CN1887024A - 电信网络中基于业务预测的交换电路的自动建立系统和方法 - Google Patents

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Abstract

光学网络被配置以便将光路的第一部分专用于高优先级业务，而将光路的第二部分留作用于低优先级业务，进入高优先级光路的高优先级业务被监控。一旦检测到高优先级业务中的突发，则至少拆除低优先级光路，以便使得网络资源在网络中可用。于是，利用可用的网络资源建立一个新的临时光路，而且高优先级业务在该临时光路上被路由。

Description

电信网络中基于业务预测的交换电路的 自动建立系统和方法
技术领域
本发明涉及在电信网络的节点中，基于进入分组业务的监视和/或预测自动建立和拆除交换电路的系统和方法。
背景技术
TDM(时分复用)传输网络(例如SDH)基本上设计用于话音和租用线路业务。在最近几年，许多网络运营商在长途和城域/区域网络中大量部署了SDH传输平台。然而，当今广泛认识到的是，由于许多网际协议(IP)之上的应用和业务逐渐的移植，相对于传统的话音业务，传输网络上的业务逐渐由(特别是基于互联网的)数据业务支配，而且多亏引入了高速接入技术。WDF(波分复用)或DWDM(密波分复用)光学点对点系统的引入已经提供了高容量链路，以便应付业务需求的发展。另一方面，这种增长的数据业务(尤其是IP业务)的统计特性与传统话音业务的统计特性截然不同。总体来讲，IP业务不像传统话音业务那样容易预测和稳定。相反，IP业务可能显示不可预测的业务突发。因此，新一代传输网络的主要需求包括对随时间变化的业务需求的反应的灵活性和能力。另一关键问题涉及即使数据业务(尤其是互联网业务)变成支配性的，也不可能向有价值的话音业务那样产生收益的事实。实际上，这意味着如果通过与数据业务量的增加成比例地增加带宽和扩展基础设施来升级网络，收益将少于总成本。为此，网络运营商寻求不但适应对于数据业务增长的带宽需求，而且能动态提供光学连接，从而试图优化可用网络资源的使用并节省运营成本。例如，简单地改变传输网络的大小以应付数据业务突发可能效率低下而且费用昂贵。
业务工程(TE)是用于控制网络中的业务流以便优化资源使用和网络性能的过程。实际上，这意味着通过考虑业务负载、网络状态和诸如服务指令(QoS)或带宽的用户需求以及将业务从较为拥塞的路径移动到不那么拥塞的路径来选择路由。
为了在互联网网络环境中实现TE，互联网工程任务组(IETF)已经引入了MPLS(多协议标记交换)。MPLS方案基于封装IP分组到标记的分组，被标记的分组沿称为标记交换路径(LSP)在MPLS域中转发。MPLS路由器称为标记交换路由器(LSR)，而且在MPLS域的入口和出口处的LSR被称为边缘LSR(E-LSR)。在分组转发之前借助有序控制能够在入口LSR处建立每个LSP。这种LSP可以被迫遵循利用具体的路由函数先验计算的路由。此外，MPLS允许借助适当的信令协议保留特定路径上的网络资源的可能性。特别是，如果需要的话可以建立、拆除、重新路由每个LSP，并且借助其某些属性的变化来修正。此外，也可以使用LSP之上的预占机制，以便以低优先级的数据流的代价支持高优先级的数据流，同时避免了网络中的拥塞。
为了扩展MPLS技术的特性，已经提出了该技术的一个通用版本，称为GMPLS。GMPLS涵盖了时分(例如，SONET/SDH、PDH、G.709)、波长和空间交换(例如，输入端口或光纤到输出端口到光纤)。仅跨越分组交换能力(PSC)或第二层交换能力(L2SC)接口的LSP的建立被定义用于MPLS和/或MPLS-TE控制面。GMPLS扩展了这些控制面以支持所有接口(即层)：分组交换能力(PSC)接口、第二层交换能力(L2SC)接口、时分复用能力(TDM)接口、λ交换能力(LSC)接口、光纤交换能力(FSC)接口。根据当前标准，GMPLS控制面能够支持三种模型：覆盖、扩大和对等(集成)模型。这些模型是基于在各层网络之间交换的路由选择/拓扑信息的数量区别的。
P.Iovanna，R.Sabella和M.Settermbre在IEEE Network 2003年3-4月的论文“A Traffic Engineering System for Multilayer NetworksBased on the GMPLS Paradigm”的第28到35页中提出了能够动态反映业务变化同时满足对于不同类业务的QoS需求的业务工程系统。作者所提出的解决方案包括基于离线方法和在线方法的混合路由选择方案，以及处理优先级、预占机制和业务重新路由以便同时适应业务的最大数量和满足QoS需求的带宽管理系统。具体来说，TE系统根据预期的业务矩阵调用离线进程以实现路径计算的全局优化，同时调用在线路由选择进程以动态适应顺序的实际业务请求，从而允许对业务变化进行反映。TE系统的构件块有：路径提供模块、动态提供模块、带宽工程模块。路径提供模块根据描述每个网络节点对之间的业务关系的业务矩阵，基于网络的物理拓扑和有关网络资源的信息(例如，光学交叉连接内部的波长转换的出现，链路容量)为所有被预见的连接计算离线路由。动态路由模块评估一次用于单个LSP请求的路由，以源和目的节点以及带宽需求的角度表示。基本上，动态路由算法通过利用较为不拥塞的路径而非最短但负载最重的路径来查找旨在更好地利用网络资源的路由。TE系统基于带宽的弹性使用：带宽能够被高优先级的LPS临时租用并且估量所有较低优先级的LPS的配置。倘若一经需要，则带宽被立即归还给高优先级业务就可以这样做。当高优先级LSP需要更多带宽而且在其路径上的至少一条链路被拥塞时，带宽工程模块被调用使得所需的带宽可用。带宽工程模块可以由预占模块表示，预占模块拆除优先级级别低于将被容纳的LSP的优先级级别的所有LSP。
A.Gencata和B.Mukherjee在2003年4月的IEEE Transactions onNetworking第11卷第2期的论文“Virtual-Topology Adaptation forWDM Mesh Networks Under Dynamic Traffic”的第236～247页中，提出了用于动态业务需求之下的基于WDH的光学广域网格网络的虚拟拓扑重新配置问题的方案。该作者的方案的主要方案是通过连续测量(基于测量周期周期性地进行)光路上的实际业务负载，并且对由业务的波动引起的负载不均衡及时做出反映，通过每次添加或者删除一条或多条光路来改变下层光学连通性。当遭遇负载不均衡时，通过拆除负载最轻的光路或者在发生拥塞时建立一条新的光路来纠正负载不均衡。
美国专利申请No.2003/0067880公开了一种实现用于MPLS/光学网络的基于路由稳定性的集成业务工程的系统和方法。输入网络业务被分类为能够容忍有限重新路由的高优先级。根据一个实施例，高优先级业务主干被映射到直接光通道(或LSP)之上，并且仅在由于业务利用率低而光通路被拆除的情况下被重新路由。根据’880专利申请的申请人的观点，直接光通路(或LSP)是包括经一个或多个OXC在入口/出口节点对之间的直接光学连接。如果可用的话，低优先级业务主干被映射到直接光路之上；否则，它们被映射到在用作中间跳点的边缘节点处具有适当的光/电/光转换的多跳LSP上。根据’880专利申请的申请人的观点，多跳光通路(或LSP)是构成一条以上光通路，而且由此包括经一个或多个OXC在入口/出口节点对和该入口/出口节点以外的一个或多个边缘节点之间的光学连接。中间节点处的光/电/光转换可能为映射到多跳LSP之上的业务引入分组延迟。每个这种低优先级业务主干都与在重新路由时设置的重新路由定时器相关，以便定时器到期之前防止主干的另外的重新路由。
申请人已经发现，为了适应数据业务需求中的动态变化，在光学传输网络中的“服务器”层处可用的交换电路(例如，WDM网络的光路和/或电路交换网络(如SDH/SONET网络)的TDM电路)的管理有利地允许保持有限的网络尺寸。
根据申请人的观点，可以解决与数据业务需求的动态变化适应的问题，通过将注意力集中到高优先级(即“高级”)业务保持网络的有限尺寸。除了在电子分组“客户”层(例如，LSP、LSP带宽的各部分、接口)处专用的资源以外，在电路“服务器”层(例如光路和/或TDM电路)处，资源专用于高优先级业务。具体来说，申请人已经发现通过提前配置光学网络以便将交换电路(例如光路和/或TDM电路)的第一部分专用于高优先级业务，而将交换电路的第二部分留给低优先级业务使用，通过监控进入高优先级交换电路的高优先级业务能够解决与业务突发相关的问题。在检测到高优先级业务突发的情况下，可以拆除至少一条低优先级交换电路，以便使网络资源在网络内是可用的。于是，在拆除了低优先级电路之后，利用可用的网络资源建立新的临时交换电路，而且高优先级业务在该新的临时交换电路上路由。
发明内容
本发明第一方面涉及一种管理光学网络中业务的方法，该网络包括：
-将进入到所述网络的至少一个节点的第一部分业务标记为高优先级业务，并将进入所述至少一个节点的第二部分业务标记为低优先级业务；
-配置至少一部分所述网络，使得从所述至少一个节点出去的交换电路的第一部分适合于传送所述高优先级业务，而从所述至少一个节点出去的交换电路的第二部分适合于传送所述低优先级业务；
-检测所述高优先级业务的突发；
-在检测所述突发的所述步骤之后，作用于所述低优先级业务的至少一部分，以便耗尽与交换电路的所述第二部分的至少一个交换电路相连的所述至少一个节点的至少一个接口；
-拆除与所述至少一个被耗尽的节点接口相连的至少一个交换电路；
-从所述至少一个被耗尽的节点接口开始建立至少一个新的临时交换电路；
-将所述高优先级业务的一部分转发到所述至少一个被耗尽的节点接口，从而转发到所述新的临时交换电路。
所述检测突发的步骤优选地包括：
-以第一预定的时间间隔估计所述高优先级业务的第一带宽；
-比较所述第一带宽与第一预定阈值。
所述作用于至少一部分低优先级业务的步骤优选地在所述第一带宽超过所述第一阈值时被执行。
所述估计第一带宽的步骤优选地包括：
-以第二预定时间间隔测量所述高优先级业务的带宽；
-根据所述测量的带宽以所述第一时间间隔预测所述第一带宽。
所述方法还包括检测所述高优先级业务突发的结束的步骤。
所述检测高优先级业务突发的结束的步骤可包括：
-以第三预定时间间隔估计所述高优先级业务的第二带宽；
-比较所述第二带宽与第二预定阈值。
所述估计第二带宽的步骤优选地包括：
-以第四预定时间间隔测量所述高优先级业务的带宽；
-根据所述测量的带宽以所述第三时间间隔预测所述第二带宽。
通常，所述第一阈值高于或等于所述第二阈值。
所述方法还包括：
-在检测所述突发的结束的所述步骤之后，作用于所述高优先级业务的所述转发部分，以便路由所述转发的部分到交换电路的所述第一部分的至少一个交换电路；
-拆除所述至少一个新的临时交换电路；
-恢复交换电路的所述第二部分的所述至少一个被拆除的交换电路。
所述作用于所述高优先级业务的转发部分的步骤可以在所述第二预定阈值超过所述第二带宽时被执行。
本发明第二方面涉及包括至少一个节点和至少一个网络控制器的光学网络，其中：
-所述至少一个节点包括路由器，其适合于将其入口中的业务的第一部分标记为高优先级业务，以及将其入口中的业务的第二部分标记为低优先级业务；
-所述网络控制器适合于配置所述网络的至少一部分，以便具有从适合于传送所述高优先级业务的所述至少一个节点出去的交换电路的第一部分，以及具有从适合于传送所述低优先级业务的所述至少一个节点出去的交换电路的第二部分；
-所述网络控制器还包括业务控制器，其适合于检测所述高优先级业务的突发从而发送第一告警信号；
-所述路由器还适合于在接收到所述第一告警信号的情况下作用于所述低优先级业务的至少一部分，以便耗尽与交换电路的所述第二部分的至少一个电路相连的至少一个节点接口；
-所述网络控制器还适用于在接收到所述第一告警信号的情况下拆除与所述被耗尽的节点接口相连的至少一个交换电路；
-所述网络控制器还适用于从所述至少一个被耗尽的节点接口开始建立至少一个新的临时交换电路；
-所述路由器还适合于将所述高优先级业务的一部分转发至所述至少一个被耗尽的节点接口，从而转发至所述新的临时交换电路。
所述业务控制器还优选地适合于：
-以第一预定时间间隔估计所述高优先级业务的第一带宽；
-比较所述第一带宽与第一预定阈值。
所述业务控制器还适合于在所述第一带宽超过所述第一预定阈值时，发送所述第一告警信号。
所述业务控制器还适合于：
-以第二预定时间间隔测量所述高优先级业务的带宽；
-根据所述测量的带宽以所述第一时间间隔预测所述第一带宽。
所述业务控制器还适合于检测所述高优先级业务突发的结束从而发送第二告警信号。
所述业务控制器还适合于：
-以第三预定时间间隔估计所述高优先级业务的第二带宽；
-比较所述第二带宽与第二预定阈值。
所述业务控制器还适合于：
-以第四预定时间间隔测量所述高优先级业务的带宽；
-根据所述测量的带宽以所述第三时间间隔预测所述第二带宽。
通常，所述第一阈值高于或等于所述第二阈值。
本发明的光学网络还可被配置以便：
-所述路由器还适合于在接收到所述第二告警信号的情况下作用于所述高优先级业务的所述转发部分，以便路由所述转发的部分到交换电路的所述第一部分的至少一个交换电路；
-所述网络控制器还适合于在接收到所述第二告警信号的情况下拆除所述至少一个新的临时交换电路；
-所述网络控制器还适合于在接收到所述第二告警信号的情况下恢复交换电路的所述第二部分的所述至少一个被拆除的交换电路。
通常，所述至少一个节点包括交换设备。
该交换设备包括数字交叉连接，或光学交叉连接，或增/减多路复用器或光纤交换机。
通常，光纤与所述交换设备相连。
附图说明
通过以下仅借助非限制性举例对一些实施例的详细说明，本发明的其它特征和优点将变得更为明显，所进行的说明参考了附图，其中：
图1简要示出了在正常的高优先级业务流的情况下根据本发明配置的光学网络之上的示例性IP/MPLS的一部分；
图2简要示出了将高优先级LSP绑定到高优先级光路中和将低优先级LSP绑定到低优先级光路中的步骤；
图3简要示出了在高优先级业务突发期间，根据本发明一个实施例重新配置的图1的光学网络的该部分；
图4简要示出了将高优先级业务的估计带宽与预选的带宽阈值相比较的步骤；
图5示出了示例性的日常高优先级业务的进展；
图6示出了利用图5所示的日常高优先级业务进展获得的模拟测试结果；
图7以原理图形式示出了可以由“客户”分组网络使用的不同可能的“服务器”层分段；
图8简要示出了与客户层相连的两个嵌套的“服务器”层的网络节点。
具体实施方式
图1示出了根据本发明配置的通过WDM或DWDM光学网络100的IP/MPLS的一部分，包括通过光纤104、105、106、107彼此相连(以及与网络的其它节点相连)的三个节点101、102、103。必须理解，表述“光纤”可包括一根或多根光纤，它们通常一起绑定成一根或多根光缆。在优选实施例中，网络100具有自动交换能力。具体来说，每个节点101、102、103包括适用于将光信号增加，和/或去除，和/或路由光信号到光纤104、105、106、107之上的设备。在WDM或DWDM网络中，这些光信号通常包括具有预定波长(例如，在大约1550nm的波长范围内)的光载流子或通道，在该光学载流子或通道上增加了预定频率(例如，在从几Mbit/s～几Gbit/s的范围内)的携带信息的信号。
对于节点101，节点设备包括路由器1011，例如IP/MPLS路由器，其适用于提供和/或接收将被添加的和/或与各个光学载流子相区别的信息携带信号。为此，路由器1011具有相应的接口1012。节点101还包括诸如数字交叉连接(DXC)、光学交叉连接(OXC)、增/减多路复用器(OADM)或光纤交换机的交换设备1013，其适用于将发自节点101的光信号添加至光纤104、105，和/或从光纤104、105去除将在节点101中终结(即，接收)的光信号，和/或将具有与节点101不同的源和/或目的地的光信号从光纤104路由到光纤105(反之亦然)。通常，交换设备1013包括适用于根据预定的路由表交换输入的光信号的交换矩阵，交换设备1013还包括多个波长转换器。此外，其具有通过适当连接1015连接到路由器1011的接口1012的相应接口1014。路由器1011或者与交换设备1013连接或者与之集成在一起，这由制造商和网络运营商决定。在典型的多层方案中，路由器1011充当由交换装置1013和由光纤104、105表示的“服务器”传输层的“客户”层。应当理解，其它节点102、103包括类似于节点101的设备，为图1的简化和清楚起见没有对它们进行说明。图1还示出了三个光路，即建立在节点101、102、103之间三个端对端的交换光学连接：具体来说，第一光路108建立在节点101和103之间，第二光路109建立在节点101和102之间，第三光路110建立在节点102和103之间。
从路由器1011进入的业务在“客户”层被分成高优先级和低优先级业务。这种分类可以基于例如调节服务质量(QoS)的预定级别的保证的服务级协议(SLA)执行。通常，高优先级业务是对网络运营商获取更高收益的来源。应理解，可以提供多于两个的优先级级别。例如，在IP/MPLS环境中，LSP可以在路由器1011内标记为高优先级和低优先级。
根据本发明，网络100被一个或多个网络控制器配置以便也在“服务器”光学层将不同的资源专用于高优先级和低优先级业务。具体来说，光路也被分类为高优先级光路和低优先级光路：高优先级光路被选择用于传送高优先级业务，而低优先级光路被选择用于传送低优先级业务，如图2所示。然而，不能排除在高优先级业务使用率较低的期间，低优先级业务能够沿标记为高优先级光路的光路传输。网络控制器可以是集中式或者分布式的。为了实现光路的“有序”布置，路由器1011和交换设备1013的接口也被标记为高优先级接口和低优先级接口。作为对于光路的“高优先级”和“低优先级”的分类指导。也可考虑路由特性(例如路由长度，交叉节点数)和/或生存策略(例如保护，恢复，不保护等等)。
网络100的上述布置是通过在“客户”层和在“服务器”层专用于高优先级业务和低优先级业务的资源的不同灰度等级在图1中展示的。
由此可见，节点101和103之间的第一光路108被标记为高优先级，而节点101和102以及节点102和103之间的第二和第三光路109、110被标记为低优先级。此外，多个路由器和交换设备接口也根据上述分类来标记。
根据本发明，如此配置的网络100能够对高优先级业务的业务突发及时反应。在可能出现高优先级业务拥塞的情况下，至少一条低优先级光路被拆除，由此使得至少在有限时间周期内提供可用的新的资源用于“过量的”高优先级业务。为了实现该方法，分配给低优先级业务的至少一个路由器接口(以及与对应的交换设备接口一起)从低优先级业务被耗尽。如果有足够的带宽级别可用于低优先级业务的话，这可能对应于由被耗尽的接口先前传送到与通向同一目的地的光路相连的另一低优先级接口(或者不止一个接口)相连的低优先级业务的重新分配。相反，如果对于低优先级业务的可用带宽级别不够，则可以去除过量的低优先级业务。在耗尽了足够数量的低优先级节点接口之后，相同的接口被临时标记为高优先级，而且过量的高优先级业务通过这种临时的高优先级接口被重新分配。对应于被耗尽的接口的低优先级光路被拆除，以便使得该网络内的可用资源(例如光纤、光通路)准备临时用于建立用于处理高优先级业务突发所需的新的连接请求。
上述步骤并没有排除在拆除低优先级光路之前可以进行其它尝试。例如，如果低优先级业务由于先前的利用不足被流动到高优先级光路中，则低优先级业务带宽可以被预占以促进高优先级业务。如果还不够的话，可以利用已经建立的通往同一目的地的高优先级光路尝试高优先级业务的重新分配；可以进行进一步尝试以便识别通往同一目的地的可能的低优先级光路，该同一目的地具有将至少临时在高优先级光路中“变换”，即从低优先级业务中耗尽以促进高优先级业务，的适当特性。
由于高优先级业务突发导致的可能的拥塞可以通过监控在路由器出口处(即在客户层的出口处)或者换言之在交换设备的入口处(即在服务器层的入口处)的高优先级业务带宽来确定。例如，该监控可以通过(例如，通过简单网络管理协议，或SNMP)采集存储在日志数据库，例如管理信息库(MIB)中的原始数据(例如，发送/接收的比特、丢弃的分组、不正确的分组、缓冲区占用等等)来执行。业务样本的采集可以执行长达一定的时间间隔或观测窗口。也可以实现一种预测算法，以便从第一时间间隔的监控中预测在后续的第二时间间隔中高优先级业务的带宽需求。用于拆除低优先级光路和建立新的临时高优先级光路的过程的触发器可以是通过被监控或预测的高优先级带宽对第一阈值带宽Thigh的克服。也可以设置第二阈值带宽Tlow，以便在当被监控或预测的高优先级业务带宽变低(对应于高优先级业务突发的结束)时触发初始光路配置的恢复。业务控制器装置负责详细描述上述采集的原始数据，以便预测业务动态和作出是否请求光学层的控制面拆除低优先级光路和建立临时高优先级光路(例如，通过UNI或其它类型的信令)的决定。
举例来说，特别参考图1，业务控制器可以监控穿越高优先级路由器端口的分组业务，以便监控将被插入到在节点103中终止的高优先级光路108中。如果业务控制器确定高优先级端口无法支持具有节点103作为目的地的输入的高优先级业务带宽，则发出告警信号，使得低优先级业务被路由器1011管制以便从低优先级业务耗尽其的被标记为低优先级端口的剩余端口，即在此例中，通过去除对应的低优先级业务来管理。还在客户设备和服务器设备之间借助发送给光学网络100的网络控制器的另一告警信号建立通信，以获得对节点101和节点102之间的低优先级光路109的拆除和对节点101和节点103之间的新的高优先级光路的建立。在建立新光路之后所产生的网络配置在本例中如图3所示，其中两个高优先级光路108和111当前出现在节点101和103之间。但业务控制器显示出业务突发正结束时，启动一个另外的告警信号，使得能够恢复图1所示的初始状态。
该方法可以通过使用已知的信令技术来应用，或者存在适合于建立/拆除整个网络内的光路的集中式控制器时，或者是存在适合于执行在各个节点本地执行的协同步骤的分布式控制器时。例如，在IP/MPLS通过ASON/GMPLS环境中，控制面的连接控制器可以启动例如在节点101的本地发出的光路的拆除和建立(例如，通过用户网络接口，UNI)。于是，可以使用节点网络接口(NNI)信令以便发送信息到其它网络节点来执行光路的重新配置。此外，UNI信令可用于适当的标记在该重新配置过程中涉及的节点内的路由器接口1012和交换设备接口1014。这里应提醒的是，首字母缩写ASON表示自动交换光学网络。
图4简要示出了由于高优先级业务导致的拥塞的潜在发生能够在本发明的一个优选实例中进行检测，以便决定是否执行低优先级光路的拆除。具体来说，在时刻t测量到穿过某个接口的高优先级业务的带宽Bn(t)时，例如借助已知的预测算法评估在后续时刻t+a的预测带宽Bn(t+a)。在优选实施例中，可以设置两个带宽阈值Tlow和Thigh以便识别被监控的接口的利用率不足的操作状态201、正常操作状态202、拥塞状态203。然而，也可以设置单个阈值。例如，在图4中，Bn(t+a)对应于接口的正常操作状态，即该接口能够管理输入的高优先级业务。在Bn(t+a)从左至右穿过带宽阈值Thigh时，一个决策函数可以自动触发标记为低优先级的资源的撤消以促进高优先级业务，同时，管理一部分高优先级业务到适当接口的许可。从右至左穿过第二带宽阈值Tlow可以识别高优先级业务突发的结束，因此触发初始网络配置的恢复。作为另一个例子，在Bn(t+a)(从右至左)穿过带宽阈值Tlow时，可以进行进一步的决策，例如许可一部分低优先级业务进入到标记为高优先级的资源。
实例
在通过ASON/GMPLS的IP/MPLS的网络情形中，由IP/MPLS边缘路由器通过OXC构成的示例性网络节点已经被申请人考虑用来进行模拟。在网络的正常操作条件下(即，不存在由于高优先级业务突发导致的拥塞)时，路由器接口池被分配给高优先级业务，即被分配给高优先级MPLS LSP，而剩余的路由接口被分配给低优先级业务，即分配给低优先级MPLS LSP。在“客户”IP/MPLS层网络的出口处，在预定的观测窗口周期性地执行分组业务监控。为强化业务监控，还可实施预测算法，以便估计在输入数据业务时的短期评估和检测业务突发及可能的接口拥塞的发生。预测算法的实施有利地允许提前检测业务突发的发生，使得网络控制器有时间采取适当的决策来处理该突发。
图5示出了在一整天期间，穿过高优先级路由器接口的高优先级IP/MPLS业务的业务跟踪，其被考虑用于模拟。图5所示的业务跟踪被规范化为路由器接口比特率(31Mbps为所考虑的容量)，使得当迹线穿过纵坐标值1时，单个接口不再足以维持该业务，以及当该迹线穿过纵坐标值2时，一对接口不再足以维持该业务。
然而，由于输入的业务不能被网络管理系统预先知道，为了防止业务拥塞(尤其是预测节点拥塞的潜在发生)，同时在每个高优先级路由器接口执行模拟的业务监控和业务预测。接口的吞吐量以及已经建立的高优先级MPLS LSP的带宽需求利用一分钟的观测窗口(OW)被分别监控和预测。所预测的穿过该接口的总业务量(MPLS LSP)与预选的迫近的拥塞和利用率不足的阈值(Thigh和Tlow)相比较，以便决定是否为建立新的高优先级光路耗尽低优先级接口，从而根据本发明处理高优先级业务变化和突发。用于检测拥塞的Thigh阈值对应于接口容量的97％(即，31Mbps的97％)，而Tlow阈值被设置为75％。
为了执行对每个IP/MPLS路由器接口的输入业务的预测，已经使用了自适应最小均方差线性预测器，这种算法在例如A.Adas的“UsingAdaptive Linear Prediction to support real-time VBR video”，1998年10月IEEE/ACM Transactions on Networking第6卷第5期中，或者在S.Haykin的“Adaptive Filter theory”，Prentice Hall 1991(299-356页)中描述。根据申请人的观点，这种算法实际上可以实现为用于预测业务需求作为网络管理系统的一部分的在线算法。具有k-步的线性预测器涉及使用x(n)的当前和先前值的线性组合对x(n+k)的估计(预测)，其中x代表实际业务带宽。第p-级线性预测器具有以下形式。
χ ^ ( n + k ) = Σ l = 0 p - 1 w ( l ) x ( n - l )
其中w(l)是预测过滤器系数，并使用以下变量：
●预测采样周期等于τ；
●用于预测吞吐量接口的k个连续未来值的采样周期数：p。
实际上，最近的p个采样用于预测下一k个采样的使用率。该线性预测器的目的是最小化如下定义的均方差：
e ( n ) = x ( n + k ) - χ ^ ( n + k )
图6示出了模拟的结果。图6特别示出了所建立的用于传输具有图5所示的迹线的高优先级业务的高优先级光路的数量与时间的关系，以及在正常业务时间周期中建立的低优先级光路。高优先级光路的数量在图6中用实心条示意，而低优先级光路的数量用空心条示意。如图6所示，所建立的高优先级光路的数量遵循高优先级动态而增长和减少。
如上述结果所示，本发明的方法允许即使在出现强烈的业务变化时也允许对高优先级业务变化作出反应。结果，当出现预期的或非预期的高优先级业务峰值时，本发明的方法允许检测它并作出相应的反应。此外，该结果展示了本发明的方法允许仅当在由于出现高优先级业务峰值需要低优先级业务以防止网络拥塞时撤消(drop)低优先级业务的资源。此外，该方法还旨在最小化撤消低优先级光路以促进高优先级业务的时间。
迄今为止，已经通过特别参考图1的WDM或DWDM网络，尤其参考通过ASON/GMPLS光学网络的示例性IP/MPLS进行了说明，其中单个电路交换“服务器”层(ASON，光学WDM层)与分组交换“客户”层(MPLS)相关联。应理解，其中其它“服务器”层用于代替光学WDM层使用或者与之组合的电路交换网络可以受益于上述说明的方法。例如，该网络可以利用TDM电路取代WDM电路或者与之结合配置为TDM网络，例如SONET/SDH网络。诸如STM电路和/或虚拟容器电路(如ITU-T建议G.707中的定义)的TDM电路也可以标记为高优先级电路和低优先级电路，而且可以经受上面说明的参考光学WDM或DWDM网络的光路的电路管理。
具体来说，图7简要示出了由“客户”IP/MPLS分组使用的各种不同可能的“服务器”层分段。分组可以被直接映射(图7中的连接701)到光学服务器层的交换电路(即光路，如图7中的OCh所示)之上，如同图1中的示例性网络一样；在另一可能的方案中(连接702)，分组首先在ODU(光学数字单元)电路中映射，然后ODU电路在OCh电路中映射；在另一可能的方案中(连接703)，分组首先在HOVC(高阶虚拟容器电路中映射，然后HOVC电路在OCH电路中映射；在另一可能方案中(连接704)，分组首先在LOVC(低阶虚拟容器)电路中映射，然后LOVC电路在HOVC电路中映射，然后HOVC电路在ODU电路中映射，然后ODU电路在OCh电路中映射，由此利用了所有可能的分段服务器层。
高优先级和低优先级的分类可应用于属于任何“服务器”层的交换电路，其遵循上面参考光学WDM“服务器”层所说明的相同原则。优选如果“客户”业务被映射到不同嵌套的交换电路之上，则“高优先级”和“低优先级”的分类在所使用的所有“服务器”层执行，使得最低层的高优先级“服务器”层适合于传送高优先级分组业务，而较高层的高优先级服务器电路适合于传送较低层的高优先级服务器电路。这同样适用于低优先级业务，以及较低层和较高层的低优先级交换电路。然而，不能排除在高优先级业务利用率不足期间，较低层的低优先级交换电路可以给映射到标记为高优先级交换电路的较高层的交换电路之上。
上述为了使资源可以在网络中用于建立新的临时高优先级交换电路，在检测到高优先级业务突发的情况下拆除低优先级交换电路的进程也可适用于图7的任何和/或所有“服务器”层。在检测和/或预测到高优先级业务突发后，可以根据需要在任何适当的“服务器”层执行低优先级交换电路的拆除，以及后续的对新的临时高优先级交换电路的建立。
利用不同嵌套的“服务器”层的主要优势在于数据业务可以进行更为有效的管理，因为可以采用多种可能的路由解决方案，其中在这些路由方案中最终可以选择最好的一个。例如，SONET/SDH网络中的虚拟级连允许将业务带宽分解成属于同一虚拟容器组的各个虚拟容器。各个虚拟容器可以在具有相同目的地的不同光路上路由，而且可以在目的地节点被重新组合到一起。这可以避免建立新的较高层的交换电路以便至少在初始阶段管理节点接口的可能拥塞。
此外，即使在检测到突发的情况下的较高“粒度”的干预也可以在使用多个“服务器”层的网络中使用。例如，在检测和/或预测到由于高优先级业务导致的网络节点中的可能拥塞的情况下，第一种干预可包括通过添加适当数量的虚拟容器增加分配给虚拟容器组的容量，直到达到虚拟容器组的最大容量。如果这种进程不足以应付业务突发，可以执行对低优先级虚拟容器的拆除和/或对较高层的低优先级交换电路的拆除，以便使网络内的可用资源用于过量的高优先级业务。另一方面，当检测和/或预测到高优先级业务马上结束时，相反方向上的第一干预可以是逐步减少在检测到突发之后和在执行临时虚拟容器组的完全拆除之前建立的新的临时高优先级虚拟容器组的容量。进一步粒度的干预可以由LCAS(链路容量调整方案)功能提供(如ITU-T建议G.7042中的定义)，其可用于在当检测到业务变化时改变分配给虚拟容器的至少一部分的带宽。此外，较低层电路的虚拟级连和/或链路容量调节具有允许传输具有由较高层电路中的较低层电路所传送的不同优先级的业务的优势。
图8简要示出了利用多个服务器层的网络的示例性网络节点，即较低层的交换电路(SDH高阶虚拟容器)和较高层的交换电路(OCH或光路)。来自具有辅助接口的边缘节点(例如，具有GbE接口的IP/MPLS路由器)的数据业务通过接口801被插入到映射/去映射子系统802(例如，GbE信号和GFB组帧的结束)。输入的分组然后被映射到适当有效载荷的较低层电路中(例如，150Mbit/s的HO VC)。接口801的第一部分被分配给高优先级业务，而其第二部分被分配给低优先级业务。选择器803将映射/去映射子系统连接到可用的HO VC终节点804。如果所传送的业务将到达同一目的地，即使通过不同路由的光路朝向同一目的地，也可以在虚拟容器组807中虚拟级连不同的HO VC 805。HO VC构架806允许通过适配/终节点808交叉连接HO VC到OCh构架809(例如，在光学交叉连接中)。在这些适配/终节点808，HO VC电路被适当地适配/终结(根据SDH复用方案)以映射到适当负载(例如2.5Gbit/s)的光学WDM较高层电路(即光路)。OCh构架809以有序方式根据目的地和优先级策略，将运送高优先级高阶虚拟容器的光路810和低优先级高阶虚拟容器，即低优先级光路和高优先级光路分离。
在图8所示的示例性网络节点中，在接口801进行监控以便检测高优先级业务突发，如上面参考图1的WDM网络之上的IP/MPLS所说明的那样。光学控制面CP可以执行为对付高优先级业务的突发所需的多个虚拟容器和/或多个WDM电路的计算和/或预测。基于计算结果，控制面可以在不同级别动作，例如，适当地驱动LCAS控制器以便在虚拟级连选择器803修正虚拟容器的至少一部分带宽。然而，如果带宽调节还不足以应付突发，控制面CP可以进行动作以便在HOVC层和/或OCh层拆除低优先级电路。对应于被拆除的低优先级电路的接口801也如前所述从低优先级业务中耗尽。这样，通过拆除低优先级电路使网络中可用的资源于是可以用于建立新的临时高优先级电路以传送高优先级的过量的业务。

Claims (22)

1、一种光学光路中的业务管理方法，所述方法包括：
-将进入到所述网络的至少一个节点的第一部分业务标记为高优先级业务，并将进入所述至少一个节点的第二部分业务标记为低优先级业务；
-配置至少一部分所述网络，使得从所述至少一个节点出去的交换电路的第一部分适合于传送所述高优先级业务，从所述至少一个节点出去的交换电路的第二部分适合于传送所述低优先级业务；
-检测所述高优先级业务的突发；
-在所述检测突发的步骤之后，作用于所述低优先级业务的至少一部分，以便耗尽与交换电路的第二部分的至少一个交换电路相连的所述至少一个节点的至少一个接口；
-拆除与所述至少一个被耗尽的节点接口相连的至少一个交换电路；
-从所述至少一个被耗尽的节点接口开始建立至少一个新的临时交换电路；
-将所述高优先级业务的一部分转发到所述至少一个被耗尽的节点接口，从而转发到所述新的临时交换电路。
2、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述检测突发的步骤包括：
-以第一预定的时间间隔估计所述高优先级业务的第一带宽；
-比较所述第一带宽与第一预定阈值。
3、根据权利要求2的方法，其特征在于，所述作用于至少一部分低优先级业务的步骤在所述第一带宽超过所述第一阈值时被执行。
4、根据权利要求2或3的方法，其特征在于，所述估计第一带宽的步骤包括：
-以第二预定时间间隔测量所述高优先级业务的带宽；
-根据所述测量的带宽，以所述第一时间间隔预测所述第一带宽。
5、根据权利要求2～4任一项的方法，其特征在于，其还包括检测所述高优先级业务突发的结束的步骤。
6、根据权利要求5的方法，其特征在于，所述检测高优先级业务突发的结束的步骤包括：
-以第三预定时间间隔估计所述高优先级业务的第二带宽；
-比较所述第二带宽与第二预定阈值。
7、根据权利要求6的方法，其特征在于，所述估计第二带宽的步骤包括：
-以第四预定时间间隔测量所述高优先级业务的带宽；
-根据所述测量的带宽，以所述第三时间间隔预测所述第二带宽。
8、根据权利要求6或7的方法，其特征在于，所述第一阈值高于或等于所述第二阈值。
9、根据权利要求5～8任一项的方法，其特征在于，其还包括：
-在所述检测突发的结束的步骤之后，作用于所述高优先级业务的转发部分，以便路由所述转发的部分到交换电路的第一部分的至少一个交换电路；
-拆除所述至少一个新的临时交换电路；
-恢复交换电路的第二部分的所述至少一个被拆除的交换电路。
10、根据权利要求9的方法，其特征在于，所述作用于高优先级业务的转发部分的步骤在所述第二预定阈值超过所述第二带宽时被执行。
11、一种光学网络，其包括至少一个节点和至少一个网络控制器，其中：
-所述至少一个节点包括路由器，所述路由器适合于将其入口中的业务的第一部分标记为高优先级业务，将其入口中的业务的第二部分标记为低优先级业务；
-所述网络控制器适合于配置所述网络的至少一部分，以便具有从适合于传送所述高优先级业务的至少一个节点出去的交换电路的第一部分，以及具有从适合于传送所述低优先级业务的至少一个节点出去的交换电路的第二部分；
-所述网络控制器还包括业务控制器，所述业务控制器适合于检测所述高优先级业务的突发，从而发送第一告警信号；
-所述路由器还适合于在接收到所述第一告警信号的情况下作用于所述低优先级业务的至少一部分，以便耗尽与交换电路的第二部分的至少一个交换电路相连的至少一个节点接口；
-所述网络控制器还适用于在接收到所述第一告警信号的情况下，拆除与所述被耗尽的节点接口相连的至少一个交换电路；
-所述网络控制器还适用于从所述至少一个被耗尽的节点接口开始建立至少一个新的临时交换电路；
-所述路由器还适合于将所述高优先级业务的一部分转发至所述至少一个被耗尽的节点接口，从而转发至所述新的临时交换电路。
12、根据权利要求11的光学光路，其特征在于，所述业务控制器还适合于：
-以第一预定时间间隔估计所述高优先级业务的第一带宽；
-比较所述第一带宽与第一预定阈值。
13、根据权利要求12的光学网络，其特征在于，所述业务控制器还适合于在所述第一带宽超过所述第一预定阈值时发送所述第一告警信号。
14、根据权利要求12或13的光学网络，其特征在于，所述业务控制器还适合于：
-以第二预定时间间隔测量所述高优先级业务的带宽；
-根据所述测量的带宽，以所述第一时间间隔预测所述第一带宽。
15、根据权利要求12～14任一项的光学网络，其特征在于，所述业务控制器还适合于检测所述高优先级业务突发的结束，从而发送第二告警信号。
16、根据权利要求15的光学网络，其特征在于，所述业务控制器还适合于：
-以第三预定时间间隔估计所述高优先级业务的第二带宽；
-比较所述第二带宽与第二预定阈值。
17、根据权利要求16的光学网络，其特征在于，所述业务控制器还适合于：
-以第四预定时间间隔测量所述高优先级业务的带宽；
-根据所述测量的带宽，以所述第三时间间隔预测所述第二带宽。
18、根据权利要求16或17的光学网络，其特征在于，所述第一阈值高于或等于所述第二阈值。
19、根据权利要求15～18任一项的光学网络，其中：
-所述路由器还适合于在接收到所述第二告警信号的情况下，作用于所述高优先级业务的转发部分，以便路由所述转发的部分到交换电路的第一部分的至少一个交换电路；
-所述网络控制器还适合于在接收到所述第二告警信号的情况下，拆除所述至少一个新的临时交换电路；
-所述网络控制器还适合于在接收到所述第二告警信号的情况下，恢复交换电路的第二部分的所述至少一个被拆除的交换电路。
20、根据权利要求11～20任一项的光学网络，其特征在于，所述至少一个节点包括交换设备。
21、根据权利要求20的光学网络，其特征在于，所述交换设备包括数字交叉连接，或光学交叉连接，或增/减多路复用器，或光纤交换机。
22、根据权利要求20或21的光学网络，包括与所述交换设备相连的光纤。
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