CN102231864A - 基于光码字标签的光分组组播发送、接收方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于光码字标签的光分组组播发送、接收方法及其装置。本发明中的光码字标签由网络光标签和节点光标签组成，组播组中所有目的节点的光码字标签形成光码字标签组。数据包在边缘节点处，生成光码字标签组并添加在载荷信号前形成具有组播能力的光分组信号，同时发送给组播组中的所有目的节点。通过调整光码字标签组的组成，就能够灵活的创建，更改或撤销一个组播组。本发明提高了光码字的利用效率，减少了系统所需的光码字总量。同时光分组在每个子网内部的节点路由中并不需要进行标签的交换，只需要完成分组转发功能即可。

Description

基于光码字标签的光分组组播发送、接收方法及其装置

技术领域

本发明属于光纤通信技术领域。具体涉及，在光分组交换网络中，基于光码字标签的光分组组播发送、接收方法及其装置。

背景技术

近年来随着通信数据业务的巨大增长，光分组交换网络(OPS)受到越来越多的关注。为了克服电子瓶颈，各种在光层直接进行信息路由和交换处理的技术相继被提出来。通用多协议标签交换(GMPLS)作为在IP over WDM网络控制平面中的一项重要技术，具有基于时分，基于波分和基于光纤的分组数据交换方式。但在光路径的建立中，波长仍然被认为是最小的数据颗粒单位。然而在端到端的连接中，并不一定需要整个波长的带宽资源，从而造成了低的频谱利用率，所以GMPLS只是一个过渡技术。此外，在未来的光路由器中，GMPLS面临的另一个问题是降低节点处由于标签识别引起的处理时延。

近年来，光码分多址(OCDMA)技术中的光码字被考虑作为光分组的光标签，在逐跳方式光分组交换网络中用来携带路由信息。基于光码字的光标签可以通过相关器完成全光标签识别获得路由信息，不需要经过光电转换过程和路由表的查询操作。可见光码字标签识别的速度仅取决于光在器件中的传播速度，从而降低了在节点路由处标签处理的时延时间。光码字标签经过相关器后，如果匹配，会产生一个高强度的自相关峰值脉冲，进而形成一个控制信号。控制信号对光交叉开关进行控制，从而完成分组数据的转发。将光码字作为光分组的光标签，端到端的光路径建立不再是以波长，而是以光码字作为路径的最小颗粒单位。端到端的连接不再占据整个波长的带宽资源，这样提高了光分组交换网络中的频率效率和传输效率。

在基于光码字标签的分组交换网络中，每个节点路由均需要进行标签更新处理，查询路由信息，生成新的光码字标签，从而使得光分组在下一个节点路由处能够被正确的接收或转发，这增加了节点路由的复杂度。对于光码字，在码长较小的情况下，光码字的数量十分有限，从而限制了网络容量。虽然增加码长可以得到更多的码字数量，但同时也增加了编解码器结构的复杂度。光码字数量的增加也会相应增加接收端相关器的数量，需要更高的分光比，带来更多的功率损耗。此外，在光分组组播发送时，用一个光码字标签代表一个组播组。具有相同光码字标签的光分组将发送给一个相同组的节点路由。问题在于，当组播组发生变化时，每个节点路由的组播路由表均需要更新，从而引起光标签生成模块的结构变化，这使得节点路由需要进行复杂的标签交换和路由更新处理。

发明内容

本发明提出一种基于光码字标签的光分组组播发送、接收方法及其装置。本发明能方便的创建，改变或取消组播组，并且节点路由不需要进行标签交换和路由更新，降低了节点路由的复杂度。采用新的光码字标签生成方法，提高了光码字的利用效率，降低了系统对光码字总量的要求。

本发明采用如下技术方案：

一种基于光码字标签的光分组交换网络的光分组组播发送方法，其特征在于，

步骤1使用强度调制器，将载荷信号调制到激光器发出的波长为λ_s的激光上，形成载荷光信号；宽带光源发出的宽带光信号通过波分复用器后被分为λ_s支路光信号和λ_n支路光信号，其中λ_s为载荷信号波长段，λ_n为节点光标签编码波长段，

步骤2使用网络光标签编码器对λ_s支路光信号进行时域编码，生成由所有目的节点的网络光标签构成的网络光标签组，使用节点光标签编码器对λ_n支路光信号进行二维时频编码，生成由所有目的节点的节点光标签构成的节点光标签组，

步骤3分别通过第一光纤延时线、第二光纤延时线及第三光纤延时线，使网络光标签、节点光标签及载荷光信号在时域上结合并在光耦合器中耦合，在由网络光标签组及节点光标签组形成光码字标签组的同时，形成由光码字标签组和载荷光信号组成的光分组信号，并进入光分组交换网络传输，

所述光码字标签组采用如下方法形成：

步骤3.1将整个光分组交换网络划分为相互连接的N个虚拟子网络，N为自然数且表示虚拟子网络的数量，为各个虚拟子网络分别配置一个不同的网络光码字α_i，i＝1，2，…，N，形成网络光标签，

步骤3.2为各个虚拟子网络内的各个节点路由配置一个不同的节点光码字β_j，j＝1，2，…，M_N，M_N为自然数且表示第N个虚拟子网络节点数量，形成节点光标签，

步骤3.3对网络光标签α_i和节点光标签β_j在时域上进行结合，得到光码字标签(α_i，β_j)，

步骤3.4按组播组中节点路由的组成信息，生成组播组中所有目的节点路由的光码字标签组，光码字标签组的组成方法如下：

设组播组中的所有目的节点路由的光码字标签为(α_k，β_kl)，k＝1，2，…，S，kl＝1，2，…，R，S为自然数且表示组播组中所有目的节点路由所包含的网络光码字个数，R为自然数且表示组播组中所包含的第k个虚拟子网络的节点光码字个数，

在第一个时隙中，在λ_s波长段上生成网络光标签α₁和λ_n波长段上生成节点光标签β₁，β₂，…，和β_1l，在第二个时隙中，在λ_s波长段上生成网络光标签α₂和λ_n波长段上生成节点光标签β₁，β₂，…，和β_2l，在第S个时隙中，在λ_s波长段上生成网络光标签α_S和λ_n波长段上生成节点光标签β₁，β₂，…，和β_Sl，对所有S个时隙中的网络光标签和节点光标签依次串行排列，组成组播组中所有目的节点路由的光码字标签组。

一种用于基于光码字标签的光分组交换网络的光分组组播发送方法的装置，其特征在于，包括：宽带光源、带有a端口、b端口及c端口的波分复用器、节点光标签编码器、网络光标签编码器、激光器、强度调制器、耦合器、光纤延时线，宽带光源的输出端与波分复用器的a端口相连接，波分复用器的b端口与节点光标签编码器连接，波分复用器的c端口与网络光标签编码器连接，激光器的输出端与强度调制器相连接，节点光标签编码器、网络光标签编码器和强度调制器分别经过光纤延时线接入耦合器。

一种用于基于光码字标签的光分组交换网络的光分组组播接收方法，其特征在于，光分组信号进入分光器的A端口，分成两路光分组信号，C端口输出的光分组信号通过光纤延时线后到达光开关矩阵等待输出，B端口输出的光分组信号经过分组头提取装置将光信号中的分组头提取出来，再通过波分解复用器将光码字标签分解成网络光标签和节点光标签，网络光标签和节点光标签分别进入网络光标签解码器和节点光标签解码器阵列进行一维时域解码和二维时频解码，产生的解码光信号分别送入网络标签处理器和节点标签处理器，根据节点路由的路由转发表，生成相应的控制信号控制光开关矩阵，使C端口输出的光分组信号从相应的端口输出，从而完成光分组信号的接收处理。

一种用于基于光码字标签的光分组交换网络的光分组组播接收的装置，其特征在于，包括：带有作为光分组数据入口的A端口、B端口及C端口的分光器、分组头提取装置、波分复用器、节点光标签解码器阵列、网络光标签解码器、节点标签处理器、网络标签处理器、具有n个输出端口的光开关矩阵和光纤延时线，分光器的B端口与分组头提取装置相连接，分组头提取装置经过波分复用器分别与节点光标签解码器阵列和网络光标签解码器相连接，节点光标签解码器阵列和网络光标签解码器分别通过节点标签处理器和网络标签处理器与光开关矩阵连接，分光器的C端口通过光纤延时线与光开关矩阵相连接。

在成熟的光码字编码方法中，二维编码方法比一维编码方法的容量大。因为子网络的数量有限，即要求的光码字数量较少，所以网络光码字标签通过一维时域编码产生。而子网络内部节点路由的数量较多，即要求的光码字数量较多，所以节点光码字标签通过二维时频编码产生。通过光纤延时线，将两种编码器后的网络光标签和节点光标签耦合在一起形成完整的光码字标签。再将光码字标签添加到载荷信号前面，两者之间有一个保护间隔，组成一个完整的光分组信号。

本发明具有以下优势：

1、本发明具有良好的组播发送能力，只需要在发送端改变光分组中的光码字标签组成，就能够灵活的创建，更改和撤销一个组播组。当组播组发生改变时，各节点路由的路由表均不需要更新，并且不需要改变节点路由的接收结构。

2、本发明中光码字标签确定的标示了目的节点路由的网络号和节点路由号。这样光分组信号在各节点路由中并不需要进行标签的交换，只需要完成分组转发功能即可。光标签的交换和生成都在边缘节点中进行，简化了子网络中节点路由的系统结构。

3在一组光码字标签中的节点光标签是时域重叠组成而非串行排列组成。这样光标签占用的时间更少，从而使得光分组的标签开销更小，获得更高的数据传输效率。

4节点光码字可以在不同子网络内部重复的使用。例如β₁可以作为节点路由1_1的节点光码字，同时也可以作为节点路由N_1的节点光码字，这样既提高了光码字的使用效率，又能够降低了系统对于光码字总量的要求。

附图说明

图1光分组交换网络结构示意图。

图2光分组信号产生原理图。

图3光分组信号接收处理原理图。

图4光分组信号结构示意图。

图5光码字标签组结构示意图。

具体实施方式

一种基于光码字标签的光分组交换网络的光分组组播发送方法，其特征在于，

步骤1使用强度调制器6，将载荷信号调制到激光器5发出的波长为λ_s的激光上，形成载荷光信号；宽带光源1发出的宽带光信号通过波分复用器2后被分为λ_s支路光信号和λ_n支路光信号，其中λ_s为载荷信号波长段，λ_n为节点光标签编码波长段，

步骤2使用网络光标签编码器4对λ_s支路光信号进行时域编码，生成由所有目的节点的网络光标签构成的网络光标签组，使用节点光标签编码器3对λ_n支路光信号进行二维时频编码，生成由所有目的节点的节点光标签构成的节点光标签组，

步骤3分别通过第一光纤延时线8.1、第二光纤延时线8.2及第三光纤延时线8.3，使网络光标签、节点光标签及载荷光信号在时域上结合并在光耦合器7中耦合，在由网络光标签组及节点光标签组形成光码字标签组的同时，形成由光码字标签组和载荷光信号组成的光分组信号，并进入光分组交换网络传输，

所述光码字标签组采用如下方法形成：

步骤3.1将整个光分组交换网络划分为相互连接的N个虚拟子网络，N为自然数且表示虚拟子网络的数量，为各个虚拟子网络分别配置一个不同的网络光码字α_i，i＝1，2，…，N，形成网络光标签，

步骤3.2为各个虚拟子网络内的各个节点路由配置一个不同的节点光码字β_j，j＝1，2，…，M_N，M_N为自然数且表示第N个虚拟子网络节点数量，形成节点光标签，

步骤3.3对网络光标签α_i和节点光标签β_j在时域上进行结合，得到光码字标签(α_i，β_j)，

步骤3.4按组播组中节点路由的组成信息，生成组播组中所有目的节点路由的光码字标签组，光码字标签组的组成方法如下：

设组播组中的所有目的节点路由的光码字标签为(α_k，β_kl)，k＝1，2，…，S，kl＝1，2，…，R，S为自然数且表示组播组中所有目的节点路由所包含的网络光码字个数，R为自然数且表示组播组中所包含的第k个虚拟子网络的节点光码字个数，

在第一个时隙中，在λ_s波长段上生成网络光标签α₁和λ_n波长段上生成节点光标签β₁，β₂，…，和β_1l，在第二个时隙中，在λ_s波长段上生成网络光标签α₂和λ_n波长段上生成节点光标签β₁，β₂，…，和β_2l，在第S个时隙中，在λ_s波长段上生成网络光标签α_S和λ_n波长段上生成节点光标签β₁，β₂，…，和β_Sl，对所有S个时隙中的网络光标签和节点光标签依次串行排列，组成组播组中所有目的节点路由的光码字标签组。

一种用于基于光码字标签的光分组交换网络的光分组组播发送方法的装置，其特征在于，包括：宽带光源1、带有a端口、b端口及c端口的波分复用器2、节点光标签编码器3、网络光标签编码器4、激光器5、强度调制器6、耦合器7、光纤延时线8.1、8.2和8.3，宽带光源3的输出端与波分复用器的a端口相连接，波分复用器的b端口与节点光标签编码器3连接，波分复用器的c端口与网络光标签编码器4连接，激光器5的输出端与强度调制器6相连接，节点光标签编码器3、网络光标签编码器4和强度调制器6分别经过光纤延时线8.1、8.2和8.3接入耦合器7。

一种用于基于光码字标签的光分组交换网络的光分组组播接收方法，其特征在于，光分组信号进入分光器9的A端口，分成两路光分组信号，C端口输出的光分组信号通过光纤延时线17后到达光开关矩阵16等待输出，B端口输出的光分组信号经过分组头提取装置10将光信号中的分组头提取出来，再通过波分解复用器11将光码字标签分解成网络光标签和节点光标签，网络光标签和节点光标签分别进入网络光标签解码器13和节点光标签解码器阵列12进行一维时域解码和二维时频解码，产生的解码光信号分别送入网络标签处理器15和节点标签处理器14，根据节点路由的路由转发表，生成相应的控制信号控制光开关矩阵16，使C端口输出的光分组信号从相应的端口输出，从而完成光分组信号的接收处理。

一种用于基于光码字标签的光分组交换网络的光分组组播接收的装置，其特征在于，包括：带有作为光分组数据入口的A端口、B端口及C端口的分光器9、分组头提取装置10、波分复用器11、节点光标签解码器阵列12、网络光标签解码器13、节点标签处理器14、网络标签处理器15、具有n个输出端口的光开关矩阵16和光纤延时线17，分光器9的B端口与分组头提取装置10相连接，分组头提取装置10经过波分复用器11分别与节点光标签解码器阵列12和网络光标签解码器13相连接，节点光标签解码器阵列12和网络光标签解码器13分别通过节点标签处理器14和网络标签处理器15与光开关矩阵16连接，分光器9的C端口通过光纤延时线17与光开关矩阵16相连接。

图4为光分组信号结构图。光分组信号由载荷信号和光码字标签组成，其中光码字标签是由一维时域网络光码字和二维时频节点光码字两者组成。一维时域光码字的数量有限，但占用的波长资源也较少，用来产生网络光标签，对子网络进行标识。而二维时频光码字的容量较大，而且可以由多个光码字重叠组成，所以用来产生节点路由光标签，用来标识子网络内的节点路由。

本发明具有良好的组播发送能力，能够灵活的创建，更改和撤销一个组播组。

案例说明：

光分组交换网络划分为N个虚拟子网络，结构如图1。假设光分组交换网络由子网络1和子网络2组成。子网络1中包含4个节点路由，子网络2中包含5个节点路由。则用网络光码字α₁标识子网络1，用网络光码字α₂标识子网络2。子网络1中的4个节点路由分别用节点光码字β₁，β₂，β₃和β₄来节点标识，而子网络2中的5个节点路由分别用节点光码字β₁，β₂，β₃，β₄和β₅进行节点标识。

在边缘节点处，现有一个光分组数据要以组播的方式发送给子网络1中的1_1，1_2和1_3三个节点路由，则光标签产生模块会在λ_s波长上生成网络光标签α₁和λ_n波长上生成节点光标签β₁，β₂和β₃。将组合的光码字标签添加在光分组数据前，形成一个完整的光分组进行发送。这个光分组将被子网络1中的1_1，1_2和1_3三个节点路由接收，从而完成光分组的组播发送。

如果要将另一个光分组数据要以组播的方式发送给子网络2中的2_2和2_4，则只需要调整光码字标签产生模块，生成网络光标签α₂和节点光标签β₂和β₄，即可完成该光分组的组播发送。

当要将一个数据同时发往子网络1中的1_1，1_2和子网络2中的2_3，2_4时，将调整光标签产生模块，先产生网络光标签α₁和节点光标签β₁，β₂，在下一个时隙，再产生网络光标签α₂和节点光标签β₃，β₄。这样使得发往两个子网络中的光标签互不影响，且光分组信号能正确到达各个目的节点路由。

Claims (4)

1.一种基于光码字标签的光分组交换网络的光分组组播发送方法，其特征在于，

步骤1使用强度调制器(6)，将载荷信号调制到激光器(5)发出的波长为λ_s的激光上，形成载荷光信号；宽带光源(1)发出的宽带光信号通过波分复用器(2)后被分为λ_s支路光信号和λ_n支路光信号，其中λ_s为载荷信号波长段，λ_n为节点光标签编码波长段，

步骤2使用网络光标签编码器(4)对λ_s支路光信号进行时域编码，生成由所有目的节点的网络光标签构成的网络光标签组，使用节点光标签编码器(3)对λ_n支路光信号进行二维时频编码，生成由所有目的节点的节点光标签构成的节点光标签组，

步骤3分别通过第一光纤延时线(8.1)、第二光纤延时线(8.2)及第三光纤延时线(8.3)，使网络光标签、节点光标签及载荷光信号在时域上结合并在光耦合器(7)中耦合，在由网络光标签组及节点光标签组形成光码字标签组的同时，形成由光码字标签组和载荷光信号组成的光分组信号，并进入光分组交换网络传输，

所述光码字标签组采用如下方法形成：

步骤3.1将整个光分组交换网络划分为相互连接的N个虚拟子网络，N为自然数且表示虚拟子网络的数量，为各个虚拟子网络分别配置一个不同的网络光码字α_i，i＝1，2，…，N，形成网络光标签，

步骤3.2为各个虚拟子网络内的各个节点路由配置一个不同的节点光码字β_j，j＝1，2，…，M_N，M_N为自然数且表示第N个虚拟子网络节点数量，形成节点光标签，

步骤3.3对网络光标签α_i和节点光标签β_j在时域上进行结合，得到光码字标签(α_i，β_j)，

步骤3.4按组播组中节点路由的组成信息，生成组播组中所有目的节点路由的光码字标签组，光码字标签组的组成方法如下：

设组播组中的所有目的节点路由的光码字标签为(α_k，β_kl)，k＝1，2，…，S，kl＝1，2，…，R，S为自然数且表示组播组中所有目的节点路由所包含的网络光码字个数，R为自然数且表示组播组中所包含的第k个虚拟子网络的节点光码字个数，

在第一个时隙中，在λ_s波长段上生成网络光标签α₁和λ_n波长段上生成节点光标签β₁，β₂，…，和β_1l，在第二个时隙中，在λ_s波长段上生成网络光标签α₂和λ_n波长段上生成节点光标签β₁，β₂，…，和β_2l，在第S个时隙中，在λ_s波长段上生成网络光标签α_S和λ_n波长段上生成节点光标签β₁，β₂，…，和β_Sl，对所有S个时隙中的网络光标签和节点光标签依次串行排列，组成组播组中所有目的节点路由的光码字标签组。

2.一种用于实现权利要求1所述基于光码字标签的光分组交换网络的光分组组播发送方法的装置，其特征在于，包括：宽带光源(1)、带有a端口、b端口及c端口的波分复用器(2)、节点光标签编码器(3)、网络光标签编码器(4)、激光器(5)、强度调制器(6)、耦合器(7)、光纤延时线(8.1、8.2和8.3)，宽带光源(3)的输出端与波分复用器的a端口相连接，波分复用器的b端口与节点光标签编码器(3)连接，波分复用器的c端口与网络光标签编码器(4)连接，激光器(5)的输出端与强度调制器(6)相连接，节点光标签编码器(3)、网络光标签编码器(4)和强度调制器(6)分别经过光纤延时线(8.1、8.2和8.3)接入耦合器(7)。

3.一种用于基于光码字标签的光分组交换网络的光分组组播接收方法，其特征在于，光分组信号进入分光器(9)的A端口，分成两路光分组信号，C端口输出的光分组信号通过光纤延时线(17)后到达光开关矩阵(16)等待输出，B端口输出的光分组信号经过分组头提取装置(10)将光信号中的分组头提取出来，再通过波分解复用器(11)将光码字标签分解成网络光标签和节点光标签，网络光标签和节点光标签分别进入网络光标签解码器(13)和节点光标签解码器阵列(12)进行一维时域解码和二维时频解码，产生的解码光信号分别送入网络标签处理器(15)和节点标签处理器(14)，根据节点路由的路由转发表，生成相应的控制信号控制光开关矩阵(16)，使C端口输出的光分组信号从相应的端口输出，从而完成光分组信号的接收处理。

4.一种用于实现权利要求3所述基于光码字标签的光分组交换网络的光分组组播接收的装置，其特征在于，包括：带有作为光分组数据入口的A端口、B端口及C端口的分光器(9)、分组头提取装置(10)、波分复用器(11)、节点光标签解码器阵列(12)、网络光标签解码器(13)、节点标签处理器(14)、网络标签处理器(15)、具有n个输出端口的光开关矩阵(16)和光纤延时线(17)，分光器(9)的B端口与分组头提取装置(10)相连接，分组头提取装置(10)经过波分复用器(11)分别与节点光标签解码器阵列(12)和网络光标签解码器(13)相连接，节点光标签解码器阵列(12)和网络光标签解码器(13)分别通过节点标签处理器(14)和网络标签处理器(15)与光开关矩阵(16)连接，分光器(9)的C端口通过光纤延时线(17)与光开关矩阵(16)相连接。

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