CN1829391A - 使用到达时间在光突发交换网中传输光信号的方法和设备 - Google Patents

Abstract

在光突发交换网络中传输光信号，该光突发交换网络具有代表光信号的数据突发信号和控制信号。生成控制信号的头部分组，该头部分组具有指示数据突发信号的到达时间的信息并且不具有与数据突发信号的突发大小有关的信息。经由光突发交换网络传输具有所生成的头部分组的控制信号。

Description

使用到达时间在光突发交换网中 传输光信号的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于使用到达时间在光突发交换网络中传输光信号的方法和设备。

背景技术

光纤链路上可用的原始带宽的数量随着密集波分复用(DWDM)的进步而显著地增加。为了以对于IP通信量有成本效益的方式有效地利用这个带宽，必须研发一种适当的全光传送方法。这种传送方法必须能够通过快速供应资源来处理异步突发通信量同时也最小化光缓存的使用。

光突发交换(OBS)是一种用于在无缓存的光核心网络上直接地传送通信量的这样的方法。在光突发交换网络中，由多个分组组成的数据的突发全光地经由网络被交换。

下面理想的OBS技术使数据通路与控制通路去耦。特别地，在经由网络传输之前，IP分组被聚集成更大的突发。这允许分摊跨越多个分组的交换开销。为了沿着突发的路由配置交换机，控制消息(或头部)在突发的前面被传输。数据突发在某一偏移时间之后无需等待连接建立的确认就跟随头部。偏移时间允许头部在每个节点被处理，同时突发在源极被电子缓存。因此，当头部正在被处理时，在中间节点用以延迟该突发的光纤延迟线不是必需的。

光网络、特别是动态波长路由的光网络中的性能的关键量是阻塞概率、或是拒绝到来的连接请求的概率。对OBS网络中的阻塞问题的理解将从M.Neuts、H.L.Vu和M.Zukerman的文章“Performance analysis of optical composite burstswitching”(IEEE Communications Letters，Vol.XX，NO.Y，Month 2002年)中认识到。

光突发交换网络中另一个关心的问题是竞争，该竞争在多个突发争夺同一链路的时候出现。光突发交换网络中的竞争特别通过可变的突发大小和长时间的突发持续时间被加剧。此外，由于突发按照切入直通(cut-through)模式而不是存储转发(store-and-forward)模式来交换，所以光突发交换网络通常限制了缓存性能。对于竞争问题的更好的理解将从V.M.Vokkarane和J.P.Jue的文章“Burst segmentation：an approach for reducing packet loss in optical burst-switchednetworks”(IEEE ICC′02，2002年4月)中获得。

在OBS网络中存在几种建议的预留协议、诸如地平线技术(Horizon)、JIT(准时制(Just-In-Time))和JET(恰量时间(Just-Enough-Time))，这些协议被认为减少了阻塞概率并且解决了竞争问题。到目前为止，JET已是最有利的，因为就阻塞概率而言，JET看来提供了最好的性能。然而，如同我们所见，即使JET协议也可以被改善。为完整起见，各种协议将依次被描述和分析。

准时制(JIT)预留协议100将参考图1被描述。在该图中示出各种数据通路102(或信道)，数据突发104和头部信息106在这些数据通路102上被传输。顾名思义，在JIT中，当每个头部刚好到达时，带宽立即被分配。这在该图中被示出，其中头部108到达一节点(未示出)并且该节点立即为数据突发112分配带宽110。终止块114(被称为带内终止符(IBT，inband terminator)分组)将该带宽的末端发信号通知给该节点。该波长信道保持被分配，直到突发传输结束。

在竞争的情况下，在该图中示出，来自另一个头部(例如对应于第二突发118的第二突发头部116)的请求由同一节点接收。然而，第二突发头部跟在第一突发头部108后面。在这种情况下，该节点已经被分配给第一突发112并且因此，该第二突发头部被该节点拒绝。在这种情况下，第二突发被丢弃。另外，示出第三突发头部120在第一突发之后但是在第一突发带宽的末端之前被发送到该节点。同样在这种情况下，相应的第三突发122被拒绝。

虽然JIT被认为对于轻量级方法是有益的，该轻量级方法即边缘和核心节点所要求的低复杂性，但从上面的例子可知这个系统的缺点是明显的。在JIT情况下，很明显没有解决竞争。因此，不管第二块多重要，任何第二突发118都会被阻塞。另外，该JIT系统占用比传输突发所必需的带宽更多的带宽。这在该图中示出，其中第一突发结束，可是该带宽继续被预留。应注意到，即使第三突发实际上跟在第一带宽后面，该第三突发仍然被阻塞。换句话说，甚至在不同的突发之间没有传输冲突的情况下也会出现丢失。

这些缺陷的原因是，在JIT协议中的网络节点中必须被记录的仅仅是波长信道当前是否可用的信息。因此，JIT是完全“哑”协议，其不能对那些实际上不冲突的突发阻塞问题进行修正。JIT也没有为竞争情况提供任何方法。

对像JIT这样的方案的改进可以通过使用预留有限的持续时间(RLD，reserve limited duration)方案来实现，诸如参考图2在这里详述的地平线技术预留协议200所使用的方案来实现。基于RLD的协议要求传输机发信号通知控制分组中的突发长度。传输突发204和相应头部206的波长信道202仅被分配有限的持续时间。因此，随后的突发传输以大于所分配的突发可以被接受的结束时间的开始时间来请求。

在这里可以看到，其中第一头部208由一节点(未示出)接收，并且作为响应，该节点为第一数据突发212预留带宽210。如在通常情况下那样，当该节点接收对应于第二数据突发218的头部216时，该节点拒绝该突发。与JIT情况相反，利用RLD知道该末端，并且由此第三数据突发222的新头部220可以被接受。换句话说，突发的基本偏移间隔可以与先前已接受的突发的传输阶段重叠。在JIT情况下，因为在控制分组到达的时刻，前面的(已接受的)突发的末端未知，所以第3号突发丢失。

然而，尽管地平线技术与JIT相比降低了突发的阻塞概率这一优点，然而地平线技术控制分组比JIT中的控制分组大，并且该系统的复杂性按指数规律增长。

如果突发传输的开始时间也被考虑预留，就可以实现更高的效率。换句话说，当请求到达时预留并不立即开始而是延迟基本偏移。这种方法被称作预留固定的持续时间(RFD，reserve fixed duration)，如信道被分配对应于突发传输时间的固定持续时间那样。

一种基于RFD的预留协议的建议是JET。JET中的状态信息包括所有已接受的突发的开始和结束时间。然而，这使得系统相当复杂。另一方面与地平线技术相反，虽然新的突发的开始时间比已经被接受的突发的结束时间早，但是JET能够检测到无传输冲突出现的情况。

在图3中所示出的JET方案300中，信道302传输具有相应头部306的突发304。然而，在这种情况下，带宽与其头部无关，所以突发可以在任何时候开始。根据图3，当控制分组308到达核心交叉连接(或交换机)时，延迟了偏移时间才在交叉连接中为突发310预留容量。如果容量可以被预留，那么到达的突发经由交叉连接透明地交换。

然而，如果所请求的带宽持续头部中所指示的时间不可用，则突发被阻塞并且丢弃。另外，虽然JET与地平线技术(和JIT)相比降低了突发的阻塞概率，然而JET的控制分组比地平线技术(和JIT)中的控制分组大并且系统复杂性增加。

然而，尽管其复杂性，JET已经被公认为OBS网络中最有前途的预留协议，因为JET在三个协议中具有最低的阻塞概率。这表示工业将重要性放置在降低OBS网络中的阻塞概率上。然而，即使利用JET，这个阻塞概率也是不可接受得高。

发明内容

仍要解决的问题和其中的挑战要求定义比JET更好地执行的而且同时更简单并且更容易实现的新的预留协议。为了完成这个目标，本发明考虑了至少三个度量来测量降低的阻塞概率。

首先，为了选择一种生成具有降低阻塞概率的特殊统计学属性的通信量的整体策略，本发明考虑了所建议的解决方案的通信量特性。其次，本发明力求实现修正路由的满意度，也就是说，无论何时目的地端口忙时，经由光交换机的另一个端口重新路由被阻塞的突发。另外，本发明的目的在于优化突发分割，那就是说，仅仅丢失传输与另一个突发的传输相重叠的IP分组，并且保存被阻塞的突发的其余的IP分组。

本发明建议了一种新的预留协议(在这里被称为JAT(刚好是到达时间(Justthe Arrival Time)))，该新的预留协议比现有技术的最好的协议(JET)简单，并且同时就阻塞概率而言更好地执行。

根据本发明的目标，提供一种用于在光突发交换网络中传输光信号的方法，该光突发交换网络具有代表光信号的数据突发信号和控制信号。控制信号的头部分组被生成，该头部分组具有指示数据突发信号的到达时间的信息和不具有与数据突发信号的突发大小有关的信息，以及具有所生成的头部分组的控制信号经由光突发交换网络来传输。

本发明可被使用，以便建立更有效的并且更便宜的和更不复杂的OBS网络。特别地，新的概念改变了OBS节点的硬件和软件、OBS的控制面和OBS的头部分组格式。

附图说明

附图示出本发明的至少一个例子，其中参考编号表示相同元件。

图1说明了一种现有技术的协议，

图2说明了一种现有技术的协议，

图3说明了一种现有技术的协议，

图4说明了图3中的现有技术协议的控制分组结构，

图5a说明了本发明的控制分组结构，

图5b是说明了本发明和现有的协议之间的区别的表格，

图6a是本发明的示例性设备，并且

图6b说明了本发明的操作。

具体实施方式

本发明提出了一种用于根据光突发交换方案传输光信号的新协议，该新协议的目的在于有效地传输光信号，并且具有比JET低的阻塞概率。另外，提供一种实现比迄今为止所提供的协议有改进的竞争策略的协议。为此，建议一种“刚好是到达时间”协议。

对新的JAT协议的更好的理解可以通过观察图4中的JET的控制分组结构400来看出。该已知的结构包括以保护时间块404和同步块406为首的控制分组。控制分组本身402由标记408、波长ID 410、业务类别(CoS)字段412、偏移时间414、突发大小字段416和循环冗余码(CRC)字段418组成。

特别地，应注意到，突发大小字段416(在这里被示为8位字段)存在于JET协议中。JET使用突发大小字段来承载与突发大小有关的信息。

另一方面，图5a给JET头部分组格式提供一种计数器解决方案。对于新的JAT预留协议，应该没有突发大小信息。具体地说，图5a说明了新建议的JAT协议中的控制分组结构500。

如在JET中那样，JAT包括由保护时间块504和同步块506限定的控制分组502。保护时间起安全地分离连贯的突发的作用。同步字段使接收器能同步属于该突发的比特的接收。

接下来，标记字段508标识目的地边缘节点。波长ID字段510包括突发将在其上被发送的波长的数目。CoS字段512代表业务类别并且可以包括未来的QoS相关信息。偏移时间字段514包括头部分组和突发之间的偏移时间的值。CRC字段516包括循环冗余码，以便其它节点检测到头部分组传输错误。

如同名称所表明的那样，JAT刚好在到达时间发送。与JET相对比，JAT头部分组具有与突发的到达时间而并非突发大小有关的信息。实际上，如图5b所说明的那样，其它预留协议(JIT 518、地平线技术520或JET 522)中没有一个具有这个独特的配置。也就是说，仅仅JAT 524发送突发的到达信息而不是带宽预留的持续时间、即突发大小。

可以理解，JAT配置导致比JET更简单的控制面，因为JAT必须处理更少的信息并且必须操作更少的状态变量。实际上，仅仅突发到达时间是重要的。

在图6a中示出了用于传输这样一个光数据突发的示例性设备600。在这里示出两种类型的节点。第一种是边缘节点602，其中通信量从接入网络604被收集并且被集合成更大的数据单元(即所谓的突发)。核心节点606在核心网络中用作传输节点，其主要任务是交换突发而无需大规模的处理。这一点根据本发明使用包括到达时间的控制信息来实现，如现在将参考图6b的调度操作600来描述的那样。

JAT方案610将参考图6b被描述。头部分组612(614)由边缘节点生成。当头部分组612(614)在核心节点(未示出)处被处理时，具有值t_偏移-t_交换的定时器(未示出)被起动，其中t_偏移616是被包括在头部分组的偏移时间字段中的值并且t_交换618是在核心节点处所使用的交换结构的交换时间。当定时器被触发时，核心节点根据被包括在头部分组中的信息交换相对应的端口。在示例性情况下，这个信息被包括在标记和波长ID中。

由于上述设置，保证，当突发1620到达核心节点时，为经有其进行干净的全光路由准备好各个方面。如果核心节点正在发送另一个突发(例如突发2622)，则当定时器被触发时，仅仅这个突发的尾部丢失。

另一方面，JET需要与突发到达和持续时间有关的两个信息。在JET中，必需为每个核心节点的每个输出光纤的每个波长存储与带宽预留状态有关的复杂状态信息。特别地，每当带宽间隙最后可用于未来的突发传输请求时，该核心节点必须知道每个光纤的每个波长。每当新的头部分组根据其新的预留请求到达该节点时，这个“带宽预留映射”必须被更新。根据由新的头部分组所请求的带宽间隙是忙还是可用，该控制面决定是否阻塞其相关的突发。

因此，JAT使用更简单的方法，该方法需要更少的信息，这允许简化每个核心和边缘节点的硬件和软件。这个简化导致更便宜的OBS设备。特别地，JAT既不需要保持JET的“带宽预留映射”又不需要检查新到来的突发在空闲带宽间隙中是否适合。实际上，在JAT中仅仅需要保持跟踪每个突发的到达时间。由于如果新的突发在最后的突发已经被完全地被发送之前到达，则阻塞自然地发生，所以不需要检查阻塞。因此，在JAT的基本功能中，新的突发相对旧的突发总是赢得竞争。当然，如果服务质量(QoS)被引入，这将改变。

再次考虑图6b，现在将详述JAT的预留竞争情况。当比较突发1 620和突发2 622时，由于突发2 622在突发1 620已经结束之前到达，所以其传输竞争发生在重叠区624。根据所建议的JAT协议，仅仅重叠区624中的突发1 620的比特丢失。这些丢失的比特在这里在626处被示出。换句话说，由于JAT，至少竞争中的块的一些信息是可恢复的。相反，在JET(或JIT或地平线技术，在这方面)中整个突发2622丢失。

在这种意义上，就阻塞概率降低而言，JAT可以被认为是具有尾部丢弃策略的突发分割方法。根据上面引用的Vokkarane的文章，假定丢弃的分组后来被重发，则丢弃突发的尾部段而不是头部段的优点是有更好的机会将分组按序递送到目的地。头部丢弃策略将导致以下更大的可能，即分组将次序颠倒地到达其目的地。从Vokkarane的文章中可以推测，新的JAT建议与在JET上实现的突发分割一样好或更好地工作。对突发分割方法(也称作光组合突发交换(OCBS，optical composite burst switching))更深的讨论在Neuts中被描述。

最后，这些及其他研究示出了使用OCBS大量降低阻塞概率。给出了OCBS的复杂性，并且更进一步地给出了在JET上增加OCBS的复杂性，很明显本发明的更简单的JAT协议是出众的。这么说的第一个含意是大量降低了整个OBS网络的成本。特别地，边缘和核心节点的控制面和硬件更加简单和快速。

因此，本发明给出OBS网络的新的预留协议的概念，该概念与现有技术的协议相比更好地执行而且更不复杂并因此更便宜地实现。本发明实现的预留协议仅仅操作突发到达信息、也就是说不操作突发大小。这导致更低的阻塞概率。另外，本发明还包括新的协议的细节的新的定义。

Claims (11)

1.一种用于在光突发交换网络中传输光信号的方法，该光突发交换网络具有代表光信号的数据突发信号和控制信号，其特征在于，

生成控制信号的头部分组，该头部分组具有指示数据突发信号的到达时间的信息并且不具有与数据突发信号的突发大小有关的信息，和

经由光突发交换网络传输具有所生成的头部分组的控制信号。

2.根据前述的权利要求1所述的方法，其特征更进一步在于，在核心节点接收头部分组。

3.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征更进一步在于，起动定时器，该定时器计时数据突发信号的偏移时间。

4.根据前述的权利要求3所述的方法，其特征更进一步在于，所述定时器计时值t_偏移-t_交换，其中t_交换是核心节点的交换时间并且t_偏移是当预期光数据突发时的时间。

5.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征更进一步在于，当定时器被触发时，核心节点根据被包括在头部分组中的信息交换相对应的端口。

6.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征更进一步在于，在头部分组中设置偏移时间字段，该偏移时间字段包括头部分组和突发之间的偏移时间的值。

7.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征更进一步在于，通过认定新的数据突发相对旧的数据突发赢得竞争来解决竞争情况。

8.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征更进一步在于，通过仅仅截断重叠后来的数据突发的区域中的较早数据突发的比特来解决竞争情况。

9.一种用于在光突发交换网络中传输光信号的设备，该光突发交换网络具有代表光信号的数据突发信号和控制信号，其特征在于，

光突发交换网络的节点，该节点生成控制信号的头部分组，该头部分组具有指示数据突发信号的到达时间的信息并且不具有与数据突发信号的突发大小有关的信息，和

另一个节点，用于根据具有所生成的头部分组的控制信号经由光突发交换网络接收并交换数据突发信号。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述节点是边缘节点。

11.根据权利要求9和10的任一所述的设备，其中，所述另一个节点是核心节点。

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