CN1574717A - 基于通用多协议标签交换的标签空间体系结构 - Google Patents

基于通用多协议标签交换的标签空间体系结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种体系结构和方法，用于在具有可变时隙配置的基于波分复用(WDM)的光子突发交换(PBS)网络中执行光路的粗粒度预留。该方法使用基于通用多协议标签交换(GMPLS)的PBS标签，该标签包括标识在所选择的光路路由中的每一个光路段的信息。在路由的前向遍历期间，资源预留请求在节点之间传递，其中查询每个节点以确定在未来的时段是否有可用的传输资源(即，路由光路段)。使用包含在相应标签中的信息产生用于每个光路段的软预留。如果所选择路由的所有光路段是可用的，软预留变为硬预留。所存储的预留允许控制突发的快速路由，该控制突发在光路的调度使用期间被用于路由数据。

Description

基于通用多协议标签交换的标签空间体系结构
技术领域
本发明的实施例一般地涉及光网络；并且，更具体地说涉及在光子突发交换网络中的通用多协议标签交换(GMPLS)的标签空间体系结构。
背景技术
对电信网络(例如，国际互联网)的传输带宽的需求不断地在增长，并且正寻找支持该带宽需求的解决方案。该问题的一个解决方案是使用光纤网络，其中波分复用(WDM)技术被用于支持光网络中对更高数据率的不断增长的需求。
传统的光交换网络一般使用波长路由技术，它要求在光交换机中执行光信号的光到电到光(O-E-O)转换。在光网络中每个交换节点上的O-E-O转换不仅是非常慢的操作(一般大约为10毫秒)，而且费用很高，还可能会引起光交换网络的流量瓶颈。另外，目前的光交换技术不能有效地支持经常发生在分组通信应用(例如，国际互联网)中的“突发”流量。
大型通信网络可以利用几个子网络实现。例如，用于支持因特网流量的一个大型网络可以划分为许多个由因特网服务提供商(ISP)运营的相对小型的接入网，所述接入网耦合到多个城域网(光MAN)，其依次耦合到大型“骨干”广域网(WAN)。该光MAN和WAN一般需要比局域网(LAN)更高的带宽，以便提供它们的高端用户所需的适当水平的服务。但是，随着技术的改进，LAN速度/带宽也在增加，需要增加MAN/WAN的速度/带宽。
最近，已经出现了光突发交换(OBS)方案，其是一种有前景的解决方案，用于支持在WDM光网络上的高速突发数据流量。该OBS方案在当前光电路交换和正在出现的所有光分组交换技术之间提供了一个可行的机会。已证明在特定条件下，通过消除由在交换节点上发生的O-E-O转换机会。已证明在特定条件下，通过消除由在交换节点上发生的O-E-O转换所引起的电子瓶颈，并通过使用单向端到端带宽预留方案，该OBS方案实现了高带宽应用和服务等级(CoS)，该单向端到端带宽预留方案具有由入口节点调度的可变时隙宽度配置(provisioning)。光交换结构很具吸引力，因为与O-E-O转换相比它们采用较小的形式因子就能提供至少低一个或多个数量级的功耗。然而，最近公布的有关OBS网络的大多数工作却集中在下一代骨干数据网络(即，因特网范围的网络)方面，该网络利用具有大量输入/输出端口(即256×256)和光信道(即，40个波长)的高容量(即，1Tb/s)WDM交换结构并且要求大量缓冲。因此，这些WDM交换机将变得很复杂并且制造起来非常昂贵。相反，对局域网和广域网以低成本来支持多种带宽需求的应用诸如存储区网络(SAN)和多媒体多播的需求正在增长。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于建立光路的粗粒度预留的方法，其中所述光路遍历多个在光交换网络的节点间耦合的光路段，所述方法包括：将包含基于通用多协议标签交换GMPLS标签的资源预留请求传递给光路所遍历的每一个节点，所述基于GMPLS的标签标识每个节点所耦合的光路段；以及用各自的光路段预留来将每个光路段预留所调度的时段(timeframe)，每个光路段预留使用包含在基于GMPLS标签中的数据引用与其相对应的光路段。
根据本发明的另一个方面，提供了一种在光交换网络中使用的交换装置，包括：光交换结构，具有至少一个输入光纤端口和至少一个输出光纤端口；和控制单元，可操作地耦合以控制所述光交换结构，其包括至少一个处理器和存储设备，可操作地耦合到包含机器可执行指令的所述至少一个处理器上，所述指令被所述至少一个处理器执行时将执行下述操作。所述操作包括：从第一节点接收资源预留请求，所述资源预留请求包括标识所述第一节点和所述交换装置之间的第一光路段的基于GMPLS的第一标签，该交换装置包括第二节点；以及调度所述第一光路段的粗粒度时间预留使用，用于随后的经由所述第一光路段的数据传输。
根据本发明的另一个方面，提供了一种提供指令的机器可读介质，当所述指令由光交换网络中包括第一节点的交换装置中的处理器执行时，导致该交换装置执行以下操作，包括：从第二节点接收资源预留请求，所述资源预留请求包括标识所述第二节点和所述交换装置之间的第一光路段的基于GMPLS的第一标签；以及调度所述第一光路段的粗粒度时间预留使用，用于随后的经由所述第一光路段的数据传输。
附图说明
参考下列附图将描述本发明非限制性的和非穷举的实施例，在整个附图中除另有说明之外，相同的标号指称相同的部分。
图1是根据本发明的一个实施例，图示具有可变时隙配置的光子突发交换(PBS)网络的简化框图。
图2是根据本发明的一个实施例，图示光子突发交换(PBS)网络的操作的简化流程图。
图3是根据本发明的一个实施例，图示在光子突发交换(PBS)网络中使用的交换节点模块的框图。
图4是根据本发明的一个实施例，图示在光子突发交换网络中使用的光数据突发的格式的图。
图5是根据本发明的一个实施例，图示在光子突发交换网络中使用的光控制突发的格式的图。
图6是根据本发明的一个实施例，图示交换节点模块的操作的流程图。
图7是根据本发明的一个实施例，图示PBS网络中节点之间的PBS光突发流的图。
图8是根据本发明的一个实施例，图示用于PBS光突发的通用PBS框架格式的图。
图9是根据本发明的一个实施例，图示基于通用多协议标签交换(GMPLS)的PBS网络体系结构的图。
图10是根据本发明的一个实施例，图示集成数据和控制平面PBS软体系结构的示意图。
图11是根据本发明的一个实施例，图示在交换节点具有关键构件块的PBS软体系结构的示意图。
图12是根据本发明的一个实施例，图示了所执行的与控制突发的传输和处理有关的各种操作的流程图。
图13是根据本发明的一个实施例，图示基于GMPLS的PBS标签格式的框图。
图14是结合沿着基于GMPLS的PBS控制网络路由数据图示的在其中所使用的一组示例的基于GMPLS的PBS标签的示意图。
图15a和15b根据本发明的一个实施例，共同包括描述在光路预留处理期间执行的逻辑和操作的流程图的各个部分。
图16是根据本发明一个实施例的PBS交换节点体系结构的示意图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，本发明的实施例将参照它们在光子突发交换(PBS)网络中的使用进行公开。PBS网络是一种光交换网络，一般包括具有高速跳(hop)和范围限定的高速网络，诸如企业网络。在此使用的术语“光子突发”是指具有相似路由需求的统计复用分组(例如，因特网协议(IP)分组或以太网帧)。尽管在概念上类似于基于骨干的OBS网络，但是这些具有跳和范围限定的高速网络的设计、运行和性能可能不同。然而，应当理解在此公开的教导和原理也可以应用于其他类型的光交换网络。
图1图示了示例性光子突发交换(PBS)网络10，在其中可以实现这里所描述的本发明的实施例。PBS网络是一种光交换网络。PBS网络10的这一实施例包括局域网(LAN)131-13N和骨干网WAN(未示出)。另外，该PBS网络10的这一实施例包括入口节点151-15M、交换节点171-17L和出口节点181-18K。PBS网络10可以包括与图1中示出的交换节点互连的其他入口、出口和交换节点(未示出)。由于入口和出口节点逻辑驻留在PBS网络的边缘，因此在这它们也称为边缘节点。实际上，这些边缘节点提供在上述“外部”网络(即PBS网络之外)和PBS网络的交换节点之间的接口。在该实施例中，入口、出口和交换节点通过智能模块来实现。例如，该实施例可以用作城域网，该城域网将该城域内的大量LAN耦合到大型的光骨干网络上。
在一些实施例中，入口节点对接收的光信号执行光到电(O-E)转换，并且包括电子存储器以缓冲所接收的信号直到它们被发送给合适的LAN。另外，在一些实施例中，在接收的信号被传输到PBS网络10的交换节点171-17L之前，这些入口节点也执行对接收电信号的电到光(E-O)转换。
出口节点由光交换单元或模块实现，出口节点被配置成接收来自PBS网络10其他节点的光信号，并将这些光信号路由到光WAN或其他外部网络。出口节点也能从光WAN或其他外部网络接收光信号，并将它们发送给PBS网络10的合适的节点。在一个实施例中，出口节点181对接收的光信号执行O-E-O转换，并包括电子存储器以缓冲所接收的信号，直到这些信号被发送给PBS网络10合适的节点(或发送到该光WAN)。
交换节点171-17L由光交换单元或模块实现，它们中的每一个都被配置成接收来自其他交换节点的光信号，并适当地将接收的光信号路由到PBS网络10的其他交换节点。如下所述，交换节点执行光控制突发和网络管理控制突发信号的O-E-O转换。在一些实施例中，这些光控制突发和网络管理控制突发只在预选的波长上传播。在这些实施例中，尽管所述控制突发和网络管理控制突发可能包括对于特定的光数据突发信号组所必需的信息，但是，预选的波长不传播光“数据”突发(相对于控制突发和网络管理控制突发)信号。在一些实施例中，在不同的波长上传输控制和数据信息(在此也称为带外(OOB)信令)。在其他实施例中，可以在相同的波长上发送控制和数据信息(在此也称为带内(IB)信令)。在另一个实施例中，可以利用不同的编码方案诸如不同的调制格式等来在相同的波长上传播光控制突发、网络管理控制突发和光数据突发信号。在任一种方法中，光控制突发和网络管理控制突发相对于它们相应的光数据突发信号被异步地发送。在另一个实施例中，光控制突发和其他控制信号以与光数据信号不同的传输速率传播。
尽管交换节点171-17L可以执行光控制信号的O-E-O转换，但在该实施例中，交换节点不执行光数据突发信号的O-E-O转换。相反，交换节点171-17L仅仅执行光数据突发信号的光转换。因此，交换节点可以包括电子电路，以存储和处理已被转换为电子形式的进入光控制突发和网络管理控制突发，并且使用该信息来配置光子突发交换设置和正确地路由对应于光控制突发的光数据突发信号。基于新的路由信息而替代先前的控制突发的新控制突发被转换为光控制信号，并且被传输到下一个交换或出口节点。下面将进一步描述交换节点的实施例。
示例性PBS网络10的部件按如下方式进行互连。LAN 131-13N连接到151-15M中的一个相应的入口节点。在PBS网络10内，入口节点151-15M和出口节点181-18K通过光纤连接到一些交换节点171-17L。交换节点171-17L也通过光纤以网格(mesh)体系结构彼此互连，以在入口节点之间以及在入口节点151-15M和出口节点181-18K之间形成较多的光路或光链路。理想地，有多于一条的光路将交换节点171-17L连接到PBS网络10的每个终点上(即，入口节点和出口节点是PBS网络10内的终点)。交换节点、入口节点和出口节点之间的多条光路能够在一个或多个节点失效时保护交换，或者能够实现诸如到目标的基本和辅助路由这样的特征。
如下面结合图2来描述的那样，PBS网络10的入口、出口和交换节点被配置以发送和/或接收被波长复用的光控制突发、光数据突发和其他控制信号，以便在预选的波长上传播光控制突发和控制标签，并且在不同的预选波长上传播光数据突发或有效载荷。此外，PBS网络10的边缘节点能在向PBS网络10外部发送数据(光或电数据)的同时发送光控制突发信号。
图2描述了根据本发明的一个实施例的PBS网络10的操作流程。参考图1和2，光子突发交换网络10如下操作。
PBS网络10从LAN131-13N接收分组。在一个实施例中，PBS网络10在入口节点151-15M处接收IP分组。所接收的分组可以是电子形式而不是光的形式，或者以光的形式接收然后被转换为电子形式。在该实施例中，入口节点以电子形式存储接收的分组。块20表示了这一操作。
为了清楚起见，对PBS网络10的操作流程的其余描述集中在从入口节点151到出口节点181的信息传送上。从入口节点152-15M到出口节点181(或其他出口节点)的信息传送基本上是类似的。
光突发标签(即，光控制突发)和光有效载荷(即，光数据突发)从接收的分组中形成。在一个实施例中，入口节点151使用统计多路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)分组中形成光数据突发。例如，由入口节点151接收并且在它们到达目标的路径上必须通过出口节点181的分组可以被组合成光数据突发有效载荷。方框21表示了这一操作。
预留特定光信道和/或光纤上的带宽以通过PBS网络10传送光数据突发。在一个实施例中，入口节点151预留经过PBS网络10的光数据信号路径中的时隙(即TDM系统的时隙)。该时隙可以是相邻时隙之间具有一致或者不一致的时间间隔的固定时间宽度和/或可变时间宽度。而且，在一个实施例中，将带宽预留充分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、出口和交换节点维护一个所有已使用和可用的时隙的更新列表。所述时隙可以被指定并分布在多个波长和光纤上。因此，所预留的时隙(在此也称作TDM信道)在不同的实施例中可以是固定宽度或可变宽度，其可以在一条光纤的一个波长中，和/或被扩展成跨越多个波长和多条光纤。方框22表示了这一操作。
当入口和/或出口节点预留带宽时或当传送光数据突发之后带宽被释放时，网络控制器(未示出)更新该列表。在一个实施例中，网络控制器和入口或出口节点基于可用的网络资源或流量模式使用各种突发或分组调度算法来执行该更新处理。定期广播给所有入口、交换和出口节点的可用的可变宽度TMD信道，在与光控制突发同样的波长上传输，或者在整个光网络中不同的公共预选波长传送。网络控制器功能可以驻留在一个入口或出口节点中，或者可以分布成跨越两个或多个入口和/或出口节点。在该实施例中，网络控制器是控制单元37的一部分(图3)，其可以包括一个或多个处理器。
然后将光控制突发、网络管理控制标签和光数据突发在预留时隙或TDM信道中传送通过光子突发交换网络10。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)将控制突发传输到给下一个节点。在该实施例中，网络控制器在一个或多个波长上使用基于约束条件的路由协议(例如，多协议标签交换(MPLS))来确定到达出口节点的最佳可用OLSP。
在一个实施例中，控制标签(在此也称作控制突发)提前于光子数据突发并在不同的波长和/或不同的光纤上被异步传输。控制突发和数据突发之间的时间偏移允许每个交换节点处理该标签，并且配置光子突发交换以在相应的数据突发到达之前进行合适的切换。在此使用的术语“光子突发交换”指不使用O-E-O转换的快速光交换。
在一个实施例中，入口节点151然后异步地将光数据突发传输给交换节点，在该交换节点处光数据突发经历很小的延时或没有延时，并且在每个交换节点内不进行O-E-O转换。光控制突发总是在相应的光数据突发被传输之前被传输。
在一些实施例中，交换节点可以执行控制突发的O-E-O转换，以便该节点能提取并处理包含在标签中的路由信息。而且，在一些实施例中，TDM信道是以与用于传播标签的波长相同的波长来传播的。或者，在相同的光纤中利用不同的调制格式来在相同的波长上调制标签和有效载荷。例如，可以利用不归零制(NRZ)调制格式来传输光标签，而利用归零制(RZ)调制格式来传输光有效载荷。以类似的方式将光突发从一个交换节点传输到另一个交换节点，直到光控制和数据突发在出口节点181处结束。方框23表示了这一操作。
在该点的操作流程取决于目标网络是光WAN还是LAN。方框24表示了在操作流程中的这一分支。
如果目标网络是光WAN，则形成新的光标签和有效载荷信号。在该实施例中，出口节点181准备新的光标签和有效载荷信号。方框25表示了这一操作。
然后，将新的光标签和有效载荷传输到目标网络(即在该情况中的WAN)。在该实施例中，出口节点181包括将光标签和有效载荷传输到光WAN的光接口。方框26表示了这一操作。
但是，如果在方框24中，目标网络是LAN，光数据突发被拆分，以提取IP分组或以太网帧。在一个实施例中，出口节点181将光数据突发转换为该节点181能够处理以恢复每个分组的数据段的电子信号。方框27表示了这一操作。
所提取的IP数据分组或以太网帧被处理，并结合相应的IP标签，然后被路由到目标网络(即在该情况中的LAN)。在该实施例中，出口节点181形成新的IP分组。方框28表示了这一操作。然后，如块29所示，将新的IP分组传输到目标网络(即LAN)。
通过由TDM信道提供的附加的灵活性，PBS网络10可以获得提高了的带宽效率。尽管上述的示例性实施例包括将多个LAN耦合到光WAN骨干的具有入口、交换和出口节点的光MAN，但在其他实施例中，所述网络并非必须是LAN、光MAN或WAN骨干。就是说，PBS网络10可以包括大量相对小型的网络，所述小型网络耦合到相对更大型的网络，该大型网络然后耦合到骨干网。
图3图示了根据本发明的一个实施例在光子突发交换网络10(图1)中用作交换节点的模块17。在该实施例中，模块17包括一组光波分解复用器301-30A，其中A表示用于传播有效载荷、标签和其他网络资源到该模块的输入光纤的数量。例如，虽然该实施例中，每个输入光纤可以携带一组C个波长(即，WDM波长)，但是在其他实施例中输入光纤可以携带不同数量的波长。模块17也包括一组N×N光子突发开关321-32B，其中N是每个光子突发开关的输入/输出端口数。因此，在该实施例中，每个光子突发开关中最大的波长数是A×C，其中N≥A×C+1。对于其中N大于A×C的实施例，额外的输入/输出端口可以用来回送光信号以用于缓冲。
而且，尽管光子突发开关321-32B示出为分开的单元，但它们可以利用任何合适的交换体系结构而作为N×N光子突发开关来实现。模块17还包括一组光波分解复用器341-34A、一组光到电信号转换器36(例如，光检测器)、控制单元37和一组电到光信号转换器38(例如，激光器)。控制单元37可以具有一个或多个处理器来执行软件或固件程序。控制单元37的更多细节如下所述。
模块17的这一实施例的部件互连方式如下。光解复用器301-30A连接到一组A条输入光纤，其传播来自光子突发交换网络10(图1)的其他交换节点的输入光信号。光解复用器的输出引线连接到一组B个核心光开关321-32B并连接到光信号转换器36。例如，光解复用器301具有连接到光子突发开关321-32B的输入引线的B个输出引线(即，光解复用器301的一个输出引线连接到每个光子突发开关的一个输入引线)和至少一个连接到光信号转换器36的输出引线。
光子突发开关321-32B的输出引线连接到光复用器341-34A。例如，光子突发开关321具有连接到光复用器341-34A的输入引线的A个输出引线(即，光子突发开关321的一个输出引线连接到每个光复用器的一个输入引线)。每个光复用器也具有连接到电到光信号转换器38的输出引线的输入引线。控制单元37具有连接到光到电信号转换器36的输出引线或端口的输入引线或端口。控制单元37的输出引线连接到光子突发开关321-32B和电到光信号转换器38的控制引线。如下文中结合图5的图所描述的，模块17被用于接收和传输光控制突发，光数据突发，以及网络管理控制突发。在一个实施例中，光数据突发具有如在图4和4B中所示的传输格式。
图4图示了根据本发明一个实施例的在PBS网络10(图1)  中使用的光数据突发的格式。在该实施例中，如在图4中所示，每个光数据突发具有开始保护带40，IP有效载荷数据段41，IP报头段42，有效载荷同步段43(通常为很少数量的比特)，以及结束保护带44。在一些实施例中，IP有效载荷数据段41包括用于形成突发的统计多路复用IP数据分组或以太网帧。虽然图4将有效载荷示为紧接着的(contiguous)，但是模块17以TDM格式传输有效载荷。此外，在一些实施例中，数据突发可以在多TDM信道上分段。应当指出，在该实施例中，光数据突发和光控制突发仅在PBS网络10中具有局部意义，并且在光WAN中失去它们的意义。
图5图示了根据本发明一个实施例的在光子突发交换网络10中使用的光控制突发的格式(图1)。在该实施例中，如在图5中所示，每个光控制突发具有开始保护带46，IP标签数据段47，标签同步段48(通常为很少数量的比特)以及结束保护带49。在该实施例中，标签数据段47包含IP分组形成光突发的所有必需的路由和时间信息。虽然图5将有放载荷示为紧接着的，但在该实施例中，模块17以TDM格式传输标签。
在一些实施例中，光网络管理控制标签(未示出)也被用于PBS网络10(图1)中。在这些实施例中，每个光网络管理控制突发包括：与开始保护带46相似的开始保护带，与数据段47相似的网络管理数据段；与标签同步段48相似的网络管理同步段(通常为很少数量的比特)；以及与结束保护带44相似的结束保护带。在该实施例中，网络管理数据段包含协调网络传输所需的网络管理信息。在一些实施例中，光网络管理控制突发以TDM格式传输。
图6图示了根据本发明一个实施例的模块17(图3)的操作流程。参考图3和图6，模块17的操作如下。
模块17接收具有TDM标签和数据信号的光信号。在该实施例中，模块17在一个或两个光解复用器上接收光控制信号(例如，光控制突发)以及光数据信号(例如，在该实施例中为光数据突发)。例如，可以在由光解复用器30A接收的光信号的第一波长上调制光控制信号，而在由光解复用器30A接收的光信号的第二波长上调制光数据信号。在一些实施例中，由第一光解复用器接收光控制信号，而由第二光解复用器接收光数据信号。此外，在一些情况下，仅仅接收光控制信号(例如，网络管理控制突发)。方框601表示了这一操作。
模块17将光控制信号转换为电子信号。在该实施例中，光控制信号为光控制突发信号，其是从由光解复用器接收的光数据信号中分离出来的，并被发送至光电信号转换器36。在其他的实施例中，光控制信号可以是网络管理控制突发(先前结合图5所描述的)。光电信号转换器36将光控制信号转换成电子信号。举例说明，在一实施例中，TDM控制信号的每个部分被转换为电子信号。处理由控制单元37接收的电子控制信号以形成新的控制信号。在该实施例中，控制单元37存储并处理包含在控制信号中的信息。方框603表示了这一操作。
模块17随后基于包含在控制信号中的路由信息，将光数据信号(即，在该实施例中为光数据突发)路由至光多路复用器341-34A中的一个。在该实施例中，控制单元37处理控制突发以提取路由和时间信息，并发送合适的PBS配置信号至B个光子突发交换器组321-32B以重新配置每个光子突发交换器，以交换相应的光数据突发。方框605表示了这一操作。
模块17随后将处理的电子控制信号转换为新的光控制突发。在该实施例中，控制单元37提供TDM信道对准，以便在希望的波长上以TDM时隙模式生成被再次转换的或新的光控制突发。新的控制突发可以以不同于在方框601中接收的控制突发的波长和/或时隙被调制。方框607表示了这一操作。
模块17随后将光控制突发发送到路由中的下一个交换节点。在该实施例中，电光信号生成器38发送新的光控制突发至光多路复用器341-34A中合适的光多路复用器以实现路由。方框609表示了这一操作。
图7说明了根据本发明一个实施例的在示例性PBS网络700中的节点之间的PBS光突发流。系统700包括入口节点710，交换节点712，出口节点714，以及其他节点(为避免模糊光突发流的描述而未示出的出口节点、交换节点和入口节点)。在该实施例中，使用机器可读的指令来实现入口节点，交换节点，出口节点710、712和714所图示的部分，所述机器可读的指令使得机器(例如，处理器)执行操作，所述操作允许节点发送信息到PBS网络的其他节点和从PBS网络的其他节点接收信息。在该实例中，光突发流的光路从入口节点710开始，至交换节点712，然后到达出口节点714。
入口节点710包括入口PBS MAC层部分720，该部分720具有数据突发组合器721，数据突发调度器722，偏移时间管理器724，控制突发建立器726，以及突发成帧器728。在一个实施例中，数据突发组合器721组合将在PBS网络10(图1)上被光传输的数据突发。在一个实施例中，数据突发的大小基于许多不同的网络参数来确定，例如服务质量(QoS)、可用光信道的数量、在入口节点处的电子缓冲的大小、具体的突发组合算法等等。
在该实施例中，数据突发调度器722调度在PBS网络10(图1)上数据突发的传输。在该实施例中，入口PBS MAC层部分710产生带宽请求，用于插入到与正在形成的数据突发相关的控制突发中。在一个实施例中，数据突发调度器722也产生包括偏移时间(来自下述的偏移管理器724)的调度，以允许PBS网络10中的不同节点在相关的数据突发到达之前处理控制突发。
在一个实施例中，偏移时间管理器724基于多种网络参数确定控制和数据突发之间的偏移时间，这些参数例如沿着所选光路的跳数、在每个交换节点的处理延迟、用于特定光路的流量负载以及服务等级要求。
在该实施例中，控制突发建立器726使用如下信息建立控制突发，例如，所需的带宽、突发调度时间、带内或带外信令、突发目标地址、数据突发长度、数据突发信道波长、偏移时间、优先级等。
突发成帧器728将控制突发和数据突发形成帧(使用下面在一些实施例中结合图7到10描述的成帧格式)。突发成帧器728随后通过物理光接口(未示出)在PBS网络10上传输控制突发，如箭头750所示。在该实施例中，控制突发被带外(OOB)传输至交换节点712，如图7中由光控制突发756和PBS TDM信道757所指示的。突发成帧器728随后根据由突发调度器722产生的调度，通过物理光接口在PBS网络上将数据突发传输至交换节点712，如图7中由光突发758和PBS TDM信道759所指示的。在图7中光突发756(控制突发)和758(数据突发)之间的时延被表示为OFFSET1。
交换节点712包括PBS交换控制器730，其具有控制突发处理部分732、突发成帧器/帧分解器734以及硬件PBS交换器(未示出)。
在该实例中，通过物理光接口(未示出)和光交换器(未示出)接收光控制突发756，并将其转换成电子信号(即，O-E转换)。控制突发成帧器/帧分解器734将控制突发信息帧分解，并提供控制信息给控制突发处理部分732。控制突发处理部分732处理信息，确定相应的数据突发的目标、带宽预留、下一个控制跳、控制标签交换等等。
PBS交换控制器部分730使用这些信息中的一些来控制和配置光交换器(未示出)，以在合适的时间持续期间将光数据突发交换到合适信道上的下一个节点(即，在该实例中的出口节点714)。在一些实施例中，如果所预留的带宽不可用，则PBS交换控制器部分730可以采取适当的操作。例如，在一个实施例中，PBS交换控制器730可以：(a)确定不同的光路以避免不可用的光信道(例如，偏转路由)；(b)使用PBS交换结构(fabric)中的集成缓冲元件例如光纤延迟线来延迟数据突发；(c)使用不同的光信道(例如，通过使用可调波长转换器)；和/或(d)仅丢弃(drop)同时期的数据突发。PBS交换控制器部分730的一些实施例也可以将否定确认消息发送回入口节点710，以重新传输被丢弃的突发。
但是，如果可以找到并预留用于数据突发的带宽，PBS交换控制器部分730提供对硬件PBS交换器(未示出)的合适控制。此外，PBS交换控制器部分730基于来自控制突发处理部分732的更新的预留带宽以及可用PBS网络资源生成一个新的控制突发。控制突发成帧器/帧分解器734随后重新将重建的控制突发构成帧，随后通过物理光接口(未示出)和光交换器(未示出)将其光传输到出口节点714，如图7中由PBS TDM信道764和光控制突发766所指示的。
随后，当交换节点712接收到对应于所接收的/所处理的控制突发的光数据突发时，硬件PBS交换器已经被配置为可以将光数据突发交换至出口节点714。在其他情况下，交换节点712可以将光数据突发交换至不同的节点(例如，未在图7中示出的另一个交换节点)。如PBS TDM信道767和光数据突发758A所指示的，来自入口节点710的光数据突发随后被交换至出口节点714。在该实施例中，光数据突发758A只是由硬件PBS交换器(未示出)重新路由的光数据突发，也可能在不同的TDM信道上传输。在图7中光控制突发766和光数据突发758A之间的时延被表示为OFFSET2，由于例如在交换节点712中的处理延迟和其他时间误差，其小于OFFSET1。
出口节点714包括一个PBS MAC部分740，其具有数据多路分解复用器742，数据突发重组合器744，控制突发处理部分746，以及数据突发帧分解部分748。
如图7中的箭头770所示，出口节点714接收光控制突发。突发帧分解器748通过物理O-E接口(未示出)接收并帧分解控制突发。在该实施例中，控制突发处理部分746处理被帧分解的控制突发，以提取有关的控制/地址信息。
在接收到控制突发之后，出口节点714接收对应于所接收控制突发的数据突发，如图7中的箭头772所示。在该实例中，相对于控制突发的一端，在延迟OFFSET2之后，出口节点714接收光数据突发。以类似于上述的所接收控制突发的方式，突发帧分解器748接收和帧分解数据突发。数据突发重组合器744随后处理被帧分解的数据突发，以提取数据(并且如果数据突发是数据突发片断，还要重新组合数据)。数据去复用器742随后相应地对提取的数据去复用，以传输到合适的目标(其可以是除PBS网络之外的网络)。
图8图示了根据本发明的一个实施例的用于PBS光突发的通用PBS成帧格式800。通用PBS帧800包括PBS通用突发报头802，以及PBS突发有效载荷804(其可以为控制突发或数据突发)。图8还包括PBS通用突发报头802和PBS突发有效载荷804的展开图。
PBS通用突发报头802对于所有类型的PBS突发通用，其包括版本号(VN)字段810，有效载荷类型(PT)字段812，控制优先级(CP)字段814，带内信令(IB)字段816，标签表示(LP)字段818，报头错误校正(HEC)存在(HP)字段819，突发长度字段822，以及突发ID字段824。在一些实施例中，PBS通用突发报头还包括预留字段820和HEC字段826。下面描述了用于形成具有32比特字的格式的帧的特定的字段大小和定义；但是在其他的实施例中，大小、顺序和定义可以是不同的。
该实施例中，PBS通用突发报头802是4字的报头。第一个报头字包括VN字段810，PT字段812，CP字段814，IB字段816和LP字段818。VN字段810在该示例性实施例中是4比特的字段(例如，比特0到3)，定义了正被用于使PBS突发成帧的PBS成帧格式的版本号。在该实施例中，VN字段810被定义为第一个字的前4个比特，但在其他的实施例中，不必是前4个比特，不必是第一个字的，或限制为4个比特。
PT字段812是定义了有效载荷类型的4比特字段(比特4到7)。例如，二进制“0000”表示PBS突发是数据突发，而二进制“0001”表示PBS突发为控制突发，二进制“0010”表示PBS突发为管理突发。在该实施例中，PT字段812被定义为第一个字的第二组4个比特，但在其他的实施例中，不必是第二组4个比特，不必是第一个字的，或限制为4个比特。
CP字段814是定义了突发的优先级的2比特字段(比特8到9)。例如，二进制“00”可表示普通优先级，而二进制“01”表示高优先级。在该实施例中，CP字段814被定义为第一个字的比特8和9，但在其他的实施例中，不必是比特8和9，不必是第一个字的，或限制为2个比特。
IB字段816是指示PBS控制突发是否正在被带内或OOB信号发送的一个比特的字段(比特10)。例如，二进制“0”可表示OOB信令，而二进制“1”表示带内信令。在该实施例中，IB字段816被定义为第一个字的比特10，但在其他的实施例中，不必是比特10，不必是第一个字的，或限制为1个比特。
LP字段818是一个比特的字段(比特11)，被用于指示是否已经建立了用于携带该报头的光路的标签。在该实施例中，LP字段818被定义为第一个字的比特11，但在其他的实施例中，不必是比特11，不必是第一个字的，或限制为1个比特。
HP字段819是一个比特的字段(比特12)，用于指示在该控制突发中是否使用报头错误校正。在该实施例中，HP字段819被定义为第一个字的比特12，但在其他的实施例中，不必是比特12，不必是第一个字的，或限制为1个比特。未使用的比特(比特13到31)形成(一个或多个)字段820，其当前未被使用，并且被预留为以后使用。
在该实施例中，在PBS通用突发报头802中的第二个字包含PBS突发长度字段822，其被用于存储等于PBS突发有效载荷804中的字节长度数量的二进制值。在该实施例中，PBS突发长度字段是32比特。在其他的实施例中，PBS突发长度字段822不必是在第二个字中，或限制为32个比特。
在该实施例中，在PBS通用突发报头802中的第三个字包含PBS突发ID字段824，其被用于存储该突发的标识号。在该实施例中，PBS突发ID字段824是由入口节点(例如，图7中的入口节点710)生成的32比特。在其他的实施例中，PBS突发ID字段824不必是在第三个字中，或限制为32个比特。
在该实施例中，在PBS通用突发报头802中的第四个字包含通用突发报头HEC字段826，其被用于存储错误校正字。在该实施例中，通用突发报头HEC字段826是使用任何适合的已知错误校正技术生成的32比特。在其他的实施例中，通用突发报头字段826不必是在第四个字中，也不必限制为32个比特。如图8所示，通用突发报头HEC字段826是可选的，如未使用错误校正，则可以都用零来填充该字段。在其他的实施例中，在PBS通用突发报头802中不包括通用突发报头HEC字段826。
对于所有类型的PBS突发，PBS突发有效载荷804是通用的，其包括PBS特定有效载荷报头字段832，有效载荷字段834，以及有效载荷帧检测序列(FCS)字段836。
在该示例性的实施例中，PBS特定有效载荷报头832是PBS突发有效载荷804的第一部分(即一个或多个字)。下面将结合图9，进一步描述控制突发的特定有效载荷报头字段832。类似的，结合图9也描述数据突发的特定有效载荷字段832。一般地，特定有效载荷报头字段832包括一个或多个涉及数据突发的信息的字段，其可以是该突发本身，或包含在与该突发相关的另一个突发中(即，当该突发是控制突发时)。
在该实施例中，有效载荷数据字段834是PBS突发有效载荷804的下一个部分。在一些实施例中，控制突发没有有效载荷数据，因此该字段可以省略或全为零。对于数据突发，有效载荷数据字段834可以相对大些(例如包含多个IP分组或以太网帧)。
在该实施例中，有效载荷FCS字段836是PBS突发有效载荷的下一个部分。在该实施例中，有效载荷FCS字段836是在错误检测和/或校正中使用的一个字的字段(即，32比特)。如在图8中指出的，有效载荷FCS字段836是可选的，如果未使用错误检测/校正，可以都用零来填充该字段。在其他的实施例中，在PBS突发有效载荷804中不包括有效载荷FCS字段836。
根据本发明的其他方面，提供了在PBS网络的一个扩展的基于GMPLS的框架(framework)中的标签空间体系结构。图9示出了用于PBS网络的基于GMPLS的控制方案的概述，其中标签空间体系结构可以依照一个实施例来实现。从GMPLS协议组开始，每个GMPLS协议可以被修改或扩展以支持PBS操作和光接口，同时仍然包含GPMLS协议的各种流量工程任务。集成的PBS层体系结构包括在PBS MAC层901之上的PBS数据服务层900，PBS MAC层901在PBS光子层902之上。众所周知，基于GMPLS的协议组(在图9中由块903所示)包括配置(provisioning)部分904、信令部分905、路由部分906、标签管理部分907、链路管理部分908以及保护和恢复部分909。在一些实施例中，这些部分被修改或具有添加的扩展，以支持PBS层900-902。进一步，在该实施例中，基  GMPLS的组903也扩展为包括操作、管理、维护和配置(OAM&P)部分910。有关GMPLS体系结构的更多的信息可以在http：//www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-ccamp-gmpls-architecture-07.txt上找到。
例如，信令部分905可以包括专用于PBS网络的扩展，例如突发开始时间、突发类型、突发长度和突发优先级，等等。添加支持PBS网络的扩展之后，就可以基于(当前仅支持SONET/SDH网络的)公知的链路管理协议(LMP)来实现链路管理部分908。保护和恢复部分909例如能够被修改以覆盖PBS网络。关于LMP的更多信息可以在http：//www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-ccamp-lmp-09.txt中找到。
此外，例如，可以修改标签管理部分907以支持PBS控制信道标签空间。在一个实施例中，在对控制信道信号进行O-E转换之后执行标签操作。PBS网络的入口节点充当标签边缘路由器(LER)，而交换节点充当标签交换路由器(LSR)。出口节点充当出口LER，基本上持续地提供PBS网络的所有标签。入口节点能够提出在其被连接到的光路段上使用的标签，但是在选择标签值时下游节点将是决定方，其可能拒绝所提出的标签并选择它自己的标签。也可以由节点提出标签列表给它的下游节点。该部分可以有利地增加控制信道上下文获取的速度(通过执行预建立的标签查询，而不必恢复整个上下文)。在下面讨论了标签配置和应用的更多内容。
为了在诸如企业网和类似网络等具有跳和范围限定的网络中实现PBS联网，扩展基于GMPLS的协议组以在入口/出口和交换节点处识别PBS光接口是很有利的。在基于GMPLS的框架下，精心设计PBS MAC层以执行不同的PBS操作，同时仍然包含基于MPLS的流量组织特征和功能，以用于使用预留协议建立并由PBS标签表示的粗粒度(从秒到天或更久)光流的控制突发交换。
图10示出集成的数据和控制平面PBS软件体系结构1000，其在入口/出口节点具有关键构建块。在体系结构1000中的数据平面(data plane)部分包括流分类块1002和L3(层3，即在网络堆栈中的因特网层)转发(forwarding)块1004，标签处理块1006，队列管理块1008，流调度块1010，以及遗留(legacy)接口1012。另外，数据平面部分包括在前面参考图7所论述的入口节点710和出口节点714部分。基于GMPLS的功能在控制平面中被实现，该控制平面包括链路管理部分908，信令部分904，保护和恢复部分909，OAM&P部分910，和路由部分906。GMPLS信令功能的说明将在以下的网址中找到 http：//www.ietf.org/rfc/rfc3471.txt。
在数据路径上，来自遗留接口1012的分组(即，IP分组或者以太网帧)在入口/出口节点由流分类块1002基于n元组合类进行分类，被分为转发等价类(FEC)1014。具体而言，在入口节点适合的PBS MAC层一般执行数据突发组合和调度、控制突发生成和PBS逻辑成帧，而在出口节点执行帧分解(de-framing)、整理碎片(defragmentation)和流的去复用。一旦分类，与给定的FEC相对应的数据就被转发到L3转发块1004。如果流是到这个节点IP地址的，即这个节点L3地址，那么随后将所述流给这个节点以用于处理，即，将所述流给这个节点控制平面以被处理。
接下来的操作涉及流管理。正像以下进一步的详述所描述的，这些操作由标签处理块1006以及队列管理块1008来处理。被指定给遗留网络部分的数据部分何时被发送由流调度器1010来决定。
图11示出在交换节点的具有关键构建块的PBS软件体系结构1100。软件结构包括控制突发处理块1102，争用解决块1104，突发控制块1106，PBS交换配置和控制块1108，以及资源管理块1110。由块1102、1104、1106、1108和1110所提供的操作由PBS控制处理器1112所执行的相应的软件组(即，机器可执行指令)来执行。
控制突发处理块1102依照基于GMPLS的框架来执行带宽预留、下一个跳选择、标签交换路径(LSP)设置以及控制标签调换。争用解决块1104执行偏转路由，提供可调的波长转换，NACK(否认)/丢弃功能和光纤延迟线(FDL)操作。突发控制块1106提供已更新的控制分组。PBS交换配置和控制块1108提供对由PBS控制处理器1112所控制的PBS交换的配置和控制。资源管理块1110执行资源管理操作，包括更新网络资源(在每个波长上使用的带宽，总的波长使用率，等等)。
所传输的PBS控制突发经历以下的操作，所述的PBS控制突发由PBS网络处理器(NP)进行电子处理：参考图12的流程图，该处理在方块1200开始，其中，控制突发被帧分解，依照其优先级被分类，并且带宽预留信息被处理。如果光流已经被信号发送和建立，则这个流标签被用于查找相关信息。接下来，在方块1202，确认或者否定在特定时间用于在所选波长上所预留带宽的PBS交换配置的设置。如果确认，该过程继续进行；如果否定，将开始新的预留请求过程。
在方块1204，如果PBS交换配置冲突，进行PBS争用解决。可以选择三个可能的争用解决方案之一，即基于FDL的缓冲、可调波长转换和偏转路由。如果这些方案中没有一个可用，则丢弃进入数据突发直到PBS交换变为可用，并且否认消息被发送到入口节点以重新传输。在方块1206，基于从资源管理器取回的已更新网络资源，生成新的控制突发，并且被调度用于传输。在方块1208，新的控制突发随后被组帧，并且被放到输出队列中，用于传输到下一个节点。
本发明的一个重要方面涉及标签信令，其中粗粒度光路被端到端地信号发送并分配唯一的PBS标签。该PBS标签仅具有光路段意义而不具有端到端意义。图13示出了具有相应字段的示例性PBS标签格式1300，下面将描述其更多的细节。用于光路建立、撤销和维护的PBS标签信令通过IETF(因特网工程任务组)资源预留协议到流量工程(RSVP-TE)的扩展来实现。关于具有RSVP-TE扩展的GMPLS信令的更多信息可以在http：//www.iet f.org/rf/rfc3473.txt中找到。
标识数据突发输入光纤、波长和光路段、信道间距的PBS标签被用于控制路径，以使得能够进行网络资源的软预留请求(通过相应Resv消息)。如果履行该请求(通过PATH报文)，则沿着所选择的光路的每个交换节点都承诺(commit)所请求的资源，并且用合适的段到段标签来建立光路。每个交换节点通过所述信令机制来负责更新初始PBS标签，向前面的交换节点指示用于它的光路段的标签。如果不能履行该请求或发生错误，则描述该状态的报文被发送回始发站以采取合适的操作(即，选择另一个光路特性)。因此，通过信令实现的PBS标签能够实现用于控制突发处理的MPLS类型有效查找。在每个交换节点上控制突发的处理改善减小了在控制和数据突发之间所需的偏移时间，导致PBS网络吞吐量的改善并减小端到端的延迟。
除了由PBS控制处理器执行的软件块之外，还存在支持在此描述的PBS联网操作的其他几个关键部分。链路管理部分908负责提供PBS网络传送链路状态信息，诸如链路上行/下行、光损耗等。该部分在控制信道上运行它自己的链路管理协议。在一个实施例中，IETF链路管理协议(LMP)被扩展以支持PBS接口。当链路管理部分报告链路失败时，链路保护和恢复部分909负责根据用户定义的各种标准来计算在各交换节点之间的可替换光路径。OAM&P部分910负责执行各种管理任务，诸如设备配置。
另外，路由部分906提供路由信息，以建立控制和数据突发路径到它们的最终目标的路由。对于具有无缓冲交换结构的PBS网络，该部分也扮演重要的角色，它通过提供用于减小争用的备份路由信息来使PBS成为更可靠的传送网络。
本发明的标签信令方案通过减小处理已被发送信号的光路所花费的时间量来减小PBS偏移时间。这是通过扩展GMPLS模型以利用在PBS标签空间中定义的唯一标签来标识在PBS网络内的每个光路段来实现的。通过使用于处理控制突发的PBS交换节点内的控制接口单元，可根据用来执行快速和有效查找的标签信息来查找相关的物理路由信息和其他相关的处理状态，PBS标签的使用加速了PBS控制突发处理。因此，每个PBS交换节点在一个查找操作中可访问下列相关信息，其中：1)向其发送控制突发的下一个跳的地址；2)关于外发光纤和波长的信息；3)在下一个段中使用的标签，如果在基于标签的模式下工作；和4)为特定输入端口和波长更新调度需求所必需的数据。
参考图13，在一个实施例中，PBS标签1300包括5个字段，包括输入光纤端口字段1302、输入波长字段1304、光路段ID字段1306、信道间距(Δ)字段1308和预留字段1310。输入光纤端口字段1302包括8比特字段，它指定由(本身被携带在控制波长上的)标签所标识的数据信道的输入光纤端口。输入波长字段1304包括32比特字段，其描述在由输入光纤端口字段1302指定的输入光纤端口上使用的输入数据波长，并且在下面将更详细地描述。光路段ID字段1306包括16比特字段，其描述在特定波长和光缆上的光路段ID。光路段ID是根据PBS网络拓扑被确定的预定义的值。信道间距字段1308包括4比特字段，用于结合下面定义的Δ变量来标识信道间距(即，在相邻光信道之间的间距)。预留字段1310被预留以用于特定实现和今后的扩展。
在一个实施例中，使用用于单精度浮点格式的IEEE(电气和电子工程师学会)标准754来表示输入波长。32比特字被分为1比特符号指示符S、8比特偏置指数e和23比特分数。在此给出实数表示和该格式之间的关系：
等式(1)
在C频带中的一个光信道具有197.200THz的频率，对应于1520.20纳米的波长。这个信道通过设置s＝0、e＝134和f＝0.540625来表示。相邻信道的间距可以是50GHz、100GHz、200GHz或其他间距。对于50GHz的信道间距，可以写成：Δ＝0.05＝1.6×2-5(s＝0，e＝122，f＝0.6)。因此，第n个信道的频率是：
f(n)＝f(1)-(n-1)·Δ                               等式(2)
因此，根据等式(2)，光信道频率由n和具体的Δ值给出，其可以被提供作为初始网络设置的一部分。例如，利用标准ITU-T(国际电信联盟)格点C和L频带，n被限制为249，它对应184.800THz的光频率。然而，在上述范围和其他波长范围诸如1310纳米左右的波长频带以外的其他光信道频率也可以使用等式(2)确定。
在图14中描述了在基于GMPLS的PBS网络1400中如何实现PBS标签1300的操作。可以包括各种类型网络中的一种网络，诸如企业网的网络1400，包含分别标记为A、B、C、D、E和F的6个PBS交换节点。网络1400一端耦合到LAN或WAN网络1402，另一端耦合到LAN或WAN网络1404，其中边缘节点A和D作为边缘节点。对于下面的范例，希望从网络1402路由流量到网络1404。因此，边缘节点A(即，源节点)作为入口节点，而边缘节点D(即，目标节点)作为出口节点。
如图14所示，各交换节点B、C、E和F通过光路段LP1、LP2、LP3、LP4、LP5、LP6、LP7、LP8和LP9耦合。也存在交叉连接交换节点B、C、E和F的其他光路段，为了清楚起见没有示出这些光路段。光路段包括经由光纤的任何相邻节点之间的光耦合。光路包括在源节点和目标节点之间通过的光学路径，并且一般将包括多个光路段。在下面的示例中，在源节点(入口节点A)和目标节点(出口节点D)之间的光路包括光路段LP1、LP4和LP6，通过使用例如RSVP-TE的公知信令协议在信令时间动态选择所述光路。
如图14进一步所示的，示例性的PBS标签A-B-0和A-B-1分别在时刻t0和t1分配给节点A和B之间的路径；标签B-C-0和B-C-1分别在时间t0和t1分配给节点B和C之间的路径；并且标签C-D-0和C-D-1分别在时间t0和t1分配给节点C和D之间的路径。为了简明，用于光路段LP1、LP2、LP3、LP4、LP5和LP6的光路段ID分别定义为0x0001、0x0002、0x0003、0x0004、0x0005和0x0006。根据PBS网络的上述方面，特定LSP可以包括使用不同波长的光路段。同样的，在示意的范例中，标签A-B-0规定使用197.2THz(0x08683FD1)的光频率，标签B-C-0规定使用196.4THz(0x08682767)的频率；并且标签C-D-0规定使用195.6THz(0x08680EFD)的频率。在从A到D的途中，信令分组逐个光路段地(即，LP1、LP4和LP6)请求资源预留。例如，边缘节点A请求资源来创建所选光路的粗粒度预留。在第一光路段上，交换节点B检验它是否具有满足该请求的充分资源。如果它没有这些资源，则它将错误报文发送回请求的始发站以采取合适的操作，诸如发送另一个请求或选择另一个光路。如果它具有足够的资源，则它产生这些资源的软预留，并且将软预留转发给下一个交换节点，这里重复这些操作直到到达目标节点D。当节点D接收到该软预留请求时，它检验该请求是否能够被实现。
参考图15a和15b的流程图，依照本发明一个实施例的在基于PBS标签的光路预留过程期间所执行的操作和逻辑如下进行。该过程从源节点(例如，源节点A)开始，其在方块1501起动第一操作，其中，选择在源和目标节点之间的光路。例如，在一个实施例中可以使用RSVP-TE(IETF RFC 3209)协议，以自动确定一个或者多个光路，并从中选择一个所选择的光路。在这种情况中，提供了目标节点的IP地址，并且协议从源节点到目标节点通过(navigate)  网络拓扑，以确定可以被连接以到达目标节点的光路段组合。可选地，与遍历多个光路段的光路相对应的显式路由可以使用EXPLICIT_ROUTE对象来指定，该显式路由封装(encapsulate)组成显式路由路径的一连串跳。这种光路选择技术在本领域是众所周知的，因此在这里没有包括这个操作是怎样执行的进一步解释。依照当前的举例，选择遍历光路段LP1到LP4到LP6的光路。
在方块1502，建立初始PBS标签，用于在源节点和第一交换节点(节点B)之间的第一光路段(LP1)。正像在图13所示出的和前面所讨论的，标签标识与光路段LP1相应的光路段ID以及输入光纤端口和输入波长。包含初始PBS标签的资源预留请求随后被发送到第一交换节点。在一个实施例中，在节点之间的资源预留请求的传递经过信令分组进行。
下一组操作和逻辑以循环的形式执行，正如由开始和结束循环方块1503和1504所指示的，从交换节点B开始，其包含在光路的入口侧的第一交换节点。在开始和结束循环方块1503和1504之间所定义的操作以迭代方式用于每一交换节点，直到最后的光路段已经进行过可用性的评估。在此使用的术语“当前节点”标识正在一个节点上执行操作，该节点接收已被评价的光路段。术语“下一个节点”表示光路段链中的下一个节点。当逻辑从结束循环块1504循环返回到开始循环块1503时，下一个节点成为当前节点。
在方块1506，节点所接收的资源预留请求被访问，以标识当前光路段。在判断块1508，由节点作出是否有足够资源以满足请求的决定。除标签信息之外，资源预留请求指定与预留相符的时段。资源足够的指示意味着所指定的资源(即在当前节点所接收的光路段)先前没有被调度用在所指定时段的任何部分。如果没有足够的资源可用，判断块1508的回答是NO，并且逻辑进行到方块1510，其中，错误信息被发送回到请求的始发站(即，源节点)。作为响应，源节点执行合适的操作，诸如，经过另一个光路发送新的请求。
如果有足够的资源以满足预留请求，逻辑进行到方块1514，其中，产生软预留用于当前的光路段。在一个实施例中，软预留被存储到预留表中，诸如在下面更多的详述中所描述的，其中，在图14中，示例性的软预留表条目在时间举例1406A中示出。软预留包含经由光路段ID字段1414对当前光路段的引用。这个引用随后将在依照控制突发的快速路由查找表操作期间被使用。
接下来，将在判断块1515确定是否已经到达目标节点。如果已经到达，逻辑进入到在图15b所示出的流程图的下一个部分。如果没有到达，逻辑进行到方块1516，其中，更新PBS标签，用于下一个光路段。示例性的标签在图14下面的部分被示出，并且在下面进行讨论。已更新标签现在将引用变化中的下一个光路段的光路段ID，包括新输入光纤端口和波长值。依照结束循环方块1504，包含已更新标签的资源预留请求随后经过信令机制被转发到下一个节点。正像在前面所讨论的，在方块1506、1508、1510、1512、1514、1515和1516中的操作随后被重复，适当地，以迭代的方式直到到达目标节点，使得在判断块1515产生YES结果。
进行到在图15b示出的流程图部分，这里当前节点是目标节点D，正如由开始方块1520所描述的。与前面一样，对沿着所选择的光路的每一个节点重复操作，与反向传播技术类似；这些操作由开始和结束循环方块1522和1523来描绘。首先，在方块1524，用于当前节点的软预留被升级为硬预留，并且，相应的资源被承诺(commit)。这通过将预留状态(Status)字段1420中的值从“0”(软)改为“1”(硬)来反映。
在方块1526的操作之后，进行确定，确定是否已经到达源节点。如果已经到达，该过程完成，并且在光路上的所有段都被预留用于随后的调度使用。如果没有到达，对下一个(现在是当前的)交换节点重复该过程本身，直到到达源节点。此时，沿着光路的所有节点将有硬(即，已确认的)预留，并且整个光路将被调度用于在包含在预留表中的所指示的时段使用。
在图14中示出了示例性预留表的基于时间的举例(即，时间快照(snapshot))1406A和1406B。预留表包括(可选)关键码字段1408，输入光纤端口1410，输入波长字段1412，光路段ID字段1414，开始时间字段1416，和结束时间字段1418，以及预留状态字段1420。除所示出的字段之外，预留表一般可以包括其他相关信息。此外，为了说明目的，在开始和结束时间字段中仅示出一天的时间值。实际上，字段将包括标识日期的信息，或者开始和结束时间能被进一步划分以提供开始和结束日期字段。
正像前面所描述的，当传输PBS标签信息时(例如从节点A到节点D)，在节点B、C和D中产生软预留。紧临在软预留产生之后的对应于节点C处预留表的快照的时间实例1406A示出在图14中。在该情况下，将包括布尔值的预留状态(Status)字段值设置为0，表示没有确认该预留(即，软预留)。时间实例1406B对应于当在从节点D到节点A的返回路径上确认预留时，表中预留状态字段1420产生的变化。
如图14中的标签所进一步指示的那样，用于给定节点对的标签可以随时改变以反映光路路由或网络拓扑的变化。考虑时刻t0和t1的PBS标签值。在t0的PBS标签表示分别使用197.2THz、196.4THz和195.6THz的LP1到LP4到LP6的光路路由。相反，在t1，所述路由路径和频率中的一部分已经改变，从而该光路路是使用197.2THz、195.6THz和195.6THz的LP1到LP4到LP5。
根据一个实施例的PBS交换节点体系结构的简化框图1600示出在图16中。该智能交换节点体系结构逻辑上分为控制平面部分和数据平面。控制平面包括控制单元37，该单元使用耦合到胶合逻辑1604和控制处理器(CPU)1606的网络处理器(NP)1602，该控制处理器运行存储在存储设备1607中的软件部分，以执行在此公开的GMPLS控制操作1608。网络处理器1602也耦合到一组或多组SDRAM(同步动态随机访问存储器)存储器1610，其用于通用存储器操作。数据平面体系结构包括包含PBS的非阻塞(non-blocking)光交换结构32，耦合的光多路复用器1612、光解复用器1614和光收发机(由光接收机(Rx)模块1616和光发送机(Tx)模块1618描述)。
突发组装和成帧以及突发调度和控制是PBS MAC层的一部分，并且是由网络处理器1602执行突发组装和成帧、突发调度和控制以及相关的任务。网络处理器是具有灵活微体系结构的功能强大的处理器，其适合于支持广泛的分组处理任务，包括分类、计量、策略制定、拥塞避免和流量调度。例如，在一个实施例中使用的IntelIXP2800 NP具有16个微引擎，能够支持10GbE的每秒1千5百万个分组的分组速率以及1.4GHz的时钟速率来对每个分组执行多达1493个微引擎指令。
在一个实施例中，光交换结构具有严格的非阻塞空分(space-division)体系结构，其具有快速(＜100纳秒)交换时间和有限数量的输入/输出端口(例如约为8×8、12×12)。每个进入或外发光纤链路一般只携带一个数据突发波长。不具有或只有有限光缓冲结构的交换结构在输入和输出端口之间在可变宽度的时隙内执行统计突发交换。该光缓冲可以使用几个未使用的端口上的光纤延迟线(FDL)来实现，诸如在L.Xu，H.G.Perros，and G.Rouskas，“Techniques for Optical Packet Switching andOptical Burst Switching”，IEEE Communication Magazine 1，136-142(2001)中教导的那样。特定的光缓冲体系结构(诸如前馈或反馈)将通常取决于交换节点和该节点部署在其中的PBS网络的具体特性。然而，与传统分组交换结构相比，光缓冲的量可期望会相对小一些，因为FDL可以携带多个数据突发波长。其他可能的争用解决方案包括偏转(deflection)路由和使用可调波长转换器，如上所述。在一个实施例中，可以实现由D.J.Blumenthal，B.E.Olson，G.Rossi，T.E.Dimmick，L.Rau，M.Masanovic，O.Lavrova，R.Doshi，O.Jerphagnon，J.E.Bowers，V.Kaman，L.Coldren，和J.Barton公开的“All-Optical Label SwappingNetworks and Technologies”，IEEE J.of Lightwave Technology 18，2058-2075(2000)中的争用解决方案。该PBS网络可用相对少量的控制波长(λ’0、λ0)来操作，因为它们能在多个数据波长中共享。而且，该PBS交换结构也能利用多个光纤和单个波长操作；然而，该实现的更多细节未在此公开。
控制突发可以在不同的光信道上被带内(IB)或带外(OOB)发送。对于OOB的情况，由PBS结构根据由网络处理器1602动态设置的预留的交换配置，在可变时间期间内在输入和输出端口之间在给定波长上对光数据突发进行统计交换。NP 1602负责从进入控制突发中提取路由信息，提供用于所请求的数据突发的PBS交换资源的固定期间预留，并且形成新的外发控制突发以用于到出口节点的路径上的下一个PBS交换节点。另外，网络处理器根据上述扩展的基于GMPLS的框架来提供整体PBS网络管理功能。对于IB的情况，将控制和数据突发都发送给PBS交换结构和控制接口单元。然而，NP 1602根据突发有效载荷报头信息忽略进入数据突发。类似地，因为还没有为所发送的控制突发预留交换结构，所以在PBS结构中就忽略所发送的控制突发。该方法的一个优点是其更加简单并且实现成本更低，因为它减小了所需波长的数量。
用于IB信令的另一种方法是对控制突发和数据突发使用不同的调制格式。例如，控制突发被不归零制(NRZ)调制，而数据突发被归零制(RZ)调制。因此，在PBS控制接口单元中的接收机上只有NRZ控制突发被调制，而RZ数据突发被忽略。
在此描述了用于实现光子突发交换网络的方法和装置的实施例。在上面的描述中，描述了大量特定细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，本领域技术人员将认识到在没有一个或用于多个特定细节，或利用其他方法、部件、材料等的情况下也可以实现本发明的实施例。在其他情况下，没有详细示出或描述众所周知的结构、材料或操作，这是为了避免说明书不清楚。
在整个说明书中涉及的“一个实施例”或“实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征、结构、或特性至少包括在本发明的一个实施例中。因此，在整个说明书的各种位置出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定指相同的实施例。而且，在一个或多个实施例中可以以任何合适的光方式来组合特定特征、结构或特性。
因此，本发明的实施例可以用作或用于支持在某种形式的处理核(诸如计算机的CPU或一个模块的处理器)上执行的，或在机器可读质介上面或内部实现或执行的软件程序。机器可读介质包含用于以机器(例如，计算机)可读形式存储或发送信息的任何机制。例如，机器可读质介可以包含诸如只读存储器(ROM)；随机访问存储器(RAM)；磁盘存储介质；光存储介质；和闪存设备等。另外，机器可读介质可以包括传播信号，诸如电的、光的、声学的或其他形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)。
在上述的说明书中已经描述了本发明的实施例。然而，在不脱离所附权利要求限定的更加广泛的精神和范围的情况下，显然可以对其进行各种修改和变化。因此，本说明书和附图应被认为是起示例性作用，而不起限制意义。
本申请涉及2002年4月17日递交的美国专利申请No10/126,091；2002年6月25日递交的美国专利申请No.10/183,111；2002年12月24日递交的美国专利申请No.10/328,571；2003年2月28日递交的美国专利申请No.10/377,312；2003年2月28日递交的美国专利申请No.10/377,580；2003年4月16日递交的美国专利申请No.10/417,823；2003年4月17日递交的美国专利申请No.10/417,487；2003年5月19日递交的美国专利申请No.(代理人案卷号42P16183)；2003年6月18日递交的美国专利申请No.(代理人案卷号42P16552)。

Claims (30)

1.一种用于建立光路的粗粒度预留的方法，其中所述光路遍历多个在光交换网络的节点间耦合的光路段，所述方法包括：
将包含基于通用多协议标签交换GMPLS的标签的资源预留请求传递给光路所遍历的每一个节点，所述基于GMPLS的标签标识每个节点所耦合的光路段；以及
用各自的光路段预留来在所调度的时段预留每个光路段，每个光路段预留使用包含在基于GMPLS的标签中的数据来引用与其相对应的光路段。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述光交换网络包括光子突发交换网络。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述光突发交换网络包括波分复用PBS网络。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述基于GMPLS的标签包括输入光纤端口字段，其标识在由基于GMPLS的标签所标识的光路段接收端的节点的输入光纤端口。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述基于GMPLS的标签包括至少一个字段，其标识在由基于GMPLS的标签所标识的光路段上携带信号所使用的输入波长。
6.如权利要求5所述的方法，其中，由以IEEE标准754单精度浮点格式存储的值来定义所述输入波长。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述输入波长基于信道间距变量的函数，并且所述基于GMPLS的标签包括波长字段和存储信道间距值的信道间距字段。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法执行以下步骤：
选择所选择的光路路由，该光路路由包括在多个节点之间耦合的多个光路段，所述光路路由从源节点开始，到目标节点结束，并且所述光路路由在源节点和目标节点之间包括至少一个交换节点；
遍历在所选择光路路由上的光路段；
生成每一个光路段的基于GMPLS的标签；以及
将该基于GMPLS的标签用于相应的光路段，以在所述所调度的时段预留该光路段。
9.如权利要求8所述的方法，其中，该方法包括：
在沿着所选择光路路由的每一节点，确定在该节点所接收的光路段和相应的网络资源在所调度的时段是否可用；以及
如果可用，在所述所调度的时段预留用于给定光路段的网络资源，否则，向源节点提供标记，指示在所调度的时段用于给定光路段的网络资源不可用。
10.如权利要求8所述的方法，其中，所述所选择的光路路由包括第一所选择的光路路由，该方法还包括：
选择第二所选择的光路路由；
在沿着第二所选择的光路路由的每一节点，确定在该节点所接收的光路段在所调度的时段是否可用；以及
如果可用，在所述所调度的时段预留给定光路段，否则，向源节点提供标记，指示在所调度的时段给定光路段不可用。
11.如权利要求8所述的方法，其中，该方法包括：
执行从源节点到目标节点的所选择光路路由的前向遍历；
在沿着所述前向遍历的每个节点确定在该节点所接收的光路段在所调度的时段是否可用；
如果确定为将是可用的，则用软预留在所调度的时段暂时预留用于给定光路段的网络资源；
确定在所调度的时段是否沿着所选择光路路由的所有光路段和网络资源都可用；以及
如果确定在所调度的时段所有的光路段网络资源可用，则承诺用于每个光路段的软预留。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述软预留通过以下步骤承诺：
执行所选择的光路路由从目标节点返回源节点的反向遍历；
在反向遍历期间当遇到与给定光路段相对应的节点时，将与所述光路段相对应的软预留设置为硬预留。
13.如权利要求1所述的方法，其中，与所述光路的预留相对应的数据被存储在预留查找表中，该方法还包括：
在给定时段，沿着光交换网络将控制突发从源节点发送到目标节点；以及
在预留查找表中查找合适的光路段，基于与给定时段相对应的光路段和资源预留，所述控制突发经由所述合适的光路段被路由以遍历链接源节点和目标节点的光路。
14.一种在光交换网络中使用的交换装置，包括：
光交换结构，具有至少一个输入光纤端口和至少一个输出光纤端口；和
控制单元，可操作地耦合以控制所述光交换结构，其包括至少一个处理器和存储设备，可操作地耦合到包含机器可执行指令的所述至少一个处理器上，所述指令被所述至少一个处理器执行时将执行下述操作，包括：
从第一节点接收资源预留请求，所述资源预留请求包括标识所述第一节点和所述交换装置之间的第一光路段的基于GMPLS的第一标签，该交换装置包括第二节点；以及
调度所述第一光路段的粗粒度时间预留使用，用于随后的经由所述第一光路段的数据传输。
15.如权利要求14所述的交换装置，其中，所述指令执行还执行以下操作：
生成基于GMPLS的第二标签，该标签标识在交换装置和第三节点之间的第二光路段；
取代资源预留请求中的所述基于GMPLS的第一标签；以及
将所述资源预留请求转发给第三节点。
16.如权利要求14所述的交换装置，其中，所述光交换网络包括光子突发交换网络。
17.如权利要求16所述的交换装置，其中，其中所述光交换网络包括波分复用PBS网络；并且所述光交换结构提供光信号的交换，所述光信号包括在公共光纤上携带的不同波长，所述公共光纤可分别耦合到所述至少一个输入光纤端口和所述至少一输出光纤端口。
18.如权利要求14所述的交换装置，其中，所述基于GMPLS的第一标签包括输入光纤端口字段，该字段标识与第一光路段的一端相对应的交换装置的输入光纤端口。
19.如权利要求14所述的交换装置，其中，所述基于GMPLS的第一标签包括至少一个字段，该字段标识在第一光路段上携带信号所使用的波长。
20.如权利要求19所述的交换装置，其中，由IEEE标准754单精度浮点格式来定义所述输入波长。
21.如权利要求20的交换装置，其中，所述输入波长基于信道间距变量的函数，并且所述基于GMPLS的第一标签包括波长字段和用于存储信道间距值的信道间距字段。
22.如权利要求14所述的交换装置，其中，所述指令的执行还包括执行以下操作，即将所调度的第一光路段的时间预留使用存储在由交换装置维护的预留表中。
23.如权利要求14所述的交换装置，其中，所述至少一个处理器包括网络处理器。
24.如权利要求23所述的交换装置，其中，所述至少一个处理器还包括控制处理器。
25.一种提供指令的机器可读介质，当所述指令由光交换网络中包括第一节点的交换装置中的处理器执行时，导致该交换装置执行以下操作，包括：
从第二节点接收资源预留请求，所述资源预留请求包括标识所述第二节点和所述交换装置之间的第一光路段的基于GMPLS的第一标签；以及
调度所述第一光路段的粗粒度时间预留使用，用于随后的经由所述第一光路段的数据传输。
26.如权利要求25所述的机器可读介质，其中，所述指令的执行还执行以下操作：
生成基于GMPLS的第二标签，该标签标识在交换装置和第三节点之间的第二光路段；
取代资源预留请求中的所述基于GMPLS的第一标签；以及
将所述资源预留请求转发给第三节点。
27.如权利要求25所述的机器可读介质，其中，所述光交换网络包括波分复用光子突发交换网络。
28.如权利要求25所述的机器可读介质，其中，所述基于GMPLS的第一标签包括输入光纤端口字段，该字段标识与第一光路段的一端相对应的交换装置的输入光纤端口。
29.如权利要求25所述的机器可读介质，其中，所述基于GMPLS的第一标签包括至少一个字段，该字段标识在第一光路段上携带信号所使用的波长。
30.如权利要求25所述的机器可读介质，其中，所述指令的执行还包括执行以下操作，即将所调度的第一光路段的时间预留使用存储在由交换装置维护的预留表中。
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