CN103905248A - 软定义弹性光交换网络中节点的资源抽象映射及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光通信领域,尤其涉及一种基于WSS和频隙交换的软定义弹性光交换网络中节点的资源抽象映射及控制方法。所述节点资源抽象映射方法为一种简单方便的资源抽象策略,构建三维矩阵的方法;所述节点资源控制方法为根据路由选择和资源预留后的矩阵更新的方法。所述节点资源抽象映射方法使得网络中的核心控制器可以对各个不同的节点进行资源抽象映射,同时准确及时的控制节点的动作。通过构建三维矩阵,使控制器可以简单而清晰的获得每一个节点的资源状况,并且在发生变化时,根据更新策略,更新矩阵。保证准确的为上层提供每一个节点的动作信息。
Description
技术领域
本发明涉及光通信领域,尤其涉及一种基于WSS和频隙交换的软定义弹性光交换网络中节点的资源抽象映射及控制方法。
背景技术
网络中的核心控制器(Controller)需要为每一个节点进行资源映射,同时在经过路由和资源预留模块后,准确及时的控制节点的动作。
在软定义弹性光交换网络中,每个业务所占的带宽和调制格式是根据业务等级和物理条件所分配的,并不是固定的。该交换节点输入和输出端采用WSS(波长选择开关),可以动态的分配每路信号的所占带宽,实现无栅格、任意粒度的光信号传送,目前阶段WSS间隔至少可以在12.5GHz以下。而且根据WSS的不同,可以将常规波段(C波段,光纤通信常用波段,从1530-1565nm的这一段频带)分成不同的频隙并进行标号,根据业务的需求灵活的进行组合。如在以12.5GHz为粒度的网络中,传送需要带宽为100GHz的业务,那么只需要对其分配8个频隙,并组成一个信道即可,此时此信道对于承载业务的调制格式等参数是透明的;而传送25GHz的业务时,只需要结合两个频隙,当然这些能够合并的频隙是需要连续的。
在此基础上,要完善基于频隙交换的软定义弹性光交换网络,除了要不断建设完善的网络节点功能以外,网络中的核心控制器如何对各个不同的节点进行资源抽象,同时在经过路由和资源预留模块后,准确及时的控制节点的动作,更是成为了刻不容缓的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是为基于频隙交换的软定义光交换网 络提供一种节点资源抽象映射及控制方法。所述节点资源抽象映射方法为一种简单方便的资源抽象策略,构建三维矩阵的方法;所述节点资源控制方法为根据路由选择和资源预留后的矩阵更新的方法,其工作流程如图1所示。所述节点资源抽象映射方法使得网络中的核心控制器可以对各个不同的节点进行资源抽象映射,同时准确及时的控制节点的动作。
通过构建三维矩阵,使控制器可以简单而清晰的获得每一个节点的资源状况,并且在发生变化时,根据更新策略,更新矩阵。保证准确的为上层提供每一个节点的动作信息。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种软定义弹性光交换网络中节点的资源抽象映射及控制方法,所述方法以基于WSS具有共享式信号处理单元的灵活光传送节点为基础;所述方法根据节点处WSS的标准输出端口和扩展输出端口以及交换矩阵的扩展输入端口的信息来构建;所述方法使用节点输入部分、节点输出部分、光交换矩阵、波长转化器和调制复用器;所述节点输入部分由N个1*W的WSS组成,所述WSS包括标准输出端口,其中N为所述节点处输入端口的数量,W为每个WSS具有的标准输出端口数;所述节点输出部分包括光复用器;所述节点分为普通交换节点和较复杂的交换节点;所述普通交换节点由WSS和光复用器组成;所述较复杂的交换节点由WSS、光复用器和共享式光信号处理模块组成;其特征在于,所述方法包括节点资源抽象映射方法和节点资源控制方法两部分;
所述节点资源抽象映射方法包括以下步骤:
(1)检测所述节点的输入端口,将每路输入端WSS的标准输出端口和扩展输出端口依次进行编号,即由11编号至NW共N1项;
若所述节点为普通交换节点,设计“端口-起始频隙号-持续频隙号”的3*(N*W)列矩阵M,核心控制器在对该节点资源初始 化时,三维矩阵M如下:
若所述节点为较复杂的交换节点,对共享结构的交换矩阵的扩展输入端口依次进行编号,即由C1到DM共N2项;信号处理单元除了具有输入部分的N个1*W的WSS和输出部分的光复用器,还包括共享式的k个变频器、M个调制复用器、光延迟线,光组播结构;构建3*(N1+N2)矩阵M,矩阵的第一行由上述编号填充,剩余两行由空白数组填充;三维矩阵M前一部分为节点处交换矩阵的标准端口,后一部分为扩展端口,其结构如下:
上述三维矩阵中,C代表变频器,D代表调制复用器,∞部分代表该端口业务所占用的频隙信息,所述∞为数组形式;
当所述端口存在多个业务时,每个业务所占起始频隙号和持续频隙数用逗号分隔;
所述三维矩阵M的第一行是端口对应的出口地址;
所述三维矩阵M的第二行为数组形式,是所述端口承载所有业务的起始频隙标号;
所述三维矩阵M的第三行为与上述第二行相对应的相同长度的数组形式,是所述端口承载所有业务的持续频隙标号;
(2)构建可输出端口集P,检测该节点的所有输出端口,将所有输出端的光复用器的输入端口依次编号,这组编号是矩阵M在未来进行更新时第一行的所有可填充项;
(3)构建频隙编号的上限SH,检测该节点处所有WSS信息,对所有频隙进行从1开始的编号,将其对频隙的分隔方式和标号进行记 录,并将SH=最大编号,这是矩阵M未来进行更新时第二行的每一个数组项中数据的所有可填充项的上限;
所述节点资源控制方法包括以下步骤:
步骤一:当新业务到达时,在每一个业务通过的节点上,对需求矩阵信息(XY,Z,K)中的每一个元素进行求解;
步骤二:判断节点处是否需要调制复用,如果需要,则生成指向调制复用器的矩阵,即D开头的矩阵元素,填充矩阵M的相应的列,在该调制复用器在矩阵M中所对应的列中生成相应的反馈矩阵;
步骤三:节点处不需要调制复用的时候,判断节点处是否需要变频,如果需要,则在变频次数不大于变频次数上限的时候,生成指向变频器的矩阵,也即C开头的矩阵元素,填充矩阵M的相应的列,在该变频器在矩阵M中所对应的列中生成相应的反馈矩阵;
步骤四:节点处不需要对信号进行处理时,直接求解指向节点输出端口的矩阵,填充矩阵M的相应的列,求解成功的话,向所有参与过程的器件发送动作命令,完成业务在该节点上的传送,求解失败的话,报告核心控制器无法求解出符合要求的需求矩阵,申请重路由或者重资源预留;
步骤五:运行过程中,按照以下规则,根据路由选择与资源预留模块对矩阵M进行更新:
优选的,所述节点资源控制方法中,控制过程存在于整个网络的核心控制器端,各节点不具有自主控制能力。
优选的,一切计算与调度过程均存在控制器中,结束后统一向节点下发控制指令。
优选的,各个节点需要定时与控制器通信,保证控制器资源矩 阵的实时性。
优选的,计算基础需求矩阵的过程需要通过不断地寻找端口和空闲资源来实现,当找到符合条件的资源时,立即跳出寻找过程,更新矩阵信息,发送控制命令。
优选的,当使用信号处理单元时,此基础上增加约束条件,变频器需要保留25GHz以上的保护带宽,调制复用器复用到2F1±F2频隙,同时启动一个变频器挪动原2F1±F2频隙处的信号;所述信号处理单元为能够实现上述功能的设备,不限于所述变频器和调制复用器。
优选的,当启动变频器时,设定一个该业务对变频次数的最大容忍度。
优选的,当大于此变频阈值的业务产生时,需要予以拒绝。
(三)有益效果
本发明的一种软定义弹性光交换网络中节点的资源抽象映射及控制方法,通过构建三维矩阵,以及根据路由选择和资源预留后对矩阵进行更新,使得网络中的核心控制器可以对各个不同的节点进行资源抽象映射,同时准确及时的控制节点的动作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1:本发明提供的一种软定义弹性光交换网络中节点资源控制方法的方框流程图;
图2a:实例网络中一个核心控制器下有4个节点时的网络结构;
图2b:节点B处的实际节点结构简图;
图3a:网络运行第一阶段输入、输出光纤资源占用情况示意图;
图3b:网络运行第二阶段输入、输出光纤资源占用情况示意图;
图3c:网络运行第三阶段输入、输出光纤资源占用情况示意图;
图3d:网络运行第四阶段输入、输出光纤资源占用情况示意图;
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不能用来限制本发明的范围。
本实施例中网络结构为图2a、图2b所示的简单结构,核心控制器统一控制所有节点,图2a中A、B、C、D分别代表节点A、节点B、节点C、节点D,节点B为一入两出的中间节点,节点A和B之间有两根光纤链路,B和C、D之间各有一根光纤链路,在节点B的输入端的WSS为1*5的结构(其中一个端口要下路,剩余4个根据出口方向分配为2标准输出端口和2扩展输出端口),在该节点的共享式光信号处理模块中存在2个共享的变频器和1个调制复用器,如图2b所示。同时该弹性网络中的频隙间隔为12.5GHz,将C波段中从191.325THz到196.125THz可以被分为384个独立的频隙,可以根据业务自由组合来传送业务。
一:当节点B接入网络中,核心控制器对节点B进行初始化,检测到该节点具有两个WSS输入,每个WSS具有2标准输出端口和2扩展输出端口,对其编号为11、12、…、23、24。
二:对共享结构的交换矩阵的扩展输入端口依次进行编号,即C1、C2、D1(C为变频端口,D为调制复用端口)。
三:构建3*11矩阵M,矩阵的第一行由上述编号填充,剩余两行由空白数组填充。
四:构建可输出端口集P,检测到该节点有两个光复用器,每个有5路输入,编号为11、12、…、23、24;同时共享矩阵扩展端口编 号为C1、C2、D11、D12。
此为矩阵第一行的可填充集:
P=(11,12,13,14,21,22,23,24,C1,C2,D1)
五:检测该节点WSS间隔为12.5GHz,共具有384个频隙,编号为1-384,记录每个标号所对应的频段,并使SH=384,此为矩阵第二行每个数组中元素的范围上限。
经过一段时间的网络运行,按规则更新矩阵,假设变为:
此时变频器C1已经被占用,对从输入WSS1中占用频隙标号为201开始,宽度25GHz的业务进行了变换,变至频隙标号为251的频段从输出光复用器2输出,变频器C2和调制复用器D1闲置,此时输入光纤占用资源、输出光纤占用资源情况如图3a所示。
当A端产生至C端需求带宽为25GHz的业务时,B-C端存在带宽为25GHz的频隙,标号201-202,但是A-B的传送端均不存在201-202的空闲频隙,此时选择在节点B进行频隙变换。选择从输入WSS2的251-252频隙变频到201-202于输出光复用器1出,此时输入光纤占用资源、输出光纤占用资源情况如图3b所示。按照算法求解需求矩阵并填充M,矩阵变化为:
某时刻系统矩阵变化如图:
此时输入光纤占用资源、输出光纤占用资源情况如图3c所示。
继续产生A-C端的带宽为25GHz的业务,调制格式为QPSK。此时B节点出输出光复用器1、即通往C方向的频隙资源已经满负荷。如果此业务优先度很高,必须及时上路。那么在节点B处安排调制复用,选择同出口,同带宽,同调制格式的业务。由输入WSS2中的标号为253-254的频隙上路,安排与输入WSS1端的频隙为261-262,同样为由输出光复用器1输出的QPSK的信号复用为16QAM,进行传送。根据f=2f1-f2,变频后的频隙应该在269-270。
那么原来位于269-270的信号必须通过被复用的信号频隙261-262进行传送。按照算法求解需求矩阵并填充M,矩阵变化为:
此时输入光纤占用资源、输出光纤占用资源情况如图3d所示。
以上实施方式仅用于说明本发明,而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种软定义弹性光交换网络中节点的资源抽象映射及控制方法,所述方法以基于WSS具有共享式信号处理单元的灵活光传送节点为基础;所述方法根据节点处WSS的标准输出端口和扩展输出端口以及交换矩阵的扩展输入端口的信息来构建;所述方法使用节点输入部分、节点输出部分、光交换矩阵、波长转化器和调制复用器;所述节点输入部分由N个1*W的WSS组成,所述WSS包括标准输出端口,其中N为所述节点处输入端口的数量,W为每个WSS具有的标准输出端口数;所述节点输出部分包括光复用器;所述节点分为普通交换节点和较复杂的交换节点;所述普通交换节点由WSS和光复用器组成;所述较复杂的交换节点由WSS、光复用器和共享式光信号处理模块组成;其特征在于,所述方法包括节点资源抽象映射方法和节点资源控制方法两部分;
所述节点资源抽象映射方法包括以下步骤:
(1)检测所述节点的输入端口,将每路输入端WSS的标准输出端口和扩展输出端口依次进行编号,即由11编号至NW共N1项;
若所述节点为普通交换节点,设计“端口-起始频隙号-持续频隙号”的3*(N*W)列矩阵M,核心控制器在对该节点资源初始化时,三维矩阵M如下:
若所述节点为较复杂的交换节点,对共享结构的交换矩阵的扩展输入端口依次进行编号,即由C1到DM共N2项;信号处理单元除了具有输入部分的N个1*W的WSS和输出部分的光复用器,还包括共享式的k个变频器、M个调制复用器、光延迟线,光组播结构;构建3*(N1+N2)矩阵M,矩阵的第一行由上述编号填充,剩余两行由空白数组填充;三维矩阵M前一部分为节点处交换矩阵的标准端口,后一部分为扩展端口,其结构如下:
上述三维矩阵中,C代表变频器,D代表调制复用器,∞部分代表该端口业务所占用的频隙信息,所述∞为数组形式;
当所述端口存在多个业务时,每个业务所占起始频隙号和持续频隙数用逗号分隔;
所述三维矩阵M的第一行是端口对应的出口地址;
所述三维矩阵M的第二行为数组形式,是所述端口承载所有业务的起始频隙标号;
所述三维矩阵M的第三行为与上述第二行相对应的相同长度的数组形式,是所述端口承载所有业务的持续频隙标号;
(2)构建可输出端口集P,检测该节点的所有输出端口,将所有输出端的光复用器的输入端口依次编号,这组编号是矩阵M在未来进行更新时第一行的所有可填充项;
(3)构建频隙编号的上限SH,检测该节点处所有WSS信息,对所有频隙进行从1开始的编号,将其对频隙的分隔方式和标号进行记录,并将SH=最大编号,这是矩阵M未来进行更新时第二行的每一个数组项中数据的所有可填充项的上限;
所述节点资源控制方法包括以下步骤:
步骤一:当新业务到达时,在每一个业务通过的节点上,对需求矩阵信息(XY,Z,K)中的每一个元素进行求解;
步骤二:判断节点处是否需要调制复用,如果需要,则生成指向调制复用器的矩阵,即D开头的矩阵元素,填充矩阵M的相应的列,在该调制复用器在矩阵M中所对应的列中生成相应的反馈矩阵;
步骤三:节点处不需要调制复用的时候,判断节点处是否需要变频,如果需要,则在变频次数不大于变频次数上限的时候,生成指向变频器的矩阵,也即C开头的矩阵元素,填充矩阵M的相应的列,在该变频器在矩阵M中所对应的列中生成相应的反馈矩阵;
步骤四:节点处不需要对信号进行处理时,直接求解指向节点输出端口的矩阵,填充矩阵M的相应的列,求解成功的话,向所有参与过程的器件发送动作命令,完成业务在该节点上的传送,求解失败的话,报告核心控制器无法求解出符合要求的需求矩阵,申请重路由或者重资源预留;
步骤五:运行过程中,按照以下规则,根据路由选择与资源预留模块对矩阵M进行更新:
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述节点资源控制方法中,控制过程存在于整个网络的核心控制器端,各节点不具有自主控制能力。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,一切计算与调度过程均存在控制器中,结束后统一向节点下发控制指令。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,各个节点需要定时与控制器通信,保证控制器资源矩阵的实时性。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,计算基础需求矩阵的过程需要通过不断地寻找端口和空闲资源来实现,当找到符合条件的资源时,立即跳出寻找过程,更新矩阵信息,发送控制命令。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,当使用信号处理单元时,此基础上增加约束条件,变频器需要保留25GHz以上的保护带宽,调制复用器复用到2F1±F2频隙,同时启动一个变频器挪动原2F1±F2频隙处的信号;所述信号处理单元为能够实现上述功能的设备,不限于所述变频器和调制复用器。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,当启动变频器时,设定一个该业务对变频次数的最大容忍度。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,当大于此变频阈值的业务产生时,需要予以拒绝。
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