CN104704759A - 基于波分复用(wdm)的光网络的传送功能虚拟化 - Google Patents

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Abstract

一种用于虚拟化光网络的方法，包括：抽象对应于所述光网络内的资源的光资源信息，为一个或多个光可达图(ORG)节点对构造多个候选路径，确定所述候选路径是否是光可达路径，以及当所述ORG节点对存在至少一个光可达路径时，在各个ORG节点对之间创建ORG链路，其中链接所述ORG节点对创造了ORG。在另一项实施例中，计算机程序产品包括可执行指令，当处理器执行所述指令时使得节点执行如下操作：确定光网络的光电光(OEO)转换能力，将多个服务站点划分为一个或多个电可达图(ERG)节点，确定各个ERG节点的疏导能力，以及在所述ERG节点之间构造多个电层到达路径以形成ERG。

Description

基于波分复用(WDM)的光网络的传送功能虚拟化
相关申请案的交叉参考
本发明要求2012年10月8日由魏威等人递交的发明名称为“用于传送网络虚拟化的系统和方法”的第61/711011号美国临时专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引用的方式并入本文本中，如全文再现一般。
关于由联邦政府赞助
研究或开发的声明
不适用。
参考缩微胶片附录
不适用。
背景技术
随着互联网业务继续急剧增长，现今的通信和数据网络面临着支持和管理大量互联网数据的许多挑战。具体而言，现代光网络一直面临以下需求：增加单波长的带宽，实现灵活的连接请求，以及为网络虚拟化等新应用提供实时支持。改进现代光网络的一个方法已经是创建软件定义认知光网络(CON)的光相干通信技术中的进步。CON可通过使用智能软件(例如光传送平面中的数字信号处理(DSP)软件和光控制平面中的通用多协议标记交换(GMPLS))和灵活的硬件(例如带宽可变的动态光分插复用(ROADM)和光正交频分复用器(OOFDM))支持对硬件传输逻辑和新网络应用(例如自适应带宽服务)进行重编程。
此外，随着如云计算等数据中心应用的浪涌和服务提供商在减少资本支出(CAPEX)和运营支出(OPEX)方面的压力，电信行业的趋势已经是将分组传送平台与光传送平台集成起来。将传送平台与光传送平台集成的一些示例包括光以太网承载传送网(OTN)、波分复用(WDM)上的互联网协议(IP)以及GMPLS统一控制平面技术。然而，将传送平台与光传送平台集成产生了复杂的网络，这些复杂网络经常难以管理、不灵活且可能无法扩展服务。例如，管理分组-光传送网络可能涉及使用高度自适应的服务提供。传送功能可能不仅需要提供一对源和目的地节点之间的按需分配带宽(BoD)以有效率地适应动态分组流，而且需要在一组节点间提供具有最小延迟和不同带宽粒度的可靠电路以形成应用专用虚拟网络(例如虚拟网络服务)。
管理集成分组-光传送网络的最新举措已经成为对软件定义网络(SDN)、路径计算单元(PCE)协议和开流(OF)协议的开发。从根本上说，SDN解耦网络内的控制和转发平面，并使用集中控制器来管理控制平面功能。通过虚拟化层2(L2)和层3(L3)数据中心网络，SDN和OF的组合可产生高度扩展性的以太网交换网络。SDN虚拟化还可通过共享IP/媒体接入控制(MAC)地址来虚拟化L2/L3/层4(L4)交换机、路由器和防火墙，并增加多种高层客户端之间的转发带宽。然而，现有的L2和L3虚拟化方法不能保证多种电路服务的确定性延迟、抖动和弹性，因为L2和L3交换机本质上具有相对较差的带宽隔离能力。此外，当前的SDN发展聚焦于分组网络的虚拟化，并不提供WDM传送网络的虚拟化。
发明内容
在一项实施例中，本发明包括一种用于虚拟化光网络中的传送功能的方法，包括：抽象对应于所述光网络内的资源的光资源信息，为一个或多个光可达图(ORG)节点对构造多个候选路径，确定所述候选路径是否是光可达路径，以及当所述ORG节点对存在至少一个光可达路径时，在各个ORG节点对之间创建ORG链路，其中链接所述ORG节点对创造了ORG。
在另一项实施例中，本发明包括一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储于非瞬时介质中的计算机可执行指令，当处理器执行所述指令时使得节点执行如下操作：确定光物理网络的光电光(OEO)转换能力，将多个服务站点划分为一个或多个电可达图(ERG)节点，确定各个ERG节点的疏导能力，以及在所述ERG节点之间构造多个电层到达路径以形成ERG。
在又一项实施例中，本发明包括一种用于虚拟化光网络的装置，包括含有ORG模块和ERG模块的存储器以及耦合到所述存储器的处理器，其中所述处理器执行所述ORG模块使得所述装置执行以下操作：维护所述光网络的光传输工程规则，维护所述光网络的共享风险链路组(SRLG)，使用所述光传输工程规则和所述SRLG确定多个光可达路径，以及通过经由所述光可达路径互连多个ORG节点来构造ORG，其中所述处理器执行所述ERG模块使得所述装置执行如下操作：将所述ORG节点划分为执行疏导功能的多个ERG节点，确定所述ERG节点的多个电层可达路径，以及通过使用所述电层可达路径互连所述ERG节点从而在所述ORG上构造ERG。
结合附图和权利要求书，可从以下的详细描述中更清楚地理解这些和其它特征。
附图说明
为了更完整地理解本发明，现在参考以下结合附图和详细描述进行的简要描述，其中相同参考标号表示相同部分。
图1是包括两个域和一个外部实体的系统的实施例的示意图，本发明的实施例可在该系统中操作。
图2是包括双层虚拟化传送网络层的传送网络的实施例的示意图。
图3是集中控制器的实施例的示意图，该集中控制器管理跨越光和电层的网络拓扑抽象。
图4是ORG数据模型的实施例的示意图。
图5是ERG数据模型的实施例的示意图。
图6是用于执行疏导功能的ERG节点的实施例的示意图。
图7是光复用段(OMS)链路的实施例的示意图。
图8是在ERG上提供虚拟传输网(VTN)服务的实施例的示意图。
图9是使用ORG放置额外再生器的实施例的示意图。
图10是用于构造ORG的方法的实施例的流程图。
图11是用于构造ERG的方法的实施例的流程图。
图12是网元的实施例的示意图。
具体实施方式
最初应理解，尽管下文提供一个或多个实施例的说明性实施方案，但可使用任意数目的当前已知或现有的技术来实施所公开的系统、装置和/或方法。本发明决不应限于下文所说明的所述说明性实施方案、图式和技术，包含本文所说明并描述的示范性设计和实施方案，而是可以在所附权利要求书的范围以及其均等物的完整范围内修改。虽然已经论述了传统技术的某些方面以帮助理解本发明，但是申请人没有办法否认这些技术方面，并且预计本发明可包含一个或多个本文所述的传统技术方面。
与现有的L2/L3虚拟化相比，基于WDM的光网络的虚拟化可支持传送功能，传送功能保证了具有不同性能程度的带宽划分和隔离能力。传送功能虚拟化可能能够感知物理光纤网络传输性能并相应地重配置基于WDM的光网络(例如流量工程)。例如，基于WDM的光网络中的软件定义光转发器被设计为以灵活的方式操作。当各个光路径的光信噪比(OSNR)限度相对较小时，软件定义光转发器可减少光再生器(例如重定时、重传输、重整形(3R)再生器)的数量。相反，当各个光路径的OSNR限度相对较大时，转发器可提高传输吞吐量。
本文揭示了虚拟化光网络的至少一种方法、装置和系统。可通过将物理WDM光基板层(例如物理光纤网络)内的各种光和电资源抽象为两种类型的资源数据库中来创建双层网络虚拟化层。第一资源数据库产生ORG，该ORG抽象光传输能力以形成传输-能力-连接拓扑。在一项实施例中，传输-能力-拓扑可对路由和波长分配(RWA)算法隐藏光损伤和波长连续性约束，从而阻止波长级服务提供和恢复分析详细的物理光纤传输属性。第二资源数据库可产生ERG，该ERG使用从ORG中获取的光可达路径建立电光信道逻辑拓扑。在一项实施例中，ERG可隐藏电约束，例如不同子机架和再生器之间的电背板。开放的应用软件编程接口(API)可用于通过北向接口进行通信以及提供带宽池信息给高层控制器(例如客户端接口)。
图1是传送网络100的实施例的示意图，本发明的实施例可在传送网络100中操作。传送网络100可包括物理WDM光基板层104和虚拟化传送网络106。物理WDM光基板层104可包括一个或多个物理传送网络102。如图1所述，物理WDM光基板层104可包括三个不同的物理传送网络102。物理传送网络102可以是WDM网络、基于OTN的传送网络和/或用于传送光数据的任意其它类型的光物理网络。物理传送网络102可包括光节点112，光节点112可以是传统WDM光设备和/或可编程的光设备。光节点112可以是层0(L0)/层1(L1)光和/或光电网络设备，例如ROADM和OTN交换机。在一项实施例中，光节点112可由一个或多个供应商制造。此外，光节点112可在多种参数中进行编程，这些参数包括但不限于波长(例如可调激光器和/或滤波器)、波段(例如灵活网格)、调制格式、前向纠错(FEC)方案以及电路带宽。光节点112可由一个或多个供应商制造并可用于支持一个或多个域配置。物理WDM光基板层104也可用于支持一个或多个虚拟化传送网络106。
虚拟化传送网络106可建立在物理WDM光基板层104之上，并可将物理WDM光基板层104转换为带宽池。虚拟化传送网络106还可用于提供各种传送功能，例如虚拟专用网(VPN)。虚拟化传送网络106可通过抽象各个物理传送网络102中的各种光和电资源、约束和/或网络控制和管理策略来虚拟化物理WDM光基板层104。虚拟化传送网络106可包括形成拓扑的虚拟化节点110，该拓扑不同于物理WDM光基板层104的拓扑。虚拟化节点110可以是疏导交换机、OTN交换机和/或在两个服务站点之间传送数据的任意其它网络组件。虚拟化传送网络106可使用开放的API来提供集中控制器和一个或多个VTN应用108之间的通信。VTN应用108可以是多种网络应用，例如自适应带宽服务、安全云服务以及可由客户端、服务提供商和/或其它网络运营商实行的自服务。
图2是传送网络200的实施例的示意图，传送网络200具有双层虚拟化传送网络层203。具体而言，传送网络200可包括物理WDM光基板层202和双层虚拟化传送网络层203。在传送网络200中，物理WDM光基板层202可包括基于WDM的光网络，该光网络包括位于两个不同的域内的光节点208和光放大器节点210。光节点208(例如ROADM)和光放大器节点210可基本类似于图1中论述的光节点112。具体而言，光放大器节点210可用于放大在物理WDM光基板层202中传输的光信号。光节点208可用于交叉连接在物理WDM光基板层202中传输的光信号。
双层虚拟化传送网络层203可具有双层框架，该双层框架包括ORG虚拟化层204和ERG虚拟化层206。双层虚拟化传送网络层203可隐藏在物理WDM光基板层202中发现的光约束、电约束和/或带宽重配置/迁移操作。具体而言，ORG虚拟化层204可隐藏物理光纤拓扑和特定光层约束，例如WDM传输损伤和波长连续性约束。此外，ORG虚拟化层204可将光损伤和波长约束从RWA算法解耦并使用各种WDM工程规则生成光传输能力。因此，ORG虚拟化层204可生成一致的端到端ORG抽象，当物理WDM光基板层202支持不同传输工程规则时，该端到端ORG抽象可能有用。例如，物理WDM光基板层202可以是载波网络，该载波网络包括来自不同供应商并且位于不同域中的光节点208。
在图2中，ORG虚拟化层204可从物理WDM光基板层202中抽象光资源信息以形成ORG。ORG包括通过光可达路径214互连的ORG节点212。ORG节点212之间的光路径可基于多种传输工程规则评估，传输工程规则包括但不限于光纤特性、光放大器、色散补偿模块、WDM工程规则以及不同的ROADM结构。满足任意两个ORG节点212之间的传输工程规则(例如，接收方侧OSNR应大于背对背OSNR需求)的光路径可归类为光可达路径214。
除了传输工程规则，在确定光可达路径214时还可考虑其它约束，例如SRLG、波长连续性以及网络控制和管理策略。图2中所示的光可达路径214可表示任意两个不在光路径中包含再生器的ORG节点212之间的光路径。因此，当形成ORG虚拟化层204时，通常不考虑OEO转换特性。ORG节点212可以是服务站点和/或能够通过光可达路径214传送光数据到另一ORG节点212的其它类型的网元。ORG节点212可通过基于光节点208(例如ROADM)抽象物理WDM光基板层202中的各种光资源信息来创建。ORG节点212可表示具有各种传送功能的抽象的光服务站点，传送功能包括但不限于波长复用/解复用功能、交叉连接功能以及长途传输功能。
ERG虚拟化层206可将电层约束从带宽资源管理算法解耦。图2示出了ERG虚拟化层206可建立在ORG虚拟化层204之上。ERG虚拟化层206可将ORG节点212(例如服务站点)划分为一个或多个ERG节点218(例如无阻塞疏导交换机)，并抽象疏导和OEO转换能力以形成ERG。如图2所示，ERG虚拟化层206将ORG节点212划分为ERG节点218、光交换机220和再生器222。ERG节点218可以是疏导交换机、OTN交换机和/或用于促进两个服务站点之间的通信的任意其它网络部件(例如线卡)。ERG节点218将在图6中详细论述。再生器222可以是执行OEO转换的任意设备，例如3R再生器。光交换机220可用作ROADM和/或发送并接收光数据的任意其它类型的光设备。
ERG节点218可通过ERG虚拟链路216互连。ERG虚拟链路216可表示ERG节点218之间的可达路径，包括现有光信道(OCH)(例如传送数据和点亮OCH)和潜在OCH。潜在OCH可以是非传送数据的OCH(例如非点亮OCH)，其可利用现有再生器和网络内的线卡/转发器。与光可达路径214相比，ERG虚拟链路216可以是具有电光路径中的再生器222(例如OEO转换)的可达电光路径。ERG虚拟链路216还可包括不具备再生器222的可达电光路径。在一项实施例中，ERG虚拟化层206可具有全网状拓扑，使得ERG虚拟化层206可提供ERG节点218之间的任意服务连接，该服务连接是电域中潜在的单跳，从而提高服务质量(QoS)保证。在另一项实施例中，如果物理WDM光基板层202中没有配置再生器222，那么ERG虚拟化层206可具有与ORG相同的拓扑。ERG虚拟链路216将在图7中详细论述。
双层虚拟化传送网络层203可为光网络设计、控制和管理提供若干益处。光层和电层资源(例如波长、3R池和转发器组)的虚拟化可表示为分层图模型，分层图模型逻辑上分离光和电层功能并支持分组、OTN和物理WDM传送技术之间的传送功能虚拟化。新服务和软件算法(例如新支持特征)无需依赖于特定的物理光基板(例如，无需绑定到特定光网络硬件和拓扑)就可以部署。因此，服务提供商可获得光可编程性、自动化以及网络控制以建立高可扩展性和灵活的虚拟网络。此外，双层虚拟化传送网络层203可简化网络控制和管理过程，网络控制和管理过程提供供应商多样性光网络环境中的灵活的带宽服务提供和可扩展的虚拟传送网络解决方案。
双层虚拟化传送网络层203可由集中控制器(例如PCE控制器和/或基于OF的软件控制器)管理。集中控制器可包括两个不同的中间件模块以转换和映射跨越拓扑层的虚拟化。ORG中间件模块可主要聚焦于产生ORG虚拟化层204的ORG。ORG中间件模块可通过将物理WDM光基板层202转换为传输能力感知式逻辑拓扑来形成ORG虚拟化层204。为了创建传输能力感知式逻辑拓扑，集中控制器可为光节点208和光放大器节点210抽象资源信息(例如物理WDM传输资源)，并从网络级角度确定(例如测量)光硬件传输限制，例如光功率、OSNR、色散和非线性传输效应。ORG中间件模块还可将ORG虚拟化层204从一个或多个光约束(例如传输损伤和波长连续性约束)解耦。SRLG和波长使用信息也可保存在ORG中间件模块内以阻止RWA算法与供应商特定的物理光纤数据结构交互。
集中控制器内的ERG中间件模块可通过提取执行OEO转换的再生器222的网络能力以及虚拟节点(例如OTN交换机/以太网交换机)的疏导功能能力来形成ERG虚拟化层206，从而形成电光信道逻辑拓扑。ERG虚拟化层206可以是虚拟化光网络视图，该虚拟化光网络视图示出了在物理WDM光基板层202中管理的交叉连接和波长。根据再生器222(例如3R再生器)的配置和ORG，ERG虚拟化层206无需中间ERG节点218就可以确定两个ERG节点218(例如疏导节点)是否可达。例如，如果再生器222已经沿着两个ERG节点218之间的最短路径配置，那么这两个ERG节点218无需中间疏导功能就可达。ERG中间件模块还可将ORG节点212(例如服务站点)划分为多个ERG节点218，从而允许服务提供商评估任意ERG节点218之间的电可达性。当将电疏导容量作为节点约束处理时，划分ORG节点212可用于设计具有内嵌映射算法的更高效的虚拟网络。对于ORG和ERG，节点之间的路径可通过不同策略(例如可达路径的总数量或OEO横波的总数量)加权，并且可编程以满足各种载波偏好。集中控制节点将在下文中详细论述。
图3是集中控制器300的实施例的示意图，集中控制器300管理跨越光和电层的传送网络功能虚拟化。集中控制器300可以是PCE、基于OF的软件控制器、服务器、网络管理系统和/或用于管理控制平面的任意其它逻辑上/物理上集中的节点(例如SDN控制器)。集中控制器300可产生ORG和ERG，ORG和ERG都可隐藏底层物理WDM光基板层(例如物理传送网络)并解耦独立于特定供应商设备和特定应用的光传送网络。因此，各种带宽应用(例如连接传送)可在光传送网络的抽象上操作，并在不与物理实施方式的细节关联的情况下利用传送服务和光传输能力。如图3所示，集中式控制器300还可通过接口(例如南向接口)连接一个或多个光传送硬件节点，这基本上类似于与图1中的光节点112。
集中控制器300可包括ORG中间件模块302和ERG中间件模块304。ORG中间件模块302可用于进行光传输抽象，并且可包括ORG模块306、传输工程规则模块308和SRLG管理模块310。传输工程规则模块308可用于存储和/或维护一组传输工程规则，包括WDM工程规则、来自光设备的不同约束(例如ROADM结构)和设备参数(例如不同类型的转发器的参数)。此外，传输工程规则模块308可存储和/或维护物理WDM光基板层的不同域管理策略和网络控制策略。SRLG管理模块310可存储和维护SRLG，并可使用SRLG进行路径优化。SRLG管理模块310可用于SRLG关联管理以确定不同的路由路径。SRLG指物理WDM光基板层中的链路在何处共享公共光纤和/或公共物理属性。如果一个链路失败了，该组中的其它链路也可能失败。因此，SRLG组中的链路可能共担风险。
ORG模块306可计算一些或所有可达光路径，这些可达光路径中没有任何再生器和/或其它OEO转换节点。ORG模块306可使用多种路径计算算法(例如K-最短路径(KSP)算法和/或深度优先搜索(DFS)算法)来计算各个节点的可达光路径。随后，ORG模块306可使用现有技术中公知的光纤传播模拟或实验方法验证各个可达光路径的传输质量(QoT)。ORG模块306还可在考虑对现有可达光路径的共传影响时验证QoT。ORG模块306可构造ORG图，该ORG图描绘了所有节点对之间的连接图。ORG图中的各个ORG节点可根据RWA算法与表示潜在光路径指示的一个或多个物理光纤路由相关联。
ERG中间件模块304可用于提供VTN控制和管理，并可将物理传送资源划分为多个VTN。ERG中间件模块304可包括ERG模块312、转发器再生器池模块314、路径计算模块316、RWA和业务疏导模块318、VTN拓扑迁移模块320以及VTN提供和重配置模块322。ERG模块312可用于设计和/或重新设计虚拟电拓扑，设计和/或重新设计虚拟电拓扑基于从虚拟机(VM)、IP路由器、基于多协议标记交换(MPLS)的传输子集(TP)/以太网/OTN交换机以及在电域中操作的其它类型的网络节点中聚合和/或疏导的业务进行。ERG模块312可产生一组光通道传送单元(OTUk)和/或ERG内的各个虚拟ORG节点对(例如，一对电疏导交换机)之间的OCH。在一项实施例中，ERG可具有ERG节点，ERG节点指示两个ERG节点是否是电层可达的以及无需中间疏导是否可穿过具有可用光通道数据单元k(ODUk)资源的ERG虚拟链路。
转发器和再生器池模块314可负责可能影响ERG的转发器/OEO资源尺寸标注、共享和迁移(例如集中化)。路径计算模块316、RWA和业务疏导模块318、VTN拓扑迁移模块320以及VTN提供和重配置模块322可用于优化业务工程和网络工程问题的网络性能。具体而言，路径计算模块316可用于通过来自ORG的现有光路径和/或在ERG中创建的额外路径来优化路由业务流。VTN提供和重配置模块322可用于例如在断纤和业务变化等情况下触发和执行虚拟电拓扑的重配置过程。RWA和业务疏导模块318可用于将波长、再生器和疏导资源等网络资源分配给各种VTN。VTN拓扑迁移模块320可用于通过一个或多个迁移机制重新排列现有OCH带宽资源以优化网络资源的使用。
图3还示出了VTN服务开放API324可用于与VTN应用、客户端接口和/或其它高层控制器进行通信。VTN服务开放API324可向高层控制器提供灵活的方法用于为按需资源分配、自服务和安全云服务控制高层控制器自身的虚拟网络划分。因此，通过VTN服务开放API324进行的通信的促进可增加传送网络控制和管理可扩展性和服务敏捷性。表1提供了可用于节点映射、链路映射、VTN提供、ORG更新和ERG更新的开放API定义。
表1
图4是ORG数据模型400的实施例的示意图。ORG数据模型400可以是表示ORG拓扑的图、表格、列表和/或向量。在一项实施例中，ORG数据模型400可以在用于快速信息检索的链表数据结构中。对于具有100个ROADM节点和1000个OMS链路的传送网络，用于存储ORG的存储容量可为约三兆字节或更少。图4示出了ORG数据模型400可排列为表格，该表格包括第一行(例如最上面的行)和第一列(例如最左边的列)。第一行(例如1-6)和第一列(例如1-6)可表示ORG节点标识符(ID)402a和402b(例如ROADM ID)。例如，第一行中的数字“1”可表示具有ORG节点ID 402a“1”的ORG节点，而第一行中的数字“2”可表示具有ORG节点ID 402a“2”的ORG节点。图4还示出了第一列包括数字“1”，数字“1”还可标识ORG节点ID 402b“1”。
ORG数量404表示各个ORG节点对之间的OMS物理路由的数量。以图4为例，具有ORG节点ID 402a 6和ORG节点ID 402b 1的ORG节点之间存在四个不同的OMS物理路由。具有值0的ORG数量404指示ORG节点ID402a和402b所标识的ORG节点之间没有光可达路径。具有值1或更大值的ORG数量404指示ORG节点ID 402a和402b所标识的ORG节点之间存在至少一个光可达路径。
OMS物理路由表406可指示ORG节点ID 402a和402b所标识的两个ORG节点之间的OMS路由。OMS物理路由表406包括指示OMS物理路由ID的第一列405(例如，OMS物理路由表406的最左侧)。OMS物理路由表406中其余的列可指示用于形成OMS物理路由的OMS链路ID 408。例如，第一列405包含数字1至4。数字“1”表示OMS物理路由ID，同一行中后面的数字表示用于形成ORG节点ID 402a 6和ORG节点ID 402b 1之间的OMS物理路由“1”的OMS链路ID 408。如图4所示，OMS物理路由“1”使用OMS链路ID 408“1”和OMS链路ID 408“2”所标识的OMS链路来构造。OMS物理路由“2”使用OMS链路ID 408“5”、OMS链路ID 408“3”和OMS链路ID 408“2”所标识的OMS链路来构造。
OMS属性可按OMS链路ID 408索引并可包含光传输参数410、光传送段(OTS)/光纤跨度412、传输延迟414、波长列表416、管理权重418、SRLG列表420以及携带的OCH列表422。光传输参数410可表示OMS链路的物理光纤传输属性，例如偏振模色散(PMD)、色度色散(CD)和OSNR，长度可为约80字节。OTS/光纤跨度412可表示OMS链路中不同类型的光媒体和光纤，长度可为约200字节。传输延迟414可表示OMS链路的延迟或时间延时，长度可为约4字节。波长列表416可表示用于传送光信号的一组波长，长度可为约320字节。管理权重418可表示与OMS链路关联的权重和/或成本，可由网络提供商指定，并且长度可为约4字节。SRLG列表420可表示OMS链路中的SRLG，长度可为约60字节。携带的OCH列表422可表示当前使用该OMS链路携带业务的OCH，长度可为约320字节。
图5是ERG数据模型500的实施例的示意图。ERG数据模型500可由网络运营商(例如运营商)手动创建和/或由中央控制器节点基于ORG和OEO转换以及从物理WDM光基板层抽象的疏导能力信息自动创建。与图4中论述的ORG数据模型400类似，ERG数据模型500可以是表示ORG拓扑的图、表格、列表和/或向量。在一项实施例中，ERG数据模型500将网络资源(例如波长、OMS链路、转发器、再生器、线卡、OCH和ODUk)组织起来，这些资源被组织在高可扩展性的链表中用于快速信息检索。因此，ERG数据模型500可用于形成电光信道带宽管图(例如带宽云)。
图5示出了ERG数据模型500可排列为表格，该表格包括第一行(例如最上面的行)和第一列(例如最左边的列)。第一行(例如1-6)和第一列(例如1-6)可表示ERG节点ID 502a和502b(例如疏导交换机ID)。例如，第一行中的数字“1”可表示具有ERG节点ID 502a 1的ERG节点，而第一行中的数字“2”可表示具有ERG节点ID 502a 2的ERG节点。图5还示出了第一列包括数字“3”，数字“3”还可标识ERG节点ID 502b 3。
ERG数量504可表示各个ERG节点对之间的电层可达路由的数量。以图5为例，具有ERG节点ID 502a 6和ERG节点ID 502b 1的ERG节点之间存在四个电层可达路由。具有值0的ERG数量504指示ERG节点ID 502a和502b所标识的ERG节点之间没有电可达路径。具有值1或更大值的ERG数量504指示ERG节点ID 502a和502b所标识的ERG节点之间存在至少一个电可达路径。
各个电层可达路由可包括多个资源属性，包含OCH类型506、传送延迟508、传送成本510、约束512、SRLG514和OCH/OTUk路由516。OCH类型506可表示数据速率规格，例如10千兆比特(G)、40G和100G。传送延迟508可表示OCH/OTUk路由516的延迟或时间延迟的路由标准。成本510可表示与OCH/OTUk路由516关联的权重和/或成本的路由标准，其可由网络提供商指定。约束512可表示映射/交换限制以及与OCH/OTUk路由516关联的其它设备约束。SRLG514可表示OMS链路中的SRLG。OCH/OTUk路由516可表示在两个ERG节点之间有额外再生器的OMS路由。OCH/OTUk路由516可包括波ID518、OMS链路ID520和再生器ID522。波ID518可标识OCH/OTUk路由516使用的波长。链路ID520可标识OCH/OTUk路由516中的OMS链路。再生器ID522可标识OCH/OTUk路由516中的再生器。
图6是用于执行疏导功能的ERG节点600的实施例的示意图。ERG节点600可表示为普通交换机模型，其包括OTN交换机、同步光纤网(SONET)/同步数字体系(SDH)交换机、以太网交换机、MPLS-TP交换机和/或任意其它类型的传送交换机。在一项实施例中，如果输入接口和输出接口都可自由传送数据，ERG节点600可以是将输入接口(例如输入端口)转换或交叉连接到输出接口(例如输出端口)的无阻塞传送交换机。在一项实施例中，当输入接口和输出接口中的至少一个不是自由传送数据时，ERG节点600可以是将输入接口交叉连接到输出接口的阻塞传送交换机。如图6所示，ERG节点600可包括支路卡602，用于接收输入信号(例如，来自MPLS-TP的数据和/或以太网流)并通过线卡/转发器604将接收到的信号作为光信号输出。
图7是OMS(例如光纤)链路700的实施例的示意图。OMS链路700可表示为虚拟化链路模型，包括MPLS-TP链路、伪线(PW)隧道、ODUk路径、OCH、OMS、光缆和其它类型的链路。图7示出了OMS链路700可包括一个或多个OTUk/OCH702用于传送光信号。OTUk/OCH702细分为多个时隙704。每个时隙704可表示光信号的一部分。时隙704可进一步细分为不同业务流706和/或来自特定电路706的数据。
图8是在ERG800上提供VTN服务806的实施例的示意图。ERG800包括通过ERG虚拟链路804互连的ERG节点802。图8描述了紧接着ERG虚拟链路804的数字，其表示与ERG虚拟链路804关联的权重和/或成本。例如，连接ERG节点4 802和ERG节点1 802的ERG虚拟链路804具有的权重值为100。与ERG虚拟链路804关联的权重和/或成本可反映创建OCH的成本，OCH包括但不限于光节点、再生器和/或转发器。
VTN服务806在ERG拓扑上提供，其目的是最小化总网络成本。当考虑ERG节点802约束(例如ODUk映射限制和交叉连接粒度)时，可从最小成本优先算法中得出虚拟链路提供解决方案以沿着ERG虚拟链路804(例如电可达路径)放置线卡(例如，用于创建OCH的疏导容量)。减少OCH的总成本的过程可基于整数线性规划(ILP)的近似算法或元启发式算法，例如禁忌搜索或模拟退火算法。
图8示出了VTN服务806可通过虚拟服务链路808在ERG节点1、5和7 802之间提供。ERG节点1和5 802之间的虚拟服务链路808可包括ERG节点1和3 802之间的ERG虚拟链路804以及ERG节点3和5 802之间的ERG虚拟链路804。ERG节点1和7 802之间的虚拟服务链路808可包括ERG节点1和2 802之间的ERG虚拟链路804以及ERG节点2和7 802之间的ERG虚拟链路804。ERG节点5和7 802之间的虚拟服务链路808可包括ERG节点5和7 802之间的ERG虚拟链路804。
图9是使用ORG900放置额外再生器904的实施例的示意图。ORG900包括ORG节点902、光可达路径906和再生器904。可在ORG900上实施再生器放置算法，而不使用物理WDM光基板层的拓扑。通过再生器放置算法，最短路径优先(SPF)算法可确定沿着ORG900上的光可达路径906的再生器的最小数量。也可在再生器放置算法中考虑不同的定制策略，例如负载均衡和再生器集中化。之后，光可达路径906可映射到物理光纤路由并在必要时考虑SRLG约束。可使用算法(例如首次适配算法)为物理光纤路由分配对应波长。
图9示出了可应用SPF路由算法确定不直接互接的ORG节点对。换句话说，一个或多个ORG节点902位于ORG节点对之间。ORG900为ORG节点1 902和ORG节点5 902({1,5})、ORG节点1 902和ORG节点6 902({1,6})、ORG节点1 902和ORG节点7 902({1,7})、ORG节点1 902和ORG节点8 902({1,8})、ORG节点2 902和ORG节点4 902({2,4})、ORG节点2 902和ORG节点5 902({2,5})、ORG节点2 902和ORG节点6 902({2,6})、ORG节点3 902和ORG节点7 902({3,7})、ORG节点3 902和ORG节点8 902({3,8})、ORG节点4 902和ORG节点7 902({4,7})、ORG节点4 902和ORG节点8 902({4,8})以及ORG节点5 902和ORG节点8 902({5,8})。至少两个再生器904可放置在ORG节点3 902和6 902处以为各个节点对提供完整的电可达性。
在另一项实施例中，ORG和ERG可组合在一起以确定额外的再生器和疏导资源的放置。中央控制器节点可用于基于各个ERG节点对的不同优先级和带宽粒度对业务流进行分组。路径计算模块(例如图3中描述的路径计算模块316)可首先确定ERG上的路由，并且如果服务路由模块无法发现路由，可在ORG上创建电可达路径。之后，可实施RWA算法将波长分配给光纤路由，可如图9中所描述的进行再生器放置，并可相应地更新ERG。还可考虑不同的策略(例如负载均衡、差异路由和带宽接入控制)以优化资源利用。例如，对于小粒度业务流(例如，带宽不高于OCH的80％)，更好的选择可能是增加更多的疏导资源(例如线卡和交换结构)，而不是将再生器放置在中间，因为疏导资源可以容易地在不同ERG节点对业务流之间共享。然而，当业务流较大(例如高于OCH的80％)，可在中间增加再生器，因为疏导资源往往比再生器昂贵得多。使用优化技术可重复该过程以优化网络性能(例如，波长的最小数量或线卡总量、转发器/多工转发器以及再生器)。
图10是用于构造ORG的方法1000的实施例的流程图。方法1000可由集中控制器节点实施。在一项实施例中，方法1000可在图3中论述的ORG中间件模块302中实施。方法1000可在方框1002启动并从物理WDM光基板层获取光资源信息。光资源信息可包括光硬件传输限制，例如光功率、OSNR、色散以及非线性传输效应。光资源信息还可包括SRLG以及网络控制和管理策略。随后，方法1000可移至方框1004以为各个ORG节点对构造多个光候选路径。回想到可使用多种路径计算算法(例如K最短路径算法和/或深度优先搜索算法)来获取光候选路径。
方法1000可移至方框1006并基于传输工程规则计算各个光候选路径的光参数。光参数可用于使用现有技术中公知的光纤传播模拟或实验方法验证各个光候选路径的QoT。随后，方法1000可前进到方框1008并确定光候选路径是否满足传输工程规则和其它约束。其它约束可包括但不限于SRLG、波长连续性以及域管理策略。之后，方法1000可继续方框1010，并且当光候选路径满足传输工程规则和其它约束时将光候选路径作为光可达路径存储。换句话说，当光候选路径满足传输工程规则和其它约束时，方法1000可将光候选路径分类为光可达路径。在一项实施例中，方法1000可将光可达路径存储在集中控制器节点内。方法1000可继续方框1012，并且当ORG节点对存在至少一个光可达路径时在各个ORG节点对之间创建ORG链路。ORG链路的创建将确定ORG拓扑。
图11是用于构造ERG的方法1100的实施例的流程图。方法1100可由集中控制器节点实施。在一项实施例中，方法1100可在图3中论述的ERG中间件模块304中实施。方法1100在方框1102启动并通过从物理WDM光基板层抽象资源信息来获取ORG。ORG可使用图10中的方法1000构造。随后，方法1100可移至方框1104并获取OEO转换的网络能力。如上所述，OEO转换可由再生器执行。随后，方法1100可继续方框1106并获取ERG节点的疏导能力。之后，方法1100可移至方框1108并将各个ORG节点划分为一个或多个ERG节点。然后，方法1100前进至方框1110并使用SPF算法构造ERG节点之间的电层可达路径。与ORG中的光可达路径相比，电层可达路径可包括再生器。而且，当构造电层可达路径时可考虑不同策略，例如负载均衡、差异路由以及带宽接入控制。
本发明中描述的至少一些特征/方法可在网元中实施。例如，本发明中的特征/方法可以使用硬件、固件和/或安装在硬件上运行的软件来实施。网元可为任意设备，例如虚拟化光网络传送功能以构造ORG和ERG的PCE控制器和网络管理系统(NMS)。图12是网元1200的实施例的示意图，网元1200为图1和2所示的传送网络100和200分别创建ORG和ERG。
网元1200可包括一个或多个耦合到收发器(Tx/Rx)1212的下游端口1210，Tx/Rx1212可为发射器、接收器或其组合。Tx/Rx1212可通过下游端口1210发送和/或接收来自其它网络节点的帧。类似地，网络元件1200可包括耦合到多个上游端口1214的另一Tx/Rx1212，其中Tx/Rx1212可通过上游端口1214发送和/或接收来自其它节点的帧。下游端口1210和/或上游端口1214可包含电和/或光发送和/或接收部件。
处理器1202可耦合到Tx/Rx1212，并可用于处理帧和/或确定将帧发送(例如传输)到哪些节点。在一项实施例中，处理器1202可包括一个或多个多核处理器和/或存储器模块1204，其可作为数据存储器、缓冲器等。处理器1202可实施为通用处理器，或者可以是一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或数字信号处理器(DSP)的一部分。虽然处理器1202作为单个处理器说明，但其并非受限于此，而是可以包括多个处理器。处理器1202可用于实施本文中所述的任意方案，包括如图10和11中分别描述的方法1000和1100。
图12示出了存储器模块1204可耦合到处理器1202，并且可为用于存储各种类型的数据的非瞬时介质。存储器模块1204可包括存储器设备，存储器设备包含辅助存储器、只读存储器(ROM)和随即存取存储器(RAM)。辅助存储器通常包括一个或多个磁盘驱动器、固态驱动器(SSD)和/或磁带驱动器，用于数据的非易失性存储，而且如果RAM的容量不足以存储所有工作数据，辅助存储器则用作溢流数据存储设备。辅助存储器可用于存储程序，当选择执行这些程序时，所述程序将加载到RAM中。ROM用于存储在程序执行期间读取的指令以及可能读取的数据。ROM是非易失性存储设备，其存储容量相对于辅助存储器的较大存储容量而言通常较小。RAM用于存储易失性数据，并且还可能用于存储指令。对ROM和RAM的存取通常比对辅助存储器的存取快。
存储器模块1204可用于保存用于执行本文中所描述的系统和方法的指令，例如，如同集中控制器。在一项实施例中，存储器模块1204可包括ORG模块1206，ORG模块1206执行与图3中的ORG中间件模块302基本相同的功能。ERG模块1208可用于执行图10中的方法1000中描述的功能，并可在处理器1202上实施。或者，ORG模块1206可直接在处理器1202上实施。存储器模块1204还可包括ERG模块1208，ERG模块1208执行与图3中的ERG中间件模块304基本相同的功能。ERG模块1208可用于执行图11中的方法1100中描述的功能。
应理解，通过将可执行指令编程和/或加载至网络元件1200上，处理器1202、缓存和长期存储器中的至少一个被改变，将网络元件1200的一部分转换成特定机器或装置，例如本发明宣扬的拥有新颖功能的多核转发架构。加载可执行软件至计算机所实现的功能可以通过现有技术中公知的设计规则转换成硬件实施，这在电力工程和软件工程领域是很基础的。决定使用软件还是硬件来实施一个概念通常取决于对设计稳定性及待生产的单元数量的考虑，而不是从软件领域转换至硬件领域中所涉及的任何问题。一般来说，经常变动的设计更适于在软件中实施，因为重新编写硬件实施比重新编写软件设计更为昂贵。通常，稳定及大规模生产的设计更适于在如ASIC这样的硬件中实施，因为运行硬件实施的大规模生产比软件实施更为便宜。设计通常可以以软件形式进行开发和测试，之后通过现有技术中公知的设计规则转变成ASIC中等同的硬件实施，该ASIC硬线软件指令。由新ASIC控制的机器是一特定的机器或装置，同样地，编程和/或加载有可执行指令的电脑可视为特定的机器或装置。
本发明公开至少一项实施例，且所属领域的普通技术人员对所述实施例和/或所述实施例的特征作出的变化、组合和/或修改均在本发明公开的范围内。因组合、合并和/或省略所述实施例的特征而得到的替代性实施例也在本发明的范围内。应当理解的是，本发明已明确阐明了数值范围或限制，此类明确的范围或限制应包括涵盖在上述范围或限制(如从大约1至大约10的范围包括2、3、4等；大于0.10的范围包括0.11、0.12、0.13等)内的类似数量级的迭代范围或限制。例如，每当公开具有下限Rl和上限Ru的数值范围时，具体是公开落入所述范围内的任何数字。具体而言，特别公开所述范围内的以下数字：R＝Rl+k*(Ru-Rl)，其中k为从1％到100％范围内以1％递增的变量，即，k为1％、2％、3％、4％、5％……70％、71％、72％……95％、96％、97％、98％、99％或100％。此外，还特此公开了，上文定义的两个R值所定义的任何数值范围。除非另有说明，否则使用术语约是指随后数字的±10％。相对于权利要求的某一要素，术语可选择的摂使用表示该要素可以是需要的，或者也可以是不需要的，二者均在所述权利要求的范围内。使用如“包括”、“包含”和“具有”等较广术语应被理解为提供对如“由……组成”、“基本上由……组成”以及“大体上由……组成”等较窄术语的支持。因此，保护范围不受上文所述的限制，而是由所附权利要求书定义，所述范围包含所附权利要求书的标的物的所有等效物。每项和每条权利要求作为进一步公开的内容并入说明书中，且权利要求书是本发明的实施例。所述揭示内容中的参考的论述并不是承认其为现有技术，尤其是具有在本申请案的在先申请优先权日期之后的公开日期的任何参考。本发明中所引用的所有专利、专利申请案和公开案的揭示内容特此以引用的方式并入本文本中，其提供补充本发明的示例性、程序性或其它细节。
虽然本发明多个具体实施例，但应当理解，所公开的系统和方法也可通过其它多种具体形式体现，而不会脱离本发明的精神或范围。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文本所给出的细节。例如，各种元件或部件可以在另一系统中组合或合并，或者某些特征可以省略或不实施。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式通过某一接口、设备或中间部件间接地耦合或通信。其它变更、替换、更替示例对本领域技术人员而言是显而易见的，均不脱离此处公开的精神和范围。

Claims (20)

1.一种用于虚拟化光网络中的传送功能的方法，其特征在于，包括：
抽象对应于所述光网络内的资源的光传输功能；
为一个或多个光可达图(ORG)节点对构造多个候选路径；
确定所述候选路径是否是光可达路径；以及
当所述ORG节点对存在至少一个光可达路径时，在各个ORG节点对之间创建ORG链路，
其中链接所述ORG节点对创造了ORG。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述候选路径满足所述光网络的光传输工程规则时，所述候选路径是光可达路径。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括基于所述光网络的光传输工程规则确定各个候选路径的光参数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，构造所述候选路径考虑至少以下约束之一：共享风险链路组(SRLG)、波长连续性以及域管理策略。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各个光可达路径不考虑光电光(OEO)转换。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，实施至少以下算法之一以构造所述候选路径：k最短路径算法和深度优先搜索算法。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
获取所述光网络的光电光(OEO)转换能力；
获取各个电可达图(ERG)节点的疏导能力；以及
使用所述光网络的OEO转换能力和各个ERG节点的所述疏导能力构造ERG，
其中所述ERG中的所述ERG节点通过多个电可达路径链接在一起。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括将对应于所述ORG节点对的多个ORG节点划分为所述ERG节点，其中所述ERG节点是疏导节点。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述ERG具有全网状拓扑，以及所述各个电可达路径与路径成本关联。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电可达路径中的一些包含再生器，以及其它电可达路径不包含再生器。
11.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储于非瞬时介质中的计算机可执行指令，当处理器执行所述指令时使得节点执行如下操作：
确定光物理网络的光电光(OEO)转换能力；
将多个服务站点划分为一个或多个电可达图(ERG)节点；
确定各个ERG节点的疏导能力；以及
在所述ERG节点之间构造多个电层到达路径以形成ERG。
12.根据权利要求11所述的计算机程序产品，其特征在于，所述ERG是建立在所述光物理网络上的虚拟化层的一部分。
13.根据权利要求11所述的计算机程序产品，其特征在于，所述服务站点通过多个光可达路径连接以形成光可达图(ORG)。
14.根据权利要求12所述的计算机程序产品，其特征在于，所述ERG映射在所述ORG上，以及所述ORG映射在所述光物理网络上。
15.根据权利要求11所述的计算机程序产品，其特征在于，使用开放的应用软件编程接口(API)创建虚拟传输网(VTN)服务接口。
16.一种用于虚拟化光网络的装置，其特征在于，包括：
存储器，所述存储器包括光可达图(ORG)模块和电可达图(ERG)模块；
耦合到所述存储器的处理器，
其中所述处理器执行所述ORG模块，使得所述装置执行如下操作：
维护所述光网络的光传输工程规则；
维护所述光网络的共享风险链路组(SRLG)；
使用所述光传输工程规则和所述SRLG确定多个光可达路径；以及
通过经由所述光可达路径互连多个ORG节点来构造ORG，
其中所述处理器执行所述ERG模块，使得所述装置执行如下操作：
将所述ORG节点划分为执行疏导功能的多个ERG节点；
确定所述ERG节点的多个电层可达路径；以及
通过使用所述电层可达路径互连所述ERG节点从而在所述ORG上构造ERG。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述处理器执行所述ERG模块，使得所述装置将所述光网络的资源分配给各个电层可达路径。
18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述光可达路径对应于所述光物理网络中的一个或多个物理光纤路由，以及使用路由和波长分配(RWA)算法将一个或多个波长分配给所述物理光纤路由。
19.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，使用最短路径优先算法确定沿着一个或多个光可达路径的再生器放置。
20.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，使用所述ERG和所述ORG确定疏导资源的放置。
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