CN105721962B - 用于通信网络的系统、方法和集成控制器 - Google Patents

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Abstract

公开了用于路由/交换网络和底层光传输系统的集成控制器。描述了用于提供分组光网络中的闭环控制和预测分析的技术。例如，描述了一种集成集中式控制器，其提供对路由/交换网络的部件(例如，IP/MPLS)以及底层光传输系统的紧密集成的闭环控制，包括路由波长和光谱指配。所述控制器自适应地并且主动地将分组流映射到路由/交换网络的网络资源中，并且基于所述映射来控制对在路由和交换网络下面的光传输系统内的光谱和波长的分配和利用。

Description

用于通信网络的系统、方法和集成控制器
技术领域
本公开涉及计算机网络，并且更具体地涉及光网络。
背景技术
现代通信网络继续以快速的步伐在地域大小(例如，站点、机架、物理端口、互连)和通信流量(即带宽要求)两者上增长。此外，越来越多地要求通信网络支持各种各样的流量和更高灵活性的流量模式。
为了支持这些要求，诸如承载网络、接入网络、核心网络等的通信网络利用底层光传输系统以通过高速光纤链路对通信进行传输、多路复用和交换。许多光传输系统正在朝向整体利用基于分组的通信迁移。即，用于大规模网络的光传输系统正在过渡到分组优化的光传输网络，被称为分组光传输。
分组光传输表示汇聚时分复用(TDM)技术和波分复用(WDM) 技术的聚合。因此，大规模分组光传输系统利用各种部件，包括可重新配置的光分插复用器(ROADM)、光子交叉连接(PXC)、光学交叉连接(OXC)、密集波分复用设备(DWDM)、放大器、应答器、光学终止终端(OTT)和其他设备。
发明内容
本公开描述用于提供分组光网络中的闭环控制和预测分析的技术。例如，诸如集中式控制器的网络元件提供对通信网络的交换和路由服务 (例如，IP/MPLS)和底层光传输系统的紧密集成的闭环控制。
在本文中描述的一个示例实施方式中，所述控制器包括分析引擎，所述分析引擎将可预测的分析应用到从被分布在底层光传输系统中的监控子系统接收到的实时状态信息。响应于所述状态信息，所述分析引擎应用基于规则的策略并且可以自适应地并且主动地重新路由网络内的通信。例如，所述控制器可以利用底层光传输网络的控制部件相对于通过光链路和其他装备对分组数据的传输提供对路由和交换部件的集成控制以重新路由网络内的分组流。例如，所述控制器可以提供对在路由和交换服务下面的光传输系统内的光谱和波长的分配或利用的集成控制。
在一个示例中，一种用于波长和光谱指配的方法包括，针对相互连接以形成光传输系统的多个分组光传输设备中的每个分组光传输设备确定相应的信道组大小，所述相应的信道组大小指定从针对所述光传输系统的光信道的总数目中为所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备预留的光信道的数目，其中针对所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备的所述相应的信道组大小是基于针对相应的分组光传输设备的带宽要求来确定的。所述方法还包括，根据所确定的信道组大小中的每个信道组大小从由所述分组光传输设备支持的光谱中为所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备预留光信道集合，所预留的光信道中的每个光信道具有未指配的波长，并且所述光信道集合中的每个光信道与所述光谱的不同部分相关联并且具有基于针对所述相应的分组光传输设备确定的所述信道组大小的光谱范围。所述方法还包括，针对所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备，将来自所述光谱的相应的波长指配给为所述分组光传输设备预留的所述光信道集合中的所述光信道中的一个或多个光信道，以使与所述分组光传输设备相关联的网络流量在与为所述分组光传输设备预留的所述光信道集合相关联的所述光谱的所述部分的中心周围平衡。在附加的示例中，一种网络控制器包括被配置为执行上述方法的至少一个处理器。
在另一示例中，描述了一种用于控制路由和交换网络以及底层光传输系统两者的集成控制器。一种系统可以包括：路由和交换网络，所述路由和交换网络具有用于对基于分组的网络流量进行通信的多个相互连接的层三(L3)路由部件和层二(L2)交换部件；以及多个分组光传输设备，所述多个分组光传输设备相互连接以形成光传输系统并且被耦合到路由和交换系统以用于对所述路由部件和所述交换部件之间的所述网络流量进行光传输。一种控制器可以包括：路径计算元件，用于计算用于所述网络流量通过所述路由和交换网络的路径；软件定义的网络控制模块，用于将更新的路由信息传达到所述路由和交换网络的所述路由部件以控制分组流根据计算的所述路径通过所述路由和交换网络；以及路由波长和光谱指配控制模块，用于将所述分组光传输设备配置为响应于更新的所述路由信息和针对所述网络流量的带宽要求而在特定波长处操作。
在另一示例中，一种方法包括，利用集成网络控制器来从路由和交换网络接收状态信息，所述路由和交换网络具有用于对基于分组的网络流量进行通信的多个相互连接的层三(L3)路由部件和层二(L2)交换部件。示例方法包括利用所述控制器的路径计算元件来计算用于层三 (L3)分组通过所述路由部件的多个路径，以及利用所述控制器的软件定义的网络(SDN)控制模块来将更新的路由信息传达到所述路由部件以控制分组流根据计算的所述路径通过所述路由和交换网络。所述示例方法还包括利用所述控制器的路由波长和光谱指配控制模块来将所述分组光传输设备配置为响应于计算的所述路径和针对沿所述路径的在路由器处的所述网络流量的带宽要求而在特定波长处操作。
在另一示例中，一种集成网络控制器包括：路径计算元件，所述路径计算元件计算用于网络流量通过路由和交换网络的路径，所述路由和交换网络具有用于对基于分组的网络流量进行通信的多个相互连接的层三(L3)路由部件和层二(L2)交换部件；软件定义的网络(SDN) 控制模块，所述软件定义的网络控制模块用于将更新的路由信息传达到所述路由和交换网络的所述路由部件以控制分组流根据计算的所述路径通过所述路由和交换网络；以及路由波长和光谱指配控制模块，所述路由波长和光谱指配控制模块将光传输系统的多个分组光传输设备中的每个分组光传输设备配置为响应于更新的路由信息和针对所述网络流量的带宽要求而在特定波长处操作，以用于对所述路由部件和所述交换部件之间的所述网络流量进行光传输。
在附加的示例中，描述了一种具有分组光网络中的可预测的分析和故障避免的集成网络控制器。一种集成网络控制器可以包括：消息处理器，所述消息处理器接收来自光传输系统的光学部件的状态信息，所述光传输系统具有多个相互连接的分组光传输设备的；分析引擎，所述分析引擎应用规则集合以标识所述光学部件中的任何光学部件的故障；路径计算元件，所述路径计算元件响应于标识的所述故障，计算用于网络流量通过路由和交换网络的至少一个更新的路径，所述路由和交换网络具有用于对基于分组的网络流量进行通信的多个相互连接的层三(L3) 路由部件和层二(L2)交换部件；软件定义的网络(SDN)控制模块，所述软件定义的网络控制模块用于将更新的路由信息传达到所述路由和交换网络的所述路由部件以控制分组流根据更新的所述路径通过所述路由和交换网络；以及路由波长和光谱指配控制模块，所述路由波长和光谱指配控制模块响应于更新的所述路由信息基于针对所述网络流量的带宽要求而将多个分组光传输设备中的每个分组光传输设备配置为在特定波长处操作，以用于对所述路由部件和所述交换部件之间的所述网络流量进行光传输.
一种示例方法包括：利用集成网络控制器接收来自光传输系统的光学部件的状态信息，所述光传输系统具有多个相互连接的分组光传输设备的；利用分析引擎应用规则集合以标识所述光学部件中的任何光学部件的故障；利用所述控制器的路径计算元件并且响应于标识的所述故障来计算通过路由和交换网络的至少一个更新的路径，所述路由和交换网络具有用于对基于分组的网络流量进行通信的多个相互连接的层三(L3) 路由部件和层二(L2)交换部件；利用所述控制器的软件定义的网络 (SDN)控制模块来将更新的路由信息传达到所述路由部件以控制分组流根据更新的所述路径通过所述路由和交换网络；以及响应于更新的所述路由信息，利用所述控制器的路由波长和光谱指配控制模块基于针对在所述路由部件中的每个路由部件处的所述网络流量的带宽要求将所述分组光传输设备配置为在特定波长处操作。
在附图和下面的描述中阐述一个或多个示例的细节。
附图说明
图1是图示了其中一个或多个网络设备采用本公开的技术的示例网络的方框图。
图2是图示了根据本文中描述的技术的其中控制器提供对由分组光传输设备利用的光谱和波长的分配或利用的集成控制的示例网络的方框图。
图3是图示了根据本文中描述的技术的当为环形拓扑中的节点分配信道并将波长指配给相应的节点中的信道时的集中式控制器的示例操作的流程图。
图4是图示了具有N个分组光传输设备的光传输系统中的示例波长指配的图。
图5是图示了根据本公开的技术来操作的示例集中式控制器网络设备的方框图。
图6例如是图示了在由光学放大器随时间的电流消耗和故障的概率之间的示例预期关系的图。
图7是图示了根据本公开的技术来操作的示例集中式控制器300的方框图。
具体实施方式
图1是图示了其中网络12包括采用本公开的技术的一个或多个网络设备的示例系统10的方框图。在该示例中，网络12包括路由/交换系统 15，其中网络元件14A-14D(“网络元件14”)控制分组流的交换和路由。网络元件14的示例包括共同提供路由/交换系统14的层三(L3)路由器和层二(L2)交换机。
路由/交换系统15的网络元件14通常提供L2/L3流量转发服务，诸如经由多协议标签交换流量工程(MPLS-TE)标签交换路径(LSP)、虚拟局域网(VLAN)等的流量工程。网络元件14可以使用诸如标签分发协议(LDP)和基于流量工程扩展的资源预留协议(RSVP-TE)的各种流量工程协议来通信和控制通信流量。在一些方面中，网络元件14 可以是实施MPLS技术并且用作标签交换路由器(LSR)的IP路由器。
如还在图1中示出的，网络12包括用于通过高速光纤链路对基于分组的通信进行传输、多路复用和交换的底层光传输系统16。在图1的示例中，分组光通信设备18A-18D(统称为“分组光传输设备18”)经由光链路20相互连接并且控制沿链路对承载分组数据的光信号的传输。以这种方式，光传输系统提供在物理上将路由/交换层15的网络元件14 相互连接的物理层。
分组光传输设备18可以是，例如，可重新配置的光分插复用器
(ROADM)、光子交叉连接(PXC)、密集波分复用(DWDM)或对光信号进行传输、交换和/或多路复用的其他设备。此外，如图1中示出的，光传输系统16通常包括许多其他部件23，诸如放大器、应答器、光传输终端(OTT)、中继器和用于控制分组光数据沿光链路20的传输的其他装备。为简单起见，图1图示了仅仅几个光学部件23，但是大型光传输系统可以具有影响光传输的大量这样的设备。尽管仅仅关于光链路20来描述，但是光传输系统16还可以包括其他类型的物理链路，诸如以太网PHY、同步光网络(SONET)/同步数字体系(SDH)、光传输网络(OTN)交换机、Lambda或包括分组传输能力的其他层2数据链路。
在一些示例中，网络12可以是向订户设备(未示出)提供基于分组的网络服务的服务提供商网络或城域承载网络。示例订户设备可以是，例如，与订户相关联的个人计算机、膝上型计算机或其他类型的计算设备中的任何设备。订户设备可以包括，例如，移动电话、具有例如3G、 4G或5G无线卡的膝上型计算机或台式计算机、无线功能笔记本、视频游戏设备、寻呼机、智能电话、个人数字助理(PDA)等。订户设备可以运行各种软件应用程序，诸如文字处理和其他办公支持软件、网络浏览软件、支持语音呼叫的软件、视频游戏、视频会议以及电子邮件等等。
在图1的示例中，网络12还包括控制器12，所述控制器12提供对路由/交换系统15和底层光传输系统16两者的紧密集成的闭环控制。如下面进一步描述的，控制器22接收来自被分布并被安装在底层光传输系统16的分组光传输设备18和光学部件23内的监控代理的实时状态信息25。响应于该状态信息，控制器22内的分析引擎应用基于规则的策略并且可以自适应地并且主动地重新路由网络内的通信。
在一个示例实施方式中，控制器22提供对底层光传输系统16的网络元件14和分组光传输设备18的关于分组数据通过光链路和其他装备传输的集成控制。例如，控制器22不仅可以控制路由/交换系统15的路径选择和流量工程操作而且还可以如下面详细描述的提供对由在路由/ 交换系统15的网络元件下面的光传输系统16内的每个分组光传输设备 18利用的光谱和波长的分配或利用的集成控制。
如下面进一步描述的，在一些示例实施例中，控制器22对从网络 15的路由和交换部件接收到的状态信息(例如，拥塞水平)以及来自底层光传输系统16的分组光传输设备和其他光学部件的状态信息(例如，电流消耗、功率水平、操作温度)应用实时的可预测的分析。控制器22 应用分析以标识拓扑改变事件，包括当前事件和预测的未来事件。响应于识别到或以其他方式预测到这样的事件，控制器22应用对路由/交换系统15和光传输系统16两者的集成的实时控制。
出于许多原因在集成控制器22内对分析的应用可以是有利的，并且可以在已经变得日益复杂的、虚拟化和分布式的大型网络中特别有益。例如，如进一步描述的，控制器22的闭环的紧密集成的控制架构可以在涉及多个分层的系统的相互影响的复杂网络环境中提供更高效的可预测的网络行为。本公开描述了用于网络状态的验证、流量需求的预测、网络中的故障或中断的预测的技术，以及提供对路由/交换系统15和光传输系统16两者的集成控制器的闭环控制器。
图2是图示了根据本文中描述的技术的其中控制器42提供对由底层光传输系统的每个分组光传输设备44A-44H(统称为“44”)利用的光谱和波长的分配或利用的集成控制的示例网络系统40的方框图。以这种方式，图2可以被视为图1的更详细的示例，其中控制器42表示控制器22并且分组光传输设备44表示图1的分组光传输设备18的环形拓扑。
如在图2的示例中示出的，网络系统40包括被布置为形成具有环形拓扑的光传输系统46的分组光传输设备44的集合。如图1中示出的，路由器48A、48B分别操作为提供针对客户网络13A、13B的基于分组的网络接入服务。在该示例中，光传输系统46分别操作为提供客户网络13、15之间的通信的快速的基于分组的传输。每个客户网络13、15 可以包括私有网络并且可以包括包含多个订户设备的局域网(LAN)或广域网(WAN)。尽管关于客户网络来进行描述，但是光传输系统46 可以用于提供在诸如公共网络、核心网络、接入网络等的任何类型的基于分组的网络之间的光学连接性。
图2图示了在分组光传输设备44A、44E处进入和出去的两个双向流50A、50B。流50A被称为主要流，因为该流表示用于承载经由中间分组光传输设备44B、44C和44D的在分组光传输设备44A和44E之间的在光传输46周围的光通信的波长和光谱带宽的分配。流50B被称为备用流，因为该流表示在主要流50A不能够被利用的情况下被预留用于承载在分组光传输设备44A和44E之间的在光传输46周围的光通信的波长和光谱带宽的分配。如示出的，备用流50B表示用于承载经由中间分组光传输设备44F、44G和44H的在分组光传输设备44A和44E之间的在光传输46周围的光通信的预留的波长和光谱带宽。
如本文中描述的，控制器42实施对分组光设备44的实时控制以提供对光传输系统46内的光谱和带宽的分配和利用的细粒度控制。本文中描述的技术提供高度适合于在集中式控制器42内实施的高速、高度可伸缩的波长和光谱指配。例如，控制器42可以包括分析引擎，所述分析引擎应用规则以快速且高效地确定在分组光设备44中的每个分组光设备处的波长和光谱指配。因此，该技术提供从网络和流变化来看鲁棒的、可预测的且可再生的行为。此外，该技术特别很好地适合于在闭合布置中，其中集中式控制器42通过对来自被分布并被安装在光传输系统46的分组光传输设备44和光学部件内的监控代理的状态信息52(例如，图1的状态信息25)应用分析来连续地控制波长和光谱指配。
总体上，本文中描述的如由控制器42实施的用于波长和光谱指配的技术可以系统地抑制或以其他方式避免否则可以由分组光设备44之间的光通信信道经历的不利的光学效应。即，存在能够破坏或以其他方式降低这些光学通信信道的许多物理效应，并且由控制器42应用的用于分配光谱的部分并且指配波长的技术可以避免或抑制这样的效应。示例效应包括能够导致光信号退化并且还能够损害邻近的信道的四波混频 (FWM)和自相位调制(SPM)。可以通过本文中描述的技术避免或减轻的其他物理非线性光学效应包括，将由“蓝色”信道来抽送光谱中的“红色”信道的带内拉曼效应。属性“红色”是指具有比“蓝色”信道更长的波长的信道。“蓝色”信道用作针对“红色”通信信号的抽送源。如果“蓝色”信道例如由于纤维切断、装备中断而消失，则红色信道将不再被抽送那么多并且可能不会满足由传输系统46的光学部件要求的接收器窗口。
总体上，控制器42动态地控制波长和光谱指配以抑制或总体上避免能够降低通信性能的光学效应。例如，如下面更详细描述的，控制器42 提供对将光传输系统的光谱范围动态划分到信道组中以及将该组指配到相应的分组光传输设备44的闭环控制。此外，控制器42控制对在每个信道组内的各个波长的指配从而使信道利用在与每个信道组相关联的光谱范围的中心周围平衡并且维持对在信道组内的信道的光谱分离。
图3是图示了根据本文中描述的技术的当为环形拓扑中的节点分配信道并将波长指配给相应的节点中的信道时的集中式控制器(例如，图 1的控制器22或图2的控制器42)的示例操作的流程图。为了示例的目的，关于图2的控制器42来描述图3。此外，如下面包括通过参考图 7进一步描述的，控制器42是分组可知的(packet-aware)，即，直到包括层三(L3)路由信息的分组数据单元，并且继续应用本文中描述的技术以将更高级网络服务要求映射到光传输系统46的底层物理资源中。
总体上，图3的流程图表示闭环控制过程，在其期间控制器22基于从光传输46和诸如路由器48A、48B的路由/交换元件接收到的状态信息52来监控并优化在分组光传输设备44之间的波长分配。控制器42 可以例如持续地执行图3中图示的闭环以控制在光传输系统46内的波长分配。作为附加的示例，控制器42可以执行控制环路控制，从而响应于实际或预测的事件而对波长指配进行重新分配。
如图3的示例中图示的，控制器42首先获知、发现或以其他方式被配置具有指定光传输系统46的拓扑以及系统的光学能力的信息(101)。例如，控制器42可以被配置具有或以其他方式确定由分组光传输设备 44支持的总光谱范围、能够由光传输系统46利用的光信道的最大数目、设备44的最大数目以及最小光谱距离。
在其中分组光传输设备44中的每个分组光传输设备是可调谐的或可调谐且无方向性的ROADM的示例中，控制器42操作为分布期望的最大信道从而至少具有贯穿总光谱大小的最小光谱距离。例如，光传输系统46可以包括支持具有大小为至少4800GHz的总光谱的八个
ROADM的环，并且控制器42可以控制波长分配从而在该示例中维持在 50GHz或100GHz的信道之间的至少最小光谱分离。在许多环境中，最小光谱分离可以被指定以说明惩罚和信号带宽。
当实施图2的闭环控制过程以为分组光传输设备4中的每个分组光传输设备指配光学通信信道并且分配波长指配时，控制器42利用来自路由器48的状态信息52以基于由诸如图2的示例中的路由器48A和 48B的较高级的路由/交换元件报告的流量需求来划分光谱范围以为分组光传输设备预留顺序光信道的组(块)。来自路由器48A、48B的状态信息52基于当前通信流量，例如图2的示例中的通信流50A、50B来提供当前带宽消耗的指示，和/或可以在路由器中的每个路由器处提供层三(L3)拥塞的指示符。
具体地，控制器42首先基于由高级路由器48报告的当前带宽消耗来确定针对分组光传输设备44中的每个分组光传输设备的光信道的数目(102)。以这种方式，控制器42基于由相应的分组光传输设备经历的当前通信流量确定针对每个分组光传输设备的光信道的数目，即组大小。作为其他示例，控制器42可以基于在每个相应的分组光传输设备 44处的带宽的历史、当前或预测的水平或它们的组合来将所述数目的光信道指配给每个分组光传输设备。以这种方式，控制器42基于在分组光传输设备中的每个分组光传输设备处对带宽的需求在按比例(即，加权的)基础上确定从由光传输系统46支持的最大信道的总数目中为每个分组光传输设备44预留的信道的数目。如下面进一步描述的，术语光通信信道和波长的用法的不同在于光通信信道是表示能够在由光传输系统46支持的光谱范围内被分配的最大数目的光通信信道的“单元”的逻辑结构，并且具体地可以具有或可以不具有指配的波长。与之对比，波长表示光谱内的特定位置，在所述特定位置处光通信可以被指配用于通信。
在从信道的最大数目中确定了为每个分组光传输设备44预留的光信道的数目之后，控制器42将信道的特定集合(还被称为“信道组”) 指配给每个相应的分组光传输设备，直到最大数目的信道中的全部信道被预留(104)。
作为简单示例，控制器42可以确定光传输系统46支持要被均等地分配到八个分组光传输设备55使得每个分组光传输设备要被分配五个信道的最多四十个信道。如下面进一步描述的，控制器42可以利用标识符1-40来指定四十个通信信道并且可以将光通信信道1-5指配给分组光传输设备44A，将信道6-10指配给分组光传输设备44B等等。在一些示例中，被指配给分组光传输设备44的信道组可以不是以顺序的次序，并且在给定信道组内的信道可以不必在光谱域中是相邻的。
在控制器42将光通信信道的特定集合指配给每个分组光传输设备44之后，控制器42将波长指配给在组中的每个组内的一个或多个光通信信道(106)。即，针对每个分组光设备44，控制器22将各个波长指配给要由相应的设备利用的通信信道，以用于承载主要流或备用流。信道组的任何剩余的光通信信道可以不必被指配相应的波长。即，在任何的信道组中，光通信信道中的一些光通信信道可以被指配用于主要或备用数据通信(例如，当前分组流50A、50B)的相应的波长，同时这些组中的其他信道可以在没有波长指配的情况下保持未被利用。此外，针对任何给定信道组，控制器22在该组中指配必要的波长以建立被利用的通信信道在与信道组相关联的光谱的部分上平衡。换言之，针对任何给定信道组，控制器42可以以总体上使网络流量水平在与信道组相关联的光谱区域的中心周围平衡的方式来指配该信道组所需要的波长。换言之，控制器42控制针对给定信道组的波长的分配从而将网络流量均等地分布在与该组相关联的光谱区域中并且使流量在给定分组光传输设备的“重心”周围平衡，其中“重心”可以被视为在与给定分组光传输设备44相关联的通信信道的集合内的中心通信信道。
例如，如果针对给定信道组仅仅要指配单个波长，则该波长被指配从而将第一信道定位在信道组的中间。对于具有要分配的奇数数量的波长的信道组，剩余波长被顺序地分配在中心波长周围从而维持网络流量在信道组内的中心信道周围的平衡并且优化信道组内的信道的光谱分离。对于具有要分配的偶数数量的波长的信道组，波长对被等距地指配在针对信道组指定的光谱的部分的中心波长周围。
为了说明，图4是具有N个分组光传输设备(“节点”)的光传输系统中的示例波长指配的图。在该示例中，节点1、节点2和节点3被分配有具有三个通信信道的信道组，节点4被分配有具有四个通信信道的信道组，并且节点N分配有具有九个通信信道的信道组。对于节点1，仅仅单个波长被指配并且因此被指配在与节点1相关联的光谱部分中。对于节点2，两个波长被指配给该组的三个光通信信道。因此，控制器将波长对指配为距与节点1相关联的光谱部分的中心波长等距，从而维持具有光谱的该部分的平衡的“加权”。类似地，对于节点3，两个波长被指配给该组的三个光通信信道。对于节点4，控制器具有含有四个光信道的信道组并且已经将波长指配给光信道中的仅仅两个光信道。在该示例中，波长对已经被指配给组中的四个信道中的第一个信道和最后一个信道。备选地，该波长对能够已经被指配给第二光信道和第三光信道，并且将仍然已经维持在与节点4相关联的光谱部分的中心波长周围的加权的平衡。对于节点N，控制器已经预留具有九个光通信信道的信道组并且将波长指配给第一、第三、第五、第七和第九通信信道，这指示节点N可以相对于其他节点正在经历或被预测为将经历特别繁重的通信流量。以这种方式，如图4中图示的，控制器维持对指配的波长的平衡的节点内分布，还维持在针对分组光传输设备的所有各个光通信信道之间的最小阈值光谱分离。
返回到图3的流程图，一旦控制器42已经将波长指配给通信信道，则控制器42向分组光传输设备44输出命令以配置由设备的光学接口中的每个光学接口利用的波长(107)。
在配置分组光传输设备44之后，控制器42监控由光传输系统46 的路由器48和底层部件报告或以其他方式从光传输系统46的路由器48 和底层部件报告接收到的状态信息52。更具体地，控制器42监控诸如当前网络流量水平、功率消耗、电流消耗等的状态信息52，并且应用分析以标识或预测拓扑改变事件(108)。例如，控制器42可以对状态信息52应用分析以确定一个或多个分组光传输设备44要求附加的带宽。作为另一示例，控制器42可以基于状态信息52来确定光传输系统46 的一个或多个光学部件有可能或已经发生故障并且因此流量要在该部件周围被路由，从而增大在某分组光传输设备44上的流量负载同时降低其他分组光传输设备上的流量负载。
响应于这样的事件，控制器42首先确定如之前由控制器分配的现有信道组是否足以处置分组光传输设备44中的每个分组光传输设备的新带宽要求(110)。即，对于需要附加的带宽的任何受影响的信道组，控制器42确定具有未指配的波长的足够数量的通信信道是否存在于该组中。如果是，则控制器42应用以上描述的过程(例如，图3的步骤 106)来指配一个或多个附加的波长(112)。此时，控制器42可以根据以上描述的过程来重新指配受影响的信道组和对应的分组光传输设备中的波长中的全部波长，从而维持在信道组中的平衡的波长分布。
然而，如果控制器42确定在受影响的通信组中不存在足够数目的开放通信信道(例如，该组中的所有通信信道已经被指配波长)，则控制器42可以首先确定是否能够通过至少暂时地将来自其他组的一个或多个未使用的通信信道重新指配给受影响的信道组来执行对信道组配置和波长指配的增量更新(114)。如果是，则控制器42将来自一个或多个信道组的一个或多个通信信道重新指配给需要更多带宽的信道组 (116)。此时，控制器42应用以上描述的过程(例如，图3的步骤106) 以新分配具有增大数目的通信信道的信道组中的波长中的全部波长以维持在信道组中的平衡的波长分布，并且将对应的分组光传输设备配置为开始根据所指配的波长来转发光通信。
在一些情形中，控制器42可以确定对信道配置组和波长指配的增量更新是不合适的(114的否)。例如，控制器42可以确定在其他分组光传输设备44中不存在其他的开放信道。在一些示例中，诸如将要求对当前信道组和波长指配的显著改变的事件，控制器42可以重新发起闭环控制过程是更合适的从而整体地重新计算信道通信组和波长指配 (114的否)。如果是，则控制器42考虑检测到的拓扑改变事件重复以上描述的闭环过程。
以下章节更详细地描述根据本文中描述的技术的由诸如控制器22、 42的控制器执行的闭环通信信道和波长指配操作的示例实施方式。表1 列出了在以下章节中使用的符号和定义。
表1
使用该命名法，能够将在总光谱宽度C和信道之间的光谱距离d之间的关系定义为：
Chmax＝C/d，
其中，Chmax是具有恒定或均匀光谱的信道的最大数目。
针对每个单个信道的光谱宽度c能够被表示为：
C/c>Chmax。
一些光传输系统可以被实施以允许由于滤波效应(例如，带宽变窄)的在分组光设备上的最少量的惩罚。
此外，图3的闭环控制过程可以被表示为指配来自每个节点N_i的一个或多个波长，其中i＝1,..,N_max，其中每个节点表示分组光传输设备44中的相应的一个分组光传输设备。
如以上讨论的，可以基于当前或预测的通信流量以加权的方式针对每个节点确定光信道的数目，即信道组大小。根据这些表达式，在一个示例实施方式中，针对每个节点N_i，针对该节点N_i的分配的信道的总数目#Chi可以基于从节点N_i到最近边缘侧N_e的所有流的总和相比与来自所有节点的所有流的总和再乘以信道的最大数目Ch_max来确定。即，可以通过以下公式来确定针对每个相应的节点的光信道的数目，即信道组大小：
针对给定流的带宽要求可以被选择作为在可配置的时间段上的给定流的最大值。在一些实施方式中，可配置的最短平均时间可以限于控制器的定义的响应时间，即通常由控制器要求的用于重新计算和重新指配信道组指配和波长的时间。
在每个节点N_i处的信道组R_i的预留可以被表示为信道标识符的集合，其中每个信道组由唯一的信道组标识符来表示。在一个示例中，控制器基于每个组内的信道的总数目按排序的次序在逻辑上布置信道组。在一些示例中，控制器按降序布置信道组，使得具有最大数目的信道的信道组在次序中是第一个。在该示例中，控制器可以将最大信道组分配给光谱的红色部分、与第一最大信道组相邻的第二大组等等。例如，这种组的排序可以允许控制器帮助确保在节点或链路故障的情况下保证针对该信道组的存活。该波长信号的存活取决于许多因素，包括但不限于放大器功率控制的响应时间、信号光谱中的波长的功率和分布(因为波长信号经由“带内”拉曼效应、接收器窗口和DWDM光系统专有的其他效应来抽送波长信号)。示例是将具有大量流量的波段分配到光谱的“中间”中以保证拉曼带内效应的最低潜在影响。针对各个信道数目的各种编号方案可以被使用，例如在2012年国际电信联盟(ITU)的 ITU-T G.694.1：“SERIES G:TRANSMISSION SYSTEMS AND MEDIA, DIGITALSYSTEMS AND NETWORKS”中提出的标准信道编号方案，通过引用将其并入本文中，或者具有下降的波长或增加的光学频率的任何编号方案。
使用该命名法，可以根据以下等式来表示在每个信道组内的波长指配的示例实施方式。例如，给定信道组R_i的重心(CG)可以被计算为：
其中，Chi,max和Chi,min分别是针对指配给节点的信道组中的信道的最高唯一标识符和最低唯一标识符。总体上，控制器可以应用一致地向上取整或向下取整的技术。
在任何给定信道组内，根据分离将要在该信道组中指配的波长的信道的数目的分离距离(SD)可以被计算为：
其中，k等于将在给定节点中具有指配的波长的组中的信道的数目。类似于重心公式，控制器可以向上取整或向下取整，只要控制器一致地对函数取整。
对于与相应的节点N_i相关联的信道组R_i，以保持在重心CG周围的平衡的方式将系统的波长指配给组中的信道可以被表示为对以下的优化：
使得：
其中，ni,j表示要在站点i处在波长j选择的波长。在其中存在对该模型的多个解的情形中，控制器可以通过使信道组内的信道之间的分离距离最大化来确定要选择哪个解。
此外，现在描述若干示例场景以说明闭环信道组分配和波长指配控制过程。
示例1
在第一示例场景中，考虑其中光传输系统具有八个分组光传输设备 (被称为Node1-Node8，其中Nodesmax＝8)的示例网络。出于该示例的目的，考虑以下假设：
·光通信信道的最大数目是80(Nmax＝80)，
·每个光信道的总带宽B是100Gb/s，
·针对Node1、Node2、Node4、Node5、Node6和Node8的带宽的确定的需求(当前或预测的)是每个节点10Gb/s，
·针对Node3和Node7的带宽的初始需求是每个节点20Gb/s，并且
·Node1是唯一边缘分组光传输设备44，使得Node1是唯一的进入和退出点，并且
·没有信道将被预留为备用流。
表2图示了其中i＝1…8和j＝1..8的示例结果流量矩阵T_ij，其中i 表示发送节点而j表示接收节点。在表2中，单位被示出为每秒千兆比特。
表2
在该示例中，控制器应用本文中描述的闭环信道分配和波长技术首先确定为每个节点预留的光信道的总数目，其结果被示出在表3的列3 中。接下来，控制器向每个节点指配信道组，得到在表3的列4中列出的信道组。
由于在该示例中，在没有预留任何备用流的情况下每个节点需要利用100Gb/s光信道中的仅仅一个光信道，控制器42将波长指配给在每个信道组中的中间信道。以Node3作为示例，分配给Node3的最大信道 (Chx,max)是信道16，并且分配给Node3的最小信道(Chx,min)是信道 1。如以上描述的，针对信道组的重心被确定为信道8。以这种方式，控制器针对每个节点Nodex指配波长，如表3的第五列中示出的。
表3
示例2
在第二示例场景中，假设与先前示例相同的网络配置但是网络流量已经针对全部八个节点以线性方式增长(到原始带宽要求的十倍)。因此，出于该示例的目的，考虑以下假设：
·光通信信道的最大数目是80(Nmax＝80)，
·每个光信道的总带宽B是100Gb/s，
·针对Node1、Node2、Node4、Node5、Node6和Node8的带宽的确定的需求(当前或预测的)是每个节点100Gb/s，
·针对Node3和Node7的带宽的初始需求是每个节点200Gb/s，并且
·Node1是唯一边缘分组光传输设备44，使得Node1是唯一的进入和退出点，并且
·没有信道将被预留为备用流。
表4图示了针对该示例的其中i＝1…8和j＝1..8的示例结果流量矩阵 T_ij。
表4
由于在该示例中针对全部节点的线性增长，在节点之间的相对带宽与先前示例相同。因此，每个节点预留的信道的数目并且指配给每个节点的特定信道组不改变。由于每个信道的总带宽是100Gb/s，所以Node1、 Node2、Node4、Node5、Node6和Node8仍然能够容纳经由单个光通信信道的整个带宽。然而，Node3和Node7不能够容纳在单个光通信信道中的整个带宽，因为由Node3和Node7使用的总带宽超过单个光通信信道的容量。因此，当实施本文中描述的控制过程时，控制器更新针对网络的分配和波长方案以将附加的波长指配给为Node3和Node7预留的通信信道。
例如，控制器可以指配维持指配给Node3和Node7的初始波长以便最小化通信流的中断。因此，控制器可以指配在与Node3和Node7相关联的信道组内的两个而非一个附加的波长，从而维持在已经在组内指配的初始波长周围的平衡。因此，针对Node3，控制器可以将波长指配给在当前使用的初始通信信道8周围的通信信道4和通信信道12。针对 Node3存在其他示例，诸如通信信道3、13或2、14，其不同仅仅在于光谱间隔。控制器可以被编程以基于单个分组光传输系统的边界和光链路控制质量来选择要指配的特定波长对。控制器类似地将信道组内的附加的波长对指配给Node7，诸如在当前使用的初始通信信道24周围的通信信道20、28。该示例的结果被反映在表5中。
表5
备选地，当将附加的波长指配给Node3和Node7时，控制器可以用于利用相应的通信信道使波长重新平衡。例如，由于在该示例中Node3和Node7仅仅要求两个波长，控制器可以消除对被定位在每个信道组内的重心处的波长的使用并以平衡的方式来指配波长。例如，对于Node3，控制器可以将波长指配给通信信道4和通信信道12并移除向通信信道8 的初始波长指配，从而维持在组内的平衡的波长指配还增加光谱分离。当在两个方法之间进行选择时，控制器可以维持相对于针对节点确定的带宽要求的至少阈值量的多余带宽(例如，至少20％或至少10GB/s，等等)。在该示例中，如以上描述的，由于Node3和Node7两者具有或被预测为具有与单个光通信信道的带宽容量匹配的100Gb/s的带宽要求，所以控制器可以用于在信道组内分配三个波长。
该示例图示了本文中描述的集成控制器、诸如下面参考图7进一步描述的控制器的另一优点。因为总体控制系统具有网络服务意识度，所以当初始波长能够被移动时控制器能够用于将流量从一个波长转移到另一波长。这允许光传输网络内的波长指配的重新设置而完全不中断通过路由/交换网络的基于分组的通信流量。本文中描述的具有分组可知的和与分析组合的对光传输系统的闭环控制的控制架构能够以这种方式完美地且高效地递送先通后断(MBB)解决方案。
示例3
在第三示例场景中，假设与先前示例相同的网络配置但是从示例中呈现的状态来看网络流量现在已经针对全部八个节点以非线性方式增长。因此，出于该示例的目的，考虑以下假设：
·光通信信道的最大数目是80(Nmax＝80)，
·每个光信道的总带宽B是100Gb/s，
·针对Node1、Node4、Node5和Node8的带宽的确定的需求(当前或预测的)是每个节点100Gb/s，
·针对Node2和Node6的带宽的确定的需求(当前或预测的)是每个节点1700Gb/s，
·针对Node3和Node7的带宽的确定的需求(当前或预测的)是每个节点1700Gb/s，并且
·Node1是唯一边缘分组光传输设备44，使得节点1是唯一的进入和退出点，并且
·没有信道将被预留为备用流。
表4图示了针对该示例的其中i＝1…8和j＝1..8的示例结果流量矩阵 T_ij。为简单起见去掉了示出在环形周围的累积带宽要求的列。
响应于检测到带宽要求的非线性变化，控制器确定通信信道的当前分配不足以支持针对至少Node3和Node7的带宽要求。因此，控制器确定是否能够通过至少暂时地将来自其他组的一个或多个未使用的通信信道重新指配给受影响的信道组来执行对信道组配置和波长指配的增量更新(参见附图3的框114)。
以这种方式，控制器可以用于将来自具有多余容量的分组光传输设备(节点)的带宽分配给过度延伸的分组光传输设备(即，在针对带宽的需求超过容量(例如，Node3和Node7)时)。增量更新可以是有益的，因为控制器可以能够在没有对整个分组光传输系统进行重新编程的情况下分配带宽。例如，在增量更新中，控制器可以标识能够被重新指配给过度延伸的节点的具有开放的或未使用的信道的(即，当前没有波长指配的)任何候选节点。控制器42可以选择基于哪个节点具有最多开放的信道24、哪个候选节点具有最少的网络流量、哪个候选节点已经经历在带宽需求上的最少增长或其他因素来选择要从哪个候选节点重新分配带宽。
在该示例场景中，控制器可以确定Node1、Node4、Node5和Node8是用于重新指配通信信道的候选节点，因为每个节点并列具有最多数目的未使用的信道(七个)并且每个节点当前具有最低带宽要求(100Gb/s)。在一些示例中，控制器42可以重新指配来自候选节点中的每个候选节点的需要的信道的子集，从而使对任何给定节点的任何未来影响最小化。
备选地，控制器可以确定对信道配置组的增量更新以及波长指配是不合适的(参见附图3的框114的否分支)。例如，控制器可以被编程有配置数据，该配置数据指定在没有重新发起闭环控制过程的情况下要重新分配的通信信道的最大阈值数目以便整体地重新计算信道通信组和波长指配。假设出于示例的目的，阈值数目被配置为一(1)，则在该示例中控制器将确定需要至少两个通信信道(针对Node3和Node7中的每个节点一个通信信道)，并且因此绕开增量更新并且代替地针对所有节点执行新的信道组分配和波长指配。
图5图示了根据本文中描述的技术的其中控制器202提供底层光传输系统的集成控制分组光传输设备204A、204B的网络200的一部分。图5可以被视为图2的示例的详细部分，并且控制器202可以表示以上描述的控制器22、42。
在图5的示例中，控制器202提供对底层分组光传输系统的路由器 206A、206B和分组光传输设备204A、204B的集中式闭环控制和管理。控制器202持续地通过对来自被分布并被安装在路由器206以及底层光传输系统的分组光传输设备204和光学部件208内的监控代理的状态信息210应用分析来控制分组光传输设备内的波长和光谱指配。
如本文中描述的，控制器202利用内部分析引擎来处理状态信息210 并且使用较高级的拓扑信息响应于状态信息以将分组映射到包括路由器206和与分组光传输设备204相关联的传输资源的网络200中。例如，在一个示例实施方式中，控制器210提供具有实时分析引擎的闭环环境，该实时分析引擎基于状态信息210来预测中断。分析引擎可以预测事件并且针对其出现的可能性超过定义的阈值的事件，对路由器和交换 (L3/L2)设备进行重新配置和/或对底层模拟光传输设备的光谱分配和波长指配进行重新配置。以这种方式，控制器202可以将高级L3/L2软件定义的网络(SDN)控制器的特征与模拟控制架构进行组合以用于控制底层模拟光传输系统，其中对这些系统中的两者的实时控制通过可预测的分析来驱动。因此，控制器202的分析引擎响应于实时状态信息210 并且允许控制器202通过路由/交换系统和底层光传输系统的组合来优化路由、波长和光谱指配(RWSA)。
例如，分组光设备204A、204B通常包括具有多个部件的高级光传输和接收接口，所述多个部件中的任何部件可以通过确定相应的状态信息210B、210F并将其传达给控制器202的内部监控代理来监控。例如，分组光设备204A、204B通常可以包括光学混合器、光学复用器、光学放大器和传达光信号的其他部件，其中的任何部件可以通过分组光设备的内部监控代理来监控，所述分组光设备的所述内部监控代理确定相应的状态信息210B、210F并将其传达给控制器202。此外，在图5的示例中，图5的光传输系统包括用于沿分组光设备204A、204B之间的光链路传输光分组数据的多个光学部件208A-208C。示例光学部件208包括放大器、应答器、OTT、中继器和其他装备。光学部件208A-208C中的每个光学部件提供相应的状态信息210C、201D和210E。
另外，路由器206A、206B可以包括具有用于在数字分组数据和光学分组数据之间转换的多个部件的高级光传输和接收接口。例如，路由器206A、206B可以具有光发射器，所述光发射器具有激光器、本机振荡器、光学调制器、光学混合器、放大器、调制解调器和其他部件。路由器206A、206B可以类似地具有光接收器，所述光接收器具有定时恢复单元、均衡器、模数到数字转换器和其他部件。路由器206A、206B 的这些部件中的任何部件可以通过确定相应的状态信息210A、210G并将其传达给控制器202的内部监控代理来监控。
在一个示例中，状态信息210A-210G中的一个或多个状态信息采取传递一个或多个部件的操作参数的通信的形式，所述操作参数诸如功率消耗、电流消耗、电压电平、操作温度和从相应的设备内的电学部件或光学部件测得的其他参数。分析设备专属的代理可以用于基于单个设备的行为的测量结果来预测中断，并且这些代理能够与其特殊属性相关联/适于其特殊属性。
控制器202的分析引擎基于当前测量结果或基于电流的时间序列和过去的测量结果来应用规则，并且基于在各种部件处测得的操作状况来计算故障或其他有害事件的可能性，从而预测与网络200内的网络资源相关联的未来中断或有害状态。基于该分析，控制器200的路径计算模块与路由和交换系统(例如，在该示例中的路由器206)相关联的高级流量工程和拓扑信息以在一个或多个部件有可能发生故障或以其他方式导致拓扑改变事件时主动地重新引导流量。
在一个示例中，状态信息210C、210D和210E相应分别传递光学部件208A、208B和208C内的放大器的当前功率消耗。控制器202可以轮询光学部件208内的监控代理并请求状态信息210，或者监控代理可以周期性地或在确定操作参数正在接近操作范围内的配置的触发器时发送状态信息。在任何事件中，控制器202内的分析引擎应用指定触发器的规则以用于主动地改变网络200的拓扑。
图6例如是图示了在由光学放大器随时间的电流消耗和故障的概率之间的示例预期关系的图。如所图示的，可以预期针对放大器的给定模型的电流消耗220随时间(例如，线性地)增大以便维持恒定的发射功率。此外，触发器224可以被定义为放大器的预期操作寿命在故障的阈值概率222内的指示器。因此，控制器202的分析引擎可以被配置有实施图6中图示的示例预期关系的规则。即，管理员可以创建例如在来自底层光学部件208的电流消耗超过触发器222时触发拓扑改变动作。响应于检测到这样的状况存在，控制器202的路径计算元件可以主动地重新路由在已经被预测为发生故障的链路周围的流量。
描述的并且说明的示例不仅适用于光学放大器，而且适用于任何基于激光的放大或仅仅基于激光的信号传送部件，例如本机振荡器、激光信号、光学前置和后置放大器、光学增强器、半导体光学放大器(SOA) 和类似的光学部件。
作为另一示例，代理可以单独地基于设备的年龄来对设备的状态进行信号传送。这可以获得益处，因为光学设备出于资本/支出(CapEx) 原因经历商品化和简化，并且因此，光学部件的使用期限规定可以相当有限。
此外，在一些实施例中，以上描述的功能参数的测量结果可以与设备的报告的年龄相组合。针对在规定的最大值处操作的设备的故障的预测可以在规则内被定义为比在其最大规定处不一致地操作的设备具有低得多的设备使用期限。例如，基于诸如温度和湿度的可测量环境状况，关于设备的使用期限的机械振动的影响能够由分析引擎来预测。
在另一示例中，监控代理中的任何监控代理可以在本地对本地电子部件的操作参数应用规则，诸如以上讨论的示例规则。在该示例中，状态信息210A-210G中的任何状态信息可以采取传递规则的结果的通信的形式。例如，状态信息210中的任何状态信息可以传递一个或多个在本地应用的规则的结果，例如(1)状态良好，其指示所有参数在触发点以下，(2)故障即将发生，其指示对应的规则导致阈值被触发，以及(3)故障，指示部件已经实际发生故障。在一些示例中，状态信息 (2)故障即将发生可能包括对预计部件的中断何时发生、所确定的中断的概率超过可预配置的阈值的指示器或甚至所确定的概率本身的预测。
在一些示例中，控制器202可以应用基于从多个底层部件接收到的状态信息的复杂规则。例如，可以基于针对与相同的光链路或路由/交换位置相关联的多个设备或部件的总体故障概率来定义规则。作为一个示例，控制器202可以对状态信息210C-210E应用复杂规则，因为相应的光学部件208A-208C中的全部光学部件与分组光传输设备204A、204B 之间的共同光链路相关联。尽管没有光学部件208可以单个地触发以上讨论的规则以便引起拓扑改变，可以定义第二规则以在光学部件中的任何两个或多个光学部件经历大于第二较低阈值226的电流消耗时触发拓扑改变。可以容易地定义将阈值和来自底层分组光传输系统的光学部件的任何组合的诸如电流消耗和操作温度的不同的操作参数进行组合的其他复杂规则。此外，规则中的任何规则可以触发控制器202内的拓扑改变动作，包括通过路由/交换部件的控制器202的路径选择和控制和/ 或分组光传输设备内的波长和光谱指配。以这种方式，控制器202提供对包括路由/交换系统的路由器206A、206B和底层分组光传输系统的分组光传输设备204A、204B的两系统的集中式闭环控制和管理。
图7是图示根据本公开的技术操作的示例集中式控制器300的方框图。控制器300可以被实施为单独的物理设备或虚拟设备，并且例如可以表示本文中描述的控制器22、42、202的示例实例。
控制器300包括耦合到一个或多个网络接口304的控制单元302以通过链路306与其他网络设备交换分组。控制单元302包括执行软件指令的一个或多个处理器(未示出在图7中)，诸如用于定义软件或计算机程序的、存储到计算机可读存储介质的软件指令，所述计算机可读存储介质诸如包括存储指令以使得一个或多个处理器执行本文中描述的技术的存储设备(例如，磁盘驱动器或光盘驱动器)或存储器(诸如快闪存储器或随机存取存储器(RAM))或任何其他类型的易失性或非易失性存储器的非瞬态计算机可读介质。备选地或附加地，控制单元302 可以包括用于执行本文中描述的技术的专用硬件，诸如一个或多个集成电路，一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个专用特殊处理器 (ASSP)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)或专用硬件的前述示例中的一个或多个示例的任何组合。
如本文中描述的，控制器300包括RWSA(路由波长和光谱指配) 控制模块324和SDN控制模块325两者，其协作以提供对网络内的路由/交换系统和底层光传输系统两者的集成闭环控制。在图7的示例中，控制单元302提供针对路径计算元件310的操作环境、拓扑发现模块312、消息处理器320、分析引擎322、RWSA控制模块324、SDN控制模块 325和网络服务应用326。在一个示例中，这些模块可以被实施为控制单元302内的一个或多个过程或可以执行在通信地耦合到控制器300的一个或多个服务器的一个或多个虚拟机上。即，尽管一般被图示并被描述为执行在单个控制器300上，但是这些模块的方面可以以分布式方式被委派给其他计算设备。
消息处理器320接收来自被分布并被安装在底层光传输系统的分组光传输设备和光学部件内的监控代理的实时状态信息。消息处理器320 处理状态信息并且更新网络状态数据库332。响应于状态信息，分析引擎322应用基于规则的策略334并将消息输出到RWSA控制模块324和 SDN控制模块325，从而自适应地并且主动地对网络内的通信进行重新路由。
更具体地，响应于由分析引擎322对策略的应用，SDN控制模块325 可以调用路径计算元件310以计算通过网络的一个或多个新路径。SDN 控制模块325对网络内的路由器和/或交换机进行配置以根据所计算的路径自适应地并且主动地对网络内的通信进行重新路由。SDN控制模块 325可以实施例如路径计算单元通信协议(PCEP)或软件定义的网络(SDN)协议，诸如OpenFlow协议，以提供并引导节点以将转发信息安装到其相应的数据平面。关于OpenFlow的附加的细节在2011年2月的OpenFlow联盟的“OpenFlow SwitchSpecification version 1.1.0”中找到，将其通过引用并入本文中。关于PCEP的附加的细节可以在2009 年3月的网络工作组的请求评注5440“Path Computation Element(PCE)Communication Protocol(PCEP)”中找到，将其中的每一个的整体内容通过引用并入本文中。附加地或备选地，SDN控制模块325可以通过其他接口类型来对路由器内的转发表进行配置，所述其他接口类型诸如简单网络管理协议(SNMP)接口、路径计算单元协议(PCEP)接口、设备管理接口(DMI)、CLI、到路由系统(IRS)的接口或任何其他节点配置接口。
除了由SDN控制模块324提供的较高级控制之外，RWSA控制模块 324基于由路径计算元件310工程设计的任何通信流量变化来共同地且响应性地更新路由波长和光谱指配(RWSA)。即，基于由于SDN控制模块324的对当前和/或预测的通信流量的任何更新的变化，RWSA控制模块324控制底层光传输系统的波长和光谱指配并使其重新平衡。
TE发现模块312表示维持TE数据库330的一个或多个路由协议过程。例如，TE发现模块312可以执行路由协议以接收路由协议广告，诸如开放式最短路径优先(OSPF)或中间系统到中间系统(IS-IS)链路状态广告(LSA)或边界网关协议(BGP)更新消息。在一些实例中，拓扑指示模块64可以备选地或附加地执行拓扑发现机制，诸如用于应用层流量优化(ALTO)服务的接口。
流量工程(TE)数据库330存储由拓扑发现模块312接收到的针对网络的拓扑信息，所述网络构成针对控制器300的路径计算域。TED 330 可以包括一个或多个链路状态数据库(LSDB)，其中链路和节点数据在路由协议公告中被接收、从拓扑服务器被接收和/或由诸如覆盖控制器的链路层实体发现并且然后被提供给拓扑发现模块312。在一些实例中，运营商可以经由客户端接口来配置TED 72内的流量工程或其他拓扑信息。
网络服务应用326表示向服务提供商网络的客户端提供服务的一个或多个过程。网络服务应用326可以向服务提供商网络的客户端提供例如包括IP电话(VoIP)、视频点播(VOD)、批量传输、带围墙的/开放的花园、IP移动性子系统(IMS)和其他移动性服务以及互联网服务。网络服务应用326可以要求由控制器300提供的服务，诸如节点管理、会话管理和策略强制执行。网络服务应用326中的每个网络服务应用可以包括客户端接口，诸如命令行接口(CLI)、图形用户界面(GUI)或应用编程接口(API)，一个或多个客户端应用通过其请求高级网络服务。
图7中的控制架构可以被应用以解决网络中的其他非常严重的挑战。例如，架构可以帮助克服如所描述的关于设备的可用性和网络链接的健康的挑战，而且还帮助克服由光传输网络本身引发的限制中的一些限制。可以被克服的限制之一是通过控制器架构的方式可能阻塞的转移波长。所述系统可以帮助克服由于光学滤波器结构的限制、一个路径中的DWDM带宽限制或ROADM和PXC架构的物理限制。底层传输基础设施可以在至少某种程度上针对端到端路径变得虚拟化。
例如，总体上，固定ROADM是针对专用端口的具有预定义的和固定的波长的ROADM。在给定端口的另一侧的可调谐的ROADM中，能够设定任何波长，如果其还没有被分配的话。如图7中描绘的，本文中提出的包括控制器300以及RWSA控制模块324和分析引擎322的系统可以递送针对网络服务(被应用到分组流的L2/L3服务)无缝且可调谐的解决方案。在两个点之间的网络服务(例如，L2/L3VPN)可以被映射到固定ROADM基础设施中，并且取决于需求和服务属性而自动地被调节。因此，本文中描述的系统不仅仅对网络的传输层进行虚拟化而且由于控制器的更高级视图而增强了能力。以这种方式，使用集成控制器从底层的独立式物理固定ROADM系统创建独立式物理固定ROADM 或虚拟可调谐的ROADM。示例还适用于固定的PXC和可调谐的PXC。
作为另一示例，取代于单个光传输(例如，DWDM)系统，可以存在连接到一个或多个路由/交换系统的部署的若干DWDM系统，其全部根据本文中描述的技术被监控并被控制。控制器能够将网络服务需求最佳地放置到传输网络中。从网络服务视角，这产生无缝的端到端网络。系统基于针对较高级(L7-L2)服务的当前或预测的需求，从两个物理 DWDM系统创建出在例如关于路由波长和光谱指配集中管理的光传输网络下面的单个虚拟化DWDM系统。控制器可以优化在DWDM网络之间的负载平衡、通过到底层光传输基础设施中的理想分组流放置和理想波长放置的可用性和可靠性考虑。
作为另一示例，ROADM或PXC可能完全或部分地被消除并且由直接与DWDM传输系统连接的路由器/交换机代替。ROADM将在物理上不存在，但是系统因此能够以与虚拟可调谐且无方向的ROADM或 PXC等价的方式来操纵网络流量。此外，ROADM和点到点DWDM系统可能在物理上被部署在相同位置处，但是DWDM波长中的一些 DWDM波长可能在没有ROADM的路由器处直接被终止。此外，对于该示例，系统能够以与虚拟可调谐且无方向的ROADM或PXC等价的方式来操纵网络流量。
作为另一示例，光传输系统可以在物理上包括单个OTT或 ROADM滤波结构，但是包括具有不同的放大系统的多个不同的线路系统。该物理上划分的网络，例如两个不同的光学放大器链，可以利用相同的DWDM系统，即因为滤波系统是相同的。该类型的网络还可以通过本文中描述的控制架构被虚拟化成能够对其应用闭环控制的单个逻辑光传输系统。对于这样的系统，控制器可以通过对路由/交换系统内的理想分组流放置和底层光传输系统内的理想波长放置进行选择和配置来优化在底层光传输DWDM网络之间的负载平衡以及可用性和可靠性考虑。
作为另一示例，在入口策略确定的多层路由中，分组流在边缘处被组合并且LSP被形成。路径在针对每个LSP的网络中被设置并且用于传输映射到该LSP的分组。该架构具有若干挑战。第一，因为底层传输网络容量和冗余通常是未知的，路径设置可能不是最优的。第二，因为入口流的带宽能够广泛地变化，最初设置的路径可能由于阻塞效应而不再是最优的。第三，因为入口流属性变化，网络的路由可能需要改变，例如需要特定弹性，延时可能也正在变化。本文中描述的集成(例如，图7中的控制器300)能够确定到LSP中的流的封装以使入口需求完美地适合于该路由，包括所有网络资源在内。总之，针对每个特定网络服务类，利用其自身的策略、属性，能够优化由控制器控制的虚拟化环境。这产生对网络的虚拟“切片”。
作为另一示例，尽最大努力的高速互联网(HSI)通信流量可以与尽最大努力的未受保护的底层传输装备相连接。对控制器已知的网络策略和整形能够之后通过在没有冗余的情况下指配仅仅一个波长来放置网络服务。
作为另一示例，可以需要放置具有高弹性的保证带宽要求的网络服务。本文中描述的控制器可以自动地构建在传输层上的多个冗余(例如，创建若干冗余波长)和在路由器&交换机层上的多个冗余(例如，端口冗余)，并且能够分析可用性预测并将其与网络服务要求相匹配。
本公开中描述的技术可以至少部分地被实施在硬件、软件、固件或其任何组合中。例如，所描述的技术的各种方面可以被实施在一个或多个处理器内，所述一个或多个处理器包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA) 或任何其他等效集成电路或分立逻辑电路以及这样的部件的任何组合。术语“处理器”或“处理电路”一般可以指单独的或与其他逻辑电路组合的前述逻辑电路中的任何逻辑电路或任何其他等效电路。包括硬件的控制单元还可以执行本公开的技术中的一个或多个技术。
这样的硬件、软件和固件可以被实施在相同设备内或分离的设备内，以支持本公开中描述的各种操作和功能。另外，任何所描述的单元、模块或部件可以一起被实施或单独地被实施为分立但可互操作的逻辑设备。对不同特征作为模块或单元的描绘旨在突出不同的功能方面并且不一定暗示这样的模块或单元必需通过单独的硬件或软件部件来实现。相反，与一个或多个模块或单元相关联的功能可以通过单独的硬件或软件部件来执行，或被集成在共同或单独的硬件或软件部件内。
本公开中描述的技术还可以被实现或被编码在包含指令的诸如计算机可读存储介质的计算机可读介质中。嵌入或编码在计算机可读介质中的指令可以例如当指令被运行时使得可编程处理器或其他处理器执行所述方法。计算机可读介质可以包括非瞬态计算机可读存储介质和瞬态通信介质。有形且非瞬态的计算机可读存储介质可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM)、快闪存储器、硬盘、CD-ROM、软盘、磁带、磁性介质、光学介质或其他计算机可读存储介质。应当理解，术语“计算机可读存储介质”指物理存储介质而非信号、载波或其他瞬态介质。
已经描述了本公开的各种实施例。这些实施例和其他实施例在以下权利要求书的范围内。

Claims (22)

1.一种用于通信网络的系统，包括：
路由和交换网络，所述路由和交换网络具有用于对基于分组的网络流量进行通信的多个相互连接的层三L3路由部件和层二L2交换部件；
多个分组光传输设备，所述多个分组光传输设备相互连接以形成光传输系统并且耦合到路由和交换网络以对所述路由部件和所述交换部件之间的所述网络流量进行光传输；以及
控制器，所述控制器包括：
路径计算元件，所述路径计算元件用于计算用于所述网络流量通过所述路由和交换网络的路径；
软件定义的网络SDN控制模块，所述软件定义的网络控制模块用于将更新的路由信息传达到所述路由和交换网络的所述路由部件以控制分组流根据计算的所述路径通过所述路由和交换网络；以及
路由波长和光谱指配控制模块，所述路由波长和光谱指配控制模块将所述分组光传输设备配置为响应于更新的所述路由信息和针对所述网络流量的带宽要求而在特定波长处操作。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器还包括：
消息处理器，所述消息处理器用于接收来自所述路由和交换网络的状态信息；
其中，响应于针对所述路由和交换网络的所述状态信息，所述路径计算元件计算用于所述网络流量通过所述路由和交换网络的一个或多个新路径；并且
其中波长和光谱指配控制模块执行闭环控制过程以将所述分组光传输设备配置为响应于更新的所述路由信息和针对所述网络流量的带宽要求而在特定波长处操作。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述状态信息指示在所述路由部件中的每个路由部件处的当前带宽消耗或当前拥塞。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器还包括：
路由协议过程，所述路由协议接收来自所述路由和交换网络的路由设备的路由信息；以及
流量工程数据库，所述流量工程数据库存储所述路由信息；
其中所述路径计算元件根据流量工程数据来计算所述路径并且根据计算的所述路径来更新所述流量工程数据库内的拓扑信息，并且
其中所述路由波长和光谱指配控制模块根据更新的所述拓扑信息来确定针对所述分组光传输设备的波长指配。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器的波长和光谱指配控制模块执行闭环控制过程以将所述分组光传输设备配置为响应于由所述路径计算元件计算的通过所述路由和交换网络的路径而在特定波长处操作。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器的所述波长和光谱指配控制模块被配置为：
针对所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备确定相应的信道组大小，所述相应的信道组大小指定从由所述光传输系统支持的光信道的总数目中为所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备预留的光信道的数目，其中针对所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备的所述相应的信道组大小是基于针对相应的分组光传输设备的带宽要求来确定的；
根据所确定的信道组大小从由所述分组光传输设备支持的光谱中为所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备预留光信道集合，所预留的光信道中的每个光信道具有所述光谱内的未指定的波长，所述光信道集合中的每个光信道与所述光谱的不同部分相关联并且具有基于针对所述相应的分组光传输设备确定的所述信道组大小的光谱范围；以及
针对所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备，将来自所述光谱的相应的波长指配给为所述分组光传输设备预留的所述光信道集合中的所述光信道中的一个或多个光信道，以使与所述分组光传输设备相关联的网络流量水平在与为所述分组光传输设备预留的所述光信道集合相关联的所述光谱的所述部分的中心周围平衡。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述波长和光谱指配控制模块被配置为：
针对所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备确定为所述相应的分组光传输设备预留的所述光谱的所述部分的中心；
针对所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备确定在预留的所述光信道集合中的光信道的数目，由此将相应的波长指配给所述光信道集合以提供满足与所述相应的分组光传输设备相关联的所述带宽要求的带宽；以及
针对所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备，将相应的波长指配给在分布中的确定的所述数目的光信道，所述分布使所述网络流量在为所述分组光传输设备预留的所述光谱的相应部分的中心周围平衡。
8.根据权利要求6所述的系统，其中针对所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备的带宽要求基于针对所述相应的分组光传输设备的当前带宽利用。
9.根据权利要求6所述的系统，其中针对所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备的带宽要求基于针对所述相应的分组光传输设备的预测的带宽利用。
10.根据权利要求6所述的系统，其中所述波长和光谱指配控制模块被配置为输出消息以将所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备配置为根据指配的所述波长来转发分组数据。
11.一种用于通信网络的方法，包括：
利用集成网络控制器来接收来自路由和交换网络的状态信息，所述路由和交换网络具有用于对基于分组的网络流量进行通信的多个相互连接的层三L3路由部件和层二L2交换部件；
利用所述控制器的路径计算元件来计算用于层三L3分组通过所述路由部件的多个路径；
利用所述控制器的软件定义的网络SDN控制模块来将更新的路由信息传达到所述路由部件以控制分组流根据计算的所述路径通过所述路由和交换网络；以及
利用所述控制器的路由波长和光谱指配控制模块来将光传输网络的分组光传输设备配置为响应于计算的所述路径和针对在路由器处沿所述路径的所述网络流量的带宽要求而在特定波长处操作。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
利用所述控制器来接收来自所述路由和交换网络的所述路由部件和所述交换部件以及来自所述光传输网络的所述分组光传输设备的状态信息；
响应于所述状态信息，计算用于所述网络流量通过所述路由和交换网络的一个或多个新路径；以及
利用波长和光谱指配控制模块来执行闭环控制过程以将所述分组光传输设备配置为响应于所述新路径和针对所述路由部件沿所述新路径的带宽要求而在特定波长处操作。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述状态信息指示在所述路由部件中的每个路由部件处的当前带宽消耗或当前拥塞。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述状态信息包括以下的一项或多项：针对所述路由部件和所述交换部件的功耗、电流消耗、电压电平或操作温度。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述状态信息包括以下的一项或多项：针对所述光传输网络的光学部件的功耗、电流消耗、电压电平或操作温度。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述分组光传输设备包括以下中的任一项：可重新配置的光分插复用器ROADM、光子交叉连接PXC、光学交叉连接OXC、密集波分复用设备DWDM、放大器、应答器以及光学终止终端OTT。
17.根据权利要求12所述的方法，其中利用所述控制器的路由波长和光谱指配控制模块来将所述分组光传输设备配置为在特定波长处操作包括：
针对相互连接以形成光传输系统的多个分组光传输设备中的每个分组光传输设备确定相应的信道组大小，所述相应的信道组大小指定从由所述光传输系统支持的光信道的总数目中为所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备预留的光信道的数目，其中针对所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备的所述相应的信道组大小是基于针对相应的分组光传输设备的带宽要求来确定的；
根据所确定的信道组大小从由所述分组光传输设备支持的光谱中为所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备预留光信道集合，所预留的光信道中的每个光信道具有所述光谱内的未指定的波长，所述光信道集合中的每个光信道与所述光谱的不同部分相关联并且具有基于针对所述相应的分组光传输设备确定的所述信道组大小的光谱范围；以及
针对所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备，将来自所述光谱的相应的波长指配给为所述分组光传输设备预留的所述光信道集合中的所述光信道中的一个或多个光信道，以使与所述分组光传输设备相关联的网络流量水平在与为所述分组光传输设备预留的所述光信道集合相关联的所述光谱的所述部分的中心周围平衡。
18.根据权利要求17所述的方法，其中将来自所述光谱的相应的波长指配给为所述分组光传输设备预留的所述光通道集合中的所述光信道中的所述一个或多个光信道包括，针对所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备：
确定为所述相应的分组光传输设备预留的所述光谱的所述部分的中心；
确定在为所述分组光传输设备预留的相应的光信道中的光信道的数目，将相应的波长指配给为所述分组光传输设备预留的所述相应的光信道以提供超过与所述相应的分组光传输设备相关联的所述带宽要求的带宽；以及
针对所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备，将相应的波长指配给所述数目的光信道，以使通信流量在为所述分组光传输设备预留的所述光谱的相应部分的中心周围平衡。
19.根据权利要求17所述的方法，其中针对所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备的带宽要求基于针对所述相应的分组光传输设备的当前带宽利用。
20.根据权利要求17所述的方法，其中针对所述分组光传输设备中的每个分组光传输设备的带宽要求基于针对所述相应的分组光传输设备的预测的带宽利用。
21.一种集成网络控制器，包括：
路径计算元件，所述路径计算元件计算用于网络流量通过路由和交换网络的路径，所述路由和交换网络具有用于对基于分组的网络流量进行通信的多个相互连接的层三L3路由部件和层二L2交换部件；
软件定义的网络SDN控制模块，所述软件定义的网络控制模块用于将更新的路由信息传达到所述路由和交换网络的所述路由部件以控制分组流根据计算的所述路径通过所述路由和交换网络；以及
路由波长和光谱指配控制模块，所述路由波长和光谱指配控制模块将光传输系统的多个分组光传输设备中的每个分组光传输设备配置为响应于更新的所述路由信息和针对所述网络流量的带宽要求而在特定波长处操作以用于对所述路由部件和所述交换部件之间的所述网络流量进行光传输。
22.根据权利要求21所述的集成网络控制器，其中所述控制器还包括：
消息处理器，所述消息处理器用于接收来自所述路由和交换网络的状态信息；
其中，响应于针对所述路由和交换网络的所述状态信息，所述路径计算元件计算用于所述网络流量通过所述路由和交换网络的一个或多个新路径；并且
其中波长和光谱指配控制模块执行闭环控制过程以将所述分组光传输设备配置为响应于更新的所述路由信息和针对所述网络流量的带宽要求而在特定波长处操作。
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