CN1309852A - 采用光学标记交换的高信息输出量、短等待时间的新一代互联网 - Google Patents

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Abstract

一种可应用于光学网络的光学信令标头(210)技术,其中在相同的信道或波长中嵌入分组(620)路由选择信息作为数据有效负载(211),以致标头(210)和数据(211)有效负载通过网络元件以相同的路径和相关的延迟传播。标头(210)信息对于数据有效负载(211)具有充分不同的特征,以致可以检测信令标头而不受数据有效负载的影响,还可以除去信令标头而不影响数据有效负载。可以以模块的方式使用两类镶嵌模块把信号路由选择技术覆盖到传统网络元件上。第一类在数据有效负载进入和输出网络的入口点和出口点处实现标头编码和解码;第二类在每个网络元件处实现标头检测。

Description

采用光学标记交换的高信息输出量、短等待时间的新一代互联网
发明背景
发明领域
本发明涉及光通信系统，尤其涉及适应具有高信息输出量和短等待时间网络业务的光学系统。
背景技术的描述
近年来，光学波分多路复用器(WDM)技术研究的不断进步已经促使网络传输带宽的数量级超过了已有的商业网络。尽管信息输出量的增加就其自身意义来说是令人佩服的，但是降低网络的等待时间也是刻不容缓的，只有这样才能实现新一代超高速网络的新一代互联网(NGI)。这种网络能够支持各种新的应用，包括国内启动(national initiatives)。为此，人们目前正致力于对WDM光学分组交换技术的超短等待时间互联网协议(IP)的研究开发，这种技术能够实现高信息输出量和短等待时间两者的两方面的目的。这种努力，正象所承诺的那样，完全能够实现这两方面的目的。
要实现这种IP/WDM网络，必须满足几个先决条件。首先，NGI网络必须与已有的互联网一起工作，并且必须能够避免协议之间有矛盾。第二，NGI网络必须不仅能够提供超短等待时间，并且还必须同时具有分组交换(即，突发的)IP业务和电路交换WDM网两者的优点。第三，如果NGI网要求信令和数据有效负载之间不同步，则是有利的。最后，所要求的目标是NGI网能够适应于各种协议和格式的数据业务，从而能够发送和接收IP信号以及非IP信号，而无需复杂的同步转换或格式转换。
与其它工作的比较
多波长光学网(MOMET)系统(如，R.E.Wagner等人的论文：“MONET：Multi-Wavelength Optical Networking”，该论文发表在1996年第14卷第6期的“光波技术学报”上)在光学网方面显示出它具有几个主要的里程碑，包括通过12个以上配置在国家标定的光纤距离上的可配置网络元件进行的多波长透明传输。然而，这种网络是电路交换的，并且在提供突发业务时效率不高。从提出请求到交换典型连接的建立时间是几秒，它受限于网络控制和管理(NC&M)以及硬件的能力。近年来，为提高效率而花在MONET项目上的努力主要集中在“适时信令(Just-in-Time signaling)”方案。这种方案采用嵌入的1510nm NC&M信令，它使数据有效负载继续一段估计的延迟时间。为了使信令标头和有效负载的交换同步，对于每一波长的每一种网络配置，必须精确地进行这种估计。
按照本发明，光学分组标头与分组有效负载一样地承载在同一波长上。这种方法调节了标头和有效负载同步地发送。另外，在每一中间光学交换机处采用合适的光学延迟，可以无需在本地交换机处通过引入光学延迟而估计初始的突发延迟。则使得与“适时信令”形成尖锐的差别，这时，沿路径上每一交换机处的延迟必须是事先知道的，并且必须在总延迟的计算中考虑进去。最后，在请求连接时间以及实际实现连接方面浪费很少时间。与MONET中看到的几秒延迟相比，本发明研究内容使延迟减小到最小，而仅受每一交换机中实际硬件交换延迟的限制。当前交换技术使延迟仅为几个毫秒，并且在将来可以实现更短的延迟。可以在采用交换机的每一网络元件处通过采用光纤延迟线而引入这样短的时延。本发明研究内容可以得到降低到硬件的基本极限的可能最短的等待时间，并且不可能采用其它技术而得到再短的等待时间。
在由Chang等人撰写并于1996年6月出版的“光波技术学报”第14卷第6期上刊登的论文“多波长可重配置WDM/ATM/SONET网试验台”中报告了光网络技术合作(ONTC)结果。ONTC项目的两个阶段，阶段Ⅰ(155Mb/s,4-波长)和阶段Ⅱ(2.5Gb/s,8-波长)是配置在基于多转发ATM的网上的。尽管这样一种基于ATM的结构增加了较大的开销，并排除了单转发的可能性，但由于采用了同步ATM单元本身而使得分组/标头信令成为可能。这种NC&M信息的通信是通过相同的光波长进行的，它潜在地提供了与本发明技术相似的好处。然而，本发明的技术与基于ATM的信令相比还有几个显著的优点。第一，本发明的技术提供了用于有效负载的单转发连接，而无需转换成电信号以及对分组进行缓冲。第二，通过排除过度的开销而可以非常有效地利用带宽。第三，允许严格的透明，而且连接等待时间非常短。
I.P.Kaminow等人在于1996年第14卷第5期IEEE学报选择的通信领域中发表的论文“宽带全光学WDM网”中报告了ARPA赞助的全光学网(AON)合作结果。实际上，AON项目有两个部分：如前述论文中报告的WDM，以及同一出版物副刊中报告的TDM。首先讨论AON项目的WDM部分，随后讨论TDM部分。
AON结构是一个三级分层的子网结构，与计算机网络中常见的LAN、MAN和WAN很象。AON在光学终端(OT)之间提供三种基本的服务：A、B、和C服务。A是透明的电路交换服务，B是透明的按时间排列的TDM/WDM服务，而C是用于信令的不透明的数据报服务。在B服务采用的结构中，使用每帧128时隙的250毫秒帧。在一个时隙或一组时隙中，使用者可以自由地选择调制速率和格式。按照AON结构执行的B服务最接近于WDM上的IP，而WDM是本发明的研究内容。然而，将C服务中的NC&M信令与B服务中的有效负载分开要求仔细地使信令标头和有效负载之间进行同步。当使用具有任意位速率的每帧128个时隙的250毫秒帧时，这种要求更加严格。不仅必须在位级上出现同步，而且这种同步必须能够在整个网络上实现。由于可量测性和彼此协作性不是与网络同步要求同步的，所以可量测性和彼此协作性是非常困难的。本发明的研究内容要求与现有的IP和非IP业务不同步、彼此协作，并且提供可量测性。
TDM研究计划是针对100Gb/s的位速率的。原则上，这样超高速的TDM网络具有潜力来提供根据100Gb/s的突发速率要求的确实是灵活的带宽。然而，在这样高的位速率后面，有许多重要的技术挑战，这些挑战主要涉及光纤的非线性、色散和偏振性能的降低。尽管光弧子技术可以减缓某些困难，但它仍然要求极精确的网络同步--下降到几个微微秒。另外，标头和有效负载必须具有相同的位速率，因此，很难提供位速率透明的服务。按照本发明的研究内容要求不同步、不依赖于100Gb/s技术，并提供透明服务。
Cisco公司近来公布了一种基于标记交换(Tag-Switching)的产品，Cisco公司的标记交换的一般性描述见万维网(http://www.cisco.com/warp/public/732/tag/)。Cisco(电子)标记交换向穿越由路由器和交换机组成的网络的分组分配一个标号或“标记”。在传统的路由器网络中，每一分组必须由每一路由器来处理，以确定分组向其最终的目的地的下一个转发。在一种(电子)标记交换网中，标记是分配给目的地网或主机的。随后，分组通过网络交换，网络中的每一个节点简单地就是一些交换标记，而不是对每一分组进行处理。一种(电子)交换网将由一个核心的(电子)标记交换机(传统的路由器或交换机)组成，它们与网络边缘上的(电子)标记边缘路由器相连。(电子)标记边缘路由器和标记交换机采用标准的路由选择协议来识别通过网络的路由。随后，这些系统采用由路由选择协议产生的表格，通过标记分发协议来分配和分发标记信息。标记交换机和标记路由器接收标记分发协议信息，并建立起传送数据库。数据库将特定的目的地映射到与这些目的地和端口相关的标记上，而这些标记是可以通过这些目的地和端口到达的。
当标记边缘路由器接收用于在标记网络上传送的分组时，它分析网络层标头，并执行可适用的网络层服务。随后，它从其路由选择表中选择出用于该分组的路由，附上一个标记，并将该分组传送到下一个转发标记交换机。
标记交换机接收具有标记的分组，并仅根据标记来切换分组，而不对网络层标头进行重新分析。分组到达网络出口点处的标记边缘路由器，而标记是在该出口点处除去，分组是在该出口点处传递的。在Cisco公司宣布了有关(电子)标记交换的消息以后，IETF(互联网工程任务组)推荐了一种MPLS(多协议标号交换)，用来在路由器和包括ATM交换机的交换机中执行标准化的，不依赖于厂商的(电子)标记交换功能。
在Cisco(电子)标记交换中有几个性能是与本发明的研究内容光学标记交换类似的，这些性能也是针对简化分组路由选择所需处理过程的目标的。其主要差别如下。第一，光学标记交换其意义就是纯光学的，其标记和数据有效负载两者都呈光学形式。尽管用每一插接和运作式模块(本发明系统的一种元件)来探测光学标记，但直到实际的分组从网络输出时才进行光电转换。Cisco公司的(电子)标记交换将全部是电子的，并进行电子检测、处理和再传送到位于每一路由器处的每一分组。第二，本发明的光学标记交换使得可能的等待时间为最短，并且不依赖于使用缓冲器。电子标记交换将具有大得多的等待时间，这是因为采用电子处理和电子缓冲的缘故。第三，本发明的光学标记交换采用路径偏转和/或波长转换来解决由于争用分组信息而造成的阻塞，而电子标记交换将仅采用电子缓冲作为解决争用信息的手段，其代价是使等待时间增加，并且其性能是强烈地依赖于分组信息的多少的。本发明包括任意长度的分组信息。最后，本发明的光学标记交换实现了一种严格的透明网络，在该网络中，只要数据具有合适的光学标记，那么任何形式和协议的数据都可以传送。所以，数据可以是任何位速率和调制格式的数字、模拟、或FSK(频移键控)格式。电子标记交换要求数据有效负载具有与电子标记相同的给定数字位速率，这是由于路由器必须对它们进行电子缓冲。
另一种用作本发明的背景技术的代表性技术是所谓的会话偏转虚拟电路协议(SDVC)，它是基于偏转路由选择方法的。N.F.Maxemchuk在1985年12月IEEE学报Globecom’85第255至261页中的论文“曼哈顿大街网络”中指出，当两个分组信息试图到达相同的目的地时，其中的一个分组信息将可以随机地被选择用于较佳的输出链路，而另一分组信息将“偏转到”非较佳链路。这就是说，偶然地，分组信息将选用不是最短的那些路径。本发明采用的偏转方法不是“随机地”选择分组信息使之取最佳的路径，相反，它尝试查看分组信息的优先级，并使具有最高优先级的分组信息选择通往最佳路径的路由。如果分组信息的优先级较低，则这些分组信息将被偏转；但将同时采用“路径偏转”和“波长偏转”两者。路径偏转与传统的SDVC的相似之处是，光学分组信息将经路由选择通往处于同一波长下的下一个最佳的路径。波长偏转使得光学分组经路由选择通往不处于同一波长下的最佳路径。这一波长偏转是通过在网络元件处的波长转换来实现的。采用部分有限波长的转换，这就是说，对于给定的原始波长，并不是所有的波长都用于目的地波长的。波长偏转可以解决因波长争用而造成的阻塞，而不会增加路径延迟。将路径偏转和波长偏转组合起来为解决分组信息的争用而提供了另外的连接性能；但是当阻塞速率开始增大时，可以增加部分波长转换的程度。网络的这种可测量性和灵活性是传统的SDVC所不能及的。
发明概要
本发明采用适用于光学网络的特有的光学信令标头技术。把分组路由选择信息嵌入在相同的信道或波长内作为数据有效负载，从而标头和数据信息通过具有相同路径和相关延迟的网络传播。然而，标头路由选择信息或数据有效负载具有完全不同的特征，从而信令标头的检测可以不受数据有效负载的影响，并且可以去除信令标头而不影响数据有效负载。本发明的研究内容使得这种唯一的信号路由选择方法可以以模块方式(通过增加两类插接和运作式模块)叠加在传统的网络元件上。本发明的研究内容克服了在背景部分中讨论的其它方法的缺点和限制，同时有利地利用了光学网络的所有的能力。
按照本发明的广义方法方面，提供一种方法，用于在由多个网络元件组成的波分多路复用系统中把数据有效负载从输入网络元件传播到输出网络元件，并且假设数据有效负载具有给定的格式和协议，该方法包括下述步骤：(a)在每个网络元件中产生和存储本地路由选择表，通过相关联的一个网络元件，每个本地路由选择表确定本地路由选择；(b)在把数据有效负载输入到输入网络元件之前，把光学标头增加到数据有效负载，所述标头具有格式和协议，并指示对于数据有效负载和标头通过每个网络元件的本地路由选择，并且数据有效负载的格式和协议和标头的格式和协议无关；(c)当数据有效负载和标头通过WDM网络传播时，在每个网络元件处光学地确定标头；(d)选择数据有效负载和标头通过每个网络元件的本地路由选择，所述每个网络元件是通过在相应的本地路由选择表中查找而确定的；以及(e)根据所选择的路由使数据有效负载和标头通过每个网络元件按选择路由发送。
按照本发明的广义系统方面，把一种系统配置成(a)电子层；和(b)光学层(所述光学层由包括多个网络元件的波分多路复用(WDM)网络组成)的组合，用于传播在电子层中的源产生并指定到在电子层中的目的地的数据有效负载，所述数据有效负载具有给定的格式和协议。所述系统包括：(ⅰ)第一类光标头模块，把在光学层中的源耦合到WDM网络，用于在把数据有效负载输入到WDM网络之前在数据有效负载的前面增加一个光标头，所述标头指示数据有效负载和标头通过网络元件的本地路由选择，数据有效负载的格式和协议与标头的格式和协议无关；以及(ⅱ)附加到每个网络元件的第二类光标头模块，用于存储在相应的一个网络元件中的本地路由选择表，每个本地路由选择表确定通过相应的一个网络元件的路由选择路径，用于光学地确定当数据有效负载和标头在WDM网络上传播时在相应的一个网络元件处的标头，用于选择数据有效负载和标头通过每个网络元件的本地路由选择，所述每个网络元件是通过在相应的本地路由选择表中查找而确定的；以及用于根据所选择的路由使数据有效负载和标头通过相应的一个网络元件按选择路由发送。
本发明提供多种特征和优点，包括(1)仅受硬件延迟限制的极短等待时间；(2)通过组合多波长网和光学标记交换而提供高信息输出量和按要求的带宽；(3)基于优先级的路由选择，它允许较高优先级的数据报或分组的较高的信息输出量；(4)从传统WDM到本发明的光学标记交换的WDM的可测量性和网络模块的升级；(5)长数据报、连续的分组，以及甚至不连续的分组的有效的路由选择；(6)诸如多路复用器和光纤之类的光学元件的价格一效能利用；(7)在多一厂商环境中的可互操作性；(8)网络元件的适度的和逐步的升级；(9)任何格式和任何协议的数据的透明支持；以及(10)高服务质量通信。
附图简述
通过研究下列连同附图的详细描述可以容易地理解本发明的原理，其中：
图1是一般网络的图形表示，示出由本发明的一个方面实现的网络的光学层和电子层之间的耦合；
图2说明图1的网络的光学层，示出光信号标头和数据有效负载之间的关系，以及在网络设置中标头/有效负载的使用；
图3是根据本发明用于标头编码和标头除去的一个插接和运作式模块的高级方框图；
图4是根据本发明用于选择一分组通过WDM网络元件的路由的另一个插接和运作式模块的高级方框图；
图5描述的是WDM电路交换骨干网络；
图6说明图1的网络元件，带有它的嵌入的交换机以及本地路由选择表的使用；
图7描绘图3的插接和运作式模块的标头编码电路示例实施例的方框图；
图8描绘图3的插接和运作式模块的标头除去电路示例实施例的方框图；
图9描绘图4的插接和运作式模块的标头检测电路示例实施例的方框图；
图10描绘图4的更详细的实施例的方框图，其中标记交换控制器包括所插入的分路器以及标头检测器和快速存储器；以及
图11是流程图，用于实现图10的每个标记交换控制器进行的处理。
为了便于理解，本说明书中采用相同的标号来表示图中相同的元件。
详细描述
为了深入理解本发明的基本原理和引入后面有用的术语，首先提供概述，接着再提供示例实施例的说明。
概要
本发明涉及一种网络，用于对NGI应用的大数据块实现短等待时间、高信息输出量以及价格一效能按要求的带宽。通过把便携式“插接和运作式”模块插入现有的WDM网络元件上以实现所谓的“WDM光学标记交换”，或同义地，“光学标记交换”而实现对网络的价格一效能和可互操作性的升级。本发明从包括结构、协议、网络管理、网络元件设计以及使之实现的技术等所有各方面来影响NGI网络的硬件和软件两者。
如所指出，通过一种所谓WDM光学标记交换(定义为对于带内光学信令标头的突发持续期，动态地产生路由选择路径)的技术产生由网络和实现网络所伴随的电路所执行的方法。对于每个分组，使用带内WDM信令标头，使数据分组通过WDM网络按选择路由发送。在一个交换节点处，对信令标头进行处理，并且，(1)可能通过已经存在的现有流状态连接立即传递标头和数据有效负载；或(2)可以对于突发持续期设置一个路径来处理标头和数据有效负载。WDM标记交换使路由选择和信息输出量的高度有效成为可能，并通过把在光学电平处分组按选择路由的发送保持在一次转发而降低所要求的IP电平转发次数，所述一次转发是由产生和保持路由选择信息的NC&M所管理的。
图1的描绘示出一般网络100的光学层120和电子层110之间通过耦合光学层和电子层的中间层130提供的内部关系。为了简单起见，示出电子层110是由两个传统的IP路由器111和112组成的。示出光学层120是由网络元件或节点121-125组成的。中间层130描绘把IP路由器112耦合到网络元件122的传统ATM/SONET系统131。作为层130的一部分示出的是标头网络132，它根据本发明把IP路由器111耦合到网络元件121。图1以图示出国家规模的网络132的位置，透明的基于WDM的骨干网络，具有可互操作性和可再配置性。强调这一点是很重要的，即图1的元件是根据本发明的一个示例实施例；因此，例如，在另一个实施例中，元件111可以是ATM路由器或甚至是一台交换机。
现在参考图2，根据本发明以基本技术更详细地示出图1的光学层120，用于设置在由网络元件121-125组成的光学网络201中的快速连接，所述设置对所附的数据有效负载211使用光信令标头210。该技术结合基于电路交换的WDM技术和基于分组交换的IP技术的优点。以光信号标头210的形式增加新信令信息，使所述光信号标头承载在多波长传送环境中每个波长中的带内。光信令标头210是包含路由选择和诸如源、目的地、优先级和分组长度之类的控制信息的标记，通过光学网络201在数据有效负载211之前传播所述光信令标头。每个WDM网络元件121-125检测光信令标头210，查找连接表(以后讨论)，并采取诸如交叉一连接、增加、除去或除去一和一继续之类的必需步骤。通过NC&M220和WDM网络元件121-125之间的连续通信不断地更新连接表。跟随光信令标头210的数据有效负载211通过在每个网络元件(以后讨论)中由连接建立的路径按选择路由发送。根据图2的安排，不需要管理光信令标头210和数据有效负载211之间的时间延迟(如图2中的T所示)，因为每个网络提供所需要的短时间光延迟，这个短时间光延迟是在每个网络元件中通过在插入的光纤上的延迟而设置连接所要求的。此外，数据有效负载的格式和协议与标头的格式和协议无关，即，对于预先确定标头的格式和协议的给定网络，数据有效负载的格式和协议可以与标头的格式和协议相同或不同。
使每个目的地与“价格”最小的较佳路径相关联一在图2中，从源123到目的地122的总路径包括串联的路径201和202，两者都使用波长WP。根据总的传播距离、转发次数和业务负担来计算价格。把原始波长默认为较佳波长。例如，在路径202上的较佳波长是WP。如果在默认波长处的较佳路径已经被其它分组占有，则网络元件121快速判定是否还可用另外的波长WA通过相同的较佳路径。这个另外的波长必须是在网络元件121中通过有限波长转换而提供的一个选择波长。如果没有允许通过最佳路径传送分组的选择波长，则选择下一个较佳路径(路径偏转)。例如在图2中，串联的路径203和204可以代表另外的路径。在该点处，将回到原始波长WP，把它默认为较佳波长。如果该默认波长又已经被占有，则可以进行相同过程来寻找另外的波长。在图2中，路径203是具有相同波长WP的另外的路径，而路径204是使用另外的波长WA的另外的路径。在一种不相同的情况中，没有可以提供分组传送的路径和波长偏转的组合，网络121将决定除去优先级较低的分组。换言之，通过除去已经占有较佳路径的优先级较低的分组而发生新分组在原始波长处通过较佳路径的传送。
用两类所谓的“插接和运作式”模块来增大网络元件121-125，以通过把分组交换能力提供给传统电路交换WDM网络元件121-125而有效地处理突发业务，从而把信令标头编码到IP分组上并当必要时除去。
图1的电一光元件132代表第一类“插接和运作式”模块，现在在图3的方框图中示出。而理论模块132是一个独立元件，实际上，如在图3中所示，把模块132与网络元件121集成在一起；把模块132插入网络元件121的符合用户接口(CCI)310和IP路由器111之间，以通过标头编码器321把光信令标头编码到加入网络的分组上，并通过标头去除器322把从网络中除去的分组上的光信令标头210除去。
一般，在网络元件的用户接口和IP路由器之间，把IP业务连接入和出WDM网络的地方放置编码/去除模块132。用户接口可以是CCI型或非符合用户接口(NCI型)。在这些接口处，当把IP信号传送到网络201时，标头编码器321把载有目的地和其它信息的光学标头210放在数据有效负载211的前面。通过光调制器(以后讨论)在光域中对光学标头210进行编码。信令标头去除器322通过用户接口从所除去的光信号消除标头210，并把电IP分组提供给IP路由器111。
更具体地，模块132接收来自IP路由器111的电信号，把电信号转换成所要求的符合波长光信号，并把光学标头210放置在整个分组的前面。模块132与NC&M220进行通信，而且如果NC&M220要求的话，则在光学地组合数据之前使数据缓冲。模块132使用波长与用户接口波长匹配的光发射机(以后讨论)。(如下所述，但是要在这里提醒，由于在NCI中产生波长的自适应，模块132还与图4的NCI404兼容；然而，必须事先建立NCI波长自适应的位-速率-兼容性和带光学标头的IP信号。)
图4描绘第二类“插接和运作式”模块，光学元件410，它与每个WDM网络元件121-125相关联，为了讨论的目的说明元件121。把模块410插入传统网络元件电路交换控制器420和传统交换装置430之间。模块410检测在任何光纤401-403上传播的，来自每个信令标头210的信息，如通过分支光纤路径404-406提供给模块410的信息。模块410的作用是得到极快速的表查找和到交换装置430的快速信令。交换控制器420的功能等效于传统上用于控制网络元件的“技能(craft)接口”；然而，既然是这样，该交换控制器420的目的是从NC&M220接收电路交换信令，并根据优先级确定要把哪个控制命令发送到标记交换控制器410。因此，标记交换控制器410接收来自网络元件电路交换控制器420的电路交换控制信号，和从每个标头210的每个信令得到的信息，并智能地在电路交换和标记交换控制方案之间进行选择。这些交换机(以后讨论)包括也得到快速交换的交换装置430。放置在到交换装置430的输入路径401-403中的光纤415、416、或416所施加的延迟是这样的，以致所述延迟大于读出信令标头210、完成表查找和启动交换所需的总时间。近似地，2km光纤提供10微秒的处理时间。由包含交换装置430的元件121-125表示的WDM网络元件类型包括：波长增加-去除多路复用器(WADM)、波长选择交叉连接(WSXC)以及具有有限波长转换能力的波长互换交叉连接(WIXC)。
在操作中，为了检测在每个信令标头210中的信息，模块410选择出现在路径401-403上的一小部分光信号，并在查找存储在模块410中的连接表之后，确定用于交换装置430的合适的命令。在路径401-403中放置光纤延迟，以致具有标头210和有效负载211的分组仅在实际的交换发生之后才到达交换装置430。该光纤延迟是特定于与标头检测、表查找和交换相关联的延迟的，而且一般在光纤415-417中用约2km光纤可以在10微秒左右的时间中实现。
由于在网络元件121-125处的数据有效负载既没有光-到-电转换也没有电-到-光转换，所以连接是完全透明的。与IP路由选择相反，在多个位速率和较低级的协议增加所需要的不同接口数时，结果，通过WDM标记交换选择路由发送的路由器的代价对于位速率是透明的。为了说明，通过网络元件121-125选择路由发送的光能够得到1.28Tb/sec的信息输出量(带有在每波长2.5Gb/sec处的32波长/光纤的16×16交叉连接交换装置430)，这比当前任何吉位路由器都更大。
与NC&M组合的每个网络元件121-125实现一自适应的路由选择协议；所述路由协议执行下列功能：(a)测量网络参数，诸如通信线路的状态、估计业务、延迟、容量利用、有关的路由选择策略；(b)把经测量的信息传递到NC&M220，用于路由选择计算；(c)计算在NC&M处的路由选择表；(d)把路由选择表传播到每个网络元件121-125，以在每个网络元件处得到分组路由选择决定。NC&M220从每个网络元件接收网络参数信息，并周期性地更新所述表，然后(e)把来自诸如元件111之类的IP路由器的连接请求传递到每个网络元件121-125，以待在光信令标头210中输入。
使用在每个分组的信令标头210中的信息，通过网络201按选择路由发送分组。当分组到达网络元件处时，读出信令标头210，并且(a)把分组按选择路由发送到根据标记路由选择查找表选择的新的合适的输出端口，或(b)通过在网络元件中已经存在的现有标记交换原始连接立即传递。把后者称为“流交换”，并且作为光学标记交换的一部分而受到支持；对于大容量突发模式业务采用流交换。
把标记交换路由选择查找表包括在网络元件121-125中，为了在未建立流交换状态的任何时候可以通过网络元件快速地按选择路由发送光学分组。快速地把由光信令标头210传递的建立连接请求和在每个网络元件中的标记交换路由选择查找表进行比较。在某些情况中，用于大多数有效信号的路由选择的最佳连接可能已被占有。还把可能的连接查找表配置成已经提供另外的波长分配或另外的路径来按选择路由发送信号。提供有限数目(至少一个)另外的波长显著地降低了阻塞概率。另外波长的路由选择还得到相同于最佳情况的传输延迟和转发次数，并排除在多分组排序中的困难。另外路径的路由选择可以潜在地增加延迟和转发次数，而且对分组的信噪比进行光学监视，以排除通过大的转发次数按选择路由发送分组的可能性。在不可得到第二路径或波长的情况中，可以在第一到来，第一服务的基础上或优先级的基础上来解决输出链路处的争用。
路由选择例子
在图5的图中示出用于在美国某些大城市中的终端用户之间传递分组的示例WDM电路交换骨干网络500--首先讨论网络500的传统操作，即，在提供根据本发明的WDM光学标记交换的重叠之前。
参考图5，假设网络元件501对纽约城进行服务、网络元件502对芝加哥进行服务、…网络元件504对洛杉矶进行服务…以及网络元件507对Minneapolis进行服务。(在下面也可以把网络元件称为节点。)此外，NC&M220还有通过物理层光学监控信道到所有网络元件501-507的逻辑连接(以虚线示出，诸如到网络元件501的信道221和到网络元件507的信道222)；在NC&M220和网络元件501-507之间进行连续通信。NC&M220周期性地请求和假设信息，所述信息有关于：(a)每个网络元件的一般状态(例如，它是否是可操作的，与由于紧急情况而关闭)；(b)每个网络元件提供的光波长(例如，示出网络元件501受到具有波长W1的光纤媒体531和具有波长W2的光纤媒体532的服务，这两个光纤媒体分别连接到网络元件502(芝加哥)和网络元件505(波士顿))；以及(c)由波长服务的端口(例如，元件501的端口510与输入用户接口传递分组520相关联；端口511与W1相关联和端口512与W2相关联，而元件502的端口513与W1相关联)。
因此，NC&M220已经在任何时刻存储全球信息，这些信息是表达路由选择以通过网络元件来携带输入分组业务所必需的。相应地，例如，NC&M220周期性地以全球路由选择表的形式来确定路由选择信息，并使用监控信道221、222、…把全球路由选择表下载到每个元件。全球路由选择表配置网络元件的端口以建立某些通信链路。例如，NC&M220可以根据业务要求和统计确定目前协议从纽约城到洛杉矶的光纤光学链路。而且该链路将以元件501的W1耦合端口511到网络元件502的端口513、元件502的W1耦合端口514到元件503的端口515、元件503的W2耦合端口516到元件504的端口517相串联而组成。然后，在该已经建立的链路上立即按选择路由发送来到网络元件501(纽约城)并具有网络元件504(洛杉矶)的目的地的输入分组520。在网络元件504处，把经传播的分组通过用户接口端口518作为输出分组521而传送。
以相似的方式，示出元件506和507(分别为St.Louis和Minneapolis)之间的专用路径，是使用网络元件506和502之间的W2元件以及502和507之间的W3建立的。
以这种方式产生的链路-如根据全球路由选择表-由它们的稳定性给出它们的特征，即，NC&M220用数秒时间来确定建立链路的连接；下载该链路的连接性信息并建立每个网络元件的输入和输出端口。每个链路具有电路交换连接的特征，即，基本上它是一个永久的连接或专用路径或用于长时间间隔的“管道”，并且在正常操作中只有NC&M220可以撕毁或重新建立链路。这种专用路径的优点是可以不需要任何设置而立即按选择路由传送业务(所述业务具有原始点和映射到已经建立的专用路径中的目的地)。另一方面，大多数情况下，在仅在较小百分比的时间(例如，在设置周期上的20％-50％)中使用专用路径的意义上，专用路径可能是效率不高的。此外，嵌入在每个互连输入和输出端口的网络元件中的交换装置430(见图4)只有有限数目的输入/输出端口。如果改变上述情况以致需要从St.Louis到Minneapolis的链路而要使用已经分配给纽约到洛杉矶的链路的端口(例如，网络元件502的端口514)，则有一个时间延迟，直到NC&M220可以响应并相应地改变路由选择表。
现在扩展该例子，以致把根据本发明的研究内容重叠在上述描述上。首先，引入称为“标记交换状态”的参数，并讨论它在路由选择中的应用；然后，在下一个段落中说明产生标记交换状态的方式。标记交换状态产生光学标记交换。
进一步安排NC&M220，以致它可以把标记交换状态分配给每个从用户接口输入网络元件的分组--通过插接和运作式模块132添加标记交换状态，并且为了本讨论的目的，标记交换状态与标头210是相当的。NC&M220计算标记交换状态并以本地路由选择表的形式下载到每个网络元件501-507。参考图6，在图中示出网络元件501以及它的图形形式的嵌入交换机601。还示出输入光纤602，带有延迟环路603、包括标头210和有效负载211的承载分组620--在本例中的有效负载211是图5的分组520。光纤6022把经延迟的分组620的变型传递到网络元件501。还有，通过光纤6021抽取出现在光纤602上的光能量的一部分并输入到光模块410，该光模块处理输入的分组620以检测标头210--所示出的分组620的标头210包括标记交换状态“11101011000”，使用标号615来识别。在图6中还示出本地查找表610，它包括两列，即，“标记交换状态”(列611)以及“本地地址”(列612)。在查找表610中相互参照分组620的特定标记交换状态，以确定输入分组的路由选择。既然是这样，分组620的标记交换状态是查找表610的第四行中的入口。相应于这个标记交换状态的本地地址是“0111”，可以把它解释如下：前面的两个二进制位表示输入端口，而其次的两个二进制位表示输出端口。既然是这样，对于示例的4-输入、4-输出交换机，要把输入分组从输入端口“01”按选择路由发送到输出端口“11”，所以相应地对交换机601进行交换(如图所示)。在光纤603提供的延迟之后，在光纤6022上的输入分组经由交换机601传播到光纤604。
标记交换状态的上述描述表明是如何使用它的。现在考虑产生标记交换状态的方式。再次，在周期性的基础上，NC&M 220汇编一组查找表，用于通过每个相应的网络元件对分组选择路由/交换(诸如用于网络元件501的表610)，然后把每个查找表下载到相应的网络元件。每个查找表的产生考虑了网络500的NC&M220的全球知识。例如，如果到网络501的输入分组620是网络504的目的地(再次，从纽约到洛杉矶)，如果端口510与输入端口“01”相关联并对光纤602进行服务，以及如果输出端口511与输出端口“11”相关联并对光纤604进行服务，则NC&M220能够在查找表610中产生合适的入口(即，第四行)，并把表610下载到网络元件510。现在，当通过电-光模块132处理分组520以致把标头210添加到分组520以建立增大的分组620时，NC&M220经由模块132得到的下载本地路由选择表的知识和嵌入在分组520中的目的地地址的知识使NC&M220能够指令模块132增加合适的标记交换状态作为标头210--在本情况中是“11101011000”。
可以容易地理解，使用标记交换状态参数处理分组的特性是突发性的，即，在设置交换机601以处理输入标记交换状态之后，可以使交换机返回到处理流状态之前的状态。例如，在分组620到达之前交换机601可以有输入端口“01”到输出端口“10”的互连，并且可以使它在处理之后返回“0110”状态(例如，通过分组尾标(trailer)确定)。当然，电路交换路径可以与标记交换路径相同，在这种情况中，甚至不需要修改用于处理标记交换状态的通过交换机601的本地路由。然而，如果需要暂时改变交换机601，则如果有重叠的电路交换业务的话，可以重新选择路由或重新发送。
讨论至此，标记交换允许选择分组路由开始的目的地，而无需网络元件检查整个数据分组。以光信号标头210的形式增加新信令信息--标记，在多波长传送环境中在每个波长中的带内携带所述光信号标头。一般在一个分组一个分组的基础上发生这种标记交换。然而，一般将向相同的目的地按次序传送大量的分组。这种情况对于突发数据是真实的，其中，把大块数据分成许多用于传送的分组。在这种情况中，每个特定网络元件仔细地检查每个标记并决定路由选择路径会造成效率不高。相反，更有效的是设置从源到目的地的“虚拟电路”。每个分组的标头210将只通知继续或终止虚拟电路，这称为流状态连接。建立这种终端-到-终端的流状态路径，并且直到需要断开连接时，在网络元件中的插接和运作式模块才中断这种流状态连接。如果这种分组序列已到结束处或优先级更高的其它分组请求中断这个流状态连接，则会发生该连接的断开。
相应于图6还示出本发明的优先性方面。本地查找表具有“优先级”(列613)，它归档分配给标记交换状态的优先级。还有，标头210有附加的优先级数据，图示为数字“2”(参考标号616)。在表610的“标记交换状态”列611中的第四和第五行两行具有本地地址“0111”。例如，如果使用第五行中的入口的早期数据分组建立虚拟电路或流交换状态，而现在另一个分组作为列611的第四行而进行处理，则较高的优先级数据(“2”对于“4”，“1”是最高优先级)已经领先，而将使虚拟电路终止。
示例实施例详述
为了得到在WDM标记交换上的极短等待时间IP，在光分组传输期间，必须使在每个光学交换机处的光学标头的处理保持最小。为了达到这个结果，引入执行光WDM标记交换的新信令结构和分组传输协议。
信令和分组传输协议使慢而且复杂的IP路由选择功能从极快WDM交换功能中消除。通过设置不需经常执行的终端-到-终端路由选择路径来得到这种消除。为了把IP分组从源发送到目的地，执行下列步骤：
(a)终端-到-终端路由选择路径，其中IP层软件引起网络元件和NC&M之间的信令协议，以设置IP分组的终端-到-终端路由选择路径。该步骤还配置沿路由选择路径的WDM网络元件，以支持后面的分组传递。还确定在实际分组传输期间待插入光学标头中用于光学标记交换的标记。
(b)光学分组传输，其中光学分组的到达触发本地标头处理，所述处理根据光学标头内部的光学标记，在其它事件之间查找用于在下一次转发上传递分组的输出端口。
虽然路由选择路径设置包括引起一般为慢而且复杂的过程的路由选择功能，但是在分组传输处理之前执行该过程，因此它不在确定传输等待时间的严格的路径中。
路由选择路径设置
在路由选择路径设置期间，将用标记交换查找表来增大WDM分组交换机的内部连接表，并包含有关的分组传递信息。尤其，感兴趣于得到极短等待时间和硬件简单化，本发明的方案产生沿流路径保持恒定的标记交换状态。例如，标记交换分配包括下列技术：
(1)基于目的地的流标记分配--在该方案中，可以使用目的地(例如，合适的目的地IP地址前缀)作为在下一个转发查找中的标记交换状态。除了无需修改光学标头之外，可以在偏转路由选择的场合中使用相同的标头。
(2)基于路由选择的流标记分配--在该方案中，所分配的标记交换状态涉及在标记交换状态设置阶段处动态地计算的终端-到-终端路由选择。该方案的优点是可以使它专门符合每个独立的标记交换状态的服务质量要求。
交换冲突解决方案
当今，光学缓冲器技术的缺乏意味着不能使用传统的缓冲技术来除了交换冲突。如上所述，本发明实施例利用由光纤实现的固定延迟，以允许在该时间延迟期间发生交换，但是不能象电子缓冲器在传统IP路由器中那样得到争用的解决办法。为了解决交换的争用，根据本发明，采用下列三种方法：
(a)有限的波长互换--当通过相同的路径但是不同的波长按选择路由发送分组时。由于利用这种波长转换正好避开争用，所以无需使网络元件必须具有转换到整个波长信道的任何一个的能力。这种波长转换可以转换信令标头和数据有效负载两者。必须仔细防止分组进行过多的波长转换，这会造成较差的信号保真度。一种可能的方针是仅允许一次转换，可以容易地对在光学标头中的原始波长进行编码而强制实现。这样，把它承载在它的原始波长上，则中间WDM交换机将允许转换。
(b)有限的偏转路由选择--当可以把分组偏转到一个相邻的交换节点，并把它从该交换节点传递到它的目的地时。必需再次仔细防止重复地使分组偏转，从而引起信号降低以及浪费网络带宽。一种解决方案是在光学标头中记录一个“时间戳”字段，如果，并且仅如果所记录的时间戳不比最大极限更旧，则允许进行偏转。
(c)优先化的分组优先权--当新到达的分组可以对当前发送的分组抢先时，如果到达的分组具有较高的优先级。目的是为了保证公平对待所有的分组，以致偶然可以保证传递再发送的分组。在这种方案中，每个分组再次具有记录在它的光学标头中的时间戳字段，并且与较新的分组相比，较旧的分组有较高的优先级。此外，再发送分组假设原始分组的时间戳。这样，分组“年令”按优先级而增加，如果需要，偶然能够在传递到它的目的地的路途中抢先。
要注意，在所有这些方案中，当光学标头在网络中移动时，它始终保持恒定。这与希望保持光学交换硬件快速和简单是吻合的。也可以考虑这些方案的组合。
路由选择协议
对于一个网络，NGI的尺寸、中央化的路由选择判定是十分办不到的，因此需要把方法统一到配置所作出的判定。如在IP路由选择情况中那样采用分层寻址和路由选择。当请求新的连接时，NC&M220判定是否为在基于WDM网络中的这一对(源、目的地)准备WDM路径。如果准备，则立即在那个(一次转发IP电平)路径上发送分组。如果没有准备这种路径，则NC&M220决定在用于第一WDM网络元件和波长的初始输出链路上携带该新业务。根据在请求新连接的时刻在网络中的其余连接而作出该判定。然后，NC&M220使用信令，通过一个合适的协议把有关消息传递到待放置在信令标头中的初始WDM网络元件。在确定初始输出链路之后，根据光学信令标头信息在独立的NE处取得其余路由选择的判定。该方法保证使在每个节点处的路由选择表以及信令标头处理要求相当地小。该方法还可以使网络按交换节点和网络用户而方便地进行标定。还要注意，可以使多个WDM子网互连在一起，而且每个子网具有它自己的NC&M。
当判定在WDMNE中的路径时，可以在那个状态设置光学交换：(ⅰ)用于每个分组通过节点然后返回默认状态的持续期(所谓的光学标记交换)；或(ⅱ)用于有限的、小时间量(所谓的流交换)。前面一种情况在有规则的一个分组一个分组的基础上执行路由选择。系统资源是专用的，只有当有待发送的信息而且在分组的结束处时，才可用这些资源分配给其它分组。后面一种情况用于大容量突发模式业务。既然是这样，WDM NE只需要从到达NE处的接着的分组的光学信令标头读出流状态标记，确定这些分组是限定到相同的目的地的，不需要对交换装置进行交换，并且把有效负载通过已经存在的连接(所述连接通过NE，由光学标记交换建立如上)传递。
使用在每个分组的信令标头中的信息，使分组通过网络自己-选择路由而发送。当一个分组到达交换节点处时，读出信令标头，根据路由选择表，或是通过已经存在的流状态连接立即传递分组，或是选择新的合适的输出端口。对于每个波长，存在在每个节点中的路由选择表。如果由于与其它分组争用(所选择的输出光纤没有空)而分组不能跟随所选择的输出端口，则路由选择方案将尝试对同一个输出端口分配一个不同的波长(结果，信号将进行在交换节点内的波长变换)。如果对所选择的输出端口没有可采用的其它合适波长，则可以从另一个表选择一个不同的输出端口，所述另一个表列出第二级(术语为优先)输出链路。
本发明技术的这个路由选择协议相似于偏转路由选择方案(回忆背景部分)，其中，如果不能跟随较佳路径，则使会话(session)偏转到某些其它的输出链路(术语为优先)。不允许连续地偏转分组。在传统的路由选择协议中，使用转发计数，在规定次数的转发之后就阻塞会话。在新的方案中，如果在交换节点处不允许产生标头，则不能使用转发计数技术。另一方面，可以寻找光学信令标头特征(即，信令标头的SNR)来判定是否应该除去一个分组。
在WDM层中的IP路由选择算法
NC&M220使用该技术来确定路由选择表是根据最短路径算法的，它使分组在代价最低的路径上从源到目的地按选择路由发送。对于不同网络可以使用在特殊路由选择(诸如长度、容量利用、转发计数或平均分组延迟)上的特殊价格准则。路由选择功能的目的是得到优良的性能(例如，术语为通过网络的短平均延迟)，同时维持高信息输出量。产生最小价格生成树，在每个时刻具有作为根的不同节点，而且这些树得到的信息可以用来设置在每个交换节点处的路由选择表。如果执行如上所述的偏转路由选择，则可以使用k-最短路径方法来利用潜在的路由选择路径的多重性。该技术发现一个以上的最短路径，而根据价格的次序使路径分等级。可以把这个信息输入交换节点路由选择表，以致首先考虑相应于最小价格路径的输出链路，并把相应于较大价格路径的链路输入第二级路由选择表，使用所述第二级路由选择表来执行偏转路由选择。
插接和运作式模块的描述
本发明是基于两类待附加到WDM网络元件上的插接和运作式模块的。这些插接和运作式模块的引入使现有的电路交换网络元件增加了光学标记交换能力。
在图3中，以高级方框图的形式示出标头编码器321和标头去除器322两者；图7和8分别示出编码器321和去除器322两者更详细的示意图。
在图7中，在微处理器710中处理IP分组或数据报，所述微处理器对于标记交换产生每个光学信令标头210。在基带处，从微处理器传播光学信令标头210和原始IP分组211。利用本地振荡器730在RF混频器720中使信令标头210进行混频。在组合器740中组合来自混频器720的经混频的标头和原始分组211两者，接着，通过具有激光器750作为调制源的光调制器760把组合器740的输出编码到一个光波长信道。
在图8中，通过光检测器810检测从网络元件除去的光信道，并通过放大器820电气地进行放大。一般，光检测器810和放大器820两者具有的频率响应仅覆盖数据有效负载，但是不覆盖本地振荡器730提供的光学信令标头RF载波频率。低通滤波器830进一步滤除任何残余的RF载波。基本上，滤波器830的输出是通过原始网络元件的原始IP路由器发送的原始IP分组，它已经通过网络传送，并由在其它网络元件处的其它IP路由器接收。
图9的方框图900描绘一种元件，所述元件用于由图4的插接和运作式模块410实现的检测过程以转换光信号901，所述光信号把标记交换信令标头210和数据有效负载211两者承载到基带电信令标头902。起初，通过光检测器910检测光信号901；由放大器920放大光检测器910的输出，并通过高通滤波器930滤波，只保留承载光信令标头210的高频分量。RF分离器940把信号提供给包括反馈锁定的本地振荡器950。在混频器960中混合来自振荡器950的信号和来自分离器940的信号，即，从滤波器920的输出减除高频载波，只留下在标记交换信令标头210上的信息。在该过程中，利用带反馈锁定的本地振荡器950来产生具有正确频率、相位和幅度的本地振荡，以致在这个本地振荡信号和带高频载波的标记交换信令标头的混合期间高频分量为零。耦合到混频器960的输出的低通滤波器970传送基带信令标头210作为输出电信号902。
在图10的电路图中示出图4的更详细的实施例的例子。在图10中，每个标头检测器1010、1020、…、1030、…、或1040处理来自每个波长的信息，所述每个波长包括分别通过分用器1005、1006、1007和1008处理的，在路径1001、1002、1003和1004上到达的光输入；图9的电路900是每个分用器的例子。对每个波长组合经处理的信息。因此，例如，对于给定的波长，快速存储器1021接收来自标头检测器1010出现在引线1011上的信号、…、以及来自标头检测器1030的引线1034的信号作为输入。每个快速存储器1021-1024(诸如内容可寻址的存储器)的作用如同到相应的标记交换控制器1031-1034的输入。每个标记交换控制器1031-1034也接收来自图4的网络元件交换控制器420的电路交换控制信号。每个标记交换控制器智能地在控制器420提供的电路交换控制和由它的相应的快速存储器提供的标记交换信息之间选择，以把合适的控制信号提供给图4的交换装置430。
图11的流程图1100表示通过每个标记交换控制器1031-1034实现的处理。使用标记交换控制器1031作为例子，对来自电路交换控制器420的输入和来自快速存储器1021的输入进行监视，如通过处理块1110所进行的。如果没有接收到来自快速存储器1021的输入，则通过电路交换控制器420对输入分组进行电路交换。使用判定块1120来确定是否有来自快速存储器1021的任何输入。如果有输入，则引用处理块1130，以致标记交换控制器1031可以从快速存储器输入确定交换装置430所要求的状态。然后引用处理块1160把控制信号从标记交换控制器1031发送的控制交换装置430。如果没有快速存储器输入，则引用判定块1140来确定是否有来自电路交换控制器1140的任何输入。如果有来自电路交换控制器420的输入，则进行通过块1150的处理，以致标记交换控制器1031从电路交换控制器420的输入确定交换装置430所要求的状态。由处理块1150的结果再次引用处理块1160。如果没有出现来自电路交换控制器1140的输入或当处理块1160完成时，则使控制返回到处理块1110。
通过反复的方法，光学标记交换灵活地处理所有类型的业务：高容量突发、低容量突发以及电路交换业务。这在标记交换网络控制的两一层协议的互相配合下实现。因此，所配置的交换控制快速地检测信令标头和把分组按选择路由发送到合适的目的地。当长分组流到达网络元件的相同目的地时，所配置的交换控制建立一个流交换连接，并把分组的整个流通过新建立的连接传递。
用波长数目和节点数目来适度地度量标记交换方法。这是从所配置的节点并行地处理多波长信令信息以及这些节点结合光纤延迟线方式的预测交换延迟这样的事实所得的结果。此外，为了解决争用，标记交换利用路径偏转和波长转换。
光学技术
光学技术覆盖实现本发明的许多重要方面。这包括光学标头技术、光学多路复用技术、光学交换技术以及波长转换技术。
(a)光学标头技术
光学标头技术包括光学标头编码和光学标头去除，如相应于图3和4所讨论。事实上，光学标头210的作用是到网络元件把目的地、源以及分组长度通知网络元件的投递员。由实际的数据有效负载相比较，光学标头210在时间上有移动。这允许数据有效负载可以有任何数据速率/协议或格式。
如上相应于图7和8所述，标头编码是基于子载波的。该方法允许标头210可以在调制频率中分开，以致可以使标头检测成为相当简单。在时间域中领先于数据有效负载的标头210还具有比最高数据速率还要高的较高频率的载波。这允许读出标头210并偶然地除去标头210而不影响数据有效负载。
(b)光学多路复用技术
采用已知的二氧化硅阵列波导光栅结构可以实施示例的光学多路复用。波导光栅结构具有许多独特的优点，包括：低成本、可量测性、低损耗、一致性以及小型化。
(c)光学交换技术
对于获得分组路由选择而不需要作为缓冲器的过长的光纤延迟，快速光学交换是很重要的。
Micromachined Electro Mechanical Switches提供所要求的特征(可量测性、低损耗、偏振不灵敏度，快速交换以及加强操作)的组合。最近，基于MEM的光学增加-除去交换机报告成果达到9微秒的交换时间。
(d)波长转换技术
波长转换解决分组争用而无需路径偏转或分组缓冲。路径偏转和分组缓冲两者会铸成一系列分组序列变型的危害。此外，分组缓冲的持续期以及容量受到限制，并经常要求不-透明方法。另一方面，波长转换把另一个波长通过相同的路径发送，得到相等延迟的结果，但是解决了阻塞。示例地，推广应用带有有限波长转换能力的WSXC。
虽然这里详细地示出并描述了结合本发明的原理的各种实施例，但是熟悉本技术领域的人员可以容易地发明许多其它经改变而仍结合这些原理的实施例。

Claims (29)

1．一种用于把在由多个网络元件组成的波分多路复用(WDM)网络中的数据有效负载从输入网络元件传播到输出网络元件的方法，所述数据有效负载具有给定的格式和协议，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
在每个网络元件中产生和存储本地路由选择查找表，每个本地路由选择表确定通过相关联的一个网络元件的本地路由选择；
在把数据有效负载输入到输入网络元件之前，把光学标头增加到数据有效负载中，所述标头具有一种格式和协议，并指示数据有效负载和标头通过每个网络元件的本地路由选择，所述数据有效负载的格式和协议与所述标头的格式和协议无关；
当数据有效负载和标头通过WDM网络传播时，用光学的方法确定在网络元件处的标头；
选择数据有效负载和标头通过由查询相应的本地路由选择表中的标头而确定的网络元件的本地路由，以及
根据所选择的路由，选择数据有效负载和标头通过网络元件的路由。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，光学标头包括选择光学标头和数据有效负载通过网络元件的路由的标记交换状态，增加光学标头的步骤包括在光学标头中确定和插入合适的标记交换状态的步骤，用于选择标头和数据有效负载通过网络元件从输入网络元件到输出网络元件的路由。
3．如权利要求2所述的方法，其特征在于，光学标头进一步包括优先级数据，用于解决在光学标头和数据有效负载通过网络元件传播时的路由选择争用，确定和存储本地路由选择表的步骤包括使优先级与每个标记交换状态相关联的步骤；增加光学标头的步骤包括在光学标头中插入合适的数据有效负载优先级数据的步骤；所述选择步骤包括根据优先级数据和优先级确定本地路由选择的步骤。
4．如权利要求1所述的方法，其特征在于，把光学标头增加到数据有效负载的步骤包括在时间上把光学标头放在数据有效负载前面的步骤。
5．如权利要求1所述的方法，其特征在于，起初在基带处产生光学标头和数据有效负载，而把光学标头增加到数据有效负载的步骤进一步包括下列步骤：
把基带光学标头的频移到基带数据有效负载的频带以上的频带；
组合经频移的基带光学标头和基带数据有效负载以形成合成频率信号；以及
使用给定波长的光源用光学方法调制合成频率信号以产生一个使标头和数据有效负载通过WDM网络传播的光信号。
6．如权利要求5所述的方法，其特征在于，用光学方法确定在每个网络元件处的标头的步骤包括下列步骤：
对光学标头进行光检测以产生经检测的信号；
用本地锁定振荡器锁定经检测的信号以产生经锁定的信号；以及
混合经检测的信号和经锁定的信号以产生表示在基带处的标头的基带信号。
7．如权利要求1所述的方法，其特征在于，选择路由的步骤包括解决所选择路由的争用的步骤。
8．如权利要求7所述的方法，其特征在于，解决争用的步骤包括在参考所选择的路由确定的另外路由上选择路由的步骤。
9．如权利要求7所述的方法，其特征在于，解决争用的步骤包括在相对于用于所选择的路由的波长而确定的另外波长上进行路由选择的步骤。
10．一种在由多个网络元件组成的波分多路复用(WDM)网络中把数据有效负载的序列从输入网络元件传播到输出网络元件的方法，所述每个数据有效负载具有给定的格式和协议，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
在每个网络元件中产生和存储本地路由选择查找表，每个本地路由选择表确定通过相关联的一个网络元件的本地路由：
在把数据有效负载输入到输入网络元件之前，把光学标头增加到每一个数据有效负载中，所述标头具有一种格式和协议，并指示每个数据有效负载和它的相应的标头通过每个网络元件的本地路由选择，每个数据有效负载的格式和协议与它的相应的标头的格式和协议无关；
当每个数据有效负载和它的相应的标头通过WDM网络传播时，用光学的方法确定在网络元件处的标头；
选择第一数据有效负载和它的相应的标头通过由查询相应的本地路由选择表中的标头而确定的网络元件的本地路由；
根据所选择的路由，选择第一数据有效负载和它的相应的标头通过网络元件的路由；以及
选择呈序列排列的后续各数据有效负载通过选择用于第一数据有效负载的本地路由。
11．如权利要求10所述的方法，其特征在于，每一路由选择步骤包括解决所选择路由的争用的步骤。
12．如权利要求11所述的方法，其特征在于，解决争用的步骤包括在参考所选择的路由而确定的另外路由上进行路由选择的步骤。
13．如权利要求11所述的方法，其特征在于，解决争用的步骤包括在相对于用于所选择的路由的波长而确定的另外波长上进行路由选择的步骤。
14．一种把到达输入网络元件处的数据有效负载传播到由多个网络元件组成的波分多路复用(WDM)网络的方法，所述数据有效负载具有给定的格式和协议，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
产生与数据有效负载相关联的光学标头，所述标头具有一种格式和协议，并指示数据有效负载和标头通过每个网络元件的本地路由，数据有效负载的格式和协议与标头的格式和协议无关；以及
在把数据有效负载输入到输入网络元件之前，把光学标头增加到数据有效负载中。
15．如权利要求14所述的方法，其特征在于，起初在基带处产生光学标头和数据有效负载，而把光学标头增加到数据有效负载中去的步骤进一步包括下列步骤：
把基带光学标头的频移到基带数据有效负载的频带以上的频带内；
组合经频移的基带光学标头和基带数据有效负载以形成合成频率信号；以及
使用给定波长的光源用光学方法调制合成频率信号以产生一个用于传播标头和数据有效负载的光信号。
16．一种把标头和数据有效负载从在由多个网络元件组成的波分多路复用(WDM)网络中的每个特定网络元件的输入传递到输出的方法，所述数据有效负载具有一种格式和协议，并与标头的格式和协议无关；其特征在于，所述方法包括下列步骤：
在特定网络元件中产生和存储本地路由选择查找表，本地路由选择表确定通过特定网络元件的本地路由；
当数据有效负载和标头到达特定网络元件的输入处时用光学方法确定标头；
选择数据有效负载和标头通过由查询本地路由选择表中的标头而确定的特定网络元件的本地路由；以及
根据所选择的路由，选择数据有效负载和标头通过特定网络元件的路由。
17．如权利要求16所述的方法，其特征在于，用光学方法确定在每个网络元件处的标头的步骤包括下列步骤：
光检测光学标头以产生经检测的信号；
用本地锁定振荡器来锁定经检测的信号以产生经锁定的信号；以及
混合经检测的信号和经锁定的信号以产生表示在基带处的标头的基带信号。
18．一种与由包括多个网络元件的波分多路复用(WDM)网络组成的(a)电子层以及(b)光学层相组合的系统，用于把在电子层中的源装置产生的数据有效负载传播到电子层中的目的地装置，所述数据有效负载具有给定的格式和协议，其特征在于，所述系统包括：
耦合源装置和WDM网络的第一类光学标头模块，用于在把数据有效负载输入到WDM网络之前在数据有效负载的前面增加光学标头，所述标头指示数据有效负载和标头通过网络元件的本地路由，所述数据有效负载的格式和协议与标头的格式和协议无关；以及
附加到每个网络元件上的第二类光学标头模块，它包括：用于把本地路由选择查找表存储在相应的一个网络元件中的装置，每个本地路由选择表确定通过相应的一个网络元件的路由选择路径；当数据有效负载和标头在WDM网络上传播时用于以光学方法确定在相应的一个网络元件处的标头的装置；用于选择数据有效负载和标头通过由查询相应的本地路由选择表中的标头而确定的相应的一个网络元件的本地路由的装置；以及用于根据所选择的路由，使数据有效负载和标头通过相应的一个网络元件的路由的装置。
19．如权利要求18所述的系统，其特征在于，另一个第一类光学标头模块把WDM网络耦合到目的地装置，而第一类光学标头模块进一步包括用于在传递到目的地装置之前从数据有效负载中除去标头的装置。
20．一种光学标头模块，它与由包括多个网络元件的波分多路复用(WDM)网络组成的(a)电子层以及(b)光学层相组合，用于把在电子层中的源装置产生的数据有效负载传播到电子层中的目的地装置，数据有效负载具有给定的格式和协议，光学标头模块将源装置和WDM网络耦合，包括用于产生与数据有效负载相关联的光学标头的装置，所述标头具有一种格式和协议，并指示数据有效负载和标头通过每个网络元件的本地路由选择，数据有效负载的格式和协议与标头的格式和协议无关；以及用于在把数据有效负载输入到输入网络元件之前把光学标头增加到数据有效负载中去的装置。
21．如权利要求20所述的系统，其特征在于，光学标头包括标记交换状态，用于通过网络元件选择光学标头和数据有效负载的路由，以及用于增加光学标头的装置包括用于在光学标头中确定和插入合适的标记交换状态以通过网络元件选择光学标头和数据有效负载的路由的装置。
22．如权利要求20所述的系统，其特征在于，把光学标头增加到数据有效负载中去的装置包括在时间上把光学标头放在数据有效负载前面的装置。
23．如权利要求22所述的系统，其特征在于，起初在基带处产生光学标头和数据有效负载，而把光学标头增加到数据有效负载中去的装置进一步包括：
用于把基带光学标头频移到基带数据有效负载的频带以上的频带的装置；
用于组合经频移的基带光学标头和基带数据有效负载以形成合成频率信号的装置；以及
用于以光学方法调制合成频率信号以产生按给定波长传播标头和数据有效负载的一个光信号的装置。
24．一种光学标头处理器，与由包括多个网络元件的波分多路复用(WDM)网络组成的(a)电子层以及(b)光学层相组合，用于把在电子层中的源装置产生的数据有效负载传播到电子层中的目的地装置，数据有效负载具有给定的格式和协议，与每个网络元件相关联的光学标头处理器模块包括：
用于把本地路由选择查找表存储在相应的一个网络元件的每一个中的装置，每个本地路由选择表确定通过相应的一个网络元件的路由选择路径；
当数据有效负载和标头在WDM网络上传播时用于以光学方法确定在相应的一个网络元件处的标头的装置；
用于选择数据有效负载和标头通过由查询相应的本地路由选择表中的标头而确定的相应的一个网络元件的本地路由的装置；以及
用于根据所选择的路由，选择数据有效负载和标头通过相应的一个网络元件的路由的装置。
25．如权利要求24所述的标头处理器，其特征在于，在每个网络元件处用光学方法确定标头的装置包括：
用于光检测光学标头以产生经检测的信号的装置；
用于本地锁定到经检测的信号上以产生经锁定的信号的本地锁定振荡器；以及
用于混合经检测的信号和经锁定的信号以产生表示在基带处的标头的基带信号的装置。
26．一种与由包括多个网络元件的波分多路复用(WDM)网络组成的(a)电子层以及(b)光学层相组合的系统，用于把在电子层中的源装置产生的数据有效负载传播到电子层中的目的地装置，数据有效负载具有给定的格式和协议，所述网络进一步包括耦合到网络元件的网络管理器，用于确定通过网络的电路交换路由，每个网络元件包括(ⅰ)交换装置，以及(ⅱ)响应于网络管理器的电路交换控制器，用于根据来自网络管理器的输入控制交换装置，以建立通过WDM网络的电路交换路由选择路径，其特征在于，所述系统包括：
将源装置和WDM网络耦合的第一类光学标头模块，用于在把数据有效负载输入到WDM网络之前在数据有效负载的前面增加光学标头，所述标头指示数据有效负载和标头通过网络元件的本地路由，数据有效负载的格式和协议与标头的格式和协议无关；以及
响应于网络管理器和电路交换控制器并耦合到交换装置的第二类光学标头模块，它包括：用于把本地路由选择表存储在网络管理器提供的每个网络元件中的装置，其中每个本地路由选择表确定通过每个网络元件的路由选择路径；当数据有效负载和标头在WDM网络上传播时用于以光学方法确定在每个网络元件处的标头的装置；用于选择数据有效负载和标头通过由查询相应的本地路由选择表中的标头而确定的每个网络元件的本地路由的装置；以及通过处理来自电路交换控制器和本地路由选择表的输入以控制交换装置而用于根据所选择的路由，选择数据有效负载和标头通过每个网络元件的路由的装置。
27．如权利要求26所述的系统，其特征在于，进一步包括一种插入在交换装置前面的装置，所述装置用于使数据有效负载和标头到交换装置的传递延迟一预定的时间间隔。
28．如权利要求26所述的装置，其特征在于，
在每个网络元件处用光学方法确定标头的装置进一步包括一个分用器，用于将在WDM网络上传播的标头解调成基带标头；
用于选择的装置包括一个响应于分用器的快速存储器，用于确定包含在基带标头中的路由信息；以及
用于路由选择的装置包括一个耦合到本地路由选择表并响应于快速存储器和电路交换控制器的标记交换控制器，用于控制交换装置。
29．一种与由包括多个网络元件的波分多路复用(WDM)网络组成的(a)电子层以及(b)光学层相组合的系统，用于把在电子层中的源装置产生的数据有效负载传播到在电子层中的目的地装置，数据有效负载具有给定的格式和协议，其特征在于，所述系统包括：
将源装置和WDM网络耦合的第一类光学标头模块，用于在把数据有效负载输入到WDM网络之前在数据有效负载的前面增加光学标头，所述标头指示数据有效负载和标头通过网络元件的本地路由，数据有效负载的格式和协议与标头的格式和协议无关；以及
附加到每个网络元件的第二类光学标头模块，它包括：用于把本地路由选择表存储在相应的一个网络元件中的装置，每个本地路由选择表确定通过相应的一个网络元件的路由选择路径；当数据有效负载和标头在WDM网络上传播时用于以光学方法确定在相应的一个网络元件处的标头的装置；用于选择数据有效负载和标头通过由查询相应的本地路由选择表中的标头而确定的相应的一个网络元件的本地路由的装置；用于根据所选择的路由，选择数据有效负载和标头通过相应的一个网络元件的路由的装置；以及用于保持具有相同本地路由的每个后续连贯标头所选择的路由的装置。
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