CN105072513A - 支持多种传输交换模式的光网络控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持多种传输交换模式的光网络控制方法，包括以下步骤：在现有多域异构光网络中，增加虚拟化服务器完成对多种物理资源的虚拟化映射，构建出同构的虚拟网络，总控制器对虚拟网络进行路由计算和资源分配，得到的结果通过所述虚拟服务器转化为相应的物理资源配置命令发送给子网控制器；所述子网控制器根据命令完成资源配置。本发明具有如下优点：通过物理资源的虚拟化映射，能够有效解决光网络异构传输机制带来的网络控制问题，降低异构网络的阻塞率，提高资源利用率，对于增强现代光网络的可扩展性和多域互通性具有重要意义。

Description

支持多种传输交换模式的光网络控制方法

技术领域

本发明属于网络通讯技术领域，具体涉及一种支持多种传输交换模式的光网络控制方法。

背景技术

随着移动通信、宽带接入、数据中心、云计算等数据业务的飞速发展，对光网络容量的需求与日俱增。过去的近二十年中为提高光网络的容量产生出了大量的传输交换技术。今天的光网络是由多种传输交换模式组成的异构光网络，实现不同传输技术的光网络统一控制和互联互通已经成为亟待解决的问题。

然而，由于不同传输交换模式的光网络在资源利用的限制方面存在巨大差异，现有异构光网络尚未做到真正意义上的动态统一控制和无缝融合。这是因为，现有光网络的控制架构多是根据单一传输模式开发的专用架构，在异构网络互联时需要将不同的专用控制架构融合在一起。这样的做法不仅大大增加了网络控制方法的复杂度，而且有时难以解决架构的融合问题。其深层次的原因在于，不同传输模式的网络在物理资源利用上有不同的限制，专用的架构很有可能不支持其它类型网络的物理层限制。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种支持多种传输交换模式的光网络控制方法。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种支持多种传输交换模式的光网络控制方法，包括以下步骤：在由包括同步数字体系传送网、波分复用传送网、光电两层传送网、灵活频谱传送网以及空分复用光传送网组成的多域异构光网络控制架构中增加一个虚拟层，所述虚拟层设置于子网控制层与总控制层之间，所述虚拟层设置于子网控制层与总控制层之间，完成子网物理资源与虚拟网逻辑资源之间的映射；资源映射协议运行在虚拟服务器内，域间控制协议运行在网络的总控制器内，域内控制协议运行在子网控制器内；所述总控制器对虚拟网络进行路由计算和资源分配得到的结果通过所述虚拟服务器转化为相应的物理资源配置命令发送给所述子网控制器；所述子网控制器根据命令完成资源配置。

根据本发明实施例的支持多种传输交换模式的光网络控制方法，通过物理资源的虚拟化映射，能够有效解决光网络异构传输机制带来的网络控制问题，降低异构网络的阻塞率，提高资源利用率，对于增强现代光网络的可扩展性和多域互通性具有重要意义。

另外，根据本发明上述实施例的支持多种传输交换模式的光网络控制方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述虚拟层虚拟化的物理资源种类包括：固定带宽波长级通道、固定带宽亚波长级通道、固定带宽超波长级通道、灵活带宽频谱通道、多芯通道、多模通道、时隙通道、通用多协议标签通道、光通路数据单元通道和同步传送模块通道。

进一步地，所述光网络控制方法支持的限制包括：在连接请求的源节点和目的节点之间单个业务所占用的波长、亚波长、超波长、灵活带宽频谱和时隙保持不变；承载单个业务的波长或频谱资源只能在特定具有转换功能的节点处发生转换；仅在建立了光通道的前提下才能够基于该光层通道建立电层的光通路数据单元通道或同步传送模块通道；以及单个波长内的多个传输模式通道在连接请求的源节点和目的节点间路径一致，不能够解复用。

进一步地，将所述波长、所述亚波长、所述超波长、所述灵活带宽频谱和所述时隙映射为虚拟逻辑资源，所述虚拟逻辑资源的映射方法为将实际网络拓扑结构映射为多层的虚拟网络结构；每层所述虚拟网络结构对应一个资源实体；所述虚拟网络中的路径包含物理网络中的路径信息和实时资源信息。

进一步地，在具有波长、频谱转换能力的节点处将所述多层虚拟网络的每层连接。

进一步地，在含有光电两层通道限制的网络中先建立光层通道，再建立电层通道；先拆除电层通道，再拆除光层通道。

进一步地，在含有模式绑定限制的网络中，在所述虚拟网络中建立多个含有相同源节点和目的节点的临时链路，每一条临时链路代表一个模式通道，所述临时链路具有相同的路径，一起被建立或被拆除。

进一步地，所述虚拟化服务器将所述子网控制器上报的物理网络中的资源映射为虚拟网络中的逻辑资源，并上报给网络总控制器；所述总控制器根据所述逻辑资源，通过路由计算得到所述虚拟网络上的路由结果；将所述虚拟网络的配置命令发送给所述虚拟化服务器，由所述虚拟化服务器反向映射为实际网络路径及分配资源的方案，通过所述子网控制器完成相应连接的建立和拆除。

进一步地，在含有多种传输交换模式的多域光传送网中，在设计域间链路时，设定期望达到的域间阻塞率为P_BL，子网i和子网j之间每一条链路的平均容量C_ij可以通过以下不等式计算得到：

$C_{ij}\≥\frac{1}{M_{ij}}(1-P_{BL})(\underset{k=1}{\overset{n_i}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_k^i\frac{n_j}{N}+\underset{l=1}{\overset{n_j}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_l^j\frac{n_i}{N})W_{req}$

其中M_ij为子网i与子网j之间域间链路的个数，n_i和n_j为子网i和子网j内部节点数，N为网络总节点数，为子网i中第k个节点的业务到达率，为子网j中第l个节点的业务到达率,W_req为单个业务请求的带宽。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的基于虚拟化的多种传输交换模式光网络统一控制架构；

图2是本发明一个实施例的波长连续性限制及光电两层通道限制光网络虚拟化示意图；

图3是本发明一个实施例的波长、频谱转换限制光网络虚拟化示意图；

图4是本发明一个实施例的多模绑定限制光网络虚拟化示意图；

图5是本发明一个实施例的仿真拓扑图；

图6是本发明一个实施例的多种方法仿真网络阻塞率比较图；

图7是本发明一个实施例的多种方法仿真网络资源利用率比较图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

以下结合附图描述根据本发明实施例的支持多种传输交换模式的光网络控制方法。

根据本发明实施例的一种支持多种传输交换模式的光网络控制方法，包括以下步骤：

A.在由多个不同传输交换机制光网络组成的多域异构网络中设置一个总控制器，进行全网的路由计算、资源调度和流量控制，并通过外部接口接纳不同网络控制和管理规则的定制。

B.为每个子网设置一个虚拟化服务器，它与子网控制器相连，根据子网上报的邻居拓扑信息和流量工程数据信息完成物理资源的虚拟化映射，将异构物理网络映射为虚拟网路，将虚拟网络的资源上报给总控制器。

C.总控制器与每一个子网的虚拟化服务器相连，获取虚拟网络的邻居拓扑信息和流量工程数据库信息，用于进行路由计算、资源调度和流量控制，并将路由计算结果和控制管理信息下发给子网虚拟化服务器，完成对于虚拟网络的控制。

D.虚拟化服务器根据总控制器对于虚拟网络的配置，将其转化为对于物理网络资源的配置命令，下发给各个子网控制器。

E.子网控制器根据虚拟化服务器的配置命令，配置该子网内的各个交换机，完成业务通道的建立和拆除的功能。之后子网控制器将网络当前的物理资源状态上报给虚拟化服务器。

该实施例的支持多种传输交换模式的光网络控制方法可实现多种传输交换模式的光网络统一控制，并能明显降低业务的阻塞率，提高资源利用率，较现有异构光网络架构和控制方法有明显优势，有广泛的实施前景。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合图1至图7作进一步说明。

图1示出了基于虚拟化的多种传输交换模式异构光网络统一控制架构。整个示意网络由3个不同传输机制的子网构成，它们分别由三个子网控制器控制，通过三个不同的虚拟化服务器完成物理资源的虚拟化，一个总控制器进行全网路由计算、资源调度和流量控制。

总控制器与每一个虚拟化服务器通过统一的接口相连，获取其邻居拓扑信息和流量工程数据库信息，用于进行路由计算、资源调度和流量控制，并将路由表和控制管理信息下发至各个虚拟化服务器，完成虚拟网的控管。

虚拟化服务器与子网控制器相连，获取其拓扑信息和流量工程数据库信息，并将其映射为虚拟网络资源。根据总控制器在虚拟网络上的路由结果，将该结果转化为所在子网的路径和资源分配信息，发送给子网控制器。

子网控制器根据虚拟化服务器发送的连接配置信息，完成连接的配置和管理，并将实时的拓扑信息和流量工程信息发送给虚拟化服务器。

图2为在含有波长、亚波长、超波长、灵活带宽频谱和时隙交换能力的光网络中满足连续性限制及光电两层通道限制的资源虚拟化映射示意图。

图中所示的物理网络为含有2个波长的波分复用网络，其它连续性限制资源的情况可以以此类推。经过虚拟化映射后的两层虚拟网络中每一层分别代表一个波长在各个链路上的使用情况。永久链路代表光层资源，在这个网络中就是波长资源。根据虚拟网络的连接关系，在虚拟网络中计算所得的路径自然满足资源连续性限制。

假设连接请求的源节点和目的节点分别是节点1和节点4，如果利用波长1建立光层通道，那么在虚拟网络中使用的即是1.1-2.1和2.1-4.1两个永久链路，建立的1.1到4.1的流量工程链路代表利用光通道建立的电层链路，根据其带宽限制可以有多个电层通道共享这一个电层链路。这样也就满足了光电两层的通道限制。

图3为在含有波长、频谱转换能力的网络中满足波长、频谱转换限制的资源虚拟化映射示意图。

图中波分复用网络节点2具有波长转换能力，建立节点1到节点4的连接并在节点2处进行波长转换的虚拟网络路径如图所示。除了图2中所示的虚拟化映射外，节点2.1到2.2之间的层间永久连接表示节点2的波长转换能力。虚拟网络中路径包含层间连接，表示在节点2发生了频谱转换。

图4为在在含有模式绑定限制的网络中资源虚拟化映射示意图。

图中所示为含有2个传输模式的空分复用传送网，建立从节点2经节点1到节点3的模式通道。经过虚拟化映射后，在节点2到3间建立2条绑定的流量工程链路，占用2-1和1-3两条永久链路。这两条流量工程链路必须一起被建立或拆除。

图5展示了仿真的拓扑图。波分复用网络中每条链路有40个波长，每个波长的传输速率为40Gbps，空分复用网络中每条链路有20个波长，每个波长含有3个模式，每个模式的传输速率为40Gbps。灵活频谱网络中每条链路含有的频谱段个数为100，每个频谱段所支持的最大传输速率为20Gbps。在各个子网的边缘节点处能够完成相应传输资源的转换。业务到达满足泊松过程，且平均分布在各个节点处，请求的带宽均为10Gbps。

在设计域间链路时，如果期望达到的域间阻塞率为P_BL，子网i和子网j之间每一条链路的平均容量C_ij可以通过以下不等式计算得到：

$C_{ij}\≥\frac{1}{M_{ij}}(1-P_{BL})(\underset{k=1}{\overset{n_i}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_k^i\frac{n_j}{N}+\underset{l=1}{\overset{n_j}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_l^j\frac{n_i}{N})W_{req}$

其中M_ij为子网i与子网j之间域间链路的个数，n_i和n_j为子网i和子网j内部节点数，N为网络总节点数，为子网i中第k个节点的业务到达率，为子网j中第l个节点的业务到达率,W_req为单个业务请求的带宽。

对图5所示的拓扑，共有12个节点(N＝12)，三个子网各有4个节点(n₁＝n₂＝n₃＝4),子网1到子网2及子网2到子网3间各有一条链路，子网1到子网3间有两条链路(M₁₂＝M₂₃＝1，M₁₃＝2)，假设所有节点的业务到达率为50个/秒，单个业务请求带宽为W_req＝10Gbps,期望达到的网络阻塞率为P_BL＝0.1，那么三个域之间的单条域间链路的容量至少为C₁₂＝1200Gbps,C₂₃＝1200Gbps,C₁₃＝600Gbps。

图6和图7分别显示了网络阻塞率和资源利用率与到达率之间的关系。可以看到随着节点到达率的不断增大，虚拟化后的动态路由控制方法相比传统的固定路由方法和固定选择路由方法具有更低的阻塞率和更高的资源利用率。这是由于传统方法无法遍历所有可能的路径和资源分配方式，虚拟化后的动态路由方法可以解决上述问题。

示意图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在示意图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

另外，本发明实施例的支持多种传输交换模式的光网络控制方法的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种支持多种传输交换模式的光网络控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

在由包括同步数字体系传送网、波分复用传送网、光电两层传送网、灵活频谱传送网以及空分复用光传送网组成的多域异构光网络控制架构中增加一个虚拟层，所述虚拟层设置于子网控制层与总控制层之间，完成子网物理资源与虚拟网逻辑资源之间的映射；资源映射协议运行在虚拟服务器内，域间控制协议运行在网络的总控制器内，域内控制协议运行在子网控制器内；

所述总控制器对虚拟网络进行路由计算和资源分配得到的结果通过所述虚拟服务器转化为相应的物理资源配置命令发送给所述子网控制器；

所述子网控制器根据命令完成资源配置。

2.根据权利要求1所述的支持多种传输交换模式的光网络控制方法，其特征在于，所述虚拟层虚拟化的物理资源种类包括：固定带宽波长级通道、固定带宽亚波长级通道、固定带宽超波长级通道、灵活带宽频谱通道、多芯通道、多模通道、时隙通道、通用多协议标签通道、光通路数据单元通道和同步传送模块通道。

3.根据权利要求1所述的支持多种传输交换模式的光网络控制方法，其特征在于，所述光网络控制方法支持的限制包括：

在连接请求的源节点和目的节点之间单个业务所占用的波长、亚波长、超波长、灵活带宽频谱和时隙保持不变；

承载单个业务的波长或频谱资源只能在特定具有转换功能的节点处发生转换；

仅在建立了光通道的前提下才能够基于该光层通道建立电层的光通路数据单元通道或同步传送模块通道；以及

单个波长内的多个传输模式通道在连接请求的源节点和目的节点间路径一致，不能够解复用。

4.根据权利要求3所述的支持多种传输交换模式的光网络控制方法，其特征在于，将所述波长、所述亚波长、所述超波长、所述灵活带宽频谱和所述时隙映射为虚拟逻辑资源，所述虚拟逻辑资源的映射方法为将实际网络拓扑结构映射为多层的虚拟网络结构；每层所述虚拟网络结构对应一个资源实体；所述虚拟网络中的路径包含物理网络中的路径信息和实时资源信息。

5.根据权利要求4所述的支持多种传输交换模式的光网络控制方法，其特征在于，在具有波长、频谱转换能力的节点处将多层所述虚拟网络的每层连接。

6.根据权利要求3所述的支持多种传输交换模式的光网络控制方法，其特征在于，在含有光电两层通道限制的网络中先建立光层通道，再建立电层通道；先拆除电层通道，再拆除光层通道。

7.根据权利要求3所述的支持多种传输交换模式的光网络控制方法，其特征在于，在含有模式绑定限制的网络中，在所述虚拟网络中建立多个含有相同源节点和目的节点的临时链路，每一条临时链路代表一个模式通道，所述临时链路具有相同的路径，一起被建立或被拆除。

8.根据权利要求1所述的支持多种传输交换模式的光网络控制方法，其特征在于，所述虚拟化服务器将所述子网控制器上报的物理网络中的资源映射为虚拟网络中的逻辑资源，并上报给网络总控制器；

所述总控制器根据所述逻辑资源，通过路由计算得到所述虚拟网络上的路由结果；

将所述虚拟网络的配置命令发送给所述虚拟化服务器，由所述虚拟化服务器反向映射为实际网络路径及分配资源的方案，通过所述子网控制器完成相应连接的建立和拆除。

9.根据权利要求1所述的支持多种传输交换模式的光网络控制方法，其特征在于，在含有多种传输交换模式的多域光传送网中，在设计域间链路时，设定期望达到的域间阻塞率为P_BL，子网i和子网j之间每一条链路的平均容量C_ij可以通过以下不等式计算得到：

$C_{ij}\≥\frac{1}{M_{ij}}(1-P_{BL})(\underset{k=1}{\overset{n_i}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_k^i\frac{n_j}{N}+\underset{l=1}{\overset{n_j}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_l^j\frac{n_i}{N})W_{req}$

其中M_ij为子网i与子网j之间域间链路的个数，n_i和n_j为子网i和子网j内部节点数，N为网络总节点数，为子网i中第k个节点的业务到达率，为子网j中第l个节点的业务到达率,W_req为单个业务请求的带宽。