專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于慢光緩存的光突發(fā)交換信道調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)的信道調(diào)度方法，更具體地說(shuō)，涉及一種基于慢 光緩存的光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)的信道調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
光纖作為一種高帶寬低損耗的優(yōu)良傳輸介質(zhì)，在通信網(wǎng)絡(luò)的物理傳輸層起著舉足 輕重的作用。隨著DWDM技術(shù)的成熟，以及光器件和光信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，光纖通信逐漸 突破了物理層的界線，不但能承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，還具備了一定的交換和路由能力，光傳 送網(wǎng)(OTN =Optical Transport Network)應(yīng)運(yùn)而生。然而，由于以IP為主的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆炸式增長(zhǎng)和新寬帶多媒體業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，傳統(tǒng) 光網(wǎng)絡(luò)朝適于傳輸IP業(yè)務(wù)的下一代光網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)勢(shì)在必行。在光網(wǎng)絡(luò)不斷演進(jìn)的過(guò)程中，光 交換技術(shù)將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，尤其是在當(dāng)前電交換技術(shù)已接近了電子速率極限的情 況下。光交換技術(shù)依據(jù)交換粒度的不同也可以分為光路交換(OCS :0ptiCal Circuit Switching)、光分組交換(OPS =Optical Packet Switching)和光突發(fā)交換(OBS =Optical Burst Switching)三種。OCS基于OADM和OXC，采用波長(zhǎng)路由的方式，通過(guò)控制平面的雙向 信令傳輸來(lái)建立鏈路和分配波長(zhǎng)。OPS可以看作是電分組交換在光域的延伸，它以高速傳輸 的光分組作為網(wǎng)絡(luò)交換粒度。雖然光分組可長(zhǎng)可短，但由于交換設(shè)備必須具備處理最小分 組的能力，光分組交換節(jié)點(diǎn)的處理能力要求非常高。突發(fā)交換的概念最早于八十年代提出，主要用來(lái)傳遞話音業(yè)務(wù)，它實(shí)際上是具有 可變長(zhǎng)度的快速分組交換。但是，由于電路交換和分組交換的技術(shù)在當(dāng)時(shí)都已成熟并廣泛 應(yīng)用，沒(méi)有必要以突發(fā)包為單位來(lái)處理話音或數(shù)據(jù)從而改變整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，因此突發(fā)交換并沒(méi) 有引起重視。近年來(lái)，一方面DWDM技術(shù)極大地?cái)U(kuò)充了網(wǎng)絡(luò)帶寬，另一方面上層^iternetl 務(wù)的爆炸式增長(zhǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的帶寬和處理速度都提出了更高的要求。然而，傳統(tǒng)的電路交換方 式不能有效支持突發(fā)業(yè)務(wù)，而分組交換方式中的結(jié)點(diǎn)處理能力又遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到當(dāng)前信息傳 送速率的要求。于是，九十年代后期，幾乎已經(jīng)被淡忘的突發(fā)交換技術(shù)被重新提了出來(lái)，將 具有可變長(zhǎng)度的快速分組交換與光技術(shù)結(jié)合，形成了光突發(fā)交換(OBS)。在OBS中，突發(fā)包是由一些IP包組成的超長(zhǎng)IP包，這些IP包可以來(lái)自傳統(tǒng)IP網(wǎng) 中不同的電IP路由器。OBS中的控制分組(Burst Control Packet, BCP，作用相當(dāng)于分組 交換的分組頭)與突發(fā)數(shù)據(jù)(凈載荷)在物理信道上是分離的，每個(gè)控制分組對(duì)應(yīng)一個(gè)突 發(fā)數(shù)據(jù)。例如，在WDM系統(tǒng)中，控制分組占用一個(gè)或幾個(gè)波長(zhǎng)，突發(fā)數(shù)據(jù)則占用所有其它波 長(zhǎng)。在OBS中，突發(fā)數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)始終在光域內(nèi)，而控制信息在每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要 O-E-O的變換以及電處理。控制信道與突發(fā)數(shù)據(jù)信道的速率是異步的。光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)一般由光核心路由器(CR=Core Router)與電的邊緣路由器組 成，與多協(xié)議標(biāo)記交換(MPLS)網(wǎng)類(lèi)似。不同的是，數(shù)據(jù)信息在OBS網(wǎng)中不需進(jìn)行0-E，E-O 變換。OBS網(wǎng)的邊緣路由器負(fù)責(zé)將傳統(tǒng)IP網(wǎng)中的數(shù)據(jù)封裝為光突發(fā)數(shù)據(jù)，以及反向的拆封工作。核心路由器的任務(wù)是對(duì)光突發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)與交換。每個(gè)突發(fā)由具有相同出口邊緣 路由器地址和相同QoS要求的IP分組組成。突發(fā)數(shù)據(jù)是光突發(fā)交換網(wǎng)中的基本交換單位。 而在光分組交換中，為了提取光分組頭，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)所有波長(zhǎng)都必須提取一部分光信號(hào) 進(jìn)行O-E-O變換，因而過(guò)于復(fù)雜，另外這種光信號(hào)提取方式也會(huì)嚴(yán)重影響再生距離。慢光緩存的作用是緩存突發(fā)數(shù)據(jù)，等待控制分組進(jìn)行O-E變換、轉(zhuǎn)發(fā)表查找、建立 交換連接等，當(dāng)多個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)包在某一個(gè)CR中同時(shí)需要從一個(gè)波長(zhǎng)信道輸出時(shí)，就會(huì)發(fā)生 沖突。沖突發(fā)生后會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失，因此如何有效解決沖突，減小數(shù)據(jù)丟失就成為了 OBS網(wǎng) 絡(luò)技術(shù)中一個(gè)關(guān)鍵的研究課題。在CR中配置光緩存是一種效果良好的沖突解決方法利用 慢光緩存來(lái)對(duì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)的突發(fā)包進(jìn)行暫時(shí)的存儲(chǔ)，以減小沖突而導(dǎo)致的丟包。這里需要指出的是，我們提到的慢光緩存與傳統(tǒng)的光延遲線(fiber delay line, FDL)雖然使用目的有相似的地方，但是無(wú)論是物理上還是邏輯上都有著本質(zhì)的區(qū)別。慢光 緩存是通過(guò)動(dòng)態(tài)的改變傳輸介質(zhì)的折射率變化速度，來(lái)實(shí)現(xiàn)減慢光的傳播速度的原理進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)對(duì)光數(shù)據(jù)包的緩存。這就意味著慢光緩存可以對(duì)突發(fā)包進(jìn)行連續(xù)時(shí)間的緩存，即一個(gè) 物理上的緩存片可以存儲(chǔ)最大緩存時(shí)間以內(nèi)的任何時(shí)間。而與慢光緩存不同的是FDL是通 過(guò)光延遲線，即通過(guò)增加傳輸路程來(lái)增加傳輸時(shí)間的；那么在CR中FDL對(duì)于突發(fā)包只能進(jìn) 行離散緩存，即一個(gè)物理上的延遲線只能延遲某一特定的時(shí)間，而且由于FDL是使用具體 的光纖實(shí)現(xiàn)，物理上的限制使得它一般在較小的緩存單位和較大的緩存時(shí)間中只能選擇一 個(gè)。而如果使用FDL多次緩存那么又會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜度降低系統(tǒng)的可靠性。說(shuō)以使用慢 光緩存才是未來(lái)趨勢(shì)。為了充分利用慢光緩存的這種物理特性上的優(yōu)勢(shì)我們就必須采用一 種新的核心節(jié)點(diǎn)信道調(diào)度方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以在基于慢光緩存(OB=Optical Buffer)的基礎(chǔ) 上，使用LAUC_VF等信道調(diào)度策略的方法。該方法可用于光突發(fā)交換(0BQ網(wǎng)絡(luò)中。根據(jù)本發(fā)明，提供一種基于慢光緩存基礎(chǔ)上信道調(diào)度的方法。慢光緩存是指通過(guò) 在原有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖?，?duì)核心路由器上發(fā)生沖突的數(shù)據(jù)包進(jìn)行暫時(shí)存儲(chǔ)。等待信道空閑時(shí)再 發(fā)送的技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)新業(yè)務(wù)到達(dá)以后，根據(jù)FFUC，LAUC_VF等各種不同信道調(diào)度算法， 查找信道。確定是否進(jìn)入CR中的光緩存器。并根據(jù)當(dāng)前信道是使用情況和光緩存器的緩 存能力，通過(guò)將突發(fā)包的到達(dá)時(shí)間增加一個(gè)連續(xù)的緩存單位得到新的到達(dá)時(shí)間，并再次使 用信道調(diào)度算法查找，直到找到合適波長(zhǎng)和時(shí)隙。然后分配給該突發(fā)包。得到突發(fā)包可用 的波長(zhǎng)和時(shí)隙。


通過(guò)下面結(jié)合附圖進(jìn)行的對(duì)實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述和/或其他目的和優(yōu)點(diǎn) 將會(huì)變得更加清楚，其中圖1示出核心路由器功能結(jié)構(gòu)
圖2示出核心節(jié)點(diǎn)BCP處理總體流程3示出單個(gè)BCP基于光緩存的信道調(diào)度方法圖4示出FFUC算法原理5示出基于慢光緩存的FFUC算法流程圖 圖6示出在LAUC_VF原理7示出基于慢光緩存的LAUC_VF算法流程8示出仿真環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?示出基于慢光緩存的FFUC算法的核心節(jié)點(diǎn)丟包率圖10示出基于慢光緩存的FFUC算法的端到端時(shí)延圖11示出基于慢光緩存的LAUC_VF算法的核心節(jié)點(diǎn)丟包率圖12示出基于慢光緩存的LAUC_VF算法的端到端時(shí)延
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。圖1中描述了 OBS網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)。OBS網(wǎng)絡(luò)包括核心路由器和邊緣路由器，二者 通過(guò)WDM光纖鏈路互連。邊緣路由器負(fù)責(zé)突發(fā)數(shù)據(jù)包的分類(lèi)組裝和反向拆卸，可以提供各 類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)接口(如千兆以太網(wǎng)、IP over SDH和ATM)，而核心路由器的任務(wù)則是根據(jù)控制 分組中的信息進(jìn)行資源調(diào)度，完成對(duì)突發(fā)數(shù)據(jù)包的交換。邊緣路由器和核心路由器的基本功能結(jié)構(gòu)。如圖2示，邊緣路由器首先依據(jù)業(yè)務(wù) 數(shù)據(jù)的目的地址和QoS特性對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)，突發(fā)組裝器則依據(jù)一定的組裝算法將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù) 匯聚成突發(fā)數(shù)據(jù)包，然后，資源調(diào)度器為突發(fā)數(shù)據(jù)包分配合適的波長(zhǎng)信道，并且通知控制單 元發(fā)送相應(yīng)的控制分組以提前預(yù)約網(wǎng)絡(luò)資源，突發(fā)數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)一個(gè)偏置時(shí)間的緩存后進(jìn)入 OBS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部。在出口邊緣路由器，突發(fā)分解器根據(jù)突發(fā)數(shù)據(jù)包包頭中的信息對(duì)其進(jìn)行拆卸 處理，分解成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包。如圖1所示，核心路由器首先解復(fù)用出控制信道，并在對(duì)接收的控制分組進(jìn)行光 電變換之后，提取其中的資源預(yù)約信息，由交換控制單元(S⑶Switching Control Unit) 根據(jù)一定的資源調(diào)度算法為隨后到達(dá)的突發(fā)數(shù)據(jù)包分配一條合適的出口波長(zhǎng)信道，并在指 定的時(shí)間配置好光矩陣完成交換。對(duì)于預(yù)約成功的控制分組(包括使用慢光緩存模塊)， SCU還要改寫(xiě)其中的相關(guān)信息字段(如偏置時(shí)間)，并將其經(jīng)過(guò)電光變換后繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)往下 一跳路由器；否則直接丟棄，或根據(jù)相應(yīng)的沖突競(jìng)爭(zhēng)解決策略作相應(yīng)處理。在SUC進(jìn)行信道調(diào)度時(shí)，總體流程圖如圖2所示，先要對(duì)到達(dá)的BCP進(jìn)行一個(gè)批處 理，然后對(duì)這些BCP按照其內(nèi)帶的對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)包的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行從小到大的排序。再按照 新序列的順序?qū)CP進(jìn)行逐個(gè)的操作。圖3顯示了對(duì)于每一個(gè)BCP的調(diào)度流程。在步驟S301 突發(fā)控制包(BCP)到達(dá)之 后，進(jìn)入步驟S302，通過(guò)BCP攜帶的目的地址和路由函數(shù)獲取下一條的節(jié)點(diǎn)編號(hào)，進(jìn)而獲得 對(duì)應(yīng)的端口號(hào)。然后進(jìn)入步驟S303采用波長(zhǎng)調(diào)度算法在不進(jìn)入光緩存的情況下分配信道 看看分配是否成功，如果成功則進(jìn)入步驟S304預(yù)留資源，修改調(diào)度表，更新字段信息(如偏 置時(shí)間等)。如果不成功則進(jìn)入光緩存調(diào)度模塊，先進(jìn)入步驟S305查找光緩存(OB)是否空閑，若無(wú)空閑的OB則直接進(jìn)入步驟S312丟棄該BCP。如果有空閑的OB則進(jìn)入信道空閑時(shí)隙查 找的階段。以此來(lái)確定具體的緩存時(shí)間。進(jìn)入步驟S306初始化查找次數(shù)i = 1，步驟S307將突發(fā)包的開(kāi)始時(shí)間加上查找 次數(shù)乘以緩存單位的時(shí)間得到新的時(shí)間，并利用前面的調(diào)度算法查找信道是否空閑。如果 空閑則說(shuō)明在緩存能力范圍內(nèi)有空閑的信道時(shí)隙，那么進(jìn)入步驟S311給對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)包分 配0B，這被占用的OB數(shù)加1，存儲(chǔ)緩存時(shí)間并設(shè)置在在突發(fā)包離開(kāi)時(shí)間將被占用OB數(shù)減1。 需要注意的是這里采用的緩存單位要盡量的小，這樣才能更加近似于連續(xù)的時(shí)間.然后和 前面一樣進(jìn)入分配成功后的S304步驟。如果無(wú)空閑在、信道則查找次數(shù)加一，再查找信道 資源的占用情況。以此類(lèi)推，如果即使提供最大容量也沒(méi)有合適的信道，則接入S312丟棄 該包。下面我們通過(guò)舉例說(shuō)明此種算法與傳統(tǒng)的信道調(diào)度算法的結(jié)合。如圖4所示，F(xiàn)FUC按順序查找信道，先查找channel 1，發(fā)現(xiàn)突發(fā)包到達(dá)時(shí)間比最 近使用時(shí)間要大，則滿足條件并返回，不再向下查找。若時(shí)刻t無(wú)空閑信道，則需要對(duì)數(shù)據(jù) 突發(fā)包進(jìn)行光緩存，于是查找t+d/2d/. . . /nd(其中d為緩存單元，η為緩存器級(jí)數(shù)，下同) 時(shí)刻是否有空閑信道，若均無(wú)則丟棄該控制包。圖5為在FFUC算法下的信道調(diào)度流程圖。 在對(duì)所有波長(zhǎng)信道的查找后如果還沒(méi)有找到空閑的信道，那么將開(kāi)始進(jìn)入光緩存流程。以 光緩存單位為緩存時(shí)間片進(jìn)行查找每次查找將回到波長(zhǎng)信道編號(hào)初始化的進(jìn)程重新進(jìn)行 一次算法調(diào)度，直到超出緩存器的容量。在循環(huán)過(guò)程中，只要出現(xiàn)空閑的信道將在對(duì)于波長(zhǎng) 上分配時(shí)隙。然后返回如下表所示的參數(shù)。用于在突發(fā)包到達(dá)時(shí)提供轉(zhuǎn)發(fā)的參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種基于慢光緩存(Optical Buffer,0B)的光突發(fā)交換信道調(diào)用方法，該方法包括 以下步驟在核心路由器中對(duì)一段時(shí)間到達(dá)的突發(fā)控制包BCP進(jìn)行批處理； 對(duì)突發(fā)包排序；排序方法是升序排列； 對(duì)每一個(gè)BCP調(diào)用信道調(diào)度算法分配波長(zhǎng)信道；
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，對(duì)每一個(gè)BCP調(diào)用信道調(diào)度算法分配波長(zhǎng)信道的步 驟包括以下步驟根據(jù)BCP中的目的地址，根據(jù)路由協(xié)議，確定輸出端口號(hào)；用調(diào)度算法(包括已有的各種OBS信道調(diào)度算法)對(duì)波長(zhǎng)信道進(jìn)行查找和分配；成功則分配信道資源，若不成功則調(diào)用光緩存調(diào)度；若在慢光緩存中分配成功則需要分配信道資源同時(shí)，還要對(duì)緩存器的參數(shù)進(jìn)行修改。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，慢光緩存調(diào)度的步驟包括以下步驟 查找是否有OB空閑；通過(guò)將突發(fā)包的到達(dá)時(shí)間增加一個(gè)連續(xù)的緩存單位得到新的到達(dá)時(shí)間，并再次使用信 道調(diào)度算法查找，直到找到合適波長(zhǎng)和時(shí)隙。然后分配給該突發(fā)包?；虺^(guò)緩存最大時(shí)間， 則丟棄該BCP。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，參數(shù)修改執(zhí)行如下步驟 對(duì)已使用的OB數(shù)加一；返回緩存時(shí)間；形成新的突發(fā)包開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間； 在新突發(fā)包結(jié)束時(shí)間將已使用的OB數(shù)減一。
全文摘要
提出了一種基于慢光緩存(OB)的在光突發(fā)交換(OBS)信道調(diào)度方法，該方法包括以下步驟收到BCP后，如果用已有的信道調(diào)度算法分配信道失敗，則查詢是否有可用的OB，如果有則對(duì)突發(fā)包到達(dá)時(shí)間增加一個(gè)緩存單元，再查找。若依然分配失敗則重復(fù)上述操作。直到分配成功或者超出緩存能力。若分配成功則需要更新路由表、偏置時(shí)間、緩存時(shí)間、緩存器使用情況等信息，并轉(zhuǎn)發(fā)BCP。若失敗則丟棄該BCP。本發(fā)明有效的利用了慢光緩存的優(yōu)勢(shì)，和傳統(tǒng)的FDL方法相比提高了OBS網(wǎng)絡(luò)的性能。
文檔編號(hào)H04L12/56GK102111692SQ201010588849
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者劉桂, 喻松, 羅斌, 蔣天煒, 郭弘, 顧畹儀 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)