PBS標籤信息時(例如從節點A到節點D)，在節點B、C和D中產生軟預留。緊臨在軟預留產生之後的對應於節點C處預留表的快照的時間實例1406A示出在圖14中。在該情況下，將包括布爾值的預留狀態(Status)欄位值設置為0，表示沒有確認該預留(即，軟預留)。時間實例1406B對應於當在從節點D到節點A的返迴路徑上確認預留時，表中預留狀態欄位1420產生的變化。
如圖14中的標籤所進一步指示的那樣，用於給定節點對的標籤可以隨時改變以反映光路路由或網絡拓撲的變化。考慮時刻t0和t1的PBS標籤值。在t0的PBS標籤表示分別使用197.2THz、196.4THz和195.6THz的LP1到LP4到LP6的光路路由。相反，在t1，所述路由路徑和頻率中的一部分已經改變，從而該光路路是使用197.2THz、195.6THz和195.6THz的LP1到LP4到LP5。
根據一個實施例的PBS交換節點體系結構的簡化框圖1600示出在圖16中。該智能交換節點體系結構邏輯上分為控制平面部分和數據平面。控制平面包括控制單元37，該單元使用耦合到膠合邏輯1604和控制處理器(CPU)1606的網絡處理器(NP)1602，該控制處理器運行存儲在存儲設備1607中的軟體部分，以執行在此公開的GMPLS控制操作1608。網絡處理器1602也耦合到一組或多組SDRAM(同步動態隨機訪問存儲器)存儲器1610，其用於通用存儲器操作。數據平面體系結構包括包含PBS的非阻塞(non-blocking)光交換結構32，耦合的光多路復用器1612、光解復用器1614和光收發機(由光接收機(Rx)模塊1616和光發送機(Tx)模塊1618描述)。
突發組裝和成幀以及突發調度和控制是PBS MAC層的一部分，並且是由網絡處理器1602執行突發組裝和成幀、突發調度和控制以及相關的任務。網絡處理器是具有靈活微體系結構的功能強大的處理器，其適合於支持廣泛的分組處理任務，包括分類、計量、策略制定、擁塞避免和流量調度。例如，在一個實施例中使用的IntelIXP2800 NP具有16個微引擎，能夠支持10GbE的每秒1千5百萬個分組的分組速率以及1.4GHz的時鐘速率來對每個分組執行多達1493個微引擎指令。
在一個實施例中，光交換結構具有嚴格的非阻塞空分(space-division)體系結構，其具有快速(＜100納秒)交換時間和有限數量的輸入/輸出埠(例如約為8×8、12×12)。每個進入或外發光纖鏈路一般只攜帶一個數據突發波長。不具有或只有有限光緩衝結構的交換結構在輸入和輸出埠之間在可變寬度的時隙內執行統計突發交換。該光緩衝可以使用幾個未使用的埠上的光纖延遲線(FDL)來實現，諸如在L.Xu，H.G.Perros，and G.Rouskas，「Techniques for Optical Packet Switching andOptical Burst Switching」，IEEE Communication Magazine 1，136-142(2001)中教導的那樣。特定的光緩衝體系結構(諸如前饋或反饋)將通常取決於交換節點和該節點部署在其中的PBS網絡的具體特性。然而，與傳統分組交換結構相比，光緩衝的量可期望會相對小一些，因為FDL可以攜帶多個數據突發波長。其他可能的爭用解決方案包括偏轉(deflection)路由和使用可調波長轉換器，如上所述。在一個實施例中，可以實現由D.J.Blumenthal，B.E.Olson，G.Rossi，T.E.Dimmick，L.Rau，M.Masanovic，O.Lavrova，R.Doshi，O.Jerphagnon，J.E.Bowers，V.Kaman，L.Coldren，和J.Barton公開的「All-Optical Label SwappingNetworks and Technologies」，IEEE J.of Lightwave Technology 18，2058-2075(2000)中的爭用解決方案。該PBS網絡可用相對少量的控制波長(λ』0、λ0)來操作，因為它們能在多個數據波長中共享。而且，該PBS交換結構也能利用多個光纖和單個波長操作；然而，該實現的更多細節未在此公開。
控制突發可以在不同的光信道上被帶內(IB)或帶外(OOB)發送。對於OOB的情況，由PBS結構根據由網絡處理器1602動態設置的預留的交換配置，在可變時間期間內在輸入和輸出埠之間在給定波長上對光數據突發進行統計交換。NP 1602負責從進入控制突發中提取路由信息，提供用於所請求的數據突發的PBS交換資源的固定期間預留，並且形成新的外發控制突發以用於到出口節點的路徑上的下一個PBS交換節點。另外，網絡處理器根據上述擴展的基於GMPLS的框架來提供整體PBS網絡管理功能。對於IB的情況，將控制和數據突發都發送給PBS交換結構和控制接口單元。然而，NP 1602根據突發有效載荷報頭信息忽略進入數據突發。類似地，因為還沒有為所發送的控制突發預留交換結構，所以在PBS結構中就忽略所發送的控制突發。該方法的一個優點是其更加簡單並且實現成本更低，因為它減小了所需波長的數量。
用於IB信令的另一種方法是對控制突發和數據突發使用不同的調製格式。例如，控制突發被不歸零制(NRZ)調製，而數據突發被歸零制(RZ)調製。因此，在PBS控制接口單元中的接收機上只有NRZ控制突發被調製，而RZ數據突發被忽略。
在此描述了用於實現光子突發交換網絡的方法和裝置的實施例。在上面的描述中，描述了大量特定細節以提供對本發明實施例的全面理解。然而，本領域技術人員將認識到在沒有一個或用於多個特定細節，或利用其他方法、部件、材料等的情況下也可以實現本發明的實施例。在其他情況下，沒有詳細示出或描述眾所周知的結構、材料或操作，這是為了避免說明書不清楚。
在整個說明書中涉及的「一個實施例」或「實施例」意味著結合該實施例描述的特定特徵、結構、或特性至少包括在本發明的一個實施例中。因此，在整個說明書的各種位置出現的短語「在一個實施例中」或「在實施例中」不一定指相同的實施例。而且，在一個或多個實施例中可以以任何合適的光方式來組合特定特徵、結構或特性。
因此，本發明的實施例可以用作或用於支持在某種形式的處理核(諸如計算機的CPU或一個模塊的處理器)上執行的，或在機器可讀質介上面或內部實現或執行的軟體程序。機器可讀介質包含用於以機器(例如，計算機)可讀形式存儲或發送信息的任何機制。例如，機器可讀質介可以包含諸如只讀存儲器(ROM)；隨機訪問存儲器(RAM)；磁碟存儲介質；光存儲介質；和快閃記憶體設備等。另外，機器可讀介質可以包括傳播信號，諸如電的、光的、聲學的或其他形式的傳播信號(例如，載波、紅外信號、數位訊號等)。
在上述的說明書中已經描述了本發明的實施例。然而，在不脫離所附權利要求限定的更加廣泛的精神和範圍的情況下，顯然可以對其進行各種修改和變化。因此，本說明書和附圖應被認為是起示例性作用，而不起限制意義。
本申請涉及2002年4月17日遞交的美國專利申請No10/126,091；2002年6月25日遞交的美國專利申請No.10/183,111；2002年12月24日遞交的美國專利申請No.10/328,571；2003年2月28日遞交的美國專利申請No.10/377,312；2003年2月28日遞交的美國專利申請No.10/377,580；2003年4月16日遞交的美國專利申請No.10/417,823；2003年4月17日遞交的美國專利申請No.10/417,487；2003年5月19日遞交的美國專利申請No.(代理人案卷號42P16183)；2003年6月18日遞交的美國專利申請No.(代理人案卷號42P16552)。
權利要求
1.一種用於建立光路的粗粒度預留的方法，其中所述光路遍歷多個在光交換網絡的節點間耦合的光路段，所述方法包括將包含基於通用多協議標籤交換GMPLS的標籤的資源預留請求傳遞給光路所遍歷的每一個節點，所述基於GMPLS的標籤標識每個節點所耦合的光路段；以及用各自的光路段預留來在所調度的時段預留每個光路段，每個光路段預留使用包含在基於GMPLS的標籤中的數據來引用與其相對應的光路段。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述光交換網絡包括光子突發交換網絡。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述光突發交換網絡包括波分復用PBS網絡。
4.如權利要求1所述的方法，其中，所述基於GMPLS的標籤包括輸入光纖埠欄位，其標識在由基於GMPLS的標籤所標識的光路段接收端的節點的輸入光纖埠。
5.如權利要求1所述的方法，其中，所述基於GMPLS的標籤包括至少一個欄位，其標識在由基於GMPLS的標籤所標識的光路段上攜帶信號所使用的輸入波長。
6.如權利要求5所述的方法，其中，由以IEEE標準754單精度浮點格式存儲的值來定義所述輸入波長。
7.如權利要求6所述的方法，其中，所述輸入波長基於信道間距變量的函數，並且所述基於GMPLS的標籤包括波長欄位和存儲信道間距值的信道間距欄位。
8.如權利要求1所述的方法，其中，所述方法執行以下步驟選擇所選擇的光路路由，該光路路由包括在多個節點之間耦合的多個光路段，所述光路路由從源節點開始，到目標節點結束，並且所述光路路由在源節點和目標節點之間包括至少一個交換節點；遍歷在所選擇光路路由上的光路段；生成每一個光路段的基於GMPLS的標籤；以及將該基於GMPLS的標籤用於相應的光路段，以在所述所調度的時段預留該光路段。
9.如權利要求8所述的方法，其中，該方法包括在沿著所選擇光路路由的每一節點，確定在該節點所接收的光路段和相應的網絡資源在所調度的時段是否可用；以及如果可用，在所述所調度的時段預留用於給定光路段的網絡資源，否則，向源節點提供標記，指示在所調度的時段用於給定光路段的網絡資源不可用。
10.如權利要求8所述的方法，其中，所述所選擇的光路路由包括第一所選擇的光路路由，該方法還包括選擇第二所選擇的光路路由；在沿著第二所選擇的光路路由的每一節點，確定在該節點所接收的光路段在所調度的時段是否可用；以及如果可用，在所述所調度的時段預留給定光路段，否則，向源節點提供標記，指示在所調度的時段給定光路段不可用。
11.如權利要求8所述的方法，其中，該方法包括執行從源節點到目標節點的所選擇光路路由的前向遍歷；在沿著所述前向遍歷的每個節點確定在該節點所接收的光路段在所調度的時段是否可用；如果確定為將是可用的，則用軟預留在所調度的時段暫時預留用於給定光路段的網絡資源；確定在所調度的時段是否沿著所選擇光路路由的所有光路段和網絡資源都可用；以及如果確定在所調度的時段所有的光路段網絡資源可用，則承諾用於每個光路段的軟預留。
12.如權利要求11所述的方法，其中，所述軟預留通過以下步驟承諾執行所選擇的光路路由從目標節點返回源節點的反向遍歷；在反向遍歷期間當遇到與給定光路段相對應的節點時，將與所述光路段相對應的軟預留設置為硬預留。
13.如權利要求1所述的方法，其中，與所述光路的預留相對應的數據被存儲在預留查找表中，該方法還包括在給定時段，沿著光交換網絡將控制突發從源節點發送到目標節點；以及在預留查找表中查找合適的光路段，基於與給定時段相對應的光路段和資源預留，所述控制突發經由所述合適的光路段被路由以遍歷連結源節點和目標節點的光路。
14.一種在光交換網絡中使用的交換裝置，包括光交換結構，具有至少一個輸入光纖埠和至少一個輸出光纖埠；和控制單元，可操作地耦合以控制所述光交換結構，其包括至少一個處理器和存儲設備，可操作地耦合到包含機器可執行指令的所述至少一個處理器上，所述指令被所述至少一個處理器執行時將執行下述操作，包括從第一節點接收資源預留請求，所述資源預留請求包括標識所述第一節點和所述交換裝置之間的第一光路段的基於GMPLS的第一標籤，該交換裝置包括第二節點；以及調度所述第一光路段的粗粒度時間預留使用，用於隨後的經由所述第一光路段的數據傳輸。
15.如權利要求14所述的交換裝置，其中，所述指令執行還執行以下操作生成基於GMPLS的第二標籤，該標籤標識在交換裝置和第三節點之間的第二光路段；取代資源預留請求中的所述基於GMPLS的第一標籤；以及將所述資源預留請求轉發給第三節點。
16.如權利要求14所述的交換裝置，其中，所述光交換網絡包括光子突發交換網絡。
17.如權利要求16所述的交換裝置，其中，其中所述光交換網絡包括波分復用PBS網絡；並且所述光交換結構提供光信號的交換，所述光信號包括在公共光纖上攜帶的不同波長，所述公共光纖可分別耦合到所述至少一個輸入光纖埠和所述至少一輸出光纖埠。
18.如權利要求14所述的交換裝置，其中，所述基於GMPLS的第一標籤包括輸入光纖埠欄位，該欄位標識與第一光路段的一端相對應的交換裝置的輸入光纖埠。
19.如權利要求14所述的交換裝置，其中，所述基於GMPLS的第一標籤包括至少一個欄位，該欄位標識在第一光路段上攜帶信號所使用的波長。
20.如權利要求19所述的交換裝置，其中，由IEEE標準754單精度浮點格式來定義所述輸入波長。
21.如權利要求20的交換裝置，其中，所述輸入波長基於信道間距變量的函數，並且所述基於GMPLS的第一標籤包括波長欄位和用於存儲信道間距值的信道間距欄位。
22.如權利要求14所述的交換裝置，其中，所述指令的執行還包括執行以下操作，即將所調度的第一光路段的時間預留使用存儲在由交換裝置維護的預留表中。
23.如權利要求14所述的交換裝置，其中，所述至少一個處理器包括網絡處理器。
24.如權利要求23所述的交換裝置，其中，所述至少一個處理器還包括控制處理器。
25.一種提供指令的機器可讀介質，當所述指令由光交換網絡中包括第一節點的交換裝置中的處理器執行時，導致該交換裝置執行以下操作，包括從第二節點接收資源預留請求，所述資源預留請求包括標識所述第二節點和所述交換裝置之間的第一光路段的基於GMPLS的第一標籤；以及調度所述第一光路段的粗粒度時間預留使用，用於隨後的經由所述第一光路段的數據傳輸。
26.如權利要求25所述的機器可讀介質，其中，所述指令的執行還執行以下操作生成基於GMPLS的第二標籤，該標籤標識在交換裝置和第三節點之間的第二光路段；取代資源預留請求中的所述基於GMPLS的第一標籤；以及將所述資源預留請求轉發給第三節點。
27.如權利要求25所述的機器可讀介質，其中，所述光交換網絡包括波分復用光子突發交換網絡。
28.如權利要求25所述的機器可讀介質，其中，所述基於GMPLS的第一標籤包括輸入光纖埠欄位，該欄位標識與第一光路段的一端相對應的交換裝置的輸入光纖埠。
29.如權利要求25所述的機器可讀介質，其中，所述基於GMPLS的第一標籤包括至少一個欄位，該欄位標識在第一光路段上攜帶信號所使用的波長。
30.如權利要求25所述的機器可讀介質，其中，所述指令的執行還包括執行以下操作，即將所調度的第一光路段的時間預留使用存儲在由交換裝置維護的預留表中。
全文摘要
本發明公開了一種體系結構和方法，用於在具有可變時隙配置的基于波分復用(WDM)的光子突發交換(PBS)網絡中執行光路的粗粒度預留。該方法使用基於通用多協議標籤交換(GMPLS)的PBS標籤，該標籤包括標識在所選擇的光路路由中的每一個光路段的信息。在路由的前向遍歷期間，資源預留請求在節點之間傳遞，其中查詢每個節點以確定在未來的時段是否有可用的傳輸資源(即，路由光路段)。使用包含在相應標籤中的信息產生用於每個光路段的軟預留。如果所選擇路由的所有光路段是可用的，軟預留變為硬預留。所存儲的預留允許控制突發的快速路由，該控制突發在光路的調度使用期間被用於路由數據。
文檔編號H04Q11/00GK1574717SQ20031012495
公開日2005年2月2日 申請日期2003年12月30日 優先權日2003年6月24日
發明者克裡斯琴·馬喬科, 什洛莫·奧瓦迪亞 申請人:英特爾公司