CN101193056A

CN101193056A - 光突发交换设备中解决突发冲突的方法

Info

Publication number: CN101193056A
Application number: CNA2006101461937A
Authority: CN
Inventors: 王建; 张民; 李景聪; 叶培大
Original assignee: ZTE Corp; Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: ZTE Corp; Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2026-11-22
Also published as: CN101193056B

Abstract

本发明公开一种光突发交换设备中解决突发冲突的方法，为解决现有方法成本高、浪费资源、控制复杂的问题而发明。本发明根据输入突发的性质，给突发分配不同的优先级，并将所述突发的优先级设计在其对应的突发控制数据包里；在一个突发到达突发交换设备中时，若还有空闲的波长信道，则采用波长转换法解决突发冲突，若没有空闲的波长信道，则在所有正在传送的突发中，选出一个优先级比新到达突发的优先级低的突发，若存在所述低优先级的突发，则将正在传送的突发的剩余部分丢弃，将波长信道分配给新到达突发，否则，丢弃新到达突发的开始部分，直到有空闲信道出现。本发明部分丢弃、部分重传的方法提高了资源利用率且成本低、控制简单。

Description

光突发交换设备中解决突发冲突的方法

技术领域

本发明涉及一种应用于光纤通讯的光突发交换设备中解决突发冲突的方法

背景技术

光突发交换可以看作光电路交换和光分组交换之间的一个折中。由于其交换粒度(即突发长度，通常为微秒量级)介于这二者之间，因而与电路交换相比，能够很好的支持突发性的分组业务；与光分组交换相比，对光开关和光缓存的要求大大降低。因而被认为很有可能在未来互联网中扮演关键角色。

在光突发交换设备中，常用的冲突解决方法包括：①波长转换法：两个或多个突发包在传送过程中的某个节点需要占用相同的波长信道和输出端口时，选择其中的某个突发包按照使用原来的波长信道传送，而对其他的突发包，则转换其波长，选择其他空闲的波长信道继续传送；这种方法需要使用多个波长转换器，会大大增加系统的成本；②偏射路由法：相同波长的两个或多个突发包在传送过程中的某个节点需要占用同一个输出端口时，选择其中的某个突发包从该端口输出，而对其他的突发包则由其他的空闲端口输出，在下一跳的节点处，选择空闲的资源，继续向目的节点传送；这种方法只是解决局部的冲突，会给其他节点带来的冲突；③光缓存法：两个或多个突发包在传送过程中的某个节点需要占用相同的波长信道和输出端口时，选择其中的某个突发包从该端口输出，其他的突发包则采用光缓存来贮存，等到节点处有空闲的资源时，继续向下一跳的节点传送；由于目前没有真正可以商用化的光缓器件，因此光缓存法很难得到应用；④混和冲突解决法：将以上的几个方法中的两个或多个结合起来解决冲突。混合解决方案虽然可以很好的解决冲突，但是存在成本高、控制复杂的缺点。且在突发包发生冲突时，在突发交换中，如果有包被丢弃，需要采取重传的机制。目前采用的大多是整个包重传的方法，这样会造成不必要的资源浪费。

发明内容

为了克服现有解决方案中的缺陷，本发明的目的在于提供一种控制简单、资源利用率高的光突发交换设备中解决突发冲突的方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：光突发交换设备中解决突发冲突的方法，包括：

(1)根据输入突发的性质，给突发分配不同的优先级，并将所述突发的优先级设计在其对应的突发控制数据包里；

(2)在一个突发到达突发交换设备中时，若还有空闲的波长信道，则采用波长转换法解决突发冲突，若没有空闲的波长信道，则采用突发丢弃法解决突发冲突，所述的突发丢弃法包括：在所有正在传送的突发中，选出一个优先级比新到达突发的优先级低的突发，若存在所述低优先级的突发，则将正在传送的突发的剩余部分丢弃，将波长信道分配给新到达突发，否则，丢弃新到达突发的开始部分，直到有空闲信道出现。

进一步地，所述步骤(1)中突发控制数据包的结构包括：目的端口序号、波长信道序号、突发的优先级、突发的长度、突发头部被丢弃的长度、突发尾部被丢弃的长度、突发中是否有IP数据包被丢弃的标志、突发中所封装的IP数据包的长度列表。

进一步地，所述波长转换法具体为：若发生冲突的突发同时到达交换设备，且争用同一个端口的同一波长信道，则将优先级低的突发转换到此端口的其他空闲波长信道中去；当发生冲突的突发不同时到达交换设备时，将后者突发转换到其他空闲波长信道中去。

进一步地，所述突发丢弃法具体为：

A、当占据波长信道的突发优先级为0，新到的突发的优先级为1，则将占据波长信道的突发的未传输的部分丢弃，将波长信道分配给新到的突发；

B、当占据波长信道的突发优先级为1，新到的突发的优先级为0，则将新到的突发的头部丢弃，等到占据波长信道的突发释放对信道的使用权后，将此信道分配给新来的突发；

C、当发生冲突的突发的优先级都为0，则将占据波长信道的突发记为优先级为1的突发，另一突发记为优先级为0的突发，之后按照上述B所述方法进行处理；

D、当发生冲突的突发的优先级都为1，则将占据波长信道的突发记为突发一，将新到的突发记为突发二，若存在占据波长信道的突发优先级为0的突发，则按照上述A所述方法进行处理，否则将突发二的优先级记为0，按照上述B所述方法进行处理。

进一步地，所述步骤(2)中被丢弃的部分突发重传方法包括：源节点在重传被丢弃的部分时，由IP层在电域上重传丢弃的部分或者由光突发交换(OBS)的边缘节点直接重传丢弃的部分。

进一步地，所述的由光突发交换(OBS)的边缘节点直接重传丢弃部分的方法包括如下步骤：

(A1)在所述有丢弃部分的突发的突发控制数据包的基础上产生一个新的突发控制数据包一，更新当前突发包的长度字段，其值为原来突发包的长度减去被丢弃的突发包的长度，并且将突发头部被丢弃的长度或突发尾部被丢弃的长度字段置0，突发中是否有IP包被丢弃的标志字段置0，更新控制包中的突发中所封装的IP数据包的长度列表字段，把更新后的突发控制数据包继续向下一跳的节点传送，即突发包没有发生冲突的部分继续向下一跳节点传送；

(A2)在所述有丢弃部分的突发的突发控制数据包的基础上产生一个新的突发控制数据包二，更新当前突发包的长度字段，其值为被丢弃的突发包长度，并且将突发头部被丢弃的长度或突发尾部被丢弃的长度字段设置成被丢弃的长度值，同时将突发控制数据包的突发中是否有IP包被丢弃的标志字段设置为1，更新突发控制数据包中的突发中所封装的IP数据包的长度列表字段，把新的突发控制数据包向上一跳的节点传送，上一跳的节点在收到该突发控制数据包之后将逐跳的向源节点传送该突发控制数据包，突发控制数据包到达源节点之后，将突发包被丢弃部分的重传。

进一步地，所述步骤(2)中确定突发之间冲突的方法包括：

(I)为输出端口的每一个波长信道维护一个列表，用来存储获得了此波长信道使用权的突发的相关信息，并通过设计一个数据结构来存储所述突发的相关信息；

(II)当一个新突发到达交换模块的时候，先检查其目的端口的波长信道的列表中是否有元素，若有，则说明已经有突发正在使用该波长信道，即有冲突发生，否则新到的突发将在该波长信道中传送，并将其存储在波长信道列表中的存储该突发的相关信息的数据结构。

进一步地，所述存储突发的相关信息的数据结构包括：突发的目的端口序号、突发的波长信道序号、突发的优先级、突发的指针、突发获得此波长信道使用权的时刻、突发释放此波长信道使用权的时刻、一个自触发的定时信号的指针。

本发明的方法，如果出现突发包丢弃情况，本发明提出的方法只是部分丢弃，因此在发送端采用也是部分重传的方法，这样很好的提高资源的利用率，相比传统的做法，本发明提出的方法还克服了成本高、控制复杂的缺点。

附图说明

图1为突发净荷的组装方式；

图2为突发的控制数据包格式示意图；

图3为本发明突发解决方案流程示意图；

图4为突发丢弃法示意图。

具体实施方式

在光突发交换中，突发的净荷就是把突发中所封装的IP数据包简单的按顺序连接起来，如图1所示，IP包在到达边缘节点后，将按照各自的QoS和CoS要求，进行分类，同种类型的IP包是按照到达边缘节点的时间顺序排列组成净荷。根据输入的IP流量的性质，边缘交换机还要给突发分配不同的优先级(如，对实时业务分配较高的优先级，给非实时业务却占据大量带宽的业务分配较低的优先级。这样，在核心交换机处，当突发之间发生冲突时，就可以根据各种突发的优先级来解决它们之间的冲突，使高优先级的突发优先得到资源，从而保证一定的QoS)，突发的优先级设计在一个突发控制数据包里，通常该突发的控制数据包里还要存储该突发相关的其他信息。

突发控制数据包格式如图2所示，突发的控制数据包由8个字段组成，简述如下：

1)目的端口序号：突发的输出端口号；

2)波长信道序号：用来传送突发净荷的波长信道的序号；

3)突发的优先级：突发的优先级；

4)突发的长度：整个突发所包含的字节数；

5)突发头部被丢弃的长度：突发头部被丢弃的部分，以秒为单位；

6)突发尾部被丢弃的长度：突发尾部被丢弃的部分，以秒为单位；

7)突发被完全丢弃的标志：一个逻辑值，若为0，则说明突发没有被全部丢弃；若为1，说明整个突发被全部丢弃；

8)突发中所封装的IP数据包的长度列表：这是一个列表，保存了突发中所封装的每一个IP数据包的长度。用于在从突发中提取IP数据包的时候，为正确判断每一个IP数据包的起始和终止位置提供信息。

在核心节点处，采用以下的机制来判断是否发生冲突：

①为输出端口的每一个波长信道维护一个列表，记作Duration_List，用来存储获得了此波长信道使用权的突发的相关信息。通过设计一个数据结构来存储突发的相关信息，数据结构的详情如②所述。

②定义一个数据结构——DURATION，用于储存突发的相关信息，其数据成员包括：

A)dest：突发的目的端口序号；

B)chanindex：突发的波长信道序号；

C)prio：突发的优先级；

D)pburst：突发的指针；

E)starttime：突发获得此波长信道使用权的时刻；

F)endtime：突发释放此波长信道使用权的时刻，endtime和starttime之差就是传送突发所需的时间(注：在我们的仿真工具中，突发的传送是不消耗时间的，因此，我们需要施加人为的延时，以模仿突发的传输延时。)；在我们的仿真中，突发在获得波长信道的使用权之后，并不马上就开始传送，而是在endtime时刻才发送到输出模块中。这样做的目的是为了确定在此期间所发生的冲突。

G)evh：一个自触发的定时信号的指针；此信号的用法简述如下：

G1)当一个突发获得某一波长信道的使用权之后，会生成一个DURATION类型的变量，记作pDuration，在设置pDuration的其他数据成员之后，并不马上输出数据包，而是根据计算出的endtime，设置一个在endtime所指定的时刻激活的信号，并将此信号的指针存储在数据结构中，以备调用；

G2)将pDuration存储在波长信道所维护的列表Duration_List中，其他的突发在寻找空闲波长信道的时候，就是通过检查波长信道所属的列表Duration_List中是否有元素来判断的。

G3)若在从starttime到endtime这一期间，并没有其他的突发来争用此波长信道，则在收到此信号后，马上将此突发发送到输出模块中，并将存储在列表Duration_List中的pDuration删除。

G4)若在starttime至endtime期间，有突发也要争用此波长信道，则需要解决这一冲突，首先利用波长转换的方法，试图将新来的突发转换到本端口的其他波长信道中；其次，则利用突发丢弃的方法，根据发生冲突的两个突发的优先级来判断是应该丢弃新来的突发的头部，还是丢弃正在传送的突发的尾部；若是前者的话，则不会影响正在传送的突发。若是后者的话，必须修正这个正在传送的突发的endtime(等于突发发生冲突的当前时间)，还要把所丢弃的部分的长度记录在突发的控制数据包的“突发尾部被丢弃的长度”字段中，并利用数据结构中存储的信号指针取消原来设定的自触发信号，并且马上将此突发发送到输出模块中，并将存储在列表Duration_List中的pDuration删除。

③当一个突发到达Switch模块的时候，先检查其目的端口的目的波长信道的列表Duration_List：

a)若列表为空，则说明在这之前没有突发占据此波长信道，于是，这个新到达的突发将占据此空闲波长信道，生成一个DURATION类型的变量，按照0所述的方法对其初始化，并将此变量存储在波长信道的列表Duration List中；

b)核心节点在监测到了冲突之后，主要依靠两种方法来实现冲突的解决，其一是波长转换方法，其二为突发丢弃方法。两种方法中，优先采用波长转换法，例如若在对pburst1和pburst2预留资源时出现冲突，则优先考虑给pburst2寻找一个空闲的波长信道，若能够找到这样的一个波长信道，则执行下面(31)的操作；否则，执行(32)的操作；如图3所示

(31)波长转换法

当两个突发发生冲突时，首先采用波长转换的方法，来解决冲突，这样有助于降低突发被部分丢弃的概率，从而降低IP数据包的丢包率。在仿真中，有两种可能发生的情况：

31A)两个突发同时到达Switch模块，且争用同一端口的同一波长信道。这种情况下，将优先级的突发转换到此端口的其他空闲波长信道中去。

31B)两个发生冲突的突发不同时到达Switch模块，这种情况下，将后到者转换到其他的空闲波长信道中去。

需要说明的是，波长转换方法并不能解决所有的突发冲突。当突发发生冲突的时候，若没有可用的空闲波长信道，则波长转换方法不能奏效。这时就必须采用突发丢弃的方法来解决冲突。

(32)突发丢弃法

当波长转换方法无法解决突发冲突的时候，就必须要采用突发丢弃方法来解决冲突，如图4所示，当输入突发的优先级比正在传送的另一个突发优先级更高时，则丢弃正传送突发包中没有发送的那部分，将波段让给刚输入的突发数据包；而当输入突发的优先级比正在传送的另一个突发优先级更低时，则丢弃刚到达突发包中与正传送突发发生冲突的那部分数据包。采用这种方法实现突发冲突的解决可能会出现以下两种情况：

(321)占据波长信道的突发pburst1优先级为0，后来的突发pburst2优先级为1；

A)将突发pburst1的未传输的部分丢弃；

B)将波长信道分配给pburst2；

(322)占据波长信道的突发pburst1优先级为1，后来的突发pburst2优先级为0；

A)丢弃突发pburst2的头部，并在突发控制数据包中记录其被丢弃部分的长度，若被丢弃部分的长度等于整个突发的长度，则需要将突发控制数据包的“突发被完全丢弃的标志”字段设置为1；

B)等到突发pburst1释放对信道的使用权之后，则将此信道分配给突发pburst2；

(323)两个突发的优先级都为0；将占据波长信道的突发记作pburst1，另一个突发记作pburst2；且将pburst1记为优先级为1的突发，另一个突发记为优先级为0的突发，处理方法如同(322)所述；

(324)两个优先级的突发都为1；将占据波长信道的突发记作pburst1，另一个突发记作pburst2；试图为pburst2寻找一个波长信道，条件是占据此信道的突发pburst1的优先级为0；若能够找到这样一个波长信道，则执行上述(321)的操作；否则，执行(322)的操作。

当必须要采用突发丢弃方法来解决冲突，需要采用突发重传的方法，被丢弃的部分由源节点重传，可以采用由IP层在电域上重传，也可以由OBS(Optical Burst Switching，光突发交换)的边缘节点直接重传丢弃的部分。对于由OBS边缘节点激发的重传可以采用下面的步骤来实现：

(I)在原来的突发控制数据包的基础上产生一个新的突发控制数据包一，更新当前突发包的长度字段，具体值为原有突发包的长度减去被丢弃的突发包的长度，并且将突发头部被丢弃的长度或突发尾部被丢弃的长度字段置0，突发中是否有IP包被丢弃的标志字段置0，更新控制包中的突发中所封装的IP数据包的长度列表字段，把新的控制包继续向下一跳的节点传送，即突发包没有发生冲突的部分将继续向下一跳节点传送；

(II)在原来的突发控制数据包的基础上产生一个新的突发控制数据包二，更新当前突发包的长度字段，具体值为被丢弃的突发包长度，并且将突发头部被丢弃的长度或突发尾部被丢弃的长度字段设置成被丢弃的长度值，同时将突发控制数据包的突发中是否有IP包被丢弃的标志字段设置为1，更新突发控制数据包的突发中所封装的IP数据包的长度列表字段，把新的突发控制数据包向上一跳的节点传送，上一跳的节点在收到该突发控制数据包之后将逐跳的向源节点传送该突发控制数据包，突发控制数据包到达源节点之后，将突发包被丢弃部分重传。

由上所述，如果出现突发包丢弃情况，只是部分丢弃，因此在发送端采用也是部分重传的方法，相比传统的做法，本发明具有开发成本低、控制简单且效法利用率高。

Claims

1.光突发交换设备中解决突发冲突的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光突发交换设备中解决突发冲突的方法，其特征在于，所述步骤(1)中突发控制数据包的结构包括：目的端口序号、波长信道序号、突发的优先级、突发的长度、突发头部被丢弃的长度、突发尾部被丢弃的长度、突发中是否有IP数据包被丢弃的标志、突发中所封装的IP数据包的长度列表。

3.根据权利要求2所述的光突发交换设备中解决突发冲突的方法，其特征在于，所述波长转换法具体为：若发生冲突的突发同时到达交换设备，且争用同一个端口的同一波长信道，则将优先级低的突发转换到此端口的其他空闲波长信道中去；当发生冲突的突发不同时到达交换设备时，将后者突发转换到其他空闲波长信道中去。

4.根据权利要求2所述的光突发交换设备中解决突发冲突的方法，其特征在于，所述突发丢弃法具体为：

5.根据权利要求4所述的光突发交换设备中解决突发冲突的方法，其特征在于，所述步骤(2)中被丢弃的部分突发重传方法包括：源节点在重传被丢弃的部分时，由IP层在电域上重传丢弃的部分或者由光突发交换的边缘节点直接重传丢弃的部分。

6.根据权利要求5所述的光突发交换设备中解决突发冲突的方法，其特征在于，所述的由光突发交换的边缘节点直接重传丢弃部分的方法包括如下步骤：

7.根据权利要求1所述的光突发交换设备中解决突发冲突的方法，其特征在于，所述步骤(2)中确定突发之间冲突的方法包括：

8.根据权利要求7所述的光突发交换设备中解决突发冲突的方法，其特征在于，所述存储突发的相关信息的数据结构包括：突发的目的端口序号、突发的波长信道序号、突发的优先级、突发的指针、突发获得此波长信道使用权的时刻、突发释放此波长信道使用权的时刻、一个自触发的定时信号的指针。