CN1510851A - 波分复用光突发交换网络中的数据与控制调度方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种方法和装置，用于在波分复用光突发交换网络中调度数据突发传输。在一个实施例中，调度器为所有网络节点之间的每个光路径段确定每个波长上的一组权重因子。可以使用这些权重因子来计算一组粗粒度带宽分配因子，每个粗粒度带宽分配因子对应于由入口节点和出口节点之间的可用光路径段形成的每条潜在的光路径。调度器可在这些光路径中的一条上调度数据突发的传输，该光路径具有用于表示它可支持所请求的带宽的粗粒度带宽分配因子。对每条光路径段，调度器可周期性地更新在每个波长上的权重因子组。

Description

波分复用光突发交换网络中的数据与控制调度方法和装置

技术领域

本发明一般地涉及光网络系统，更具体地说，本发明涉及运行在光突发交换模式(photonic burst-switched mode)中的光网络系统。

背景技术

远程通信网络(例如因特网)中的传输带宽需求似乎一直在增长，并且人们正在寻求多种解决方案以支持这一带宽需求。对此问题的一种解决方案是使用光纤网络，在光纤网络中，使用波分复用(WDM)技术来支持光网络中对更高数据率的日渐增长的需求。

传统光交换网络一般使用波长路由(wavelength routing)技术，该技术需要在光交换器处完成光信号的光-电-光(OEO)转换。在光网络中的每一个交换节点处都执行的OEO转换不仅是一个较慢的操作(一般约10毫秒)，而且代价也很高，消耗了许多功率，并且可能为光交换网络制造流量瓶颈。另外，当前的光交换技术不能有效地支持在分组通信应用(例如因特网)中经常出现的“突发”流量。

可以建立一种网络，在这种网络中不需要执行在交换节点处的OEO转换。在此情形下，可以在入口/出口节点处对数据流量进行电缓冲，并且它们向入口/出口节点的传输可以被放置在网络调度器上。现有带宽预约机制可能不足以让企业网络支持所请求的带宽，因为它们不考虑具体网络拓扑和可用的资源，例如允许的有效波长的数量、光路径利用状况以及其他许多网络参数。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种方法和装置，用于预约带宽，从而辅助基于WDM的光突发交换网络中的数据突发传输的调度。

根据本发明，用于预约带宽从而辅助数据突发传输调度的方法包括：对多个光路径段的每一个，确定多个权重因子；使用所述多个权重因子，对由入口节点和出口节点之间的所述多个光路径段形成的多条光路径中的每一条，计算多个粗粒度带宽分配因子；将所请求的带宽与所述多条光路径中的每一条的所述多个粗粒度带宽分配因子中的每一个进行比较；以及基于所述多个粗粒度带宽分配因子中的一个，选择所述多条光路径中的一条，所选择的光路径满足所述所请求的带宽。

根据本发明，用于预约带宽从而辅助数据突发传输调度的装置包括：用于对多个光路径段的每一个，确定多个权重因子的装置；用于使用所述多个权重因子，对由入口节点和出口节点之间的所述多个光路径段形成的多条光路径中的每一条，计算多个粗粒度带宽分配因子的装置；用于将所请求的带宽与所述多条光路径中的每一条的所述多个粗粒度带宽分配因子中的每一个进行比较的装置；以及用于基于所述多个粗粒度带宽分配因子中的一个，选择所述多条光路径中的一条的装置，其中所选择的光路径满足所述所请求的带宽。

利用本发明，可以建立一种网络，在这种网络中不需要在交换节点执行OEO转换，并且可以考虑具体网络拓扑和可用的资源，例如允许的有效波长的数量、光路径利用状况以及其他许多网络参数，从而使得根据本发明的宽预约机制能够让企业网络支持所请求的带宽。

附图说明

在附图中以示例而非限制性的方式图示了本发明，其中相同的标号指向类似的元件，并且：

图1是图示了根据本发明一个实施例的光突发交换网络的简化的方框图；

图2是图示了根据本发明一个实施例的光突发交换网络的操作的简化的流程图；

图3是图示了根据本发明一个实施例的光突发交换网络中使用的核心交换节点模块的方框图；

图4A和4B是图示了根据本发明一个实施例的光突发交换网络中使用的光数据突发和光控制突发的格式的示意图；

图5是根据本发明一个实施例的边缘路由器的特定部分的简化方框图体系结构，示出了多种特征，例如流量定型器(traffic shaper)和多队列，其中所述边缘路由器可用作入口或出口节点；

图6A和6B是图示了根据本发明一个实施例的用于在一个具有5个交换节点的光突发交换网络中选择光路径的方法的示意图；

图7是根据本发明一个实施例的在诸如图5所示边缘路由器的入口节点或出口节点中所使用的软件模块的简化的方框图；以及

图8是根据本发明一个实施例的结合图6A和6B而讨论的一种方法的流程图。

具体实施方式

下面所公开的内容描述了多种技术，用于预约带宽，并从而辅助基于WDM的光突发交换网络中的数据突发传输的调度。在下面的描述中，给出了大量的具体细节，例如逻辑实现、软件模块分配、总线信令技术以及操作细节，以提供对本发明的更透彻的理解。然而，本领域内的技术人员应该理解到，没有这些具体细节也可实施本发明。在其他方面，没有详细地示出控制结构、门级电路和完整的软件指令序列，以免混淆本发明。利用在此所包括的描述，本领域内的技术人员将能够无需太多的试验就可实现合适的功能。本发明以光突发交换网络中的硬件和软件的形式公开。然而，本发明也可以其他形式的网络来实施。

图1图示了根据本发明一个实施例的光突发交换网络10。术语光突发在此被用来指称具有相似路由需求的统计复用分组(例如因特网协议(IP)分组、以太网帧)。光突发一般包括光控制突发和有效载荷，其中所述光控制突发包含IP分组或任何其他帧的头部和其他路由、调度或网络管理信息，所述有效载荷包含所述分组的数据段。

光突发交换网络10的这一实施例包括光城域网MAN 11、多个局域网(LAN)13₁-13_N以及主干光广域网WAN(未示出)。另外，光MAN11的这一实施例包括入口节点15₁-15_M、交换节点17₁-17_L以及出口节点18₁-18_N。光MAN 11可以包括其他入口节点、出口节点和交换节点(未示出)，所述节点可与图1所示的多个交换节点互相连接。在本实施例中，入口、出口和交换节点可以用智能模块来实现。

在本实施例中，入口节点15₁-15_M可以实现为具有合适的光接口单元或模块的标签边缘路由器(LER)，其中每一个路由器都配置成从LAN接收(在一些实施例中通过标签边缘路由器(LER)或者直接在其接口上)IP分组或帧(例如以太网、SONET)，并从光MAN 11的交换节点17₁-17_L接收光信号。在其他实施例中，入口节点15₁-15_M可以实现为服务器或服务器机群(server farm)。另外，入口节点15₁-15_M可以配置成向光MAN 11的交换节点17₁-17_L传输光信号。在一个实施例中，入口节点可对所接收的光信号执行光-电(OE)转换，并包括电子存储器以缓冲所接收的信号，直到它们被发送到合适的LAN。另一个实施例中，在所接收的电信号被传输到光MAN 11的交换节点17₁-17_L之前，入口交换节点可对所述信号执行电-光(OE)转换。下面还将描述入口节点的多个实施例。

出口节点18₁-18_N可用多个模块实现，所述模块可配置成从光MAN11的其他节点接收光信号，并将它们路由到光WAN或LAN。出口节点18₁-18_N也可从光WAN接收光信号，并将它们发送到光MAN 11的合适节点。在一个实施例中，出口节点18₁-18_N对所接收的光信号执行光-电-光(OEO)转换，并包括电子存储器以缓冲所接收的信号，直到它们被发送到光MAN 11的合适节点(或发送到光WAN)。下面还将描述出口节点18₁-18_N的多个实施例。

交换节点17₁-17_L可用多个光交换单元或模块来实现，所述单元或模块可都配置成从其他交换节点接收光信号，并将所接收的光信号合适地路由到光MAN 11的其他交换节点。如下所述，核心交换节点执行光控制突发和网络管理控制标签信号的OEO转换。在一些实施例中，只在预选择的波长上传播这些光控制突发和控制标签。在这些实施例中，所预选择的波长不传播光“数据”突发(相对于控制突发和控制标签)信号，即使所述突发和网络管理控制标签可能包括对于特定光数据突发信号群组来说是必要的信息。在另一个实施例中，光控制突发、网络管理控制标签以及光数据突发信号可以使用不同的编码方案例如不同的调制格式等而在相同的(多个)波长上传播。在上述两种方法任意之一中，光控制突发和控制标签相对于其对应的光数据突发信号而被异步地发送。在另一个实施例中，用与光数据信号不同的传输速率来传播光控制突发和控制信号。

虽然交换节点17₁-17_L可以对光控制突发信号执行OEO转换，但是，在本实施例中，这些交换节点不对光数据突发信号执行OEO转换。相反地，核心交换节点17₁-17_L执行光数据突发信号的纯光交换。因此，交换节点可包括电子电路，以存储并处理进入的已被转换成电形式的光控制突发和网络管理控制标签，并使用此信息来配置光突发交换(PBS)设置，以及合适地路由对应于光控制突发的光数据突发信号。基于新路由信息而取代先前的控制突发的新控制突发可被转换成光控制信号，并且然后可被传输到交换或出口节点。下面还将描述核心交换节点的多个实施例。

一个光突发交换网络10的多个元件可以如下方式而相互连接。LAN13₁-13_N可被连接到光MAN 11的入口节点15₁-15_M中相应的多个节点。

在光MAN 11中，入口节点15₁-15_M和出口节点18可通过光纤而被连接到交换节点17₁-17_L中的一些节点。交换节点17₁-17_L也可通过光纤以网状(mesh)体系结构而彼此互相连接，从而在入口节点之间，以及入口节点15₁-15_M和出口节点18₁-18_N之间形成大量光路径或链路。理想情况下，核心交换节点17₁-17_L在光MAN 11的每个端点(即，入口节点15₁-15_M和出口节点18₁-18_N是光MAN 11中的端点)之间提供多于一条的光路径。例如当一个或多个节点发生故障时，在核心交换节点、入口节点和出口节点之间的多条光路径可允许快速重路由和保护交换。

如下面结合图2所述，光MAN 11的入口、出口和交换节点可配置成发送和/或接收光控制突发、光数据突发和其他控制信号，所述突发和信号被波长复用以在预选择的(多个)波长上传播光控制突发和控制标签，并在不同的预选择的(多个)波长上传播光数据突发或有效载荷。另外，光数据突发可在给定的波长上进行时分复用(TDM)。而且，光MAN 11的端点可在向光MAN 11外发送数据时发送光控制突发信号。

图2图示了根据本发明一个实施例的光突发交换网络10的操作流程。参考图1和2，光突发交换网络10以如下方式操作。

光MAN 11从LAN 13₁-13_N接收分组。在一个实施例中，光MAN 11在入口节点15₁-15_M处接收IP分组。所接收的分组可能是电形式而非光形式，或者以光形式被接收而然后被转换成电形式。在本实施例中，入口节点电存储所接收的分组。方框20代表这一操作。

为了清晰起见，光突发交换网络10的操作流程的描述的其余部分将集中在从入口节点15₁到出口节点18₁的信息传送上。从入口节点15₂-15_M到出口节点18₁-18_N中的一个的信息传送可能基本相似。

从所接收的分组形成光控制突发和有效载荷(即光数据突发)。在一个实施例中，入口节点15₁使用统计复用技术来从存储在入口节点15₁中的、所接收的IP(因特网协议)分组或帧(以太网、SONET等)形成光数据突发。例如，入口节点15₁所接收的、必须在其到目的地的路径上通过出口节点18₁的多个分组可被组装到一个光数据突发中。方框21代表这一操作。

可在特定波长上预约带宽，以将所述光数据突发传送通过光突发交换网络10。在一个实施例中，入口节点15₁在通过光突发交换网络10的一个光数据信号路径上预约时隙(例如TDM系统的TDM信道)。而且，在一个实施例中，所述带宽被预约了一段足够长的时间段以将光突发从入口节点传送到出口节点。例如，在一些实施例中，入口、核心和出口节点维护一个所有已用的和可用的时隙的更新列表。这些时隙可以被分配和分布到多个波长和光纤上。因此，一个预约的时隙(在此也被称为TDM信道，在不同的实施例中可能是固定持续时间TDM信道或可变持续时间TDM信道)可以在一条光纤的一个波长中，或者可以扩展到多个波长和多条光纤。方框22代表这一操作。

当入口和/或出口节点在一个特定波长上预约带宽时，或者当传送光数据突发后释放带宽时，网络控制器(未示出)就更新所述列表。在一个实施例中，网络控制器和入口或出口节点使用各种基于可用网络资源和流量模式的突发或分组调度算法来执行这一更新处理。可用的可变持续时间TDM信道可以在与光控制突发相同的波长上或者在不同的公共预选择波长上被传输通过整个光网络，其中所述信道可以被周期性地广播到所有的入口、交换和出口节点。所述网络控制器功能可以驻留在入口和出口节点之一中，或者可以分布在两个或更多的入口和出口节点上。在本实施例中，网络控制器也驻留在交换节点中(例如图8的处理器82或83)。

光控制突发、网络管理控制标签和光数据突发然后可以在所预约的可变持续时间TDM信道中被传送通过光突发交换网络10。即，取决于数据突发长度，所预约的时隙中的每一个都可具有不同的持续时间。在一个实施例中，入口节点15₁沿着由网络控制器确定的光标签交换路径(OLSP)将控制突发传输到下一个交换节点。在本实施例中，网络控制器使用在一个或多个波长上的基于约束的路由算法(例如多协议标签交换MPLS)来确定对于出口节点的最佳可用OLSP。在一个实施例中，入口节点15₁然后通过交换节点17₁-17_L将光数据突发异步地传输到目的地出口节点，在每个交换节点处不发生或很少发生由于缓冲或OEO转换而产生的时间延迟。

在一些实施例中，交换节点可以对光控制突发执行OEO转换，以使得该节点可以抽取并处理包含在控制突发中的路由信息。而且，在一些实施例中，可以在相同的用于传播控制突发的波长中传播可变持续时间TDM信道。或者，可以使用不同的调制格式而在相同光纤中的相同波长上调制控制突发和有效载荷。例如，可以使用非归零(NRZ)调制格式来传输光控制突发，而使用归零(RZ)调制格式来传输光有效载荷。在类似的光MAN中从一个交换节点向另一个交换节点传输光突发，直到在出口节点18₁处终止光突发。方框23代表这一操作。

在此点上的操作流程依赖于目标网络是否是光WAN或LAN。方框24代表操作流程中的这一分支。

如果目标网络是光WAN，那么，可以形成新的光控制突发和有效载荷信号。在本实施例中，出口节点18₁预备所述新的光控制突发和有效载荷信号。方框25代表这一操作。

然后可以将新的光控制突发和有效载荷传输到目标网络(在此情形下即为WAN)。在本实施例中，出口节点18₁包括一个光接口，以将光控制突发和有效载荷传输到所述光WAN。方框26代表这一操作。

然而，如果在方框24中所述目标网络是LAN，那么，光数据突发就被分解以抽取IP分组或帧。在本实施例中，出口节点18₁将光数据突发转换成电信号，出口节点18x可处理这些电信号以恢复每个分组的数据段。方框27代表这一操作。

所抽取的IP数据分组或帧可以被处理，与相应的IP标签结合，并且然后被路由到目标网络(在此情形下即为LAN)。在本实施例中，出口节点18₁形成这些新的IP分组。方框28代表这一操作。新的IP分组然后可以被传输到目标网络(即LAN)，如方框26所示。

光突发交换网络10可以通过由TDM信道提供的额外的灵活性来获得提高的带宽效率。尽管上述的这一实施例包括一个具有入口、交换和出口节点的光MAN，以将多个LAN耦合到光WAN主干，但是，在其他实施例中，所述网络不一定必须是LAN、光MAN或WAN主干。即，光MAN 11不一定要服务于一个“城域”。相反地，光突发交换网络10可以包括多个相对较小的网络，所述多个较小的网络耦合到一个相对较大的网络，此较大的网络然后耦合到主干网络。

图3图示了模块17，根据本发明的一个实施例，该模块用作光突发交换网络10(图1)中的交换节点。在本实施例中，模块17包括一组光波分解复用器30₁-30_A，其中A代表用于将有效载荷、控制突发和其他网络资源传播到所述模块的输入光纤的数量。例如，在本实施例中，每个输入光纤可能携带一组C个波长(即WDM波长)，尽管在其他实施例中输入光纤可携带不同数量的波长。模块17还可以包括一组N×N个光突发交换器32₁-32_B，其中N是每个光突发交换器的输入/输出端口的数量。因此，在本实施例中，在每个光突发交换器处的最大波长数量是A·C，其中N≥A·C+1。对其中N大于A·C的实施例来说，额外的输入/输出端口可被用来回送(loop back)用于缓冲的光信号。

而且，尽管光突发交换器32₁-32_B作为独立的单元而被示出，但是，它们可以被实现为使用任一种合适的交换体系结构的N×N光突发交换器。模块17也包括一组光波分复用器34₁-34_A，一组光-电信号转换器36(例如光检测器)、控制接口单元37，以及一组电-光信号转换器38(例如激光器)。

模块17的这一实施例的多个元件可以按如下方式而互相连接。光解复用器30₁-30_A可以连接到一组A个输入光纤，所述输入光纤传播来自光突发交换网络10(图1)的其他交换节点的输入光信号。光解复用器的输出端可以连接到一组B个核心光交换器32₁-32_B和光信号转换器36。例如，光解复用器30₁具有B个连接到光突发交换器32₁-32_B的输入端的输出端(即光解复用器30₁的一个输出端连接到每个光突发交换器的一个输入端)，并且具有至少一个连接到光信号转换器36的输出端。

光突发交换器32₁-32_B的输出端可以连接到光复用器34₁-34_A。例如，光突发交换器321具有A个连接到光复用器34₁-34_A的输入端的输出端(即光突发交换器32₁的一个输出端连接到每个光复用器的一个输入端)。每个光复用器还具有一个连接到电-光信号转换器38的输出端的输入端。控制单元37具有一个连接到光-电信号转换器36的输出端或端口的输入端或端口。控制单元37的输出端可以连接到光突发交换器32₁-32_B的控制端和电-光信号转换器38。如下面结合图5的流程图所述，模块17可被用来接收和发送光控制突发、光数据突发和网络管理控制标签。在一个实施例中，光数据突发和光控制突发具有如图4A和4B中所示的传输格式。

图4A图示了根据本发明一个实施例，光突发交换网络10(图1)中使用的光数据突发的格式。在本实施例中，每个光数据突发具有起始保护带(start guard band)40、IP有效载荷数据段41、IP头部段42和有效载荷同步段43(一般是少量比特)以及结束保护带(end guard band)44，如图4A所示。IP有效载荷数据段41包括统计复用IP数据分组，用来形成突发。尽管图4A将有效载荷示出为连接的，但是模块17用TDM格式来传输有效载荷。而且，在一些实施例中，可以将数据突发分段到多个可变持续时间TDM信道上。应该指出，在本实施例中，光数据突发和光控制突发只有在光MAN处具有本地意义，而在光WAN处可能会丧失它们的意义。

图4B图示了根据本发明的一个实施例，光突发交换网络10(图1)中使用的光控制突发的格式。在本实施例中，每个光控制突发具有起始保护带46、IP标签数据段47、标签同步段48(一般是少量比特)和结束保护带49，如图4B所示。在本实施例中，标签数据段45包含IP分组或帧所有必需的路由和计时信息，以形成光突发。尽管图4B将控制突发示出为连接的，但是在本实施例中，模块17用TDM方案来传输控制突发。

在一些实施例中，在光突发交换网络10(图1)中也使用光网络管理控制标签(未示出)。在这些实施例中，每个光网络管理控制标签包括：与起始保护带46类似的起始保护带；与数据段47类似的网络管理数据段；与标签同步段48类似的网络管理同步段(一般是少量比特)；以及与结束保护带44类似的结束保护带。在本实施例中，网络管理数据段包含协调在网络上的传输所需的网络管理信息。在一些实施例中，以TDM方案传输光网络管理控制标签。

图5是根据本发明一个实施例的边缘路由器500的特定部分的简化方框图体系结构，其中所述路由器可用作入口节点或出口节点。示出了多种特征，例如流量定型器501和多个数据与控制队列510、512、5 14、516。在其他实施例中，这些特征可能不被使用，或者这些功能在其他电路中实现。边缘路由器500可被用作图1实施例的入口节点15或出口节点18。在其他实施例中，图5中示出的部分可以用在服务器中，或服务器机群中，所述服务器或服务器机群可在功能上用作为入口节点或出口节点。必要时，边缘路由器500可以用来支持控制和数据突发的重传输。

来自多个用户和/或源的IP分组(或帧)可抵达流量定型器模块501的信号线540。必要的话就在缓冲器504中缓冲IP分组。在进入的IP分组被组装之前，流量定型器501可被用来减小或消除流量相关结构和自相似程度。因此，流量突发性的减小可提高在交换节点处的竞争解决度(contention resolution)以及流量性能。在一个实施例中，IP分组可被网络处理器入口模块502组装成数据突发和控制突发中各自的IP有效载荷数据41和标签数据47。网络处理器入口模块502然后将按传输顺序排序的数据突发和控制突发放置到基本数据队列510和基本控制队列514中。交换器520然后选择所述队列的输出以通过成帧器522传输。以电格式离开成帧器522后，数据和控制突发可通过电-光转换器524进入光MAN。

来自光MAN的数据可通过光-电转换器526进入边缘路由器500。成帧器522一旦获得电格式的数据和控制突发，成帧器522就可将它们提供给网络处理器出口模块506，在此它们被去帧化并解复用成IP分组。

为了在被请求时可更方便地准备数据和控制突发的重传输，边缘路由器500还可包含辅助数据队列512和辅助控制队列516。辅助数据队列512和辅助控制队列516可包含数据和控制突发的备份拷贝。当在成功传输数据突发后可能删除了基本数据队列510和基本控制队列514中的数据和控制突发的拷贝时，可能需要这些备份拷贝。

在一个实施例中，边缘路由器500可包括计算机可读介质570，所述介质可包括程序代码572。这一程序代码572可包括更新的操作软件，以在网络处理器入口模块502和网络处理器出口模块506中使用。在一些实施例中，计算机可读介质570可以是硬盘驱动器、软盘驱动器、光盘驱动器(包括光盘只读存储器CD-ROM，或通用数字光盘只读存储器DVD-ROM)、电-光磁盘驱动器、只读存储器(ROM)模块、闪存模块或网络接口。

图6A和6B是图示了根据本发明一个实施例的用于在光突发交换网络600中选择光路径的一种方法的示意图。为了清晰起见，图6A示出了两个入口节点602、606，两个出口节点654、656，以及5个交换节点610、620、630、640、650。在其他实施例中，可能有多得多的入口节点、出口节点和交换节点。在一个实施例中，入口节点602、606和出口节点654、656可以是诸如图5的边缘路由器500的边缘路由器(即LER)。在其它实施例中，入口节点602、606和出口节点654、656可被实现为服务器或服务器机群。还示出了几条光纤604、608、612、614、616、622、624、632、634、644、652及658，用于连接所述各节点。所述光纤中的每一条都可支持入口节点602和出口节点654之间的一条或更多光路径。例如，光突发交换网络600以及更具体地说光纤614可支持在3个波长λ₁、λ₂、λ₃上的传输。将光路径段定义为存在于两个交换节点之间、交换节点和入口节点之间或交换节点和出口节点之间的光路径的任何一个部分。图6B示意性地示出了光纤614是怎样携带分别对应于λ₁、λ₂、λ₃的三个光路径段660、662、664的。在其他实施例中，在网络中可能支持少于3个或多于3个的波长。

在一个实施例中，每个光路径段都可分配一个权重因子α_ij(λ_k)，表示分配给波长k上从节点i到节点j的光纤的权重因子。使用一组权重因子可允许确定可能的光路径段，以用于考虑了网络拓扑、网络流量统计数据、可用网络资源以及操作员策略(operator policy)的数据突发传输。这些网络流量统计数据可包括波长带宽利用率、每个可用波长上的服务等级、流量负载因子以及其他基于网络流量观测的数据。在一个实施例中，可以预确定一组权重因子α_ij(λ_k)，并在网络运行建立期间用作初始化值。

在一个实施例中，在网络运行期间权重因子α_ij(λ_k)可根据需要而被修改，以反映网络流量中的变化。例如，可以减小重负载光路径段的权重因子α_ij(λ_k)，以减少将来的流量负载，并防止流量拥塞甚或在重拥塞光路径段上的数据丢失。入口节点602可维护一组权重因子α_ij(λ_k)，以辅助它的数据突发传输调度。在一个实施例中，交换节点610、620、630、640、650可跟踪并维护网络使用和网络流量统计的记录。交换节点610、620、630、640、650可不时地在网络管理控制标签中将这一网络流量统计数据发送到入口节点602。入口节点602然后可使用这一数据来确定更新的权重因子α_ij(λ_k)。在其他实施例中，交换节点610、620、630、640、650可确定所更新的权重因子α_ij(λ_k)，并将它们传输给入口节点602。

权重因子α_ij(λ_k)可以与其他带宽预约机制相结合，以支持数据突发传输的调度。在一个实施例中，以B_ij(λ_k)表示节点i和j之间的平均比特速率。以B_i表示所有交换节点之间在第i对入口和出口节点之间、以及所有的波长之间的平均比特速率。则可以如下来计算细粒度(fine-grained)带宽分配因子f_ij(λ_k)：

f_ij(λ_k)＝α_ij(λ_k)[B_ij(λ_k)/B_i]                     等式(1)。

在一个实施例中，上述计算在入口节点602中执行。将细粒度带宽分配因子f_ij(λ_k)看作在任意给定时刻，在波长k上分配在节点i和j之间的所有带宽中的一部分是有帮助的。

在给定网络中，可以对任意给定时刻波长k上所有的光路径段计算细粒度带宽分配因子f_ij(λ_k)。可以不必重新计算细粒度带宽分配因子f_ij(λ_k)，直到下述时刻例如一个或多个权重因子α_ij(λ_k)被更新时。当入口节点602考虑各种可用的光路径以将数据突发传输到第i个出口节点654时，它可以将多个光路径段组分各自的细粒度带宽分配因子f_ij(λ_k)累加起来，以形成所述光路径的粗粒度(coarse-grained)带宽分配因子f_i(λ_k)。可以如下计算对于波长k的粗粒度带宽分配因子f_i(λ_k)：

$f_i\left({\mathrm{\λ}}_k\right)=[1/B_i]\underset{j=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}\left({\mathrm{\λ}}_k\right)B_{\mathrm{ij}}\left({\mathrm{\λ}}_k\right)$ 等式(2)。

在此，等式(2)中的求和是在入口节点602和出口节点654之间所有可能的光路径段上进行的，这些光路径段形成一条光路径。

作为示例，首先给入口节点602分配下标1，交换节点610分配下标2，交换节点630分配下标3，交换节点640分配下标4，交换节点650分配下标5，而给出口节点654分配下标6。然后考虑光纤616上在下标为2和5的两个节点之间以及波长λ₁处的简单光路径。该光路径的粗粒度带宽分配因子就是f₂(λ₁)＝[α₁₂(λ₁)B₁₂(λ₁)+α₂₅(λ₁)B₂₅(λ₁)+α₅₆(λ₁)B₅₆(λ₁)]/B₂。对于在波长λ₁处跨越光纤604、612、634、644和652上的稍微更复杂一些的光路径670，这一光路径670的粗粒度带宽分配因子是f₁(λ₁)＝[α₁₂(λ₁)B₁₂(λ₁)+α₂₃(λ₁)B₂₃(λ₁)+α₃₄(λ₁)B₃₄(λ₁)+α₄₅(λ₁)B₄₅(λ₁)+α₅₆(λ₁)B₅₆(λ₁)]/B₁。对在入口节点和出口节点之间形成光路径的多个光路径段的任意组合来说，可类似地计算出对应的粗粒度带宽分配因子。

入口节点602中的调度器可以利用所计算的粗粒度带宽分配因子的值。在一个实施例中，调度器可以是网络处理器入口模块502的一部分。由于传输计时和同步的不确定性，所请求的带宽一般可能就比数据突发长度要大。如果调度器确定有一条或多条其粗粒度带宽分配因子的值高到足以满足所请求的带宽的光路径，则调度器可以选择具有最小粗粒度带宽分配因子、并具有与所请求的带宽相同的服务等级的光路径。

在一个实施例中，调度器可以首先给数据突发分配一个特定的波长。可以选择所分配的波长，以与为所述数据突发的长度而请求的带宽的传输优先级相匹配。可以检查使用该波长的光路径，以了解是否有一条或多条光路径具有足够高的粗粒度带宽分配因子值以接受给定的突发长度。如果有一条或多条光路径，则调度器可以调度所述数据突发沿着这些光路径之一进行传输。如果没有，则可以考虑一个替换的波长。然后可检查使用该替换波长的光路径，以了解是否有一条或多条光路径具有足够高的粗粒度带宽分配因子值以达到所请求的带宽。如果有一条或多条这些替换的光路径，则调度器可以调度所述数据突发沿着最先匹配所请求的带宽的服务等级的光路径进行传输。如果没有光路径匹配所请求的带宽的优先级，则调度器可以选择其他可用波长。

然而，如果没有利用可替换的波长的合适光路径，那么，在第一实施例中，调度器可选择将所请求的带宽的传输延迟到一个更后的时刻。延迟时间的长短可以调整，直到发现了一条合适的光路径。

在第二实施例中，调度器可选择将数据突发分成两个或多个数据突发段。调度器可重复上述处理，以确定是否有能够接受所述数据突发段以传输的光路径。在一个实施例中，调度器可以寻求最小数量的这种可被传输的段。在出口节点654处，可以将所传输的分段的数据突发组装成IP分组。

在第三实施例中，调度器可以考虑由具有不同波长的光路径段构成的光路径。在本实施例中，交换节点中的一些可能具有下述能力，即在一个波长上接收数据突发，将该数据突发转换到另一个波长，并且然后在所述其他波长上发送该数据突发。在一些实施例中，这可以通过使用可调波长转换器(TWC)来完成。然后，可以检查由具有不同波长的光路径段构成的光路径，以了解是否有一条或多条光路径具有足够高的粗粒度带宽分配因子值以接受给定的突发长度。

在一个实施例中，权重因子α_ij(λ_k)还可以依赖于其他因素。例如，权重因子α_ij(λ_k)可以依赖于偏移时间(offset time)，其中偏移时间是控制突发和其对应的数据突发之间的时间。在一些实施例中，可以给高优先级的数据突发分配更大的偏移时间。因此，可以增大对应于较大偏移的权重因子α_ij(λ_k)。

在一些实施例中，上述方法可与本领域中公知的其他带宽预约机制结合使用。这些带宽预约机制的示例可以是刚好及时(just-in-time)的JIT机制、预约有限长时段(reserve-a-limited-duration)的RLD机制，或者预约固定长时段(reserve-a-fixed-duration)的RFD机制。当突发长度未知而只知道起始时间时，可以使用JIT机制。可以使用拖后控制分组(trailingcontrol packet)来结束突发。在RLD机制中，只知道突发的预期结束时间，而且控制分组一到达就可立即开始带宽预约。在RFD机制中，数据突发起始时间和结束时间可以都已知，并且可以选择最迟未用数据突发信道。

图7是根据本发明的一个实施例，在诸如图5所示的边缘路由器的入口节点或出口节点中使用的软件模块700的简化的方框图。在其他实施例中，软件模块700可以用在服务器或服务器机群中。软件模块700可以处理连接到输入缓冲器702的输入750上的电形式的数据分组。然后可以在数据分组分析器706中处理这些数据分组。在一个实施例中，数据分组分析器706可以对进入的数据分组进行去帧化，并且然后从数据分组中分析出头部和其他路由信息。突发形成器(burstifier)734可以从接收自分析器706的控制和数据分组来生成控制突发和数据突发。控制突发信息还可以包括数据突发大小、突发开始和到达时间、到达波长、源和目的地地址、转发等价类(FEC)、突发优先级、控制突发偏移时间以及其他相关路由信息。在另一个实施例中，在将进入的数据分组发送到突发调度器730之前，数据分组分析器706可以基于所抽取的信息来将这些分组进行分类。

在另一个实施例中，数据分组分析器706还可以对进入的数据分组执行循环冗余校验(CRC)。如果在特定的数据分组上CRC失败了，则数据分组分析器706可以生成否定性确认(negative acknowledgement，NACK)，以用于传输回到数据分组的初始生成者。一接收到NACK，所述初始生成者然后可以重传输失败的控制突发。

在一个实施例中，可以将一个同步器704连接在突发调度器730的输出和队列管理器718之间。通过检查数据分组内的时间戳并将它与本地时钟比较，同步器704可以确定数据分组的同步。同步器704然后可以维持进入的数据分组与新生成的外发控制突发及数据突发之间的同步。

在一个实施例中，同步器704的另一个功能可以是维持相邻交换节点以及入口和/或出口节点间的全局同步。在一个实施例中，可以通过将专用同步消息发送到相邻交换节点来维持这一同步。相邻交换节点可以通过返回一个确认消息来回应所述专用同步消息。

最后，在一个实施例中，同步器704可以辅助初始化图1的光MAN11。它可以下述方式来进行这一工作，即初始化并维持软件模块700与光MAN 11的边缘上的路由器例如入口节点15或出口节点18之间的同步。

突发调度器730可以调度数据突发向下一个交换节点或沿着光路径向出口节点的传输。这一调度可以使用上面结合图6A和6B而描述的方法来完成。

在一个实施例中，网络管理控制器710可以负责针对在各入口节点、出口节点和交换节点之间交换的网络配置消息采取行动。作为此功能的一部分，网络管理控制器710可以维护一张当前状态的查找表，包括可用的可变持续时间TDM信道、源及目的地地址、波长利用、整个网络的流量状态以及可用网络资源的更新状态的列表。网络管理控制器710还可通过向数据分组的源回送NACK来控制输入缓冲器702的填充。

转发引擎714可以收集在网络管理控制器710和突发调度器730中产生的必要的控制信息。在一个实施例中，转发引擎714可以选择通过其对控制与数据突发进行路由的下一个交换节点。这一选择可以部分地基于控制突发内与标签交换路径(LSP)有关的目的地地址信息。转发引擎714还可以执行控制标签交换(swapping)。控制标签交换(给定波长上对下一个交换节点的路由信息)可以基于更新的目的地地址和所选择的波长。

在一个实施例中，使用转发引擎714提供的信息，控制突发生成器716产生如同由突发调度器730所建立的外发控制突发。控制突发生成器716还可针对网络管理控制器710产生的任何PBS网络配置消息产生控制突发。

最后，队列管理器718可以产生控制突发的按时间排序的输出流。外发控制突发可以根据它们的相对优先级、目的地地址和其他网络管理优先级而被排序。在高流量负载期间，队列管理器718可以将具有较低优先级的控制突发和网络管理标签置入输出缓冲器720以暂时存储。在其他实施例中，当需要时也可以在输出缓冲器720中存储在控制突发和数据突发之间具有较长时间偏移的控制突发。

图8是根据本发明一个实施例的结合图6A和6B而讨论的一种方法的流程图。在一个实施例中，图8的方法可以在入口节点中执行，所述入口节点可以是图5的边缘路由器500。

所述过程可以开始于方框804中对所有传输波长的一组权重因子α_ij(λ_k)的初始化。这些权重因子α_ij(λ_k)可以是本地存储的缺省值，或者可以从网络以前的使用而得出。然后在判定框808中，所述过程确定是否有一个数据突发，其产生了用相关联的、所请求的带宽来调度传输的需求。如果有，那么判定框808就沿着“是”的路径退出，并且在方框812中，选择第一波长，在其上尝试调度所请求的数据突发的传输。可以选择在其上尝试调度传输的此第一波长，以匹配所请求的带宽的传输优先级。在此，可以为较高优先级的传输预约一些波长，并为较低优先级的传输预约其他波长。然而，如果判定框808的结果是否定的，那么判定框808就沿着“否”的路径退出，并返回到判定框808的输入。

在选择了一个波长以进行考虑之后，所述过程然后在判定框816中确定是否有新的网络统计数据到达。如果有，那么判定框816就沿着“是”的路径退出，并且可以在方框820中计算权重因子α_ij(λ_k)的新值。然而，如果没有新的网络统计数据到达，那么判定框816就沿着“否”的路径退出。在两种情形下，所述过程都行进到方框824。

在方框824中，然后可使用权重因子α_ij(λ_k)来计算对于当前考虑中的波长的一组细粒度带宽分配因子f_ij(λ_k)。一旦计算出该组细粒度带宽分配因子f_ij(λ_k)，则在方框828中，它们就可被用来计算对于当前考虑中的波长的各个可能光路径的一组粗粒度带宽分配因子f_i(λ_k)。

然后在方框832中，将所请求的带宽与对应于当前考虑中的波长的各个粗粒度带宽分配因子f_i中的每一个进行比较。在判定框836中，确定这些对应于当前考虑中的波长的粗粒度带宽分配因子f_i中是否至少有一个可支持所请求的带宽。如果有，那么判定框836就沿着“是”的路径退出，并且在方框844中，选择可以具有支持所请求带宽的最小的粗粒度带宽分配因子f_i值的光路径。

然而，如果对应于当前考虑中的波长的粗粒度带宽分配因子f_i中没有一个支持所请求的带宽，那么判定框836就沿着“否”的路径退出。在判定框840中，确定是否还存在一个或更多的可能支持所请求带宽的波长尚未被考虑。如果有，那么判定框840就选择那些波长中的一个，作为下一个考虑中的波长，并沿着“是”的路径退出。来自判定框840的“是”路径将所述过程返回到判定框816，以进行进一步的比较。

然而，如果不存在尚未考虑的波长，那么判定框840就沿着“否”的路径退出。然后在方框852中，就在所有已考虑的波长中选择具有最大粗粒度带宽分配因子f_i值的波长。在判定框856中，确定是否要通过插入延迟时间来尝试调度传输。如果是，那么判定框856就沿着“是”的路径退出，并返回到判定框808。然而，如果否，那么判断定框856就沿着“否”的路径退出，并且在方框860中，所述过程对数据突发进行分段。

在上述过程中，方框844和方框860都通向方框848，在方框848，使用所确定的光路径或者在某些情形下使用所确定的分段，在所选择的波长上调度数据突发传输。

在上述说明中，已经参考其具体实施例说明了本发明。然而，很清楚可以对其进行各种修正与改变，而不会偏离本发明如后附权利要求所阐明的更宽的精神与范围。因此，这些说明与附图应当被理解成说明性的而非限制性的。

Claims (31)

1.一种方法，包括：

对多个光路径段的每一个，确定多个权重因子；

使用所述多个权重因子，对由入口节点和出口节点之间的所述多个光路径段形成的多条光路径中的每一条，计算多个粗粒度带宽分配因子；

将所请求的带宽与所述多条光路径中的每一条的所述多个粗粒度带宽分配因子中的每一个进行比较；以及

基于所述多个粗粒度带宽分配因子中的一个，选择所述多条光路径中的一条，其中所选择的光路径满足所述所请求的带宽。

2.如权利要求1所述的方法，还包括预选择用于传输的第一波长，其匹配所述所请求的带宽的传输优先级。

3.如权利要求2所述的方法，还包括当对应于所述第一波长的所述多个粗粒度带宽分配因子中没有一个表示支持所述所请求的带宽时，利用匹配所述所请求的波长的所述传输优先级的第二波长。

4.如权利要求3所述的方法，还包括当对应于所述第二波长的所述多个粗粒度带宽分配因子中没有一个匹配所述所请求的带宽的所述传输优先级时，对所述所请求的带宽的数据突发进行分段。

5.如权利要求3所述的方法，还包括当对应于所述第二波长的所述多个粗粒度带宽分配因子中没有一个表示支持所述所请求的带宽时，延迟所述数据突发的传输。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述确定多个权重因子包括利用网络流量统计数据。

7.如权利要求6所述的方法，还包括传输来自交换节点的网络流量统计数据。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述计算多个粗粒度带宽分配因子包括累加多个细粒度带宽分配因子。

9.如权利要求8所述的方法，还包括通过将所述多个权重因子中的一个权重因子乘以一个比率来形成所述多个细粒度带宽分配因子，其中所述比率是对应于所述多个权重因子中的所述权重因子的平均比特率比上整体平均比特率。

10.一种装置，包括：

用于对多个光路径段的每一个，确定多个权重因子的装置；

用于使用所述多个权重因子，对由入口节点和出口节点之间的所述多个光路径段形成的多条光路径中的每一条，计算多个粗粒度带宽分配因子的装置；

用于将所请求的带宽与所述多条光路径中的每一条的所述多个粗粒度带宽分配因子中的每一个进行比较的装置；以及

用于基于所述多个粗粒度带宽分配因子中的一个，选择所述多条光路径中的一条的装置，其中所选择的光路径满足所述所请求的带宽。

11.如权利要求10所述的装置，还包括一个装置，用于预选择用于传输的第一波长，其匹配所述所请求的带宽的传输优先级。

12如权利要求11所述的装置，还包括一个装置，用于当对应于所述第一波长的所述多个粗粒度带宽分配因子中没有一个表示支持所述所请求的带宽时，利用匹配所述所请求的带宽的所述传输优先级的第二波长。

13如权利要求12所述的装置，还包括一个装置，用于当对应于所述第二波长的所述多个粗粒度带宽分配因子中没有一个表示支持所述所请求的带宽时，对所述所请求的带宽的数据突发进行分段。

14.如权利要求13所述的装置，还包括一个装置，用于当对应于所述第二波长的所述多个粗粒度带宽分配因子中没有一个表示支持所述所请求的带宽时，延迟所述数据突发的传输。

15.如权利要求10所述的装置，其中所述用于确定多个权重因子的装置包括一个装置，用于利用网络流量统计数据。

16.如权利要求15所述的装置，还包括传输来自交换节点的所述网络流量统计数据。

17.如权利要求10所述的装置，其中所述用于计算多个粗粒度带宽分配因子的装置包括一个装置，用于累加多个细粒度带宽分配因子。

18.如权利要求17所述的装置，还包括用于形成所述多个细粒度带宽分配因子的装置，所述装置包括一个装置，用于将所述多个权重因子中的一个权重因子乘以一个比率，其中所述比率是对应于所述多个权重因子中的所述权重因子的平均比特率比上整体平均比特率。

19.一种计算机可读介质，包括程序代码，当处理器执行时可执行下述操作：

对多个光路径段的每一个，确定多个权重因子；

使用所述多个权重因子，对由入口节点和出口节点之间的所述多个光路径段形成的多条光路径中的每一条，计算多个粗粒度带宽分配因子；

将所请求的带宽与所述多条光路径中的每一条的所述多个粗粒度带宽分配因子中的每一个进行比较；以及

基于所述多个粗粒度带宽分配因子中的一个，选择所述多条光路径中的一条，其中所选择的光路径满足所述所请求的带宽。

20.如权利要求19所述的计算机可读介质，其中所述程序代码还包括预选择用于传输的第一波长，其匹配所述所请求的带宽的传输优先级。

21.如权利要求20所述的计算机可读介质，其中所述程序代码还包括当对应于所述第一波长的所述多个粗粒度带宽分配因子中没有一个表示支持所述所请求的带宽时，利用匹配所述所请求的带宽的所述传输优先级的第二波长。

22.如权利要求21所述的计算机可读介质，其中所述程序代码还包括当对应于所述第二波长的所述多个粗粒度带宽分配因子中没有一个匹配所述所请求的带宽的所述传输优先级时，对所述所请求的带宽的数据突发进行分段。

23.如权利要求21所述的计算机可读介质，其中所述程序代码还包括当对应于所述第二波长的所述多个粗粒度带宽分配因子中没有一个表示支持所述所请求的带宽的长度时，延迟所述数据突发的传输。

24.如权利要求19所述的计算机可读介质，其中所述确定多个权重因子包括利用网络流量统计数据。

25.如权利要求24所述的计算机可读介质，其中所述程序代码还包括传输来自交换节点的网络流量统计数据。

26.如权利要求19所述的计算机可读介质，其中所述计算多个粗粒度带宽分配因子包括累加多个细粒度带宽分配因子。

27.如权利要求26所述的计算机可读介质，其中所述程序代码还包括通过将所述多个权重因子中的一个权重因子乘以一个比率来形成所述多个细粒度带宽分配因子，其中所述比率是对应于所述多个权重因子中的所述权重因子的平均比特率比上整体平均比特率。

28.一种装置，包括：

网络处理器入口模块，用于维护一组权重因子和粗粒度带宽分配因子；以及

网络处理器出口模块，用于接收网络统计数据，以支持所述权重因子组。

29.如权利要求28所述的装置，其中所述网络处理器入口模块从所述权重因子组来确定所述多个粗粒度带宽分配因子。

30如权利要求28所述的装置，其中所述网络处理器入口模块基于所述网络统计数据来更新所述权重因子组。

31.如权利要求28所述的装置，其中所述网络处理器入口模块通过将所请求的带宽与所述多个粗粒度带宽分配因子进行比较来确定用于所述所请求的带宽的光路径。

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