CN101370312B - 一种基于环路的混合交换光网络的构造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于环路的混合交换光网络的构建方法。该方法有效的结合了OCS和OBS两种交换方式，它是通过将网络构造成一种环形拓扑结构的OBS网络和OCS网络的结合体，将网络中的大部分业务经一跳到达目的节点，满足大多数情况下网络的通信需求，当网络业务发生小范围变化的时候，光路无法承载的业务将沿着环形拓扑采用OBS的交换方式继续传送。本发明的组网技术更简单有效，并且由网络动态变化引起的网络性能的恶化程度小，网络运行更加稳定，具有较高的通信能力，此外，网络算法的实现难度低，具有较高的实用价值。

Description

一种基于环路的混合交换光网络的构造方法 

技术领域

本发明属于光通信技术领域，它特别涉及光混合交换系统的交换结构设计技术。 

背景技术

波分复用技术(Wavelength Division Multiplexing)的出现开创了太比特传输带宽的先河。至此，所需带宽已不再成为决定网络花费的首要因素。最初的光网络是点与点之间光纤链路的互联，光信号在网络中的每一个节点都要转化为电信号进行电处理，因此具有高的带宽资源共享率。然而由于骨干网络的物理拓扑的连通度很低，网络的电路由器处理的所有业务中，有大约70％的业务是转发业务——仍然需要传送一跳或多跳才能到达其目的节点的业务，这些转发业务需要在途经的每一个节点处进行电处理。目前的情况是电域的处理速度远远低于网络的传输速度，因此电域成为了光网络的瓶颈。面对这个问题，研究者们提出了一些解决方案，由此，产生了WDM光网络的三种基本交换技术——光电路交换(Optical Circuit Switching，OCS)，光分组交换(Optical Packet Switching，OPS)，光突发交换(Optical Burst Switching，OBS)。 

光电路交换OCS通过动态寻路和波长分配建立端到端的光路(lightpath)。数据不需要光-电-光的转换而直接通过光路(lightpath)到达目的节点，实现端到端的透明传输。但是，它不能实现光路的统计复用，带宽利用率不高。由于受到波长连续性的限制，即便网络中配置了波长变换器，所建的光路仍然会受到波长数目的限制。此外，光路的建立和拆除需要一定的时间，对于突发性强，变化频繁的IP业务来说，OCS并不适用。 

光分组交换OPS与传统的分组交换网路类似，采用存储转发技术，能够实现真正的光域交换，并且具有高的统计复用率和带宽利用率，适合用于传输IP那样突发性强的业务。但是，全光的分组交换在实现上存在若干难点，许多关键技术的突破有待于光器件技术的成熟，如灵活有效的光逻辑器件、光存储器件，以及光域的同步技术等。 

光突发交换OBS技术是两种交换技术的折中。OBS网络按照IP数据的目的地址和服务质量QoS(Quality of Service)汇聚成突发包Burst，并生成一个突发头分组(Burst Head Packet)。突发头分组BHP先于突发包Burst发送到独立的 控制信道，在途经的每一个交换节点处为突发包Burst预约波长资源。网络中的节点一旦收到BHP，就会在Burst到达的时刻配置好交换矩阵，引导Burst到正确的出端口以到达其目的节点。由此，Burst实现了全光交换。相比波长路由光网络而言，OBS网络可以提供更好的带宽利用率，相比OPS网络而言，OBS网络不需要光缓存或分组的分离，通过在网络的边缘节点汇聚合适的突发包，它能够有效的应对网络中动态变化的业务。 

目前，研究者们不再追求一种网络交换方式的单方面的性能指标，而是研究如何结合上述交换方式的优点，尽量避免或减少其缺点，协调好光域和电域的匹配，共同实现网络交换。因此，提出了混合交换的概念： 

“如果一个光网络同时结合了两种或两种以上的基本网络技术，这个光网络就被称为混合交换光网络。” 

现有的混合交换光网络大致分为三种类型——主从型，平行型和集成型。在主从型的混合交换光网络中，Client层采用OBS/OPS交换，Server层采用波长交换，下层通过构建由光路组成的虚拓扑为上层提供服务。突发包/分组包只能在上层交换，而网络中某些固定的业务流则通过下层的光路传输。这种模型的优点在于，由于Client层的一部分业务通过光路直接传输，因此减少了OBS/OPS的冲突，提高了处理效率。其缺点是该模型存在如何构建虚拓扑的问题，OBS/OPS对链路的利用率很高，而在虚拓扑问题中，随着虚拓扑连通度的增加，链路利用率逐渐减少。如果构建密集的虚拓扑就需要在端节点增加额外的资源来补偿减少的利用率，所以需要构建合适的虚拓扑来减少全网花费。此外，如何传送突发头分组BHP也是这种混合交换技术的问题所在。(见文献：Biao Chen，and JianpingWang，“Hybrid Switching and P-Routing for Optical Burst Switching Networks”，IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS，VOL.21，NO.7，SEPTEMBER2003，pp.1071-1080.) 

平行型的混合光网络有OBS和OCS两种传输方式，根据客户服务需求的不同，使用不同的传输方式提供服务。边缘节点根据业务流的特性，如带宽、持续时间和QoS，将业务流区分为适合OBS传输和适合OCS传输的两种业务。持续时间短(short-lived)、QoS要求较低的业务适合OBS传输，而持续时间长(long-lived)、占用较多带宽、QoS要求严格的业务适合OCS传输。边缘节点决定业务用哪种方式传输，在传输过程中不会改变该业务的传输方式。对适用于OBS传输的业务，边缘节点将业务流汇聚成突发数据，核心节点根据BHP对突 发数据进行交换；而对适用于OCS传输的业务，则根据网络中的资源使用情况为业务流分配波长和建立光路，因此，要求核心节点具备OBS交换和OCS交换的能力。平行型混合光网络中的主要问题有： 

A边缘节点如何有效的对业务流进行分类。 

B资源分配问题。如何在OBS、OCS两种传输方式之间合理的分配或动态的调整有限的网络资源，是这种交换技术的难点所在。 

集成型混合光网络与前面两种混合模型相比，把集成进一步深入。在集成型混合光网络中，两种技术同时享有相同的带宽资源，每个节点都有OCS和OBS/OPS能力，并且每个节点都能决定数据的传送模式。目前的集成型混合光网络只有两种，一种是ORION(Overspill Routing in Optical Network)(见文献：E.Van Breusegem，J.Cheyns，D.De Winter，D.Colle，M.Pickavet and P.Demeester，“A Broad view on Overspill Routing In Optical networks：a real synthesis of packetand circuit switching”，Optical Switching and Networking，invited publication，toappear end2004.)，另一种是OpMiGua(见文献：S.Bjornstad，M.Nord，D.R.Hjelme＂QoS differentiation and header/payload separation in optical packet switching usingpolarisation multiplexing＂，in proceedings of ECOC2003，Rimini(Italy)，Sept.2003，Mo3.4.6，pp.28，29.)，它们主要在实现上有所不同。两种方式的共同特征是每个节点都需要探测经过它每个数据包的当前状态，并且在不影响光路上存在的采用波长交换的业务的情况下插入或提取OPS的数据包。两种方式采用不同的调制技术在数据包上打光标签，并在光路中间节点逐跳探测，并且还需要在光路上对数据进行直接插入，这些所需技术使光网络实现的复杂度显著增加。 

上述的混合交换方式存在虚拓扑的构建，网络实现困难以及如何合理的利用资源进行数据传输等问题，怎样解决这些问题并充分利用基本交换技术的优点从而使网络性能有更好的表现，成为一个有待解决的问题。 

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种基于环路的混合交换光网络(Cycle-based Hybrid Switching Optical Network，CHSON)的构建方法。该方法有效的结合了OCS和OBS两种交换方式，通过构建CHSON特有的虚拓扑以及设计网络业务的处理流程，使网络业务能够灵活地根据网络的状况利用网络资源。该方法不仅能够有效地降低网络的实现复杂度，而且在应对突发业务方 面有良好的性能表现，增强了网络的健壮性。 

为了方便地描述本发明方案，首先将相关概念做如下定义： 

物理拓扑：指由网络中的一些节点/路由器和连接这些节点/路由器的光纤链路组成。 

光路：通过路由选择和波长配置建立端到端的连接。 

虚拓扑：基于物理拓扑建立的所有光路的集合构成了网络的虚拓扑。 

H集合：H集合是由1，…，n的无重复数字组成的长度小于等于n+1的数字串构成的集合，仅当长度为n+1时首尾数字可以相同。 

H矩阵：由H集合作为元素M(i，j)构成的矩阵M＝(M(i，j))_n×m称为H矩阵。 

连接积：设M＝{m_i|i＝1，…，r}，N＝{n_j|j＝1，…，s}均是H集合，则H集合M和N的连接积P仍是一个H集合： 

P＝M*N＝{m_i*N|将N中数字串拼接到m_i后的结果，mi∈M，拼接时，m_i和N中数串无公共数字(除非连接后结果长度为n+1时，首尾数字可相同)或均不为空串，否则，结果为空串。} 

H邻接矩阵：设G＝(V，E)是有n个顶点的图，E(G)是其边集，V(G)是其顶点集。图G的H邻接矩阵被定义成这样一个n阶H矩阵M＝(M(i，j))_n×n。其中： 

$M(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\φ}& (\mathrm{Vi},\mathrm{Vj})\∉E\left(G\right)\\ \{i,j\}& (\mathrm{Vi},\mathrm{Vj})\∈E\left(G\right)\end{array}\right\}$

图的H邻接矩阵和图的一般邻接矩阵具有相似的性质。 

通路矩阵：n个顶点的图G的长度为k的通路矩阵定义为： 

M_k＝M_k-1*M    k＝2，...，n 

这里的M₁为图G的H邻接矩阵，而M是将M₁中不为空集Φ的集合元素中的数串删去左边首字符而得到的矩阵。 

回路：是图G＝(V，E)中的一条路径(G有n个顶点，E(G)是其边集，V(G)是其顶点集)，该路径的起点和终点由一条边相连，即为图中的一条从起点出发最终可以回到起点的路径。 

回路相等：假设图G＝(V，E)中两条回路A、B，如果A回路上的所有节点组成的集合和B回路上的所有节点组成的集合相等，并且A回路从某个节点开始按照顺时针(或逆时针)方向回到该节点的过程中所经历的节点的顺序与B回路从某个节点开始到回到该节点的过程中经历的节点的顺序一致，则认为A回路和B回 路相等。 

Hamilton回路：一条能够经过图G＝(V，E)中每个节点恰好一次的回路。 

HLDA算法：WDM光网络的虚拓扑设计算法，具体内容参见文献RajivRamaswami，Kumar N.Sivarajan，“Design of Logical Topologies forWavelength-Routed Optical Networks”，IEEE JOURNAL ON SELECTED AREASIN COMMUNICATIONS，VOL.14，NO.5，JUNE1996. 

混合时间和长度门限算法：OBS突发包汇聚算法，具体内容参见文献Xiaojun Cao，Jikai Li，Yang Chen，Chunming Qiao，“Assembling TCP/IP Packets inOptical Burst Switched Networks”，Proc.IEEE Globecom，2002. 

LAUC-VF算法：OBS突发包的调度算法，具体内容参见文献Yijun Xiong，Marc Vandenhoute and Hakki C.Cankaya，“Control Architecture in OpticalBurst-Switched WDM Networks”，IEEE Journal on Selected Areas inCommunications，vol.18，no.10(October2000)，pp.1838-1851. 

Dijkstra算法：经典的最短路算法，具体内容参见文献Lu Feng，“Shortest PathAlgorithms：Taxonomy and Advance in Research”，Acta Geodaeticaet CartographicaSinica，vol.30，no.8，pp.269-275，2001(in Chinese). 

光路表：记录从每个节点出发的由HLDA算法计算得出的所有光路的标号的表格。 

路由转发表：根据OBS的虚拓扑和Dijkstra最短路路由算法计算出OBS网络所有的数据包所需的在其途经的每个节点处的转发端口，并将计算结果记录于表格中。 

光路缓存：基于环路的混合交换光网络的每一个节点都配备有一个电缓存，该电缓存分为光路缓存和溢出缓存两个部分，其中，光路缓存的功能是：为接入网数据流中的那些存在对应光路的数据提供缓存，并记录光路缓存的存储状况。具体来说，就是通过查看光路表和光路缓存的存储状况，决定对进入本节点的数据包进行不同的处理——将数据包送入光路缓存并以OCS的交互方式发送数据包或者将数据包送至溢出缓存进行突发包的汇聚。 

溢出缓存：基于环路的混合交换光网络的每一个节点都配备有一个电缓存，该电缓存分为光路缓存和溢出缓存两个部分，其中，溢出缓存用于存储来自光路缓存的数据包，并负责将这些数据包按照混合时间和长度门限算法汇聚成突发包，以OBS的交换方式将突发包发送入OBS网络中。 

Offset Time：偏移时间，OBS网络的突发头分组BHP与其相应的突发包Burst之间的发送时间之差，用于弥补BHP在电域的处理延时。 

业务量矩阵：一个N×N的矩阵，N为网络中节点的总数，第(i，j)个元素代表需要从节点i传送到节点j的业务流的平均速率。注意该业务量矩阵为非对称矩阵，即从节点i到节点j的业务流速率不一定等于从节点j到节点i的业务流速率。 

节点业务流：进入基于环路的混合交换光网络的节点的业务流分为两类，一类是核心网络业务流，一类是接入网业务流。 

接入网业务流：针对基于环路的混合交换光网络的节点业务流提出的，指从本地网络进入CHSON网络的IP分组业务流。 

核心网业务流：针对基于环路的混合交换光网络的节点业务流提出的，指从CHSON网络中的其他节点发送到本交换节点的业务流，它包含三种业务类型——BHP，Burst和IP分组。 

本地地址：每一个节点在网络中都有自己的编号，这个编号就是其对应节点的本地地址。 

本发明提供一种基于环路的混合交换光网络构建方法，其特征是它包括光突发交换OBS网络虚拓扑的构建过程，光电路交换OCS网络虚拓扑的构建过程，网络节点对接入网业务流的处理过程，网络节点对核心网业务流的处理过程，所述的光突发交换OBS网络虚拓扑的构建过程，光电路交换OCS网络虚拓扑的构建过程，网络节点对接入网业务流的处理过程，网络节点对核心网业务流的处理过程分别采用下面的步骤实现： 

光突发交换OBS网络虚拓扑的构建过程采用以下步骤： 

步骤a1对给定N个节点构成的网络的物理拓扑图G的H邻接矩阵M₁，N为正整数，判断H邻接矩阵M₁是否有全空的行或列，如果H邻接矩阵M₁有全空的行或列，则转步骤a10；如果H邻接矩阵M₁无全空的行或列，则由H邻接矩阵M₁构造矩阵M，转步骤a2；构造矩阵M的方法是：将H邻接矩阵M₁中不为空集Φ的集合元素中的字符串删去左边首字符得到的矩阵M； 

步骤a2按照通路矩阵的定义构造出长度为k的通路矩阵M_k＝M_k-1*M，k＝2，并转步骤a4； 

步骤a3按照通路矩阵的定义构造出长度为k的通路矩阵M_k＝M_k-1*M； 

步骤a4判断通路矩阵M_k中的每行每列是否都有非空元素并且k是否小于N，如是，则k＝k+1，并转步骤a3；如否，则转步骤a5； 

步骤a5判断k是否等于N，如果k＝N，则将通路矩阵M_k主对角线上的元素放入集合A中，得到物理拓扑图G的全部Hamilton回路，并转步骤a6；否则转步骤a10； 

步骤a6按照回路相等的定义，找出集合A中的元素所代表的回路中所有相等的回路，在代表相等回路的元素中，只保留其中的一个，其余的全部删除；得到集合A中所有的元素所代表的回路均不相等，并转步骤a7； 

步骤a7判断集合A中的元素的个数，如果等于1，则转步骤a9；否则，则转步骤a8； 

步骤a8对集合A中的所有元素所代表的回路进行选择，方法是： 

a)计算集合A中元素的数量，并记为I(I＞1，且I为正整数)； 

b)根据已知的业务量矩阵T，计算集合A中每一个元素所代表的回路的衡 

量值Ci(i为正整数，且i＝1，…，I)，衡量值Ci的计算方法如下： 

$\mathrm{Ci}=\max [L_{i1},L_{i2},...L_{\mathrm{iN}}]+\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{\mathrm{ij}}}{N\max [L_{i1},L_{i2},...L_{\mathrm{iN}}]}$

其中，N表示网络的节点总数，Lij表示第i个环路上第j段链路实际承载的业务量；Tsd表示从节点s到节点d的业务量。Lij的计算方法如下： 

$L_{\mathrm{ij}}=\underset{(s,d)}{\mathrm{\Σ}}(1-x_{\mathrm{sd}})\mathrm{Tsd}+\underset{(s,d)}{\mathrm{\Σ}}{x}_{\mathrm{sd}}\mathrm{Tsd}$

业务按照何种方向沿回路传送完全根据路由策略决定，这里使用最短路路由策略，由Dijkstra算法计算出OBS网络中所有节点对之间的最短路，业务沿着最短路传送到其目的节点。 

c)清空集合A，选取最小的衡量值Ci值所对应的元素放入集合A中； 

步骤a9集合A中元素所代表的回路即为OBS的虚拓扑； 

步骤a10算法结束； 

该过程的算法流程如图2所示。 

光电路交换OCS网络虚拓扑的构建过程采用以下步骤： 

步骤b1计算OCS网络的波长资源。由网络中所有光纤链路的波长数量之和减去OBS网络占用的波长数量，得到OCS网络的波长数量； 

步骤b2根据步骤b1的计算结果和已知的业务量矩阵T，利用HLDA算法建立OCS网络的虚拓扑并生成相应的光路表； 

该过程的算法流程如图3所示。 

网络节点对接入网业务流的处理过程采用以下步骤： 

步骤c1针对进入网络节点的数据包查看光路表(由OCS虚拓扑构建过程产生)，判断是否存在以本地地址为起始节点、以数据包的目的地址为终节点的光路；如果存在，则转步骤c2，否则，将进入网络节点的数据包送入溢出缓存并转步骤c3； 

步骤c2判断光路缓存是否由于存储数据包的总量已经到达其容量上限而无法再存储任何数据包；如果光路缓存不能再存储任何数据包，则将该数据包送入溢出缓存并转步骤c3，否则，将数据包放入光路缓存并转步骤c5； 

步骤c3将溢出缓存中的数据包利用混合时间和长度门限算法组装成突发包，组装完成后生成突发头分组BHP，并转步骤c4； 

步骤c4查找端口转发表确定步骤c3生成的突发头分组BHP的转发端口并且按照LAUC-VF算法在该端口的波长上进行突发包Burst的调度。如果调度成功，记录波长的占用时刻，发送突发头分组BHP至控制信道并于Offset Time之后发送突发包Burst至数据信道；如果调度失败，则销毁突发头分组BHP。 

步骤c5判断由步骤c1找出的光路在当前时刻是否可以传送该数据包，如是，则发送数据包；否则，数据包在光路缓存中继续等待； 

该过程的算法流程如图4所示。 

网络节点对核心网业务流的处理过程采用以下步骤： 

步骤d1查看突发头分组BHP的目的地址(虽然核心网络业务包含三种类型，但是需要处理的业务只有突发头分组BHP)。如果突发头分组BHP的目的地址是本地地址，说明突发头分组BHP的资源预约任务已经完成，只需销毁突发头分组BHP；如果突发头分组BHP的目的地址不是本地地址，则从转发表查找出该突发头分组BHP的转发端口； 

步骤d2突发头分组BHP在由步骤d1找出的端口的所有波长上按照LAUC-VF算法调度其对应的突发包Burst。如果调度成功，则在记录波长的占用时间并修改突发头分组BHP中的Offset Time之后发送突发头分组BHP；如果调度失败，则丢弃突发头分组BHP； 

该过程的算法流程如图4所示。 

以上四个过程构成了基于环路的混合交换光网络的构造方法。 

将网络构造成为由OBS环路与OCS光路组合而成的虚拓扑，并利用一定的处理策略在其虚拓扑上实现网络业务的传送，是本发明实质性的创新内容。 

本发明的创新点： 

相对于主从型，集成型和平行型等混合交换网络，本发明的核心思想是将网络构造成一种环形拓扑结构的OBS网络和OCS网络的结合体，将网络中的大部分业务经一跳到达目的节点，满足大多数情况下网络的通信需求，当网络业务发生小范围变化的时候，光路无法承载的业务将沿着环形拓扑采用OBS的交换方式继续传送。该方法可以在一定范围内应对网络的突发性，使网络稳定可靠。此外，该方法简单有效，切实可行。 

本发明提供的基于环路的混合交换光网络，具有以下特点： 

1)基于环路的混合交换光网络很好的集成了OCS和OBS两种传统的传送方式，使得网络既具有OCS的高效率又具有OBS的灵活性，对突发业务流，动态业务有较好的传送能力。 

2)基于环路的混合交换光网络需要传送的业务中超出OCS光路承载容量的那部分业务利用该网络的环路资源进行传送，提高了网络的健壮性，使网络更加稳定。 

3)基于环路的混合交换光网络静态配置网络节点以及IP业务的两种传送模式(OCS传送和OBS传送)，使得基于环路的混合交换光网络方案实现容易，对器件要求低。 

综上所述，与传统的混合交换光网络的构造方法相比，本发明的组网技术更简单有效，并且由网络动态变化引起的网络性能的恶化程度小，网络运行更加稳定，具有较高的通信能力。此外，网络算法的实现难度低，具有较高的实用价值。 

附图说明

图1是本发明设计的基于环路的混合交换光网络CHSON的结构示意图

其中，基于环路的混合交换光网络CHSON逻辑上分为两层，光突发交换OBS层和光电路交换OCS层，一个CHSON节点由一个光突发交换OBS交换节点和一个光电路交换OCS交换节点构成； 

其中，A、B、C、D表示光突发交换OBS交换节点，a、b、c、d表示光电路交换OCS交换节点。

表示CHSON网络的物理拓扑，

是OBS节点和OCS节点的连接线，表示两个节点的逻辑关系，表示一个CHSON网络节点的组成，……………表示由OCS网络虚拓扑的构建过程建立起来的OCS网络的虚拓扑，

表示由OBS网络虚拓扑构建过程建立起来的OBS网络的虚拓扑。 

图2是本发明光突发交换OBS网络虚拓扑的构建过程的算法流程图 

图3是本发明光电路交换OCS网络虚拓扑的构建过程的算法流程图 

图4是本发明网络节点对业务流的处理流程图 

具体实施方式

以下，我们通过一个实例，具体说明本发明的内容。 

图1是由四个节点A、B、C和D组成的网络，网络中的链路均为双向链路，假定网络中每根光纤上有四个波长，网络的业务量矩阵  $T=\left[\begin{array}{cccc}0& 1& 2& 3\\ 5& 0& 5& 4\\ 4& 0& 0& 2\\ 5& 5& 1& 0\end{array}\right],$ 根据本发明的设计方案，首先按照OBS虚拓扑的构建过程计算出一个回路A-B-C-D-A并为回路上的每条边分配两个波长，然后根据OCS虚拓扑的构建过程建立起12条光路，分别是：a-b，a-b-c，a-d，b-a，b-c，b-a-d，c-d-a，c-b，c-d，d-a，d-c-b，d-c。 

在大多数情况下，这12条光路能够满足网络业务的传输需求(因为光路是根据网络的业务量矩阵建立的，而业务量矩阵表示的是网络业务的时间平均值)。当网络的业务量发生变化的时候，即某一时刻的网络的业务量不等于网络业务量的平均值，这些光路有可能无法满足某些业务的传输请求。假定某时刻光路a-d已经满载，即光路的传输速率低于进入光路缓存的IP分组的速率而导致光路缓存已被占满，但是A点仍然有IP业务需要传送到D点，那么这些光路所不能承载的业务就称为溢出业务。单纯的OCS网络不能及时有效地处理溢出业务，只能丢弃。而基于环路的混合交换光网络采用网络节点对接入网业务流的处理过程，通过切换到OBS的交换方式，利用环路A-B-C-D-A的容量传送溢出业务，从而在一定程度上解决了网络由于业务量的变化所带来的丢包率问题，提高了网络的稳定性。

Claims (1)

1.一种基于环路的混合交换光网络构建方法，其特征是它包括光突发交换OBS网络虚拓扑的构建过程、光电路交换OCS网络虚拓扑的构建过程、网络节点对接入网业务流的处理过程、网络节点对核心网业务流的处理过程；所述的光突发交换OBS网络虚拓扑的构建过程、光电路交换OCS网络虚拓扑的构建过程、网络节点对接入网业务流的处理过程、网络节点对核心网业务流的处理过程分别采用下面的步骤实现：

所述的光突发交换OBS网络虚拓扑的构建过程采用以下步骤：

步骤a1对给定N个节点构成的网络的物理拓扑图G的H邻接矩阵M₁，N为正整数，判断H邻接矩阵M₁是否有全空的行或列，如果H邻接矩阵M₁有全空的行或列，则转步骤a10；如果H邻接矩阵M1无全空的行或列，则由H邻接矩阵M₁构造矩阵M，转步骤a2；构造矩阵M的方法是：将H邻接矩阵M₁中不为空集Φ的集合元素中的字符串删去左边首字符得到的矩阵M；

步骤a2按照通路矩阵的定义构造出长度为k的通路矩阵M_k＝M_k-1*M，k＝2，并转步骤a4；

步骤a3按照通路矩阵的定义构造出长度为k的通路矩阵M_k＝M_k-1*M；

步骤a4判断通路矩阵M_k中的每行每列是否都有非空元素并且k是否小于N，如是，则k＝k+1，并转步骤a3；如否，则转步骤a5；

步骤a5判断k是否等于N，如果k＝N，则将通路矩阵M_k主对角线上的元素放入集合A中，得到物理拓扑图G的全部Hamilton回路，并转步骤a6；否则转步骤a10；

步骤a6按照回路相等的定义，找出集合A中的元素所代表的回路中所有相等的回路，在代表相等回路的元素中，只保留其中的一个，其余的全部删除；得到集合A中所有的元素所代表的回路均不相等，并转步骤a7；

步骤a7判断集合A中的元素的个数，如果等于1，则转步骤a9；否则，则转步骤a8；

步骤a8对集合A中的所有元素所代表的回路进行选择，方法是：

a)计算集合A中元素的数量，并记为I；I＞1，且I为正整数；

b)根据已知的业务量矩阵T，计算集合A中每一个元素所代表的回路的衡量值Ci，i为正整数，且i＝1，…，I，衡量值Ci的计算方法如下： 

其中，N表示网络的节点总数，Lij表示第i个环路上第j段链路实际承载的业务量；Tsd表示从节点s到节点d的业务量；Lij的计算方法如下：

业务按照何种方向沿回路传送完全根据路由策略决定，这里使用最短路路由策略，由Dijkstra算法计算出OBS网络中所有节点对之间的最短路，业务沿着最短路传送到其目的节点；

c)清空集合A，选取最小的衡量值Ci值所对应的元素放入集合A中；

步骤a9集合A中元素所代表的回路即为OBS的虚拓扑；

步骤a10算法结束；

所述的光电路交换OCS网络虚拓扑的构建过程采用以下步骤：

步骤b1计算OCS网络的波长资源；由网络中所有光纤链路的波长数量之和减去OBS网络占用的波长数量，得到OCS网络的波长数量；

步骤b2根据步骤b1的计算结果和已知的业务量矩阵T，利用HLDA算法建立OCS网络的虚拓扑并生成相应的光路表；

所述的网络节点对接入网业务流的处理过程采用以下步骤：

步骤c1针对进入网络节点的数据包查看由OCS虚拓扑构建过程产生的光路表，判断是否存在以本地地址为起始节点、以数据包的目的地址为终节点的光路；如果存在，则转步骤c2，否则，将进入网络节点的数据包送入溢出缓存并转步骤c3；

步骤c2判断光路缓存是否由于存储数据包的总量已经到达其容量上限而无法再存储任何数据包；如果光路缓存不能再存储任何数据包，则将该数据包送入溢出缓存并转步骤c3，否则，将数据包放入光路缓存并转步骤c5； 

步骤c3将溢出缓存中的数据包利用混合时间和长度门限算法组装成突发包，组装完成后生成突发头分组BHP，并转步骤c4；

步骤c4查找端口转发表确定步骤c3生成的突发头分组BHP的转发端口并且按照LAUC-VF算法在该端口的波长上进行突发包Burst的调度；如果调度成功，记录波长的占用时刻，发送突发头分组BHP至控制信道并于Offset Time之后发送突发包Burst至数据信道；如果调度失败，则销毁突发头分组BHP；

步骤c5判断由步骤c1找出的光路在当前时刻是否可以传送该数据包，如是，则发送数据包；否则，数据包在光路缓存中继续等待；

所述的网络节点对核心网业务流的处理过程采用以下步骤：

步骤d1查看突发头分组BHP的目的地址；如果突发头分组BHP的目的地址是本地地址，说明突发头分组BHP的资源预约任务已经完成，只需销毁突发头分组BHP；如果突发头分组BHP的目的地址不是本地地址，则从转发表查找出该突发头分组BHP的转发端口；

步骤d2突发头分组BHP在由步骤d1找出的端口的所有波长上按照LAUC-VF算法调度其对应的突发包Burst；如果调度成功，则在记录波长的占用时间并修改突发头分组BHP中的Offset Time之后发送突发头分组BHP；如果调度失败，则丢弃突发头分组BHP。 

Images