TWI764112B - 即時訊務之階層光多工交換系統及其方法 - Google Patents

即時訊務之階層光多工交換系統及其方法

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葉作球
伍正平
鄭玉鉅
鄭淑媖
陳向明
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中華電信股份有限公司
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本發明係即時訊務之階層光多工交換系統及其方法，主要利用軟體定義網路技術的程式控制平面與資料平面處理觀念，再加上多波長光傳輸(DWDM)與光傳輸網路(OTN)之階層通道交換之組成，直接從交換器上基於流量的訊務態樣與訊務量之統計分析，取得預先分類媒合的訊務資訊，達到避免額外建制網路訊務偵測系統的成本，此能有效管理多階層通道的光交換，以及提高使用與節能的目的。

Description

即時訊務之階層光多工交換系統及其方法
本發明係關於即時通道的訊務資訊處理之技術，尤指一種即時訊務之階層光多工交換系統及其方法。
即時訊務監測與光交換同時管理，是很罕見的。傳統單波長光網路管理的訊務蒐集監測以及分析方法，多為傳輸探知型，透過其他電交換的網路設備(例如網路封包探頭、網路訊務監測設備等)來達到訊務蒐集，進行預先的封包分類或者過濾，然後提供給訊務統計分析軟體(例如Wireshark、netflow等)，進而得到各別通道的訊務型態與訊務量，惟上述都不在光交換的領域內。
在光網路設備蒐集訊務資訊，可以間接透過包括利用電網路交換器進行訊務鏡射的方式獲得，或者是將電交換光傳輸的光通道，分光直接納入設備收集訊務量。
電交換設備訊務封包預先分類及過濾的方法植入網路交換器中，可以減少訊務蒐集設備接收到過多不必要的資料，然而對指派多工階層通道容量或使用率的處理，是缺乏或有而相對是效能低的。具體來說，通常電的交換訊務鏡射模式下，網路交換器會損耗其效能，有時將其關閉不用，但此不僅無法時 時得到精確的訊務封包數據，也無法精準調控多工通道或封包派送的行為，而網路設備進行訊務蒐集時也將獲得許多不需要的訊務資訊。事實上，訊務蒐集的目的，就是要進一步改善通道使用率，彈性調整與調撥各個目的地的通道訊務容量使用率，因而交換器訊務蒐集植入的情境中，有限度進行複雜的預先訊務封包分類或過濾，適用性應當要可以取捨，但為了改善網路交換器因此植入訊務封包分類及過濾功能，因應需求將會導致硬體規格跟著升級，增加網路交換器的成本，且此類訊務蒐集方法功能，無法適應性取樣間隔，導致取得之訊務資訊，無法用更精確的利用資料，且欠缺使用更優的方法分析結果，也無法完成更妥善的轉發派送的訊務，例如斷斷續續的突爆訊務。
由上可知，若能找出一種即時通道的訊務資訊處理機制，特別是能提昇訊務蒐集的精確度與轉發派送，同時避免傳輸與交換通道效率低的高成本運作，此將成為本技術領域人員急欲追求解決方案之目標。
有鑑於傳統電或光網路交換器無法有效取得與處理即時通道的訊務資訊，本發明之目的係提出一種即時通道的訊務資訊處理之技術，藉以提昇訊務蒐集的精確度與轉發派送，同時善用多波長與階層式多工交換與傳輸功能，避免傳輸與交換通道效率低的高成本運作。
為達到上述目的與相關目的，本發明係提出一種即時訊務之階層光多工交換系統，係包括：多組波長劃分器，係分別接收由遠端多波長光纖所導入之外部訊務，以解多工該外部訊務之波群而產生各別波長訊務；多組光傳輸網路階層光放大器，係分別連接該多組波長劃分器，用於補償該多組波 長劃分器之分波分路能量損失以及分別處理不同波長中光傳輸網路之訊務；多組乙太網路光傳輸網路階層光放大器，係分別連接該多組波長劃分器，用於補償該多組波長劃分器之分波分路能量損失以及分別處理不同波長中乙太網路封包所承載之訊務；多組多協定標籤交換處理器，係分別連接該多組光傳輸網路階層光放大器及該多組乙太網路光傳輸網路階層光放大器，用於取得通過該多組光傳輸網路階層光放大器以及該多組乙太網路光傳輸網路階層光放大器之各階層通道的訊務量、來自方位以及訊務封包態樣；以及訊務交換分析伺服器，係連接該多組多協定標籤交換處理器，用於統計並分析該各階層通道的訊務量、來自方位以及訊務封包態樣，以得到各種訊務種類之交換使用情形、異常行為，以及處理進入該訊務交換分析伺服器之交換矩陣之輸入埠的訊務，經該交換矩陣之輸出埠後轉送回符合訊務目的地之該多組多協定標籤交換處理器。
於一實施例中，該多組波長劃分器為可動態控制之多組波長劃分多工/解多工器，係透過控制通道接受該訊務交換分析伺服器之指派以循環續的啟動或關閉，而各別波長中每一單一波長用於承載訊務。
於一實施例中，該多組光傳輸網路階層光放大器為可動態控制之多組光傳輸網路階層多工/解多工器光放大器，係透過控制通道接受該訊務交換分析伺服器之指派循環續啟動或關閉光傳輸網路通道，而該光傳輸網路之各階層通道之訊務，係由該訊務交換分析伺服器分配載入。
於一實施例中，該多組乙太網路光傳輸網路階層光放大器為可動態控制之符合乙太網路傳送格式之乙太網路光傳輸網路階層多工/解多工器光放大器，係透過控制通道接受該訊務交換分析伺服器之指派循環續啟動或關閉 乙太網路光傳輸網路通道，而該乙太網路光傳輸網路之各階層通道之訊務，係由該訊務交換分析伺服器分配載入。
於一實施例中，該多組多協定標籤交換處理器為可動態控制而執行循環續啟動或關閉，係透過控制通道接受該訊務交換分析伺服器之詢問並回報經該訊務交換分析伺服器分析之訊務參數。
於一實施例中，由該訊務交換分析伺服器轉送出之訊務，係於該多組多協定標籤交換處理器中加入新的標頭，並送到下一個光傳輸網路階層光放大器或乙太網路光傳輸網路階層光放大器。
於一實施例中，該訊務交換分析伺服器包括即時資料庫軟體定義網路管理間時之計算與迴歸量預測之訊務監控與分析系統，該訊務監控與分析系統包括：即時訊務態樣量蒐集模組，係用於執行訊務態樣以及訊務量之蒐集；多工階層訊務分析模組，係用於執行階層訊務之分析；以及通道傳送量即時蒐集模組，係用於收集各通道之傳送量。
於一實施例中，該訊務監控與分析系統復包括與數據交換FIFO緩衝區(Data Switching FIFO Buffer)執行資料交換之交換模組以及分配訊務於各階層通道之通道分配模組。
於一實施例中，該訊務監控與分析系統更包括透過控制通道接受來自軟體定義網路外掛模組之詢問以及回報該訊務交換分析伺服器所得到之訊務參數，而該各階層通道的訊務量、來自方位以及訊務封包態樣由該軟體定義網路外掛模組執行統計分析。
於一實施例中，該訊務監控與分析系統更包括透過該控制通道接受該軟體定義網路外掛模組設定該訊務交換分析伺服器之訊務處理機能。
於一實施例中，該多組多協定標籤交換處理器於承接該訊務交換分析伺服器之交換節點位於整體網路匯聚節點前，用於對向客戶端發出之訊務戴上多協定標籤交換(MPLS-TP)之標頭，以及對網路核心端發出之訊務戴上多協定標籤交換(MPLS)之標頭。
於一實施例中，該訊務監控與分析系統更包括間時(Histogram)之計算與迴歸量預測模組以及訊務監控與分析模組，用於管理間時的計算與迴歸量預測之訊務監控與分析系統的參數。
上述之間時之計算與迴歸量預測模組，係包含：有數列極限時間點之各線性、非線性迴歸訊務流過之間時參數；配合該數列極限時間點之間時權重線性參數；配合該數列極限時間點之間時權重非線性參數；以及數列極限合成權重線性參數加權重非線性參數之值。
上述合成權重線性參數加權重非線性參數之值，以作為啟用備用通道或關閉現行通道之依據。
於一實施例中，該間時之計算與迴歸量預測模組，係透過該訊務交換分析伺服器內含之資料庫元件儲存訊務之間時資訊，以供軟體定義網路外掛模組之備詢。
本發明更包括一種即時訊務之階層光多工交換方法，係包括：令多組波長劃分器分別接收由遠端多波長光纖所導入之外部訊務，以解多工該外部訊務之波群而產生各別波長訊務；令多組光傳輸網路階層光放大器補償該多組波長劃分器之分波分路能量損失以及分別處理該多組波長劃分器所送出之不同波長中光傳輸網路之訊務；令多組乙太網路光傳輸網路階層光放大器補償該多組波長劃分器之分波分路能量損失以及分別處理該多組波長劃分器所送出 之不同波長中乙太網路封包所承載之訊務；令多組多協定標籤交換處理器取得通過該多組光傳輸網路階層光放大器以及該多組乙太網路光傳輸網路階層光放大器之各階層通道的訊務量、來自方位以及訊務封包態樣；以及令訊務交換分析伺服器統計並分析該各階層通道的訊務量、來自方位以及訊務封包態樣，以得到各種訊務種類之交換使用情形、異常行為，以及處理進入該訊務交換分析伺服器之交換矩陣之輸入埠的訊務，以經該交換矩陣之輸出埠後轉送回符合訊務目的地之該多組多協定標籤交換處理器。
由上可知，本發明所述之即時訊務之階層光多工交換系統及其方法，是關於大寬頻光交換的即時訊務態樣量之光交換，主要利用軟體定義網路(SDN)技術的程式控制平面與資料平面處理觀念，再加上多波長光傳輸(DWDM)與光傳輸網路(OTN)之階層通道交換用之組成，其中，資料平面包括基於訊務流概念的光即時訊務封包分類，依資料態樣建立管道的處理方法及訊務多工階層傳送方法，而訊務量封包分類態樣建立管道方法，包含針對封包的類型進行電路交換(Circuit Switch，CS)或是封包交換(Packet Switch，PS)傳送，並依其特性建立多工階層通道，統包交換轉送。另外，訊務量統計方法依據邊緣與核心交換器乙太訊務到達分布，並作封包之態樣服務質量(Quality of Service，QoS)、服務層級協定(Service Level Agreement，SLA)、虛擬私人網路(Virtual Private Network，VPN)等的類似企客訊務等級迴歸分析，建立適當多工階層通道容納量之方法。衍生應用在邊緣與核心交換器，進行訊務塞取安全有效率地借用FIFO最佳時機交換轉送。
11:波長劃分器
12:光傳輸網路階層光放大器
13:乙太網路光傳輸網路階層光放大器
14:多協定標籤交換處理器
15:訊務交換分析伺服器
16:訊務監控與分析系統
161:即時訊務態樣量蒐集模組
162:多工階層訊務分析模組
163:通道傳送量即時蒐集模組
164:交換模組
165:通道分配模組
166:間時之計算與迴歸量預測模組
167:訊務監控與分析模組
310:多波長光纖
320:波長劃分器
330:單波長光纖
340:光傳輸網路階層光放大器
342:乙太網路光傳輸網路階層光放大器
345:電控制通道
350:多協定標籤交換處理器
360:訊務交換分析伺服器
361:管理通道
362:訊務監控與分析系統
365:交換矩陣
368:鏡射通道
370:數據交換FIFO緩衝區
510-550:流程
S31-S35:步驟
請參閱有關本發明之詳細說明及其附圖，將可進一步瞭解本發明之技術內容及其目的功效，相關圖式如下。
第1圖為本發明之即時訊務之階層光多工交換系統的示意架構圖。
第2圖為本發明之即時訊務之階層光多工交換系統中訊務交換分析伺服器的組成架構圖。
第3圖為本發明之即時訊務之階層光多工交換方法的步驟圖。
第4圖為本發明之即時訊務之階層光多工交換系統一具體實施例的架構圖。
第5圖為本發明所述之即時訊務量蒐集處理流程圖。
以下藉由特定的具體實施形態說明本發明之技術內容，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之優點與功效。然本發明亦可藉由其他不同的具體實施形態加以施行或應用。
為因應電信客戶多樣性的不同需求，且電信升級到多階層通道的光交換技術，本發明之目的在於解決目前訊務量蒐集系統普遍氾濫不精確之問題，提出一種透過軟體定義網路技術蒐集精確光通道交換訊務量的即時訊務量蒐集方法，並直接從交換器上基於流量等的訊務量統計分析方法，取得預先分類媒合的訊務資訊，以達到避免額外建制網路訊務偵測系統的成本，有效管理多階層通道的光交換，更準確通道效率，俾提高使用與節能的目的。
本發明延續傳統光傳輸網路(optical transport network，OTN)技術，善用多協定標籤交換(Multiple Protocols Label switch，MPLS)、資源預留協定(Resource Reservation Protocol，RSVP)、信址規約(Signaling Protocol)，基於訊務工程(Traffic Engineering，TE)技巧，衍生控制光交換與OTN通道與次通道ODUflex(階層通道)，允許電信訊務與包括網際網路，例如網際網路服務提供業者(internet service provider，ISP)乙太網路(Ethernet)，指定資料流量導引承載，利用軟體定義網路(Software Defined Network，SDN)全網路控制概念，更優於內部網路關協定(Interior Gateway Protocol，IGP)所算出的最短路徑，將訊務管理而轉送到較不擁擠的最佳化通道路徑，RSVP的功能可以提供快速重設路由(Fast Reroute)，就是當網路線路或通道，發生斷線或故障時，可以在小於50msec(mini second)內導到到另一通道路徑，結合波長分波多工(Dense Wavelength De-multiplexer Multiplexer，DWDM)與OTN多工階層通道的管理，進一步比傳輸網路的保護機制，更迅速的通道切換時間，比如進行電路交換(Circuit Switch)高可靠或是封包交換(Packet Switch)的交換，例如VoIP對封包遺失與延遲影響較為敏感的服務。
另外，例如行動通信5G(Generation)的低延遲或大容量通道之各項服務應用特性需求，MPLS也可啟用另一個最重要的功能應用，就是可以用來建立虛擬化的虛擬私人網路(Virtual Private Network，VPN)通道，不需加解密負擔(overhead)的高效率通信。電信公司可以建立VPN網路，亦或是加值型營運商(Service Provider)，提供各種虛擬化VPN服務給企業用戶，MPLS結合了第二層網路的頻寬保證的技術與第三層網路的開放架構，電信公司提供大型企業用戶絕對可靠通道，是一個非常優良合適的服務項目。
第1圖為本發明之即時訊務之階層光多工交換系統的示意架構圖。如圖所示，即時訊務之階層光多工交換系統包括多組波長劃分器11、多組光傳輸網路(OTN)階層光放大器(OAMP)12、多組乙太網路光傳輸網路(OTNoE)階層光放大器13、多組多協定標籤交換處理器14以及訊務交換分析伺服器15。
多組波長劃分器11分別接收由遠端多波長光纖所導入之外部訊務，以解多工該外部訊務之波群而產生各別波長訊務。具體來說，該多組波長劃分器11為可動態控制之多組波長劃分多工/解多工器，其透過控制通道接受該訊務交換分析伺服器15之指派以循環續的啟動或關閉，亦即該多組波長劃分器11通過控制通道接受該訊務交換分析伺服器15指派以循環續執行啟動或關閉，而各別波長中每一單一波長用於承載訊務。
多組光傳輸網路階層光放大器12分別連接該多組波長劃分器11，用於補償該多組波長劃分器11之分波分路能量損失以及分別處理不同波長中光傳輸網路之訊務。具體來說，該多組光傳輸網路階層光放大器12為可動態控制之多組光傳輸網路階層多工/解多工器光放大器，其透過控制通道接受該訊務交換分析伺服器15之指派循環續啟動或關閉光傳輸網路通道，亦即該多組光傳輸網路階層光放大器12通過控制通道接受該訊務交換分析伺服器15指派以循環續執行啟動或關閉OTN通道，而該光傳輸網路之各階層通道之訊務，由該訊務交換分析伺服器15分配載入。
多組乙太網路光傳輸網路階層光放大器13分別連接該多組波長劃分器11，用於補償該多組波長劃分器11之分波分路能量損失以及分別處理不同波長中乙太網路封包所承載之訊務。具體來說，該多組乙太網路光傳輸網 路階層光放大器13為可動態控制之符合乙太網路傳送格式之乙太網路光傳輸網路階層多工/解多工器光放大器，其透過控制通道接受該訊務交換分析伺服器15之指派循環續啟動或關閉乙太網路光傳輸網路通道，亦即該多組乙太網路光傳輸網路階層光放大器13通過控制通道接受該訊務交換分析伺服器15指派以循環續執行啟動或關閉OTNoE通道，而該乙太網路光傳輸網路之各階層通道之訊務，由該訊務交換分析伺服器15分配載入。
多組多協定標籤交換處理器(MPLS processor)14分別連接該多組光傳輸網路階層光放大器12及該多組乙太網路光傳輸網路階層光放大器13，用於取得通過該多組光傳輸網路階層光放大器12以及該多組乙太網路光傳輸網路階層光放大器13之各階層通道的訊務量、來自方位以及訊務封包態樣。具體來說，該多組多協定標籤交換處理器14為可動態控制而執行循環續啟動或關閉，其透過控制通道接受該訊務交換分析伺服器15之詢問並回報經該訊務交換分析伺服器15分析之訊務參數。
詳言之，該多組多協定標籤交換處理器14可依據指派而循環續啟動或關閉，即透過該控制通道接受該訊務交換分析伺服器15詢問並適時回報該訊務交換分析伺服器15訊務參數，通過的OTN或OTNoE各階層通道的訊務量、來自方位、訊務封包態樣等資訊，由該訊務交換分析伺服器15統計分析。
訊務交換分析伺服器15連接該多組多協定標籤交換處理器14，用於統計並分析該各階層通道的訊務量、來自方位以及訊務封包態樣，以得到各種訊務種類之交換使用情形、異常行為。
另外，該訊務交換分析伺服器15處理進入該訊務交換分析伺服器15之交換矩陣之輸入埠的訊務，經該交換矩陣之輸出埠後轉送回符合訊務目的地之該多組多協定標籤交換處理器14。詳言之，該多組多協定標籤交換處理器14於承接訊務交換分析伺服器15之交換節點位於整體網路匯聚節點前，用於對向客戶端發出之訊務戴上多協定標籤交換(MPLS-TP)之標頭，以及對網路核心端發出之訊務戴上多協定標籤交換(MPLS)之標頭，必要時也透過管理通道將訊務封包的id帶上通知SDN伺服器，以供同調交換使用。
具體來說，由該訊務交換分析伺服器15轉送出之訊務，於該多組多協定標籤交換處理器14中加入新的標頭，並送到下一個光傳輸網路階層光放大器12或乙太網路光傳輸網路階層光放大器13，亦即由該訊務交換分析伺服器15交換模組送出的訊務，係於該多組多協定標籤交換處理器14加入新的標頭，送到下一OTN或OTNoE模組。封包態樣分類方式包含MAC、VLAN、IP、DSCP、FTP、HTTP、HTTPS等多種分類，另外，原則上訊務巨量類型進行電路交換(CS)，或是小量類型進行封包交換(PS)。
第2圖為本發明之即時訊務之階層光多工交換系統中訊務交換分析伺服器的組成架構圖。如圖所示，訊務交換分析伺服器15內具有即時資料庫軟體定義網路(SDN)管理間時(Histogram)之計算與迴歸量預測之訊務監控與分析系統16，該訊務監控與分析系統16包括即時訊務態樣量蒐集模組161、多工階層訊務分析模組162以及通道傳送量即時蒐集模組163，其中，即時訊務態樣量蒐集模組161用於執行訊務態樣以及訊務量之蒐集，多工階層訊務分析模組162用於執行階層訊務之分析，通道傳送量即時蒐集模組163用於收集各通道之傳送量。
另外，該訊務監控與分析系統16包括與數據交換FIFO緩衝區(Data Switching FIFO Buffer)執行資料交換之交換模組164以及分配訊務於各階層通道之通道分配模組165。具體來說，該訊務監控與分析系統16內建有與數據交換FIFO緩衝區做資料交換之交換模組，另外復可執行訊務態樣分析、訊務量分析、通道分配、交換矩陣與其佇列應用程式，訊務監控與分析系統16承接上層SDN的訊務分擔應用指示，藉由基於訊務量、封包態樣、QoS、SLA的企客訊務迴歸分析分類，媒合交換通道容納量，匯集需要之訊務資訊種類，即時反應建立或指派出通道id(identifier)的訊務交換狀態功能。另外，前面所述多工階層訊務分析模組162隨時更新與分析，各種訊務種類的交換使用情形、異常行為等，以供系統反映通道基於訊務建立或通道運作情況維護調整，且訊務監控與分析系統16將流進交換矩陣之輸入埠的訊務作最佳化處理，安排或暫存經過交換矩陣之輸出埠，適時從訊務交換分析伺服器15送出，讓下一模組處理。
於另一實施例中，訊務監控與分析系統16包括間時(Histogram)之計算與迴歸量預測模組166以及訊務監控與分析模組167，用於管理間時的計算與迴歸量預測之訊務監控與分析系統的參數。該間時之計算與迴歸量預測模組166包含下列參數：有數列極限時間點之各線性、非線性迴歸訊務流過之間時參數；配合該數列極限時間點之間時權重線性參數；配合該數列極限時間點之間時權重非線性參數；以及數列極限合成權重線性參數加權重非線性參數之值。上述合成權重線性參數加權重非線性參數之值，係作為啟用備用通道或關閉現行通道之依據，這裡所述通道包括OTN階層通道或DWDM單波長通道。
另外，該間時之計算與迴歸量預測模組166透過該訊務交換分析伺服器15內含之資料庫元件儲存訊務之間時資訊，藉以供軟體定義網路外掛模組之備詢。
於另一實施例中，該訊務監控與分析系統16包括透過控制通道接受來自軟體定義網路外掛模組之詢問以及回報該訊務交換分析伺服器15所得到之訊務參數，而該各階層通道的訊務量、來自方位以及訊務封包態樣則由該軟體定義網路外掛模組執行統計分析。
於軟體定義網路外掛模組存在下，該訊務監控與分析系統16能透過該控制通道接受該軟體定義網路外掛模組設定該訊務交換分析伺服器之訊務處理機能。另外，軟體定義網路外掛模組可強化訊務交換分析伺服器15執行訊務態樣分析、訊務量分析、通道分配、交換矩陣與其佇列應用程式，亦可將流進交換矩陣之輸入埠的訊務作最佳化處理，安排或暫存經過交換矩陣之輸出埠，適時送出該訊務交換分析伺服器15，讓下一模組處理。
第3圖為本發明之即時訊務之階層光多工交換方法的步驟圖，請一併參考第1圖進行說明。
於步驟S31，令多組波長劃分器分別接收由遠端多波長光纖所導入之外部訊務，以解多工該外部訊務之波群而產生各別波長訊務。多組波長劃分器通過控制通道接受訊務交換分析伺服器指派以循環續執行啟動或關閉，並將遠端多波長光纖所導入之外部訊務解多工成為個別波長。
於步驟S32，令多組光傳輸網路階層光放大器補償該多組波長劃分器之分波分路能量損失以及分別處理該多組波長劃分器所送出之不同波長中光傳輸網路之訊務。多組光傳輸網路階層光放大器通過控制通道接受訊務交 換分析伺服器指派以循環續執行啟動或關閉OTN通道，其中，光傳輸網路之各階層通道之訊務由訊務交換分析伺服器分配載入。
於步驟S33，令多組乙太網路光傳輸網路階層光放大器補償該多組波長劃分器之分波分路能量損失以及分別處理該多組波長劃分器所送出之不同波長中乙太網路封包所承載之訊務。多組乙太網路光傳輸網路階層光放大器通過控制通道接受該訊務交換分析伺服器指派以循環續執行啟動或關閉OTNoE通道，其中，乙太網路光傳輸網路之各階層通道之訊務由訊務交換分析伺服器分配載入。
於步驟S34，令多組多協定標籤交換處理器取得通過該多組光傳輸網路階層光放大器以及該多組乙太網路光傳輸網路階層光放大器之各階層通道的訊務量、來自方位以及訊務封包態樣。具體而言，多組多協定標籤交換處理器14為可動態控制而執行循環續啟動或關閉，其能經控制通道接受訊務交換分析伺服器之詢問，並回報經訊務交換分析伺服器分析所得之訊務參數。
於步驟S35，令訊務交換分析伺服器統計並分析該各階層通道的訊務量、來自方位以及訊務封包態樣，以得到各種訊務種類之交換使用情形、異常行為，以及處理進入該訊務交換分析伺服器之交換矩陣之輸入埠的訊務，以經該交換矩陣之輸出埠後轉送回符合訊務目的地之該多組多協定標籤交換處理器。本步驟說明訊務交換分析伺服器用於統計與分析各階層通道的訊務量、來自方位以及訊務封包態樣，藉以得到各種訊務種類的使用情形或異常行為，且該訊務交換分析伺服器可將訊務處理後，轉送回符合訊務目的地之多組多協定標籤交換處理器來進行後續處理。
本發明之即時訊務之階層光多工交換系統及其方法，有別於傳統，不僅作訊務蒐集監測及分析，也得到個別通道的訊務型態與訊務量，進而發展更佳控制平面功能。本發明之系統承接上層SDN的訊務分擔應用指示，聚焦藉由有關作用訊務量統計方法，節省而少於獲得訊務量傳輸資訊量，並藉由基於訊務量、封包態樣、QoS(Quality of Service)、SLA(Service Level Agreement)的企客訊務迴歸分析分類，媒合交換通道容納量，匯集需要之訊務資訊種類，即時反應建立或指派出通道id(identifier)的訊務交換狀態功能。另外，多工階層訊務分析模組隨時更新與分析，各種訊務種類的交換使用情形、異常行為等，以供系統反映通道基於訊務建立或通道運作情況維護調整。
本案善用OTN階層通道容量，確保不同類型訊務充分隔離，加強MPLS轉送效率與建立企業客戶VPN通道。從PE(Premiers Edge)系統內建光通道解多工器上，獲得通道訊務資訊，紀錄訊務類別與來去MPLS資訊，並將訊務導到通道FIFO(First In First Out)，而可程式化的通道交換器，事先規畫特徵id，前端FIFO訊務連接轉送特徵id通道，訊務後續會輸出到被管理相對應通道輸出埠，達到交換目的。交換器輸入訊務與輸出訊務的通道對應，受到SDN與訊務分析結果所決定。
軟體定義網路的資料平面，其包括了基於訊務封包類別媒合方法及訊務量統計方法，作通道最佳效率分析後進行傳送，也選擇性的可作進行特定訊務封包優先傳送通道，分類方式包含MAC、VLAN、IP、DSCP、TCP等多種分類。必要時，可提供外掛訊務量之蒐集設備，統計封包量、總流量、時間標籤等，如此可增加外掛設備之訊務蒐集與分析模組，執行訊務蒐集與分析資訊的效能。軟體定義網路的控制平面，包括有轉送通道資料訊務及通道訊務資 訊回傳訊息，而控制平面包括訊務蒐集請求訊息、交換通道的控制器應用程式介面訊息。
另外，訊務監控與分析系統之即時訊務量蒐集模組，能提供多工階層訊務分析模組以訊務量統計間時(Histogram)的方法，獲得分類流過的訊務資訊，並儲存於資料庫。另外，透過通道控制器應用程式介面，再利用多工階層訊務分析模組，藉由資料庫中的訊務資訊分析，呈現出通道各種訊務種類的使用情形、異常行為等，如此達到即時訊務量蒐集與分析與通道控制。
透過軟體定義網路技術，從可程式化交換器控制器應用程式，內建通道訊務量蒐集模組軟體介面，利用取得詳細且精確的通道訊務預設處理分類媒合資訊，減少額外建制網路訊務偵測系統的成本，也省去建立封包讀取元件及避免損耗交換器的效能，使系統通道相關設定資訊能夠更即時的呈現，加強光交換器的管理。
由前述可知，本發明先取得訊務類型和OTN階層通道容量的間時(histogram)狀態，接著進行訊務類型到達估計(arrival estimate)，進而達到OTN階層通道容量的管理，並且持續重複上述動作以及後續回報。因此，本發明為一種大寬頻光網路訊務態樣蒐集及量迴歸分析，以執行多波長與階層通道多工之光交換，特別是有關於一種由軟體定義網路技術，透過網路訊務量控制器與可程式化的光階層多工網路交換器，達到即時高效率通道的訊務分析處理，安全有效率地交換轉送。
第4圖為本發明之即時訊務之階層光多工交換系統一具體實施例的架構圖。不同遠端位置的遠端多波長光纖310連接本機外部訊務，各別導入對應波長劃分器320，在光領域將波群解多工成為各別波長，接著饋入眾多單波 長光纖330。對應的每一條單波長光纖330承接不同波長的OTN/Ethernet訊務。此單波長的訊務，在電的領域中，被光傳輸網路階層光放大器340解多工，或是此單波長Ethernet封包承載OTN的訊務，在電的領域中被乙太網路光傳輸網路階層光放大器342解多工。波長劃分器320與光傳輸網路階層光放大器340的管理訊息經過電控制通道345，被讀進訊務交換分析伺服器360處理。眾多波長劃分器320連接本機外之不同目標位置，每一個模組賦於位置LN兩位編號，例如L1、L2、L3、L4等，其中，L1多波長的其中之一的波長，承載的訊務信號，被光傳輸網路階層光放大器340解多工，OTN的階層架構訊框，構建承載大小不同的頻寬容量的通道。每一個通道賦於波長及階層通道兩位4進位id，例如A01、A42、B31、C23等唯一的編號，結合位置DWDM與OTN的階層架構訊框，每一個通道賦於位置LN及波長通道兩位4進位id，例如L1A01、L1A42、L2B31、L3C23等唯一的編號，以方便管理識別。有id的不同階層的通道訊務，每一個通道有實際或虛擬的多協定標籤交換處理器350控制標頭作處理，再進入訊務交換分析伺服器360，也就是id資訊被讀進訊務交換分析伺服器處理。
多協定標籤交換處理器350除了控制標頭，承受訊務交換分析伺服器360控制，可以結合前述id通道，規劃建立MPLS的虛擬VPN通道，提供企業客戶租用。這VPN通道與其他訊務充分隔離，完全符合企業服務SLA，確保企業客戶訊務暢通運用與通道無延遲效應。
多協定標籤交換處理器350對於一般id通道訊務，承受訊務交換分析伺服器360的控制命令，也給于分類轉送處理，且賦於適當MPLS控制標頭。結合next hop(指派屬性，即為下一個route)同職能光交換，作最佳訊務交換轉發處理，達到網路運作最佳效能。在網路起始訊務的Home端，應用程式建立 與發出UDP訊務反應最快，同樣的對接Home端，回覆UDP訊務也是最快，TCP訊務可視情況的快，但有可靠度高的機制，然有訊務擁塞議題的不利因素，針對此兩類訊務，多協定標籤交換處理器350結合id通道與MPLS控制標頭，分別隔離作最佳處理，避免影響其他訊務交換轉發與降低多協定標籤交換處理器350的效能。
多協定標籤交換處理器350結合id通道與MPLS控制標頭對不同訊務處理，其他分類方式包含MAC、VLAN、IP、DSCP、FTP、HTTP、HTTPS等多種分類。id通道有分小容量與高容量，是借用OTN階層(hierarchy)多工的功能。影響某個通道訊務量的自我因素(autocorrelation)很多，且各因素可能互相影響(cross correlation)。多協定標籤交換處理器350對於預期交換後轉發訊務，標有id的不同階層的通道訊務，每一個通道有實際或虛擬的多協定標籤交換處理器350控制標頭作處理，如此雙向進出多協定標籤交換處理器350的訊務，各自得到最好的處理，因此，訊務達到快速合理高效率的交換與轉發。
訊務交換分析伺服器360根據多協定標籤交換處理器350上載id，即能知道從多協定標籤交換處理器350送進來的訊務，所屬通道頻寬與訊務類別及訊務目的地與SLA、QoS等級。此時訊務交換分析伺服器360開始做兩件事，第一件事將這個訊務封包，排入FIFO，等待交換到輸出訊務交換分析伺服器360，並從電控制通道345，傳達這個訊務封包應當適當處理的訊息，在此處也決定作CS(Circuit Switch)高可靠或是PS(Packet Switch)低延遲的屬性，就是對於此封包交換後轉發訊務指定的通道頻寬與訊務類別及訊務目的地與SLA、QoS等級。
第二件事是將這個通道訊務封包，開始作訊務分析。分析的目的 是讓交換器的訊務交換順暢。前面多協定標籤交換處理器350已作上層分類，面對單一交換通道，要作到眾多類型訊務，下層細緻分類分析已經很容易，必要時可以借用外掛設備與軟體幫忙，只要提供相關參數與介面就可。本通道僅作必要訊務量的參數的分析，對於靜態訊務分析，一般都用伯松(Poisson)來訊模型作訊務分析，僅僅得到訊務服務均量值，無法應付小突爆(burst)或大突爆的訊務量適當處理，本發明利用單一參數訊務量迴歸分析法的結果，如下公式：
下一時間點訊務量預測=基本平均訊務量Y0+Histograms，
線性檢測間時(Histograms)：
當時訊務量係數加權乘當時訊務量與前時之Xn
yL=β0+β1 X1+β2 X2+β3 X3+β3 X3+β4 X4+β5 X5+β6 X7+β7 X7、、、
動態調整線性迴歸係數：β0、β1、β2、β3、β4、β5、β6、、、
非線性檢測間時(Histograms)：
動態調整非線性迴歸係數：A0Lα0、A1Lα1、A2Lα2、A3Lα3、、、
yNL=A0Lα0X0 β0+A1Lα1X1 β1+A2Lα2X2 β2+A3Lα3X3 β3、、、
線性迴歸與非線性迴歸合成結果：
Y=Y0+yL+yNL。
隨時再啟用備用通道，可達到快速反應分析與處理交換。備用通道優先通知多協定標籤交換處理器350與光傳輸網路階層光放大器340的管理介面，建立新的id通道，如果此時已門檻滿載，視情況開啟備用波長劃分器320中的備用波長與其對應的多協定標籤交換處理器350與光傳輸網路階層光放大器340。波長劃分器320閒時不會門檻滿載，可以關閉部分波長與對應的多協定 標籤交換處理器350與光傳輸網路階層光放大器340，達到節省能源的功效，延長設備壽命。波長劃分器320可以監控多波長光纖310，可以知道波長正在使用數，而在波群的每一個波長被輪詢(round robin)的指配使用，閒時被關閉時亦同，且其被SDN伺服器所控制，決定新增波長訊務門檻值，將依即時訊務量與整體訊務量預測值考慮，減波長關閉時亦同。
本發明所述系統之監控與分析，只針對交換效能的參數與功能，避免過多額外功能，影響交換效能。外掛的監控與分析系統，可以透過管理通道361下請求指令，訊務交換分析伺服器360回覆請求事項。資料或鏡射訊務由鏡射通道368提供。另外，選擇性訊務蒐集與分類元件，例如類似網路訊務探頭，選擇性的對所有的封包進行各別剖析，剔除不必要的訊務資訊，而管理通道361可以選擇性額外再增加，連接到同調交換通信中心，專為同調交換(coherence switch)通信傳遞精準的封包的波長與時間位置。
訊務交換分析伺服器360主要職掌是訊務監控以及系統訊務態樣分析、訊務量分析、通道分配。在控制平面部分，波長劃分器320、光傳輸網路階層光放大器340、多協定標籤交換處理器350透過電控制通道345作相互溝通，讓波長調度、OTN階層式多工通道MPLS/MPLS-TP作最佳化運行，MPLS在PE光交換器往核心端運作，MPLS-TP在PE光交換器往用戶端運作，核心P光交換器自然用MPLS運作。OTN階層式多工通道加上DWDM可以將訊務最好的動態配置，是基於上層SDN控制器從管理通道361下達的指派政策，與訊務交換分析伺服器360最佳化運作結果，回應時將前述LN及波長通道兩位4進位id，例如L1A01、L1A42、L2B31、L3C23唯一的編號，回報給上層SDN控制器，必要時也將封包id帶上，供同調交換使用。基本上OTN網路的鐘訊是同步的， 同調交換在複雜度與成本，之必要性實現考量而已。
第5圖為本發明所述之即時訊務量蒐集處理流程圖，請一併參考第4圖進行說明。遠端光訊務從遠端多波長光纖310進入波長劃分器320，經過單波長光纖330再進入光傳輸網路階層光放大器340就成為電訊物。首先，於流程510中，訊務在多協定標籤交換處理器350被處理後，就進行讀取MPLS流量中的OTN層次結構，接著是訊務交換分析伺服器360的訊務態樣分析、訊務量分析、通道分配的功能啟動。訊務被前述處理後，進入流程520，啟動流量緩衝(Traffic Buffer)，等待進入交換矩陣365，同時進入流程530，啟動流量態樣(Traffic type)與通道容量(Channel Capacity)分析器，此時視交換需要再進入數據交換FIFO緩衝區370，若無其他問題，就進入流程540，啟動光傳輸網路階層流量交換器(OTN Hierarchy Traffic Switch)，訊務運作在交換過程中，已經被訊務監控與分析系統162進行訊務態樣分析、訊務量分析、通道分配，接著進入流程550，將流量寫到MPLS的OTN層次結構。於是訊務被交換導到所屬目的地的多協定標籤交換處理器350被處理，再經過目的地的光傳輸網路階層光放大器340變成光訊務，再經目的地的單波長光纖330到達目的地的光傳輸網路階層光放大器340送到目的地的遠端多波長光纖310，於是信號就可送到目的地。另外，進到多協定標籤交換處理器350訊務的封包，就通知訊務交換分析伺服器360進行分類統計，封包統計後將進一步進行封包的交換處理，並由訊務交換分析伺服器360與FIFO介面轉發出去目的地的多協定標籤交換處理器350以作標頭與多工通道安置處理。訊務統計規則依封包類別和轉送目的多工通道容量，作間時(Histogram)的計算與迴歸量預測，平衡QoS與SLA的預先設定，訊務統計是訊務交換分析伺服器前半部擔任，其結果控制後半部交換機能的處理。
封包類別、多工交換通道、間時(Histogram)的計算參數可透過管理通道361提供外掛程式運用，而外掛程式也可以反向提供間時(Histogram)的計算係數，加強訊務交換分析伺服器360效能。
本發明所提供之即時訊務之階層光多工交換系統及其方法，與其他習用技術相互比較時，更具備下列優點：(1)本發明可結合DWDM、OTN的階層式多工通道，即時彈性順暢訊務調整，波長與通道適時開啟或關閉，節省能源消耗；(2)本發明提出多種蒐集訊務分類交換的方式，其分類方式包含MAC、VLAN、IP、DSCP、FTP、HTTP、HTTPS等十多種分類訊務通道交換方式，也提供分析訊務的系統，呈現更多元的通道訊務容量資訊；(3)本發明資料平面亦屬分散式的平面，系統透過分散式的控制平面，配合SDN管理大範圍的網路訊務順暢控制；(4)間時(Histogram)的計算參數可提供外掛程式運用，外掛程式也可以反向提供Histogram的計算係數；以及(5)訊務交換迴歸統計預測，訊務順暢精確度更高。
上列詳細說明乃針對本發明之一可行實施例進行具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
11:波長劃分器
12:光傳輸網路階層光放大器
13:乙太網路光傳輸網路階層光放大器
14:多協定標籤交換處理器
15:訊務交換分析伺服器

Claims (16)

  1. 一種即時訊務之階層光多工交換系統，係包括：
    多組波長劃分器，係分別接收由遠端多波長光纖所導入之外部訊務，以解多工該外部訊務之波群而產生各別波長訊務；
    多組光傳輸網路階層光放大器，係分別連接該多組波長劃分器，用於補償該多組波長劃分器之分波分路能量損失以及分別處理不同波長中光傳輸網路之訊務；
    多組乙太網路光傳輸網路階層光放大器，係分別連接該多組波長劃分器，用於補償該多組波長劃分器之分波分路能量損失以及分別處理不同波長中乙太網路封包所承載之訊務；
    多組多協定標籤交換處理器，係分別連接該多組光傳輸網路階層光放大器及該多組乙太網路光傳輸網路階層光放大器，用於取得通過該多組光傳輸網路階層光放大器以及該多組乙太網路光傳輸網路階層光放大器之各階層通道的訊務量、來自方位以及訊務封包態樣；以及
    訊務交換分析伺服器，係連接該多組多協定標籤交換處理器，用於統計並分析該各階層通道的訊務量、來自方位以及訊務封包態樣，以得到各種訊務種類之交換使用情形、異常行為，以及處理進入該訊務交換分析伺服器之交換矩陣之輸入埠的訊務，經該交換矩陣之輸出埠後轉送回符合訊務目的地之該多組多協定標籤交換處理器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之即時訊務之階層光多工交換系統，其中，該多組波長劃分器為可動態控制之多組波長劃分多工/解多工 器，係透過控制通道接受該訊務交換分析伺服器之指派以循環續的啟動或關閉，而各別波長中每一單一波長用於承載訊務。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之即時訊務之階層光多工交換系統，其中，該多組光傳輸網路階層光放大器為可動態控制之多組光傳輸網路階層多工/解多工器光放大器，係透過控制通道接受該訊務交換分析伺服器之指派循環續啟動或關閉光傳輸網路通道，而該光傳輸網路之各階層通道之訊務，係由該訊務交換分析伺服器分配載入。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之即時訊務之階層光多工交換系統，其中，該多組乙太網路光傳輸網路階層光放大器為可動態控制之符合乙太網路傳送格式之乙太網路光傳輸網路階層多工/解多工器光放大器，係透過控制通道接受該訊務交換分析伺服器之指派循環續啟動或關閉乙太網路光傳輸網路通道，而該乙太網路光傳輸網路之各階層通道之訊務，係由該訊務交換分析伺服器分配載入。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之即時訊務之階層光多工交換系統，其中，該多組多協定標籤交換處理器為可動態控制而執行循環續啟動或關閉，係透過控制通道接受該訊務交換分析伺服器之詢問並回報經該訊務交換分析伺服器分析之訊務參數。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之即時訊務之階層光多工交換系統，其中，由該訊務交換分析伺服器轉送出之訊務，係於該多組多協定標籤交換處理器中加入新的標頭，並送到下一個光傳輸網路階層光放大器或乙太網路光傳輸網路階層光放大器。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之即時訊務之階層光多工交換 系統，其中，該訊務交換分析伺服器包括即時資料庫軟體定義網路管理間時之計算與迴歸量預測之訊務監控與分析系統，該訊務監控與分析系統包括：
    即時訊務態樣量蒐集模組，係用於執行訊務態樣以及訊務量之蒐集；
    多工階層訊務分析模組，係用於執行階層訊務之分析；以及
    通道傳送量即時蒐集模組，係用於收集各通道之傳送量。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之即時訊務之階層光多工交換系統，該訊務監控與分析系統復包括與數據交換FIFO緩衝區(Data Switching FIFO Buffer)執行資料交換之交換模組以及分配訊務於各階層通道之通道分配模組。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之即時訊務之階層光多工交換系統，該訊務監控與分析系統復包括透過控制通道接受來自軟體定義網路外掛模組之詢問以及回報該訊務交換分析伺服器所得到之訊務參數，而該各階層通道的訊務量、來自方位以及訊務封包態樣由該軟體定義網路外掛模組執行統計分析。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之即時訊務之階層光多工交換系統，該訊務監控與分析系統復包括透過該控制通道接受該軟體定義網路外掛模組設定該訊務交換分析伺服器之訊務處理機能。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之即時訊務之階層光多工交換系統，其中，該多組多協定標籤交換處理器於承接該訊務交換分析伺服器之交換節點位於整體網路匯聚節點前，用於對向客戶端發出之訊務戴上多協定標籤交換(MPLS-TP)之標頭，以及對網路核心端發出之訊務戴上多協定 標籤交換(MPLS)之標頭。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之即時訊務之階層光多工交換系統，該訊務監控與分析系統復包括間時(Histogram)之計算與迴歸量預測模組以及訊務監控與分析模組，用於管理間時的計算與迴歸量預測之訊務監控與分析系統的參數。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之即時訊務之階層光多工交換系統，其中，該間時之計算與迴歸量預測模組包含：
    有數列極限時間點之各線性、非線性迴歸訊務流過之間時參數；
    配合該數列極限時間點之間時權重線性參數；
    配合該數列極限時間點之間時權重非線性參數；以及
    數列極限合成權重線性參數加權重非線性參數之值。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之即時訊務之階層光多工交換系統，其中，該合成權重線性參數加權重非線性參數之值，以作為啟用備用通道或關閉現行通道之依據。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之即時訊務之階層光多工交換系統，其中，該間時之計算與迴歸量預測模組，係透過該訊務交換分析伺服器內含之資料庫元件儲存訊務之間時資訊，以供軟體定義網路外掛模組之備詢。
  16. 一種即時訊務之階層光多工交換方法，係包括：
    令多組波長劃分器分別接收由遠端多波長光纖所導入之外部訊務，以解多工該外部訊務之波群而產生各別波長訊務；
    令多組光傳輸網路階層光放大器補償該多組波長劃分器之分波分路能量損失以及分別處理該多組波長劃分器所送出之不同波長中光傳輸網路之訊務；
    令多組乙太網路光傳輸網路階層光放大器補償該多組波長劃分器之分波分路能量損失以及分別處理該多組波長劃分器所送出之不同波長中乙太網路封包所承載之訊務；
    令多組多協定標籤交換處理器取得通過該多組光傳輸網路階層光放大器以及該多組乙太網路光傳輸網路階層光放大器之各階層通道的訊務量、來自方位以及訊務封包態樣；以及
    令訊務交換分析伺服器統計並分析該各階層通道的訊務量、來自方位以及訊務封包態樣，以得到各種訊務種類之交換使用情形、異常行為，以及處理進入該訊務交換分析伺服器之交換矩陣之輸入埠的訊務，以經該交換矩陣之輸出埠後轉送回符合訊務目的地之該多組多協定標籤交換處理器。
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