专利名称：一种混合光交换网络的传输方法
技术领域：
本发明属于光网络通信技术领域，特别是一种涉及光电路交换(ocs)和光突发交换
(OBS)的混合光交换网络的传输方法。
背景技术：
最初的光网络通过点与点之间光纤链路的互联组成，通常用于构建骨干传送网。光信 号在光纤的一个波长信道上传送，每个网络节点都要将光信号转换为电信号进行处理，然 后再次转换为光信号以便继续传送。由于骨干网络拓扑结构的连通度很低，待传送的数据 中大约70%是转发数据，即数据需要经过多个网络节点才能到达目的节点。由于电域的处 理速度远远低于光域的传输速度，因此，电域处理能力是光网络的瓶颈。针对这个问题， 研究者们提出了一些解决方案，产生了WDM (Wavelength Division Multiplex波分复用) 光网络及相应的交换技术一光电路交换(Optical Circuit Switching, OCS)、光分组交换
(Optical Packet Switching, OPS)和光突发交换(Optical Burst Switching, OBS)。
光电路交换(ocs)和传统的电路交换类似，数据传送前需要建立从源到宿的光路
(lightpath，由所经多个物理光纤链路上同一波长的波长信道组成)；光路建立后可以实现 业务流在光域的端到端透明传输；然而当业务流呈现高突发性时，考虑光路建立、维护和 拆除等开销，完全根据业务请求动态地建立和拆除光路就难以实现。光分组交换(OPS) 与传统的分组网络(交换)类似，采用存储转发技术，由于它可以统计复用波长资源，因 而适合承载突发业务；然而OPS对光器件要求很高，其实用化前景受制于光器件技术， 短期内还无法大面积商用。光突发交换(OBS)是OCS、 OPS两种交换方式的折中；其传 送的方法是:数据到达OBS网络节点时按照目的地址和其他属性(如服务质量QoS， Quality of Service)被分类，同类的多个数据分组被汇聚成突发包(Burst)，同时生成一个独立的 控制分组，即突发头(Burst Head Packet, BHP)，突发头(BHP)先于突发包(Burst)进 入控制信道，在途径的每一个OBS网络节点处为对应的Burst预约波长资源(传输信道)， 使得Burst能够实现全光路交换;然而OBS存在的关键问题是没有解决好预约冲突的问题， 因而传送过程中突发包(Burst)被丢弃的现象(事故)无法避免和有效降低。
针对上述单一的光交换方式存在的缺陷及IP业务的高突发性、业务量大小不可预测， 业务量持续时间频繁变化等特点，人们将不同的光交换技术进行综合利用。由于光分组交 换技术在现有的技术条件下难以实现，因此， 一般是把光电路交换和光突发交换技术结合 起来、组成混合光交换技术；该混合光网络交换技术主要包括主从型和平行型。主从型网 络由客户层(Client)和服务层(Server)构成，；其中，Client层采用OBS/OPS交换，Server 层采用OCS交换，突发包/分组在Client层交换，通过Server层的光路到达目的节点；本质上主从型网络仍属于OBS交换。平行型网络由并行存在的OBS和OCS两层组成，网 络中各节点均由OBS模块和OCS模块构成，两种交换模式相对独立，共享网络资源；网 络边缘节点将IP分组根据其持续时间,服务质量要求等分为短业务流(突发业务流)和长 业务流(正常业务流)，使用OBS传送短业务流，OCS传送长业务流，且业务传送方式不 再改变。该平行型网络仅将OCS、 OBS简单叠加，没能将其有机结合在一起、协同传输， 加之IP分组的难度较大，因此该混合光网络交换方式亦难以有效降低丢包率。
此外，业务传送的安全性，是光网络传输应解决的另一重要方面。美国FCC的统计 数据显示，若一传输容量为Tb/s的光纤发生故障，将至少影响1200万对电话业务。因此， 在网络出现故障时，如何保证使受影响的业务得以继续顺利传送亦是光网络传输中的重要 任务。现有用于应对网络故障的保护性措施是增设专用的备用光路，即针对每个可能发生 故障的区间预设保护性的备用光路，用以分流受阻的业务；即针对每个可能发生故障的区 间预设备用光路，用以传输受阻(亦称"失效")的业务；根据备用资源可否共享，备用 光路又分为专用的备用光路和共享的备用光路两大类；根据实施保护的方式，保护又分为 链路保护、分段保护和通路保护。
基于链路的保护是指在建立每一条工作光路时，针对该光路经过的每条链路预设一条 备用光路，当网络发生链路故障时，原拟经过该链路工作光路上的数据流改由该备用光路 传输，从而绕过故障点继续进行；
分段保护是指将工作光路分成若干段，然后对每个段分别建立备用光路，当某段工作 光路发生故障时，发生故障的工作光路段上承载的数据会被切换到相应的备用光路上传 输。
基于通路的保护是指在建立工作光路的同时，在同一源目节点对间建立一条备用光路。
因而，上述混合光交换网络存在只能按预先设定的传送方式进行，传输的灵活性差； 在业务传送的安全性方面，针对每个可能发生故障的区间(段)预设保护性的备用光路， 这些备用光路在网络无故障发生时均处于闲置状态，因而存在网络的传输效率较低、应对 网络故障的处理方法落后，网络资源的闲置率高、浪费大，丢包率及网络的运行成本较高 等缺陷。
发明内容
本发明的目的是在背景技术基础上，改进设计一种混合光交换网络的传输方法，以 有效提高网络资源的利用率和混合光交换网络的传输效率，确保业务传送的安全性，有效 降低丢包率及网络的运行成本等目的。
本发明的解决方案是针对背景技术存在的缺陷，将原固定采用OBS传送短业务流(突发 业务流)，OCS传送长业务流(正常业务流)的传输方式，改为当网络正常工作时，全 部数据(业务)流均由OCS光路(层)传送；当数据(业务)量突发性增长造成光路过载时，再通过OBS发送其超过OGS光路承载能力的溢出数据(业务)流；而在网络发生
故障时、即出现一条或多条OCS光路故障时，亦通过该OBS光路(层)，将受阻的数据 (业务)继续传送到目的节点；本解决方案中网络各节点内的OBS和OCS模块均具有 OBS和OCS的交换能力；本发明即以此实现其目的。因而本发明方法包括
A. 建立混合光交换网络
首先根据数据(业务)量、链路可用波长信息，建立光路，组成ocs传输层，同时
为不同源目节点对确定OCS路由并建立相应的路由表(OCS路由表)；然后再设置OBS 传输层，配置OBS层每条链路的可用波长、为不同源目节点对确定OBS路由，并建立相 应的路由表(OBS路由表)；在配置OBS层各链路可用波长时，每条链路均用一个波长信 道作为控制信道，用于传送突发头，其余波长信道用于传送突发包；网络中各节点仍由 OBS模块和OCS模块组成；
B. 数据(业务)传送流程，包括
步骤l.O.选择OCS光路根据进入网络数据包(数据包为IP分组形式)的源目地址
禾口ocs路由表，确定ocs传输光路；
步骤l丄判断光路是否畅通针对由步骤1.0.选定的光路，根据网络节点中光路检 测模块的实时信息及光路缓存占用情况判断光路是否畅通，若不畅通，则经1丄1或1丄2 转步骤2.0处理；否则转步骤1.2;
步骤1.2 .数据包发送将由步骤1.1进入的数据放入光路缓存，并记录光路缓存占用 情况，然后将缓存中的队头数据包经OCS光路发送至步骤3.0;
步骤2.0.突发包/突发头生成当由步骤U经U.l或U.2进入溢出缓存的数据达 到汇聚门限值后、将其汇聚为突发包，同时生成对应的突发头，然后转步骤2.1;
步骤2.1 .确定OBS传送光路根据突发头记录的目的节点信息及OBS路由表确定 OBS传送光路后，转步骤2.2发送；
步骤2.2.发送突发头及突发包首先将由步骤2.1或/和步骤4.1进入的突发头经选定
的光路控制信道发送到步骤4.0;随后再将对应的突发包经该光路的数据信道亦发送到步 骤4.0;
步骤3.0.数据包是否到达本地节点根据步骤1.2经OCS光路进入的数据包头记录 的目的地址判断该数据包是否到达本地节点；若是则转步骤5.0;否则返回步骤1.0;
步骤4.0.突发头/突发包是否到达本地节点由步骤2.2经OBS光路进入的数据包， 根据突发头记录的目的地址判断该数据包是否到达本地节点；若是则转步骤5.0;否则转
步骤4.1;
步骤4丄转发处理由步骤4.0进入的数据包，根据其突发头记录的目的地址及OBS 路由表确定转发光路，并为对应突发包预约数据信道，若预约成功则返回步骤2.2发送； 反复进行步骤2.2、 4.0、 4.1，直至数据包到达本地节点5.0;否则转步骤6.0;步骤5.0.接收数据包由步骤3.0或/和步骤4.0到达本地节点的数据包，按常规方法 处理后转发给目的地址；
步骤6.0.丢弃处理:将由步骤4.1转入的预约数据信道未成功的突发头及突发包丢弃， 并记录丢弃量。
上述网络中OCS光路所占波长资源与OBS光路所占波长资源之比》1。 本发明将通常采用的OCS、 OBS两种交换方式有机地结合起来组成混合光交换网络， 且由OBS模块和OCS模块组成的网络节点同时具有OBS和OCS的交换能力；当网络正 常运行时，全部数据流均通过OCS光路层传送；当数据量突发性增长造成OCS光路过载 时，再通过OBS光路发送其超过OCS光路承载的溢出数据流；而在网络发生故障时、即 出现一条或多条OCS光路故障时，亦通过该OBS光路(层)，将受阻的数据流继续传送； 即在不设置任何备用光路的条件下、便可将因数椐量突发增长产生的溢出数据流及因光路 故障而受阻的数据流及时、安全地传送到目的节点。从而具有网络资源的利用率及传输效 率高，有效地提高了数据(业务)传送的安全性和可靠性，丢包率大幅度下降，网络的运 行成本低等特点。
图1为本发明混合光交换网络数据传送流程示意图； 图2为本发明混合光网络整体架构示意图中A、 B、 C、 D均为OBS交换模块，a、 b、 c、 d为OCS交换模块，A-a、 B-b、 C- c及D-d分别为网络的4个节点；虚线框表示沿OBS光路传送的突发头和突发包，实 线框表示沿OCS光路传送的数据包；
图3为实施例1的数据传送原理其中，A、 B、 C、 D、 E表示网络节点中的光突发交换模块，a、 b、 c、 d、 e为OCS 交换模块，m、 n均表示OCS光路畅通时由光路承载的数据，h、 b分别表示在OBS层传送 的突发头和突发包，粗实线表示一条从A到C的OCS光路，虚线表示从A到D的OCS光路， 双点画线表示A到C的0BS层通路。
图4为实施例2 NSFNET-14网络的拓扑结构示意图；图中0-13分别表示网络的14个 节点位置。
具体实施例方式
实施例h本实施例以由五个节点组成的网络为例，网络中每根光纤上有5个波长， 各链路均为双向链路，附图3为本实例数据传送原理示意图
a.建立混合光交换网络根据业务量矩阵r二
<formula>formula see original document page 6</formula>
建立ocs光路:a-b-c-d-e， a-b-c-d, d-e， b-d-c, e-c-a-b,共计占用12个波长；各光路平均承载量(107比特/ 秒)分别为50、 20、 15， 10， 7; OBS层与物理拓扑网络同构，OBS层可用波长为其 余8个波长资源，其中每条链路上用一个波长信道作为传送突发头的控制信道，其他波长 信道作为传送突发包的数据信道；
B.数据传送当数据流进入网络点后即按以下步骤进行传送
步骤1.0. OCS光路选择根据各数据包的源目地址和OCS光路由表确定光路及对应的 出端口；
步骤l丄判断光路是否畅通根据网络节点中的光路检测模块的实时信息及光路缓存 占用情况(本实施例缓存上限值为100个IP分组长度)判断出端口对应的光路是否畅通， 若光路畅通则转步骤1,2(即当光路处于正常负荷状态时，数据包由对应光路传送，本实施 例依次按照1.0-1.1-1.2-3.0-5.0步骤到达目的节点)，否则(即当光路过载或光路中断时则) 转步骤2.0;
歩骤L2.数据发送将由步骤l.l进入的数据放入光路缓存，并记录光路缓存占用情 况，然后将缓存中的队头数据包经OCS光路发送至步骤3.0;
步骤2.0突发包/突发头生成将由1.1经步骤1丄1或1丄2进入的数据包按照最小长 度-最大汇聚时间方法(Min-Burst-Length Max-Assembly-Period algorithm)汇聚为突发包， 同时生成对应的突发头，(汇聚处理中长度门限为100个IP分组长，时间门限为0.02秒) 然后转步骤2.1确定OBS层路由；
步骤2.1确定OBS路由(传送光路)按突发包拟到达的本地节点及OBS路由表确定 下一跳及本节点处的转发端口 (当光路a-b-c-d-e过载时，其过载数据作为溢出数据经过突 发包组装和生成突发头后，确定的OBS路由为a-b，b-c,c-d,d-e)，然后转步骤2.2发送；
步骤2.2发送突发头及突发包将由步骤2.1或/和步骤4.1进入的突发头首先经过通 往下一跳节点的控制信道发送到步骤4.0，继后再将对应的突发包经过通往相同节点的数 据信道发送到步骤4.0 (即光路a-b-c-d-e过载时，突发头和突发包即按a-b-c-d-e的顺序转 发、直到e止)；
步骤3.0由OCS光路传送的数据包是否到达本地节点由步骤1.2送入的数据包，根 据数据包中纪录的目的地址判断该数据包是否到达本地节点；若是则直接转步骤5.0;否 则返回步骤1.0;
步骤4.0判断突发头/突发包是否到达本地节点由步骤2.2进入的数据包，根据其突 发头上的目的地址(例如为e)判断是否到达本地节点；若是则转步骤5.0;否则转步骤 4.1;(光路a-b-c-d-e过载时，其中溢出数据包的路由为a-b, b-c， c-d， d-e;此时到达网络 节点b,c,d的数据包都需经本步骤判断后转发处理，才能到达目的地址e);
步骤4.1 OBS转发处理由步骤4.0进入的数据包，根据突发头记录的拟到达的本地 节点(例如e)和OBS路由表确定下一跳及本节点处的转发端口，并根据突发头中信息为 对应突发包预约波长资源，若通往下一跳节点的波长资源预约成功则返回步骤2.2;(光路a-b-c-d-e过载时，突发头需要在b,c，d处预约波长资源，预约成功才能将突发头和突发包 继续向前传送)否则转步骤6.0;
步骤5.0到达本地节点后的数据处理将由步骤3.0或/和步骤4.0进入的数据包进行 处理并转发至目的地址并进行数据量及平均时延数据统计等处理；
步骤6.0丢弃突发头/突发包，记录丢失量将由步骤4.1进入的预约失败的数据包作
丢弃处理并同时记录其丢失量。
实施例2:本实施例采用NSFNET-14网络，物理拓扑网络结构如附图4所示。网络中
链路为双向链路，波长复用数为16，业务量矩阵为
.05810 342 77701171 856 T= 41090 206 0 0 0 0
A.建立混合光交换网络根据业务量矩阵T建立的OCS光路分别为0-1， 1-0, 1-2， 1-0-4-3，……共119条，各光路的平均承载量则分别为581、 777、 1171、 856、……；OBS
网络结构与物理拓扑网络结构同构，OCS光路建立后剩余的波长资源均配给OBS;在确 定OBS层路由时，本实施例先计算出节点对间的前K条最短路(K取4)，然后进行路由 负载优化，得到OBS路由表； B.数据包的传送步骤
本实施例进入网络的数椐流为定长1250BytesIP包，波长信道传输速率为10Gb/s，突 发包汇聚采用与实施例1相同的最小长度-最大汇聚时间方法(长度门限为IOO个IP包长 度，时间门限为200nS)，单位偏移时间为20nS。数据包的传送步骤与实施例l相同。
本实施例经仿真运行实验对比仿真平台基于OPNET，测试是在相同的资源配置及网 络业务量动态变化的条件下进行，实验的内容是将单一的光电路交换(OCS)网络(即基 于保护的OCS网络)及传统的平行型混合光交换网络与本发明混合光交换网络在丢包率 上的对比l.网络轻负载时，且当失效链路数分别为l， 2, 3时，基于保护的OCS网络 的丢包率分别为1.82%、 5.89%、 10.98%，平行型混合光交换网络的丢包率分别为2.95%、 7.55%、 10.42%，而本发明网络的丢包率仅为0%， 0°/。， 0.8%; 2.网络中度负载时，失效 的链路数亦分别为l， 2， 3时其丢包率OCS网络依次为1.61%、 6.28%、 15.1%，平行型 混合光交换网络依次为4.65%、 8.73%、 12.74%，而本发明依次为0、 1.27%、 3.28%; 3.网 络重负载时，失效的链路数分别为1， 2， 3时的丢包率OCS网络依次为1.14%、 10.61%、 15.5%，平行型混合光交换网络依次为5.69%、 9.84%、 14.69,而本发明侧依次为0、 2.48% 及4.21%。本发明的丢包率均远远低于基于保护的光电路交换(OCS)网络及传统的平行 型混合光交换网络。
权利要求
1.一种混合光交换网络的传输方法，包括A.建立混合光交换网络首先根据数据量、链路可用波长信息，建立光路，组成OCS传输层，同时为不同源目节点对确定OCS路由并建立相应的路由表；然后再设置OBS传输层，配置OBS层每条链路的可用波长、为不同源目节点对确定OBS路由，并建立相应的路由表；在配置OBS层各链路可用波长时，每条链路均用一个波长信道作为控制信道，用于传送突发头，其余波长信道用于传送突发包；网络中各节点仍由OBS模块和OCS模块组成；B.数据传送流程，包括步骤1.0.选择OCS光路根据进入网络数据包的源目地址和OCS路由表，确定OCS传输光路；步骤1.1.判断光路是否畅通针对由步骤1.0.选定的光路，根据网络节点中光路检测模块的实时信息及光路缓存占用情况判断光路是否畅通，若不畅通，则经1.1.1或1.1.2转步骤2.0处理；否则转步骤1.2；步骤1.2.数据包发送将由步骤1.1进入的数据放入光路缓存，并记录光路缓存占用情况，然后将缓存中的队头数据包经OCS光路发送至步骤3.0；步骤2.0.突发包/突发头生成当由步骤1.1经1.1.1或1.1.2进入溢出缓存的数据达到汇聚门限值后、将其汇聚为突发包，同时生成对应的突发头，然后转步骤2.1；步骤2.1.确定OBS传送光路根据突发头记录的目的节点信息及OBS路由表确定OBS传送光路后，转步骤2.2发送；步骤2.2.发送突发头及突发包首先将由步骤2.1或/和步骤4.1进入的突发头经选定的光路控制信道发送到步骤4.0；随后再将对应的突发包经该光路的数据信道亦发送到步骤4.0；步骤3.0.数据包是否到达本地节点根据步骤1.2经OCS光路进入的数据包头记录的目的地址判断该数据包是否到达本地节点；若是则转步骤5.0；否则返回步骤1.0；步骤4.0.突发头/突发包是否到达本地节点由步骤2.2经OBS光路进入的数据包，根据突发头记录的目的地址判断该数据包是否到达本地节点；若是则转步骤5.0；否则转步骤4.1；步骤4.1.转发处理由步骤4.0进入的数据包，根据其突发头记录的目的地址及OBS路由表确定转发光路，并为对应突发包预约数据信道，若预约成功则返回步骤2.2发送；反复进行步骤2.2、4.0、4.1，直至数据包到达本地节点5.0；否则转步骤6.0；步骤5.0.接收数据包由步骤3.0或/和步骤4.0到达本地节点的数据包，按常规方法处理后转发给目的地址；步骤6.0.丢弃处理将由步骤4.1转入的预约数据信道未成功的突发头及突发包丢弃，并记录丢弃量。
2. 按权利要求1所述一种混合光交换网络的传输方法，其特征在于网络中OCS光路 所占波长资源与OBS光路所占波长资源之比》1。
全文摘要
该发明属于光网络通信技术中的数据传送方法，该方法首先设置OCS和OBS混合交换网络，网络各节点内的OBS和OCS模块均具有OBS和OCS的交换能力；其传送方法为当网络正常工作时，全部数据流均由OCS光路传送；当数据量突发性增长造成光路过载时，再通过OBS发送其溢出的数据流；而在网络发生OCS光路失效时亦通过OBS光路传送受阻的数据至目的节点；因而具有网络资源利用率及传输效率高，可有效提高了数据传送的安全性和可靠性，丢包率大幅度下降，网络运行成本低等特点。克服了背景技术只能按设定方式传送、对可能发生故障的区间均需设备用光路所存在的传输效率低，丢包率及资源的闲置率高、浪费大，运行成本较高等缺陷。
文档编号H04L12/56GK101674500SQ20091006006
公开日2010年3月17日 申请日期2009年7月22日 优先权日2009年7月22日
发明者瑾 张, 徐世中, 晟 王, 雄 王 申请人:电子科技大学