CN108040302B - 基于Clos和T-S-T的自适应交换网络路由方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于Clos和T‑S‑T的自适应交换网络路由算法。本发明采用Clos网络和T‑S‑T网络，通过标记路径的方式实现SDH信号和10GE信号的自适应交换网络路由算法；10GE信号路由算法和SDH信号路由算法分别包括新建路由程序和删除路由程序。本发明所产生的有益效果是：结合Clos三级交换网络和T‑S‑T三级交换网络，组成自适应交换网络，并根据采用Clos网络和T‑S‑T网络级联的方式设计大容量交叉网络，通过标记路径的方式实现SDH和10GE信号的自适应交换。通过此算法，可以实现大容量的自适应交换网络路由调度。

Description

基于Clos和T-S-T的自适应交换网络路由方法
技术领域
本发明涉及光通信，传输网领域，尤其是涉及一种基于Clos和T-S-T的自适应交换网络路由方法。具体涉及到Clos交换网络、T-S-T三级交换网络、10GE信号交换、SDH信号交换。
背景技术
Clos三级交换网络是采用基本交换单元来搭建大型交换网络的常用的拓扑，当前使用的大容量交换网络拓扑多采用这种结构。N*N的Clos网络基本结构如图1所示，N为输入端口和输出端口数。第一级的交换单元为n*m的Crossbar，共有r个，令r=N/n，第三级的交换单元为m×n的Crossbar，也有r个，中间级的交换单元为r×r的Crossbar，共有m个。这种三级Clos网络可记为C(N, n, m)。显然Clos网络是多路径网络，任何一对指定的入端与出端之间有m条通路，每一条通路通过不同的中间级交换单元。
SDH数字交叉目前多采用电路交换技术，现代的数字交换网络的组成方式分为空间分割方式和时间分割方式，分别用T（Time）和S（Space）表示。T-S-T三级交换网络可实现大容量的电路交换。在单播的情况下，T-S-T交叉矩阵可以实现任意入口的任意时隙到任意出口的任意时隙，也即是T-S-T 交叉结构对单播来讲是严格无阻塞的。另外，它还可以实现广播业务的重配置无阻塞。
当前电信网络中面向连接的SDH标准和面向无连接的包交换等多种形式并存，如何解决多种接入信号下自适应的交换成为研究重点。针对接入信号中SDH和10GE信号自适应交换的需求，本系统基于Clos网络和T-S-T构建大容量自适应交换网络，并抽象建模设计路由寻径算法，实现SDH信号和10G以太网信号自适应交叉功能。
发明内容
针对当前传输网中面向连接的SDH标准和面向无连接的以太网包交换并存的现象，为解决SDH信号和10GE信号自适应交换的问题，本发明提供一种基于Clos和T-S-T的自适应交换网络路由方法。
本发明采取的技术方案是：一种基于Clos和T-S-T的自适应交换网络路由方法，其特征在于，采用Clos网络和T-S-T网络，通过标记路径的方式实现SDH信号和10GE信号的自适应交换网络路由方法；10GE信号路由方法和SDH信号路由方法分别包括新建路由程序和删除路由程序。
所述10GE信号路由方法中，新建路由程序执行如下操作：
（1）、判断输出端口是否已经占用，占用则退出；
（2）、遍历输入级出通道，判断当前需交叉输入通道是否存在复制路由；
（3）、复制情况下，优先级依次为输出级复制、中间级复制，输入级复制，其中输入级复制和无复制情况路由计算流程相同；
（4）、无复制情况下，遍历输入模块所有出通道，找到空闲端口，根据Clos网络连接关系计算出中间级对应的输入通道以及中间级子模块编号，判断中间级出通道是否空闲，是则建立整条路由，否则退回重新寻找输入模块空闲出通道。
所述10GE信号路由方法中，删除路由程序执行如下操作：
（1）、遍历输出模块输出通道，判断是否输出级复制，是则只删除输出级路由即可；
（2）、遍历中间级输出通道，判断是否中间级复制，是则找到所有复制通道对应的输出级路由，判断是否有占用，无则删除此通道和所有复制通道整条，有则只删除此通道路由；
（3）、无复制或输入级复制情况，删除对应路由。
所述SDH信号路由方法中，新建路由程序执行如下操作：
（1）、判断输出是否已占用，如果占用则退出；
（2）、遍历输出级时隙交叉路由，判断是否可在输出级复制，输出级复制情况下只计算输出级时隙交叉路由，输入级和虚拟中间级复用；
（3）、遍历中间级路由，判断是否存在可复用交叉颗粒度VC4，即中间级通道已建立而输出级通道未建立的交叉颗粒度VC4，这种情况只需计算输出级时隙交叉路由即可；
（4）、遍历中间级路由，判断是否存在可复用中间级通道，存在则建立输出级路由，并记录中间级时隙位置；
（5）、遍历中间级路由，判断是否存在可复制交叉颗粒度VC4，存在则寻找空闲中间级通道复制此交叉颗粒度VC4所在中间级通道；
（6）、遍历输入模块所有出通道，找到第一个无任何已交叉颗粒度VC4的空闲通道；遍历与输出级模块连接的中间级出通道，找到第一个空闲通道；建立中间级、输入级、输出级路由。
所述SDH信号路由方法中，删除路由程序执行如下操作：
（1）、遍历输出级时隙交叉路由，判断当前输出是否输出级复制情况，是则仅删除当前输出级时隙 交叉路由；
（2）、遍历中间级路由，判断是否存在中间级复制情况，是则判断所有复制的通道对应时隙是否有输出，无则在所有复制通道清空当前时隙，中间级通道时隙计数减1，当中间级时隙计数减到0的时候删除所有中间级复制通道路由；若有则仅删除输出级路由；
（3）、根据网络连接关系找到输入级路由，整条链路删除，中间级通道时隙计数减1，当中间级时隙计数减到0的时候删除中间级通道路由。
本发明所产生的有益效果是：结合Clos三级交换网络和T-S-T三级交换网络，组成自适应交换网络，并根据采用Clos网络和T-S-T网络级联的方式设计大容量交叉网络，通过标记路径的方式实现SDH和10GE信号的自适应交换。通过此算法，可以实现大容量的自适应交换网络路由调度。
附图说明
图1为三级Clos交换网络结构示意图；
图2为本发明的自适应交换系统结构示意图；
图3为10GE信号交叉网络示意图；
图4为SDH信号交叉网络示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明。
本系统需要解决多种接入信号下自适应交换问题，10GE信号需要通过系统实现通道交换，SDH信号需要通过系统实现时隙交换，通道交换通过交换芯片即可实现，时隙交换需通过FPGA实现，因此使用多级交换芯片和FPGA搭建自适应交换系统，根据接入信号的不同选择不同的路径输出。
系统从物理上分为三部分，输入级、中间级和输出级。为实现SDH信号和10GE信号的自适应交换，需要将Clos网络和T-S-T网络结合起来实现。对于10GE信号，通过Clos网络实现通道无阻塞交换，由输入级交叉模块、交换板、输出级交叉模块组成，信号在输入和输出两级FPGA均为直通。对于SDH信号，通过T-S-T三级交换网络实现，输入级FPGA组成输入级T交换，输入级交叉模块、交换板、输出级交叉模块组成Clos网络作为T-S-T网络抽象中间级完成S交换，输出级FPGA完成输出级T交换。系统结构如图2所示。
核心交换算法设计：基于图2所示的交换网络，交换算法需要实现对于10GE和SDH信号的自适应路由调度。需要解决以下问题：
1、SDH信号需要实现时隙交叉，而10GE信号需要实现通道交叉，两种信号需要在网络中实现自适应交换。
2、SDH信号和10GE信号时钟频率不同，因此通道不能复用，在计算路由的时候要将两种信号类型区分开。
对于第一个问题，采用拆分网络的方法解决，算法基于Clos网络和T-S-T网络设计，根据接入信号的不同选择不同的交换网络，其中10GE信号需要完成整体信号的交换，因此需要实现从任意输入到任意输出的严格无阻塞的空分交换，采用Clos交换网络实现，在上述交叉网络中，采用输入级交叉芯片、中间级、输出级交叉芯片构成三级Clos网络，可实现10GE信号的交换路由调度功能。对于SDH接入信号，需要实现基于时隙的交换，采用T-S-T网络可实现，同时，为减小阻塞概率，在输入级和输出级增加交叉芯片，提高输入输出吞吐量，将输入级交叉芯片、中间级、输出级交叉芯片组成一个三级Clos交换网络，完成严格无阻塞空分交换功能，此交换网络抽象成一级空分交换，与输入级时分交换、输出级时分交换一起构成三级T-S-T网络，共同完成SDH信号的路由调度。
对于第2个问题，采用标记通道的方法解决，对于这两种信号的交换路径，在输入级交叉芯片、中间级、输出级交叉芯片这三个地方是共用的，对于SDH信号，这三级组成一个Clos网络作为T-S-T网络的虚拟S级，对于10GE信号，只需要用到这三级组成的Clos网络。经分析交叉这两个网络发现，其实这两种信号的交换在整个网络中真正共用的地方只有输入级交叉芯片出通道、中间级、输出级交叉芯片入通道，而输入级交叉芯片出通道和中间级入通道相连，输出级交叉芯片入通道和中间级出通道相连，因此只需要在中间级入、出通道设置标记，记录所有占用通道的信号类型标签，当进行下一次路径配置的时候就可以根据信号类型标签判断当前通道是否可以复用。
本发明采用Clos网络和T-S-T网络，通过标记路径的方式实现SDH信号和10GE信号的自适应交换网络路由方法；10GE信号路由方法和SDH信号路由方法分别包括新建路由程序和删除路由程序。
10GE信号路由方法中，新建路由程序执行如下操作：
（1）、判断输出端口是否已经占用，占用则退出；
（2）、遍历输入级出通道，判断当前需交叉输入通道是否存在复制路由；
（3）、复制情况下，优先级依次为输出级复制、中间级复制，输入级复制，其中输入级复制和无复制情况路由计算流程相同；
（4）、无复制情况下，遍历输入模块所有出通道，找到空闲端口，根据ClosS网络连接关系计算出中间级对应的输入通道以及中间级子模块编号，判断中间级出通道是否空闲，是则建立整条路由，否则退回重新寻找输入模块空闲出通道。
10GE信号路由方法中，删除路由程序执行如下操作：
（1）、遍历输出模块输出通道，判断是否输出级复制，是则只删除输出级路由即可；
（2）、遍历中间级输出通道，判断是否中间级复制，是则找到所有复制通道对应的输出级路由，判断是否有占用，无则删除此通道和所有复制通道整条，有则只删除此通道路由；
（3）、无复制或输入级复制情况，删除对应路由。
SDH信号路由方法中，方法需要兼容单播、组播、广播功能，以高阶交叉为例，即交叉颗粒度为VC4，新建路由程序执行如下操作：
（1）、判断输出是否已占用，如果占用则退出；
（2）、遍历输出级时隙交叉路由，判断是否可在输出级复制，输出级复制情况下只计算输出级时隙交叉路由，输入级和虚拟中间级复用；
（3）、遍历中间级路由，判断是否存在可复用交叉颗粒度VC4，即中间级通道已建立而输出级通道未建立的交叉颗粒度VC4，这种情况只需计算输出级时隙交叉路由即可；
（4）、遍历中间级路由，判断是否存在可复用中间级通道，存在则建立输出级路由，并记录中间级时隙位置；
（5）、遍历中间级路由，判断是否存在可复制交叉颗粒度VC4，存在则寻找空闲中间级通道复制此交叉颗粒度VC4所在中间级通道；
（6）、遍历输入模块所有出通道，找到第一个无任何已交叉颗粒度VC4的空闲通道；遍历与输出级模块连接的中间级出通道，找到第一个空闲通道；建立中间级、输入级、输出级路由。
SDH信号路由方法中，删除路由程序执行如下操作：
（1）、遍历输出级时隙交叉路由，判断当前输出是否输出级复制情况，是则仅删除当前输出级时隙交叉路由；
（2）、遍历中间级路由，判断是否存在中间级复制情况，是则判断所有复制的通道对应时隙是否有输出，无则在所有复制通道清空当前时隙，中间级通道时隙计数减1，当中间级时隙计数减到0的时候删除所有中间级复制通道路由；若有则仅删除输出级路由；
（3）、根据网络连接关系找到输入级路由，整条链路删除，中间级通道时隙计数减1，当中间级时隙计数减到0的时候删除中间级通道路由。

Claims (1)

1.一种基于Clos和T-S-T的自适应交换网络路由方法，其特征在于，采用Clos网络和T-S-T网络，通过标记路径的方式实现SDH信号和10GE信号的自适应交换网络路由方法；10GE信号路由方法和SDH信号路由方法分别包括新建路由程序和删除路由程序；
所述10GE信号路由方法中，新建路由程序执行如下操作：
（1）、判断输出端口是否已经占用，占用则退出；
（2）、遍历输入级出通道，判断当前需交叉输入通道是否存在复制路由；
（3）、复制情况下，优先级依次为输出级复制、中间级复制，输入级复制，其中输入级复制和无复制情况路由计算流程相同；
（4）、无复制情况下，遍历输入模块所有出通道，找到空闲端口，根据Clos网络连接关系计算出中间级对应的输入通道以及中间级子模块编号，判断中间级出通道是否空闲，是则建立整条路由，否则退回重新寻找输入模块空闲出通道；
所述10GE信号路由方法中，删除路由程序执行如下操作：
（1）、遍历输出模块输出通道，判断是否输出级复制，是则只删除输出级路由即可；
（2）、遍历中间级输出通道，判断是否中间级复制，是则找到所有复制通道对应的输出级路由，判断是否有占用，无则删除此通道和所有复制通道整条，有则只删除此通道路由；
（3）、无复制或输入级复制情况，删除对应路由；
所述SDH信号路由方法中，新建路由程序执行如下操作：
（1）、判断输出是否已占用，如果占用则退出；
（2）、遍历输出级时隙交叉路由，判断是否可在输出级复制，输出级复制情况下只计算输出级时隙交叉路由，输入级和虚拟中间级复用；
（3）、遍历中间级路由，判断是否存在可复用交叉颗粒度VC4，即中间级通道已建立而输出级通道未建立的交叉颗粒度VC4，这种情况只需计算输出级时隙交叉路由即可；
（4）、遍历中间级路由，判断是否存在可复用中间级通道，存在则建立输出级路由，并记录中间级时隙位置；
（5）、遍历中间级路由，判断是否存在可复制交叉颗粒度VC4，存在则寻找空闲中间级通道复制此交叉颗粒度VC4所在中间级通道；
（6）、遍历输入模块所有出通道，找到第一个无任何已交叉颗粒度VC4的空闲通道；遍历与输出级模块连接的中间级出通道，找到第一个空闲通道；建立中间级、输入级、输出级路由；
所述SDH信号路由方法中，删除路由程序执行如下操作：
（1）、遍历输出级时隙交叉路由，判断当前输出是否输出级复制情况，是则仅删除当前输出级时隙交叉路由；
（2）、遍历中间级路由，判断是否存在中间级复制情况，是则判断所有复制的通道对应时隙是否有输出，无则在所有复制通道清空当前时隙，中间级通道时隙计数减1，当中间级时隙计数减到0的时候删除所有中间级复制通道路由；若有则仅删除输出级路由；
（3）、根据网络连接关系找到输入级路由，整条链路删除，中间级通道时隙计数减1，当中间级时隙计数减到0的时候删除中间级通道路由。
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