CN101742366A - 一种光分组网络中qos保证的参数化标签转发方法 - Google Patents

Abstract

一种用于融合电域分组网络和光分组网络的业务传送方式，包括新型参数化标签和标签转发表，以及最小模糊匹配的转发方式，主要解决突发性强、持续时间短、QoS要求不高的业务在光网络中的传送问题。本发明将路由及流量工程复杂度上移到控制平面，通过参数化的方法将网络资源信息下放到二层；通过使用最小模糊匹配法在二层实现业务属性与网络属性高效匹配。因此，本发明不仅可以实现业务在光网络上的传送，还同时考虑了业务的QoS需求和网络资源使用情况，进一步优化网络性能。同时，参数化的二层标记转发方式在简化核心节点复杂度的同时并不增加网络的控制流量负荷和复杂度，且省去了边缘节点的建路时延，降低边缘节点的缓存压力，具有良好的实用性。

Description

一种光分组网络中QOS保证的参数化标签转发方法

技术领域

本发明涉及一种光分组网络下的业务传送方式，尤其是使用参数化标签和标签转发表以及基于最小模糊匹配算法的转发方式来保证业务QOS传输需求。分组转发是实现高性能光分组交换网的关键部分，属于光通信技术领域。

背景技术

业务的多样化和服务的精细化要求下一代网络体系结构的发展必须关注下述两个关键目标：一是多业务传送。组建多业务、服务质量(QoS)保证的传输架构。可完全支持现有固定/移动业务的扩展；可扩展新的、基于分组的宽带业务，如：视频、三重播放、高带宽的商业业务等。二是采用灵活的单一网络传送平台，综合电路、分组和光域技术，在新业务不断涌现和不可预测的环境中，满足客户短期和长期的需求，并支持网络架构的平滑演变。

光分组网络通过使用全光的分组转发方式，省去了光电光的转换，使网络在容量、灵活性和透明性方面得到大幅度提升，是下一代网络发展的主要趋势。为满足多业务传送和单一网络平台的下一代网络发展需求，设计具有QoS保证的简单灵活的业务传送方式是光分组网络设计的关键。不断发展的电域MPLS技术使用标记转发机制和源路由方式使业务的传送具有成熟的QoS保证机制，同时简化核心节点，使业务的转发更加高效、灵活。因此，在设计光分组网络的业务传送方式的同时应充分了解和借鉴MPLS的成熟技术。

然而，光电两种网络的差异使得在将电域技术应用到光域中时存在一些问题，需要对现有MPLS技术进行改造以适应分组在光网络中的传送。主要问题包括一下两点。

第一，光网络的扁平化需求。在实际的MPLS网络中保留三层业务转发具有充分的理由和实际意义。就扩展性来说，采用第三层转发的精确性要比标签转发高；就安全性来说，采用第三层转发允许使用防火墙对分组进行过滤；就兼容性来说，采用第三层转发可以继续使用传统的路由器进行转发，提供对原有设备的兼容。而在电域网络的业务进入光网络后，三层转发的安全性不再是光网络要考虑的重点，全新的网络使得对设备的兼容性也不再成为障碍。光网络重点将集中在现有的光信息处理技术(如现有光缓存、光逻辑门等)的基础上如何实现业务的高效传送。对于光网络来说，简化网络结构，使网络扁平化可以使网络降低成本、降低控制和管理复杂度、提高灵活性并提高资源利用率，是未来的发展趋势。而二层转发与三层路由相比，在设备的成本，控制的复杂度等方面都占优势。因此在光网络中，使用单一的二层技术转发所有业务将比同时使用二层和三层技术更具有优势。下一代光网络的体系结构的发展趋势必然是将原有三层的复杂度上移至控制平面甚至是管理平面，而尽量简化数据传送时的复杂度，以便实现光网络的快速高效业务传送。

第二，网络控制流量负荷的控制。在电域分组网络接入光网络时，应继续保持或优化网络对于业务的QoS保证。但如果全部采用传统的二层标签转发技术，就意味着光网络要为所有到来的业务进行LSP的请求和标签的分配。这在未来业务突发性很强的情况下是不可取的。一方面，对于持续时间较长且QoS要求较高的业务来说，分配传统分配标签的方法能够在满足其QoS的同时进行流量工程，是此类业务最佳的传送方式；而另一方面，突发性强、持续时间短、QoS要求不是很高的业务大量存在于网络当中。对于这些业务来说，标签的请求和分配过程不但大大加重了网络的控制流量负荷，使资源不能提供给更有意义的业务传输，还增加了业务在边缘节点的等待时间，加重边缘节点负荷和降低边缘节点缓存的压力。为这些业务在整个网络中建立一条LSP隧道是没有必要的，只会使网络性能降低。

发明内容

本发明基于全光分组交换网的需求，并针对以上两方面问题，提出一种用于融合电域网络和光网络的业务传送方式，尤其是使用了新型的参数化标签及标签转发表，以及最小模糊匹配的标签转发方式。本发明将所有路由及流量工程的复杂度上移到控制平面，通过参数化的方法将网络资源信息下放到二层的数据传送平面，使业务实现在光网络上的2层传送，简化核心节点的复杂度，同时还考虑了业务的QoS需求和网络资源使用情况，使业务属性和网络属性在二层进行高效匹配。与此同时，参数化的标记转发方式并不增加网络的控制流量负荷和控制复杂度，具有良好的实用性。

本发明的参数化标记方式如图1所示。参数化标记与传统标记方式不同，不再依靠网络分配标签，而是根据业务本身的需求向业务分组写入参数化的标签。光网络边缘节点在获取待传业务的目的地址和QoS需求后，为业务计算出光网络的出节点地址，放入标签的第1项；并对业务的QoS需求进行参数化的操作，将每一项指标以参数化的方式填入标签的第2至第N项。如：业务的最小带宽需求、最大丢包率需求、最大时延需求等等。

与业务分组上的标签相对应，图2所示为核心节点的参数化转发表。转发表由MxN条参数行组成(其中N为边缘节点数)，每行参数对应从本节点到每一边缘节点的最短路径、次短路径或m阶次短路径(1≤m≤M)上QoS参数的综合值。例如，转发表的第i行为本节点到边缘节点j的m阶次短路径对应的参数值，则参数行第一项为边缘节点j的地址；设第二项为带宽值，则第二项应填入的参数B为此路径上所有链路带宽的最小值，即B＝min(B₁，B₂…B_n)；设第三项为时延值，则第三项应填入的参数D为此路径上所经链路时延的总和D＝sum(D₁，D₂…D_n)；设第四项为丢包率，则第四项应填入的参数L为此路径上所经链路丢包率乘积，即L＝L₁×L₂×…×L_n。为实现参数化标签与转发表的匹配，转发表中参数项的设置与图1中业务分组标签上的参数项的设置完全相同。在参数行的右侧为此路径对应的本节点的出端口值。

本发明的参数化标签转发表中所有参数化指标信息通过扩展的OSPF协议和传统MPLS中的信息发布模块中获得，与传统MPLS在为业务建立LSP时所获取的信息相同。因此路由算法和信令部分能够沿用传统MPLS的成熟技术。仅需要将传统方法中的指标以参数化的方法放入2层的标签转发表中。这样的设计使得网络在传送持续时间短、突发性强、QoS要求不是很高的业务时，没有额外增加网络负荷和控制复杂度。同时，此类业务在边缘节点中省去了等待建立LSP的时延，降低了边缘节点缓存的压力。

图3所示为核心节点中业务分组标签与参数化标签转发表间进行最小模糊匹配的流程图。业务分组标签到达核心节点后，采取逐项过滤，每一项模糊匹配的策略。其特征在于：

步骤1，地址精确匹配及过滤。核心节点首先将业务分组标签的第一项地址项与标签转发表中的第一项地址项进行匹配，此步骤为精确匹配，即当两地之相等时，第i行参数行有效。以此为依据对参数行进行过滤，即只保留经过地址的精确匹配有效的参数行；

步骤2，参数项模糊匹配及过滤。根据本文设定，包括以下步骤：

1、带宽模糊匹配：在剩余表项中，将业务分组标签上的带宽值与转发表中的带宽参数项进行模糊匹配和过滤，即B≤B_i时，保留表项；

2、时延模糊匹配：在剩余表项中，将业务分组标签上的时延值与转发表中的时延参数项进行模糊匹配和过滤，即D≥D_i时，保留表项；

3、丢包率模糊匹配：在剩余表项中，将业务分组标签上的丢包率值与转发表中的丢包率参数项进行模糊匹配和过滤，即L≥L_i时，保留表项；

步骤3，在每项参数模糊匹配完成后，都进行表项是否为0的检查，若不为0，继续下一步模糊匹配，若为0，退回一步，在剩余表项中执行最大匹配选择，即选择现有最好的参数行进行分组转发，以最大程度降低分组损失；

步骤4，当所有参数匹配完成后，若表项不为0，执行最小匹配选择，即选择最小满足业务需求的参数行，将更高的QoS链路留给未来更高QoS需求的业务。

附图说明

图1为本发明业务分组上的参数化标签原理图。

图2为本发明核心节点参数化标签转发表原理图。

图3为本发明业务分组的参数化标签在核心节点与参数化转发表进行最小模糊匹配的流程图。

图4为本发明实施例1的实现原理图(包含5个子图)。

图5为本发明实施例2的实现原理图(包含2个子图)。

具体实施方式

实施例1：

图5所示为实施例1的实现原理图。本实施例旨在说明本发明的整体实现流程，并同时体现参数化标签最小模糊匹配的方法在简化网络结构，减轻网络负荷，高效服务于业务需求与网络的流量工程等方面的优势。

为简单起见，设参数化标签中只包含目的边缘节点的地址项和带宽需求项。更多参数项的标签处理方法可在本实施例基础上进行改进。所示场景及网络拓扑为光分组网络中的部分场景，而光网络全网的解决方案与部分场景相同。实现步骤如下：

步骤1：根据网络拓扑和带宽情况，核心节点分别计算出自己的参数化标签转发表。本例中只计算3阶次短路径，如图所示；

步骤2：业务分组到达边缘节点1，边缘节点根据业务分组目的地址计算业务在光网络中的目的边缘节点，设为4。根据业务需求计算出业务带宽需求，设为3.5；

步骤3：业务分组由边缘节点1发送到核心节点R1。

步骤4：在R1处，提取业务分组标签并进行光电变换。首先根据业务分组标签上的目的地址过滤出分组可能选择的参数行，如图所示；在被过滤出的参数行中，以最小模糊匹配的方法选择参数行。在本例中有目的地址为4，带宽分别为4和6的两个参数行满足业务分组的传输要求，因此选择目的地址为4，带宽为4的参数行；

步骤5：业务分组由核心节点R1从端口1发出至核心节点R2处；

步骤6：在R2处，提取业务分组标签并进行光电变换。并采取与步骤4相同的地址过滤和最小模糊匹配的方法选择参数行，在本例中选择目的地址为4，带宽为4的参数行；

步骤7：业务分组由核心节点R2从端口3发出至核心节点R3处；

步骤8：在R3处，提取业务分组标签并进行光电变换。R3直接将分组转发给边缘节点4；

步骤9：具有以上参数化需求的统一业务流在网络状态不变的前提下依同一转发方式进行转发；

步骤10：设在上一业务流传输的过程中，又有一目的地址为4，带宽需求为5的业务流进入边缘节点2。此时网络中各核心节点的参数化标签转发表如图所示。重复步骤2、3、4、8，此业务将经过核心节点R1、R3，最终转发给边缘节点4；

在本实施案例中，使用了参数化的业务分组标签和参数化标签转发表进行最小模糊匹配的方法。与全业务都是用2层LSP方式相比，不增加网络中的控制流量负荷和控制复杂度，同时由于在边缘节点处省去了等待建立LSP的时间，减轻了边缘节点的缓存压力。在网络中存在大量突发性强、持续时间短、QoS质量要求不是很高的业务流时，此方法对于网络性能的优化更为明显。

更为重要的是，与传统的MPLS中3层路由方式相比，此方法不但简化了网络结构，核心网内的业务传送还实时了解业务需求和网络状态，实现了在2层业务需求与网络状态的高效匹配。在此例情况下，若使用传统3层路由的方式，核心节点R1处并不能感知业务的QoS需求，R1将根据网络当前的状态，使用OSPF算法为第一个业务流选择条数少且带宽大的路径，因此第一条业务流将经过R1、R3，最终转发给边缘节点4。改变后的网络状态和标记转发表如图所示。当目的节点为4、带宽需求为5的第二条业务流到来时，核心节点依然不知道业务的QoS需求，根据SOPF的算法，分组将经过R1、R2、R3，最终到达边缘节点4。但由于带宽需求不能满足，第二条业务流的传输质量将下降。即使第二条业务流为传统MPLS质量保障的业务，在光网络中使用传统的LSP方式传输，还是会因为第一条业务流占用了更高的带宽使得网络无法满足业务流2的需求。

通过3层路由与2层参数化标签的最小模糊匹配的比较，可以看出本发明在简化网络结构，减轻网络负担的同时，更能高效服务与业务需求与网络的流量工程。

实施例2：

图6所示为实施例1的实现原理图。本例旨在说明本发明在网络状态发生变化时的优势。

与实施例1相同，设一目的节点为4，带宽需求为5的业务流进入边缘节点1。采用与实施例1相同的参数转发表的建立方式和最小模糊匹配的转发方法，在网络状态不发生改变时，业务流经R1、R2、R3，最终到达边缘节点4。现假设R1与R2间链路发生故障。使用参数化最小模糊匹配法的解决方案如下：

步骤1：根据网络拓扑和带宽情况，核心节点分别计算出自己的参数化标签转发表。本例中只计算3阶次短路径，如图所示；

步骤2：业务分组到达边缘节点1，边缘节点根据业务分组目的地址计算业务在光网络中的目的边缘节点，设为4。根据业务需求计算出业务带宽需求，设为3.5；

步骤3：设此时设R1与R2间链路发生故障，核心节点生成新的参数化标签转发表如图所示；

步骤4：在R1处，提取业务分组标签并进行光电变换。首先根据业务分组标签上的目的地址过滤出分组可能选择的参数行，如图所示；在被过滤出的参数行中，以最小模糊匹配的方法选择参数行。此时只有目的地址为4，带宽分别为4和6的两个参数行满足业务分组的传输要求，因此选择目的地址为4，带宽为4的参数行；

步骤5：业务分组由核心节点R1从端口2发出至核心节点R3处；

步骤8：在R3处，提取业务分组标签并进行光电变换。R3直接将分组转发给边缘节点4；

可以看出，使用参数化的标签和转发表，以及最小模糊匹配的转发方法，即使在网络状态发生变化时，也能够根据业务需求尽力保证业务的QoS，这种动态的保护措施既不会增加网络的控制流量负担，也不会增加节点维护转发表的表项数量。而传统的MPLS网络为保障业务的QoS使用备份LSP和快速重选路由两种方法来应对网络状态的变化。在传送大量突发性强，持续时间短的业务时，备份LSP会大大增加转发表项，增加节点转发表的维护难度；而快速重路由又使得业务需要等待路由过程以及LSP的请求和重建过程，不但增加网络的控制流量负担，还增加正在传送业务的延时。因此，使用参数化的标签和转发表，以及最小模糊匹配的转发方法更适合传送此类业务。

Claims (4)

1.一种光分组网络中QOS保证的参数化标签转发方法，用于传送突发性强、持续时间短、QoS要求不是很高的业务流，以提高业务传送性能和网络性能。其特征在于：

a)在边缘节点使用参数化标签方式为业务分组打标记；

b)在核心建立参数化的标签转发表；

c)使用最小模糊匹配的方式进行业务标签与参数化标签转发表的匹配；

2.根据权利要求1所述的用于光分组网络的参数化标签，其特征在于：

a)标记第1项为目的边缘节点的地址，由边缘节点在汇聚和分类时根据分组的目的网络地址计算得来；

b)标记第2项至第n项为参数化的QoS需求标签，由边缘节点在汇聚和分类时根据业务的QoS得来，包括但不限于最小带宽需求、最大时延、最大丢包率等；

3.根据权利要求1所述的核心节点处的参数化标签转发表，其特征在于：

a)参数表中每行参数的顺序与业务分组的标签中的参数顺序相同，以便业务分组的标签与参数表中的参数行进行匹配；

b)转发表由MxN条参数行组成(其中N为边缘节点数)，每行参数对应从本节点到每一边缘节点的最短路径、次短路径或m阶次短路径(1≤m≤M)上QoS参数的综合值。例如，转发表的第i行为本节点到边缘节点j的m阶次短路径对应的参数值，则参数行第一项为边缘节点j的地址；设第二项为带宽值，则第二项应填入的参数B为此路径上所有链路带宽的最小值，即B＝min(B₁，B₂…B_n)；设第三项为时延值，则第三项应填入的参数D为此路径上所经链路时延的总和D＝sum(D₁，D₂…D_n)；设第四项为丢包率，则第四项应填入的参数L为此路径上所经链路丢包率乘积，即L＝L₁×L₂×…×L_n；

c)每行参数行对应的端口号为通向下一节点的输出端口；

4.根据权利要求1所述的最小模糊匹配的方式，其特征在于：

a)业务分组到达核心节点时，先对地址进行精确匹配及过滤。即业务分组标签上的地址等于第i行的地址时，第i行参数行有效。以此为依据对参数行进行过滤，即只保留经过地址的精确匹配有效的参数行；

b)参数项模糊匹配及过滤。在剩余表项中，将业务分组标签上的带宽、时延和丢包率值依次与转发表中的各参数项进行模糊匹配，当满足业务需求，即B≤B_i、D≥D_i、L≥L_i时，执行保留表项的操作。各参数依次匹配，后面的参数在前面保留的表项中进行模糊匹配的操作；

c)在每项参数模糊匹配完成后，都进行表项是否为0的检查，若不为0，继续下一步模糊匹配，若为0，退回一步，在剩余表项中执行最大匹配选择，即选择现有最好的参数行进行分组转发，以最大程度降低分组损失；

d)当所有参数匹配完成后，若表项不为0，执行最小匹配选择，即选择最小满足业务需求的参数行，将更高的QoS链路留给未来更高QoS需求的业务。

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