CN1431834A - 多粒度混合光网络的自动交换控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多粒度混合光网络的自动交换控制方法，采用多个接口交换能力描述符表示链路的多粒度疏导能力，各节点链路状态使用路由协议通告。对于某一粒度的通道连接请求，源节点根据路由协议链路状态数据库中相应粒度的接口交换能力描述符计算路由，标记分发与本节点疏导交换结构的可用容量有关，链路状态更新决定于该通道选择的最小交换粒度及可用疏导交换容量。本发明基于标准的通用多协议标记交换协议，扩展了路由协议，对信令消息不作修改，利用标记栈实现疏导交换的标记分发，具有良好的网络互操作性。本发明不要求每个节点结构相同，便于混合组网，采用疏导交换策略发挥多粒度混合光网络的优势。

Description

多粒度混合光网络的自动交换控制方法

技术领域：

本发明涉及一种多粒度混合光网络的自动交换控制方法，适用于自动交换光网络和自动交换传送网络的控制平面，属于光通信与网络范畴。

技术背景：

光网络的自动控制方法是指利用路由和信令协议实现光网络的自动拓扑发现，路由计算和动态的建立、拆除和维护端到端的连接，动态恢复和保护等功能。国际互联网工作任务组建议的通用多协议标记交换(GMPLS)，可以用于实现自动交换光网络和自动交换传送网络的控制平面。

光网络中多粒度是指网络中若干节点能够同时处理多种不同等级粒度的连接需求，节点对外以最大粒度的链路互联，节点内部有多个不同粒度的交换结构，它们之间从大到小依次串联，小粒度的交换结构可以实现对较大粒度网络业务的疏导。这些不同交换粒度既可以都是光的(如波带与波长的混合)，也可以都是电的(如SDH高阶与低阶VC的混合)，或者是光电混合(如波长和SDH的混合)。每个节点的交换容量和混合比例可以不完全相同，即网络节点是非一致的。关于这一类混合节点的结构，近年来有较多的报道。如Alcatel公司最早提出了多粒度光交叉连接的节点结构(L.Noirie等，Impact of intermediate traffic grouping on the dimensioningof multi-granularity optical networks，OFC’01，TuG3)，NEC公司的非均匀波带方案(Rauf Izmailov等，Hybrid hierarchical optical networks，IEEE CommunicationsMagazine，Nov.2002，pp.88-94)。

这种结构有很多优点：协调了传输容量和交换容量，统一多粒度交换结构的输入输出端口；在核心网络节点直通业务大于上下路业务的前提下，将不同的交换粒度分配到几个交换结构中，具有一定的疏导能力，减少了节点总成本；通过网络优化，减少了核心网络中每个节点维护的通道数目。

但是，多粒度混合光网络的控制方法目前还只局限在对静态通信量的优化上，即基于已知通信模式矩阵，用整数线性规划或其它启发式算法对网络通道进行疏导(例如韩国信息与通信大学的Myungmoon Lee等，Design of hierarchical crossconnectWDM networks employing a two-stage multiplexing scheme of waveband andwavelength，IEEE Journal of selected areas in communications，Jan.2002，pp.166-171)。对于动态业务的控制方法，很少有研究。Alcatel公司于2001年11月向国际互联网任务工作组提交了一份多粒度光网络的结构框架草案(E.Dotaro等，Opticalmulti-granularity architectural framework，draft-dotaro-ipo-multi-granularity-O1.txt)，提出了多粒度光网络以及业务疏导的概念，但对自动交换控制方法即路由和信令过程没有具体描述。根据IETF草案6个月有效期原则，该草案已经失效。加拿大皇后大学的Pin-Han Ho等人提出了一种光网络中动态多粒度路由算法，但其节点结构不是上述通用多粒度交换矩阵串联结构，而且对具体的自动交换控制方法也没有研究(Pin-Han Ho等，Routing and wavelength assignment with multigranularity traffic inoptical networks，IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology，Aug.2002，pp.1292-1303)。目前未见其它关于多粒度混合光网络的自动交换控制方法公开报道。

多粒度混合光网络的自动交换控制的几个难点在于：1)同一链路的多粒度疏导能力表示；2)多粒度路由计算方法；3)疏导交换策略；4)多粒度链路状态更新方法。

发明内容：

本发明的目的在于针对以上几个难点，基于通用多协议标记交换，作少量协议扩展，提出一种可以实施的多粒度混合光网络的自动交换控制方法。

为实现这一目的，本发明提出了一种多粒度混合光网络的自动交换控制方法，采用多个接口交换能力描述符表示链路的多粒度疏导能力，各节点链路状态使用路由协议通告，并在每一个节点定义多套标记，分别对应于不同的交换粒度。对于某一粒度的通道连接请求，源节点根据路由协议链路状态数据库中相应粒度的接口交换能力描述符计算显示路由。信令消息不作修改，但是信令发送到每一个节点后的标记分发(本地资源选择)与本节点疏导交换结构的可用容量有关。当一个节点标记分发过程完成后，链路状态的更新决定于该通道选择的最小交换粒度及可用疏导交换容量。本发明的技术方案包括：

1、多粒度混合交换节点只向网络通告大粒度交换结构与外界相连的链路连接关系，不向网络通告与本地其它小粒度交换结构互联的内部连接关系。每个节点根据其交换粒度对链路定义多个接口交换能力描述符，每一个接口交换能力描述符内容与GMPLS规定一致，包括编码类型、交换类型、最小带宽和最大带宽等。多粒度混合交换节点为每一种交换粒度定义一套标记。这种描述方式适用于混合组网的情况，并不要求每个节点都具有相同的结构，每个节点可以只具有其中若干种交换粒度，或者可以各种粒度交换结构的配置比例不同。

2、利用路由协议向其它节点通告含有多种接口交换能力描述符的链路状态信息，最终网络中每个节点都能形成一致的网络拓扑链路状态数据库。当网络收到某种粒度的通道连接请求时，源节点根据路由协议链路状态数据库，选择与该粒度匹配的链路，如果没有该粒度链路，选择更大粒度的链路，组成新的网络拓扑，计算源到宿的最短显式路由。然后根据显式路由从源节点到宿节点开始逐跳的信令过程。

3、信令的传递过程与GMPLS一致，本发明扩展了标记分发(本地资源选择)过程，即采用疏导交换策略。对于最大粒度的通道连接请求，直接在最大的交换结构上建立入口链路到出口链路的交叉连接。对于小粒度的通道连接请求，疏导到哪一个粒度取决于小粒度的可用交换容量，原则是避免小粒度交换结构过载，当小粒度交换结构中可用交换容量较小时，可以在较大粒度的交换结构中建立直接交叉连接。本地节点为该通道选择的最小交换结构定义为最小交换粒度，显然最小交换粒度大于等于通道请求粒度。将所选择的所有交换粒度的标记依次放入标记栈中，随通道建立请求信令一起发送到下一节点，所选择的最小交换粒度的标记放在标记栈顶部。如果在后续节点中使用了更小粒度的交换结构，标记栈依次弹出。

4、节点的标记分发过程完成后，采用如下方法进行链路状态更新：大于该通道所使用的最小交换粒度的所有链路交换能力描述符的最大带宽都应该更新为0，表明该链路不能再分配给这些粒度的其它通道连接请求；而小于等于该通道最小交换粒度的所有链路交换能力描述符的最大带宽减去1个该最小交换粒度带宽，表明该链路还可以被再分配给其它通道；另外，小于等于某一粒度的所有链路交换能力描述符的最大带宽不能超过该粒度的可用交换容量，如果某一个粒度的可用交换容量为0，小于等于该粒度的所有链路交换能力描述的最大带宽都必需更新为0。

标记分发过程中使用了疏导交换策略，在某些节点最小交换粒度大于通道请求粒度，可能会形成一些新的转发近邻。转发近邻的维护和通告在GMPLS中有具体规定。

本发明的优点在于：1)基于通用多协议标记交换扩展这一标准的路由和信令协议，具有良好的网络互操作性；2)不要求每个节点结构相同，便于混合组网；3)采用简单的方法定义了混合光网络节点的复杂的多粒度交换能力；4)疏导交换策略基于小粒度交换结构可用容量，达到优化网络业务的目的，最大限度地发挥多粒度混合光网络的优势。

附图说明：

图1为本发明的多粒度混合光网络的自动交换控制方法示意图。

图1中光网络共有4个多粒度混合节点，其中节点A和D为2粒度混合，节点C为3粒度混合，节点B仅有一个交换粒度。其中交换粒度I＞II＞III。节点A的链路1与节点B的链路2直接相连，节点B的链路3与节点C的链路1直接相连，节点C的链路4与节点D的链路2直接相连。

图2是节点A的内部结构示意图。

图2中，上面的是大粒度交换矩阵I，下面是小粒度交换矩阵II，两个交换结构都支持上下路，5和6是大粒度的上下路端口，7和8是小粒度的上下路端口，整个混合交换结构只有大粒度对外连接的链路15和16，它们可以通过传输设备与其它节点相联，大粒度交换结构还有一部分端口11和12用于疏导交换，小粒度交换结构的13和14与11和12通过解复用器9和复用器10相联实现疏导交换功能。节点D与节点A结构相同，但是上下交换结构的容量可能不相同。节点C的结构也与其类似，在交换结构II下面再串联一个更小粒度的交换结构。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。实施例1

1)多粒度链路交换能力描述

在实施例1中，光网络中有4个多粒度混合节点如图1所示。每个节点中，上面的大粒度交换矩阵是光交叉连接，输入输出端口速率是STM-64(10Gbps)，交换粒度为一个波长；下面的小粒度交换矩阵是电交叉连接，交换粒度为VC-4。

节点A链路1的接口交换能力描述符有两个：

大粒度交换矩阵的接口交换能力描述符1：

    接口交换能力＝LSC(波长交换)

    编码类型＝SDH(与传输设备一致)

    最大带宽＝STM-64

    小粒度交换矩阵的接口交换能力描述符2：接口交换能力＝TDM(时分复用)

    编码类型＝SDH

    最小带宽＝VC-4

    最大带宽＝STM-64

节点B仅有一种交换粒度，链路2和3的接口交换能力描述符仅有一个大粒度交换矩阵的接口交换能力描述符1：

    接口交换能力＝LSC

    编码类型＝SDH

    最大带宽＝STM-64

节点C有三种交换粒度，最小的交换粒度3为VC-12。链路1和4的接口能力描述符也有三个：

接口交换能力描述符1：

    接口交换能力＝LSC

    编码类型＝SDH

    最大带宽＝STM-64

接口交换能力描述符2：

      接口交换能力＝TDM

      编码类型＝SDH

      最小带宽＝VC-4

      最大带宽＝STM-64

  接口交换能力描述符3：

      接口交换能力＝TDM

      编码类型＝SDH

      最小带宽＝VC-12

      最大带宽＝STM-64

2)多粒度路由计算

以上链路状态信息经过路由协议向其它节点通告，最终网络中每个节点都能形成一致的网络拓扑链路状态数据库。当节点A请求一条VC-4粒度到节点D的通道时，节点A根据其链路状态数据库，找出与之匹配的链路，形成新的网络拓扑。节点B因为没有VC-4粒度的链路，因此选用更大粒度的链路。在新的网络拓扑基础上，计算出节点A到D的最短路由，即链路列表A(1)，B(3)，C(4)。

3)疏导交换策略

节点A根据计算得到的显示路由列表开始逐跳建立通道。节点A需要作2次交叉连接，所涉及到的内部连接端口(图2中14和12)由本地决定。然后，节点A向节点B发送通道建立请求，其中包括小粒度标记。

节点B收到通道建立请求，因为其只有大粒度的交换结构。直接建立链路2到链路3的连接，并且将大粒度标记放到标记栈中，一起向下游节点发送。

节点C收到通道建立请求，它还有足够的次级交换容量，所以选择疏导交换。这里涉及到2个大粒度交叉连接，和1个小粒度交叉连接。内部连接端口(图2中11、12、13和14)由本地决定，首先取出标记栈中的大粒度标记，建立与链路1相关的入口大粒度交叉连接，然后根据标记栈中的小粒度标记，建立小粒度交叉连接。最后建立与链路4相关的出口大粒度交叉连接，并将相应的小粒度和大粒度的标记放到标记栈中，一起向下游节点发送。

节点D收到通道建立请求，最终需要建立1个大粒度交叉连接和1个小粒度交叉连接，内部连接端口(图2中11和13)由本地决定。最后向源节点A逐跳返回发送连接确认。

4)链路状态更新

分发标记过程完成后，节点A的链路1和节点D的链路2的接口链路描述符更新为：

接口交换能力描述符1：

    接口交换能力＝LSC

    编码类型＝SDH

    最大带宽＝0

接口交换能力描述符2：

    接口交换能力＝TDM

    编码类型＝SDH

    最小带宽＝VC-4

    最大带宽＝(STM-64)-(VC-4)

节点B的链路2和3的接口链路描述符更新为：

接口交换能力描述符1：

    接口交换能力＝LSC

    编码类型＝SDH

    最大带宽＝0

节点C的链路1和4的接口链路描述符更新为：

    接口交换能力描述符1：

    接口交换能力＝LSC

    编码类型＝SDH

    最大带宽＝0

接口交换能力描述符2：

    接口交换能力＝TDM

    编码类型＝SDH

    最小带宽＝VC-4

    最大带宽＝(STM-64)-(VC-4)

接口交换能力描述符3：

    接口交换能力＝TDM

    编码类型＝SDH

    最小带宽＝VC-12

    最大带宽＝(STM-64)-(VC-4)

每个节点在完成链路状态更新过程后，通过OSPF向其它节点通告。

实施例2

实施例2是链路状态更新的另一个例子，小于等于某一粒度的所有链路交换能力描述符的最大带宽不能超过该粒度的可用交换容量。

在实施例1中，若节点C的三级交换容量分别为320Gb/s，80Gb/s和10Gb/s。由于节点中已经存在的交叉连接，在上面通道建立请求标记分发完成后，可用交换容量分别为160Gb/s，40Gb/s和5Gb/s。接口交换能力描述符3的最大带宽应该为5Gb/s，而不是9.845Gb/s((STM-64)-(VC-4))。

Claims (1)

1、一种多粒度混合光网络的自动交换控制方法，其特征在于包括：1)多粒度混合交换节点只向网络通告大粒度交换结构与外界相连的链路连接关系，不向网络通告与本地其它小粒度交换结构互联的内部连接关系，每个节点根据其交换粒度对链路定义多个接口交换能力描述符，每一个接口交换能力描述符的内容与通用多协议标记交换规定一致，包括编码类型、交换类型、最小带宽和最大带宽等，多粒度混合交换节点为每一种交换粒度定义一套标记；2)利用路由协议向其它节点通告含有多种接口交换能力描述符的链路状态信息，当网络收到某种粒度的通道连接请求时，源节点根据路由协议链路状态数据库，选择与该粒度匹配的链路，如果没有该粒度的链路，选择更大粒度的链路，组成新的网络拓扑，计算源到宿的最短路由；3)根据最短路由从源节点到宿节点开始逐跳发送通道建立请求信令，采用疏导交换策略扩展每个节点的标记分发过程，即对于某一粒度的通道连接请求，最多可以疏导到该粒度的交换结构，但是必须避免小粒度交换结构过载，可以在较大粒度的交换结构中建立直接交叉连接，将所选择的所有交换粒度的标记依次放入标记栈中，随通道建立请求信令一起发送到下一节点，如果在后续节点中使用了小粒度的交换结构，标记栈依次弹出；4)一个节点标记分发过程完成后进行链路状态更新，大于该通道所使用的最小交换粒度的所有链路交换能力描述符的最大带宽都更新为0，小于等于该通道最小交换粒度的所有链路交换能力描述符的最大带宽减去1个该最小粒度带宽，小于等于某一粒度的所有链路交换能力描述符的最大带宽不能超过该粒度的可用交换容量。