CN100361427C

CN100361427C - 一种光突发交换系统中的窗口反馈重传方法

Info

Publication number: CN100361427C
Application number: CNB2004100216248A
Authority: CN
Inventors: 许都; 王晟; 潘永宏
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2004-01-08
Filing date: 2004-01-08
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2024-01-08
Also published as: CN1655490A

Abstract

本发明的目的是提供一种OBS系统中的窗口反馈重传方法，它是在现有OBS网络的基础上，首先确认突发数据被丢弃，然后对被丢弃的突发数据进行重新调度，通过增加核心节点的功能，使核心节点能够对修改后的控制分组进行处理、产生和转发反馈控制信息，并将该反馈控制信息传送到边缘节点，使得边缘节点能够确认突发数据的丢失。一旦确认突发数据丢失，边缘节点可以对备份的突发数据进行重新调度，这样，就实现了对丢弃突发数据的重传，从而大幅度降低了突发数据的丢失率，使系统的整体性能得到改善。

Description

一种光突发交换系统中的窗口反馈重传方法

技术领域

本发明属于通信系统中的交换控制技术领域，它特别涉及光突发交换系统的交换控制技术。

背景技术

在过去的几年中，IP业务量呈现爆炸性的增长，引发了大量的对高速传输和交换技术的研究。波分复用(WDM)技术提供了一个能够开发光纤中巨大带宽资源潜力以满足这种带宽需求的可行的技术平台，已经成为一种非常重要的物理层技术。WDM技术在网络中的应用为物理层提供了一个高达吉比特量级的数据传输链路。

目前WDM技术在光联网网络中的应用，主要是将WDM波长作为分立的波长信道来使用，而且仍是一种静态路由技术，因此，基于波长选路的光网络仍然没有摆脱电路交换方式的羁绊，其交换粒度太粗，一般为波长级，如果用它来承载IP包，则缺乏灵活性，对带宽的利用率极低。而光分组交换技术却在灵活性和带宽利用率方面表现出独有的优势，它能够快速分配WDM信道，以非常细的交换粒度、按需地共享一切带宽资源。但不幸的是，光分组交换一直面临成本和一些难以克服的技术障碍，如：光分组同步技术、光缓存及分组冲突问题等。在这种情况下，光突发交换(OBS)技术应运而生，它是在现有技术条件下最接近现实的交换技术。

突发交换(Burst Switching)的概念在80年代初就已经提出，并陆续有一些文章发表，但突发交换概念并没有像电路交换和分组交换那样得到普及。光突发交换OBS(Optical Burst Switching)分别由Chunming Qiao和J.S.Turnor等人提出，已经引起越来越多研究人员的注意和兴趣。

OBS网络主要由边缘节点(Edge Node)、核心节点(Core Node)和DWDM链路构成，如图1所示。其中边缘节点负责对IP数据分组进行缓存，将多个IP分组封装成突发数据，然后发送给与之邻近的OBS核心节点。封装时边缘节点生成描述突发数据特性的控制分组(BCP)，先于突发数据在特定的控制通道上发送。核心节点根据控制通道上收到的控制分组，可以得知突发数据的到达时间、持续时间、目的地址(和转发标签)等控制信息，如图4所示。并根据这些信息完成对光路的配置，保证数据通道的透明(见文献Y.Xiong，M.Vandenhoute，and H.Cankaya.Control architecture in optical burst-switched WDM networks.IEEE Journal on Selected Areas inCommunications，18：1838-1851，October 2000)。

控制分组在独立于数据通道的光信道中传输(如图2)，每个突发数据对应于一个控制分组，源端需设置控制分组与突发数据的偏移时间τ(offsettime)，即控制分组与相应的突发数据的发送时间间隔。通过设置恰当的偏移时间，可以在不需要光存储和执行光同步的情况下，使突发数据全光地通过网络。控制分组中包含数据分组传输和交换所必需的控制信息，如突发数据的长度、偏移时间等。控制分组在中间节点需要进行光电转换，在电域内进行路由选择，保证突发数据完全在光域内完成交换。由于突发数据是统计占用带宽资源，从而提高了链路的传输效率。

OBS网络一个显著的特点是其资源预留方式：单向预留。在这种资源预留方式下，发送端不需要等待接收端的确认信息，只是在等待给定的时间(偏移时间)后，就将突发数据发送到选定的链路上。单向预留的优点是：提高了网络带宽的利用率，减少了分组的端一端延时。缺点也是很明显的：如果核心节点不能为某个突发数据预留资源，则突发数据就会被丢弃。由于一个突发数据中包含多个分组，单个突发数据丢弃将会对多个用户带来影响，所以尽量降低突发数据的丢失率，成为了OBS网络设计中的一个主要问题。同时，OBS核心节点的资源是有限的，全波长转换和光缓存代价很高，突发数据的丢弃在一定程度上是不可避免的。据我们所知，目前还没有解决该问题的相关文献。鉴于此，我们提出在OBS网络中引入突发数据重传方法，以保证达到要求的服务质量，提高网络的综合性能。

发明内容：

本发明的目是在现有OBS网络的基础上，提供一种OBS系统中的窗口反馈重传方法，实现对被丢弃突发数据的重传。

为了方便地描述本发明内容，首先对术语进行定义：

窗口计数器：定义在边缘节点中的递减计数器，边缘节点发送的每个突发数据都对应一个窗口计数器，用来控制突发数据在缓存中的保留时间；

窗口：控制分组中的一个字段，用来表示该控制分组的存在时间，其初始值与窗口计数器的初始值相同；

类型：控制分组中的一个字段(占用1bit)，用来表示控制分组的类型。0表示该控制分组为正向控制分组，1表示该控制分组为反馈控制分组。正向控制分组用来预约资源，反馈控制分组用来传送丢弃确认信息到边缘节点。

本发明提供的一种OBS系统中的窗口反馈重传方法，它采用下面的步骤：

步骤1边缘节点在发送控制分组的同时，给窗口计数器赋初始值，并启动窗口计数器工作，该计数器按时钟周期逐渐递减；

步骤2边缘节点在发送突发数据时，在边缘节点的缓存中保留该突发数据的备份；

步骤3(边缘节点清除缓存的内容)：当窗口计数器递减到零时，边缘节点仍然没有收到与该窗口计数器对应的反馈控制分组，则边缘节点清除缓存中与该窗口计数器对应的突发数据备份；若反馈控制分组在其对应的突发数据备份已经清除后到达边缘节点，则边缘节点忽略该反馈控制分组；

步骤4(正向控制分组的处理步骤)：正向控制分组到达核心节点，核心节点按照现有OBS网络的方式进行资源预约；若资源预约成功，则进行控制分组参数更新和转发；其中控制分组参数除了包括现有OBS网络的常用参数外，还包括控制分组中的“窗口”值；窗口值T_window的更新采用下述方法：核心节点根据控制分组中携带的窗口值(T_window)、当前节点控制分组处理时间(Tpro)和控制分组从上一节点到当前节点的传输时间(T_trans)，来更新控制分组中的窗口值，更新后的窗口值＝T_window-T_pro-T_trans；

步骤5(反馈控制分组的产生和发送步骤)：反馈控制分组的产生步骤：正向控制分组到达核心节点，核心节点按照现有OBS网络的方式进行资源预约；若资源预约失败，核心节点修改控制分组的类型字段，使之成为反馈控制分组，同时更新控制分组参数，然后根据控制分组中携带的路由信息，向上游节点发送；要更新的控制分组参数除了包括现有OBS网络的常用参数外，还包括控制分组中的“窗口”值；其中，控制分组参数中窗口值的更新方法与步骤4中窗口值的更新方法相同；

步骤6(反馈控制分组的转发步骤)：若反馈控制分组到达核心节点，核心节点按照步骤4中对正向控制分组的处理方法更新控制分组参数；若更新后的窗口值不大于零，核心节点丢弃该控制分组；若更新后的窗口值大于零，核心节点将该控制分组向上游节点转发；

步骤7重复步骤6，直到反馈控制分组到达边缘节点；此时，边缘节点就可以确定突发数据在核心节点处被丢弃；

步骤8在边缘节点得到确认丢失的信息后，边缘节点根据反馈控制分组中携带的信息，在边缘节点的缓存中查找与该反馈控制分组对应的突发数据的备份，并对该突发数据进行重新调度，同时清除边缘节点缓存中的该突发数据的备份。

经过以上步骤的处理，就可以实现在OBS网络中丢失的突发数据的重发。

本发明的实质是：在现有OBS网络的基础上，首先确认突发数据被丢弃，然后对被丢弃的突发数据进行重新调度，具体地使通过增加核心节点的功能，使核心节点能够对修改后的控制分组进行处理、产生和转发反馈控制信息，并将该反馈控制信息传送到边缘节点，使得边缘节点能够确认突发数据的丢失；同时，在边缘节点对突发数据进行备份，一旦确认突发数据丢失，边缘节点可以对备份的突发数据进行重新调度。这样，就实现了对丢弃突发数据的重传。

采用本发明提供的的窗口反馈重传方法，核心节点可以将突发数据的丢弃信息反馈到边缘节点，使边缘节点可以对被丢弃的突发数据进行重发，从而大幅度降低了突发数据的丢失率，使系统的整体性能得到改善；同时，由于电处理技术已经非常成熟，采用窗口反馈重传方法，虽然从一定程度上增加了电处理复杂度，但是却弥补了系统中光处理能力的不足，换来了网络性能的改善，从一定程度上降低了OBS网络的实现代价。

附图说明

图1是突发数据交换网络结构示意图

图2是突发数据与控制分组传输示意图

其中：n表示突发数据通道个数；BCP表示控制分组；BCP1：与突发数据1对应的控制分组；BCPn：与突发数据n对应的控制分组；τ表示偏移时间；

图中表示有n个突数据通道和一个控制分组通道；突发数据通道用来传送突发数据，BCP通道用来传送控制分组；每个突发数据对应一个控制分组，对应突发数据与控制分组的时间间隔τ代表偏移时间；

图3是窗口反馈重传方法说明示意图

其中：上图是一个具有五个核心节点的OBS网络，EN_S、EN_D表示边缘节点，CN_1、CN_2、CN_3、CN_4、CN_5表示核心节点；线条表示节点之间的链路，箭头线表示突发数据的路由；突发数据从边缘节点EN_S发出，经核心节点CN_1、CN_2和CN_5转发，最后到达边缘节点EN_D；

图4是控制分组的格式示意图

其中，Label域用以支持MPLS；窗口计数器和控制分组类型用来支持窗口反馈机制；除此之外，控制分组还包括波长ID、CRC校验、服务类型、同步位等信息；

图5是边缘节点工作流程图

图5是核心节点工作流程图

具体实施方式

一个具有五个核心节点的OBS网络中窗口反馈重传方法的工作过程：

如图3所示，边缘节点EN_S有一个突发数据需要通过OBS网络发送到边缘节点EN_D；假定带箭头的实线代表突发数据的转发路径，具有窗口反馈方法的OBS网络的工作过程如下：

首先，EN_S发送BCP，启动窗口计数器，并置其初始值C_window＝T_window，启动偏移时间计数器，并置其初始值O_window＝T_offset，其中T_window为窗口的大小，T_offset为偏移时间。

其次，EN_S等待偏移时间计数器递减到零时，发送对应的突发数据，并保存突发数据的备份到边缘节点的缓存中。

然后，EN_S处理其它分组，同时监视“窗口计数器”状态和等待控制分组的到达；一旦窗口计数器的值等于零，EN_S清除对应缓存中的突发数据备份；同样，一旦有控制分组到达，EN_S先检查控制分组类型，若类型值＝0，表明是正向控制分组，EN_S准备接收突发数据；若类型值＝1，表明是反馈控制分组，EN_S检查窗口计数器的值，若对应窗口计数器的值大于零，则从对应缓存中读出突发数据备份，并重新调度，否则则忽略该反馈控制分组。

不妨设核心节点CN_2收到控制分组，则CN_2首先检查控制分组的类型：若类型值＝1，控制分组为反馈控制分组，则CN_2需要根据控制分组的处理时间(Tpro)和控制分组从CN_5到CN_2的传输时间(T_trans)来更新控制分组中的窗口计数器的值T_window，T’_window＝T_window-T_pro-T_trans；若T_window≤0，则CN_2丢弃该控制分组；反之CN_2将该控制分组发向其上游节点CN_1；若类型值＝0，控制分组是正向控制分组，则CN_2检查控制分组的偏移时间(T_offset)的值：若CN_2不能为相应的突发数据预约资源，则CN_2修改控制分组类型值＝1，使之成为反馈控制分组，同时更新控制分组中的窗口计数器的值T_window，T’_window＝T_window-T_pro-T_trans，其中T_trans为控制从CN_1到CN_2的传输时间；若T’_window≤0，则CN_2丢弃该控制分组；反之CN_2将该控制分组发向其上游节点CN_1；若CN_2成功为突发数据预约到资源，CN_2为相应的突发数据保留相应的资源后，同时更新控制分组中的窗口计数器的值(T_window)和其它相应参数，T’_window＝T_window-T_pro-T_trans，然后将修改了参数的控制分组转发到下一个核心节点CN_5。

Claims

1、一种光突发交换系统中的窗口反馈重传方法，其特征是它采用下面的步骤：

步骤1 边缘节点在发送控制分组的同时，给窗口计数器赋初始值，并启动窗口计数器工作，该计数器按时钟周期逐渐递减；

步骤2 边缘节点在发送突发数据时，在边缘节点的缓存中保留该突发数据的备份；

步骤3 边缘节点采用以下方式清除缓存的内容：

当窗口计数器递减到零时，边缘节点仍然没有收到与该窗口计数器对应的反馈控制分组，则边缘节点清除缓存中与该窗口计数器对应的突发数据备份；若反馈控制分组在其对应的突发数据备份已经清除后到达边缘节点，则边缘节点忽略该反馈控制分组；

步骤4 正向控制分组的处理步骤：

正向控制分组到达核心节点，核心节点按照现有光突发交换网络的方式进行资源预约；若资源预约成功，则进行控制分组参数更新和转发；其中控制分组参数除了包括现有光突发交换网络的常用参数外，还包括控制分组中的“窗口”值；窗口值T_window的更新采用下述方法：核心节点根据控制分组中携带的窗口值T_window、当前节点控制分组处理时间Tpro和控制分组从上一节点到当前节点的传输时间T_trans，来更新控制分组中的窗口值，更新后的窗口值＝T_window-T_pro-T_trans；

步骤5 反馈控制分组的产生和发送步骤：

反馈控制分组的产生步骤：正向控制分组到达核心节点，核心节点按照现有光突发交换网络的方式进行资源预约；若资源预约失败，核心节点修改控制分组的类型字段，使之成为反馈控制分组，同时更新控制分组参数，然后根据控制分组中携带的路由信息，向上游节点发送；要更新的控制分组参数除了包括现有光突发交换网络的常用参数外，还包括控制分组中的“窗口”值；其中，控制分组参数中窗口值的更新方法与步骤4中窗口值的更新方法相同；

步骤6 反馈控制分组的转发步骤：

若反馈控制分组到达核心节点，核心节点按照步骤4中对正向控制分组的处理方法更新控制分组参数；若更新后的窗口值不大于零，核心节点丢弃该控制分组；若更新后的窗口值大于零，核心节点将该控制分组向上游节点转发；

步骤7 重复步骤6，直到反馈控制分组到达边缘节点；此时，边缘节点就可以确定突发数据在核心节点处被丢弃；

步骤8 在边缘节点得到确认丢失的信息后，边缘节点根据反馈控制分组中携带的信息，在边缘节点的缓存中查找与该反馈控制分组对应的突发数据的备份，并对该突发数据进行重新调度，同时清除边缘节点缓存中的该突发数据的备份。

2、根据权利要求1所述的一种光突发交换系统中的窗口反馈重传方法，其特征是所述的窗口是指控制分组中的一个字段，用来表示该控制分组的存在时间，其初始值与窗口计数器的初始值相同。

3、根据权利要求1或2所述的一种光突发交换系统中的窗口反馈重传方法，其特征是所述的窗口计数器是定义在边缘节点中的递减计数器，边缘节点发送的每个突发数据都对应一个窗口计数器，用来控制突发数据在缓存中的保留时间。