專利名稱：一種提高gmpls/obs網(wǎng)絡鏈路利用率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高網(wǎng)絡鏈路利用率的方法，尤其涉及一種提高光突發(fā)交換網(wǎng)絡 (Optical Burst Switch，0BS)和通用多協(xié)議標志交換協(xié)議(Generalized Mutiprotocol Label Switch，GMPLS)技術(shù)結(jié)合的網(wǎng)絡(以下均簡稱為GMPLS/0BS網(wǎng)絡)鏈路利用率的方法， 屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于OBS的本質(zhì)是利用控制分組來預留突發(fā)包所要經(jīng)過的各結(jié)點處的帶寬，所以必須要保證突發(fā)包和控制分組之間合理的時序關(guān)系。根據(jù)有無偏置時間，協(xié)議可分為兩類， 即TAG (tell and go)和TAW ( tell and wait )。采用TAG協(xié)議的OBS邊緣結(jié)點發(fā)送控制分組后馬上發(fā)送突發(fā)包，因此在核心結(jié)點處需要光緩存來存儲突發(fā)包以等待其控制分組消息的處理。TAW協(xié)議中，結(jié)點在等待控制分組確認消息的這段時間內(nèi)有很大的資源的浪費，也加大了存儲的時間程度，這也違背了光突發(fā)交換的初衷。典型的TAG協(xié)議是由Wei和McFarland首先提出的JIT( just in time)協(xié)議[Wei, J. Y. ； McFarland, R. I. , Just-in-time signaling for WDM optical burst switching networks. J. Lightwave Technology, vol. 18， No. 12， DECEMBER 2000: 2019—2037]。 相對于TAW而言，JIT協(xié)議克服了中間結(jié)點對光存儲媒質(zhì)的要求，而且減小了通信路徑的建立時延，從而提高了系統(tǒng)的帶寬利用率。JIT的工作原理是當源結(jié)點完成突發(fā)數(shù)據(jù)分組BDP 的封裝后，向與之相連的中間結(jié)點發(fā)送一個SETUP消息，請求建立傳輸路徑。中間結(jié)點收到 SETUP消息后，對其進行光/電/光轉(zhuǎn)換并完成消息的處理，然后將其向下游結(jié)點逐跳轉(zhuǎn)發(fā)， 并最終達到目的結(jié)點。目的結(jié)點會向源結(jié)點回應一個CONNECT消息確認傳輸路徑已經(jīng)建立。中間結(jié)點在向下游結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)SETUP消息的同時，也給源結(jié)點回復一個CALL PROCEEDING 消息，該消息不僅表明中間結(jié)點已經(jīng)啟動了傳輸路徑的建立，而且還包含一個延時參數(shù)，為源結(jié)點設置發(fā)送BDP的偏置時間提供參考。由于JIT協(xié)議不必等待CONNECT消息的回復就將BDP發(fā)出，因此大大減少了通信的時間。JIT協(xié)議的主要缺點是源結(jié)點無法獲知網(wǎng)絡中結(jié)點負荷情況，因此易出現(xiàn)業(yè)務沖突和網(wǎng)絡擁塞等缺點。針對JIT 協(xié)議的缺點，Qiao 和 Yoo 提出了 JET (just enough time)協(xié)議 [Myungsik Yoo, Chunming Qiao,Just-Enough-Time (JET): a high speed protocol for bursty traffic in optical networks, 1997 DIGEST of the IEEE/LE0S Summer Topical Meetings, !Applications in Switching, 1997:26-27]。相對 JIT 協(xié)議而言，JET 協(xié)議在源結(jié)點的突發(fā)控制分組中增加了偏置時間消息和BDP的長度消息，從而可以確定中間結(jié)點資源預留開始和保持所需時間。JET采用延時預留方式預留帶寬，即各個中間結(jié)點根據(jù)BCP 中包含的BDP的長度消息和偏置時間消息自動完成波長通道的選擇、帶寬預留和釋放以及交叉連接的建立和拆除。JET按照以下方法設定偏置時間假設最初設定偏置時間為Τ，δ 為結(jié)點處理BCP所需時間。當BCP離開第一個結(jié)點時其偏置時間應修改為T1=T - δ。同理，在離開第h個結(jié)點時Th=Tlri - δ，因此本地資源的預留時間Ts應設置為Ts=tn + Th，其中&為系統(tǒng)當前時間，h為轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)，預留的時間長度與數(shù)據(jù)包的長度有關(guān)。JET的主要缺點是由于偏置時間是一個估計值，因此當網(wǎng)絡中出現(xiàn)擁塞，尤其是BCP出現(xiàn)擁塞時就會使得資源預留失敗。此外，JET的設置如果太小也會導致BCP在沒有到達目的前時間就已經(jīng)耗盡，從而導致BCP包丟失或延時增大。在OBS網(wǎng)絡中引入GMPLS控制平面(包括信令、路由和鏈路管理協(xié)議)，可以有效改善OBS網(wǎng)絡的性能，如實現(xiàn)OBS網(wǎng)絡的自動發(fā)現(xiàn)和加快結(jié)點對BCP的處理時間從而降低阻塞率等。GMPLS中的RSVP-TE信令協(xié)議能夠在入口 LSR和出口 LSR之間建立一條LSP隧道， 利用入口 LSR或者是網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的路由計算功能，結(jié)合可用的路由消息、會話屬性和QoS 參數(shù)，計算出顯示路由對象ERO (包括嚴格顯示路由，寬松顯示路由，自治系統(tǒng)等)，然后入口的LSR使用出口的LSR的地址ER0、標簽請求、隧道標示、會話屬性等消息構(gòu)造一個PATH 消息發(fā)給下游結(jié)點，當下游結(jié)點的LSR收到PATH消息后即創(chuàng)建一個本地的PATH狀態(tài)，這個狀態(tài)包含接收到的ERO會話屬性等。同時，下游的LSR計算出需要為LSP分配的本地資源， 并利用ERO檢測到下一跳LSR，設置好后繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)PATH消息，直到達到出口 LSR。最終出口 LSR在收到PATH消息后會向源結(jié)點返回一個RESV消息，RESV消息中包含會話、預留類型、 過濾規(guī)格和流規(guī)格等消息。中間結(jié)點收到RESV消息后會創(chuàng)建一個RESV狀態(tài)，在本地預留出資源，接著再傳遞到下一跳直至源結(jié)點。這樣，源結(jié)點到宿結(jié)點的一條完整的基于流量工程的隧道即建立。隨后，OBS結(jié)點可采用JET協(xié)議確定偏置時間，沿已建立的LSP隧道發(fā)送 BHP控制消息，在各個鏈路之間選出一條可行的LSP作為突發(fā)數(shù)據(jù)包的全光傳輸通道。綜上所述，由于引入了 GMPLS控制平面，簡化了 OBS控制消息對路由選擇的處理， 從而加快了建路的時間。另一方面，GMPLS完善的鏈路管理和恢復/保護機制，可以改善OBS 網(wǎng)絡的傳輸性能和提高網(wǎng)絡的生存性?，F(xiàn)有的GMPLS/0BS網(wǎng)絡架構(gòu)中，采用RSVP-TE協(xié)議進行資源預留的時候，存在通道資源部分閑置的缺點。因此，可以通過在發(fā)送PATH消息后的某個時間段，提前發(fā)送BHP消息，從而能減少光通路建立的時延。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有的GMPLS/0BS網(wǎng)絡采用RSVP-TE協(xié)議進行資源預留的時候，存在通道資源部分閑置的不足，提供一種提高GMPLS/0BS網(wǎng)絡鏈路利用率的方法，通過在發(fā)送PATH消息后的某個時間段，提前發(fā)送BHP消息，從而能減少光通路建立的時延。本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案
一種提高GMPLS/0BS網(wǎng)絡鏈路利用率的方法，所述GMPLS/0BS網(wǎng)絡通過在源節(jié)點和宿結(jié)點之間建立TE隧道進行資源預留，GMPLS控制平面建立TE隧道的過程中，當PATH消息達到宿結(jié)點的前一個結(jié)點時，該結(jié)點就立即向源結(jié)點返回Resv消息，所述建立TE隧道具體包括以下步驟
步驟1、源結(jié)點構(gòu)造PATH消息并向下游結(jié)點發(fā)送；
步驟2、PATH消息到達的結(jié)點判斷本結(jié)點的下一結(jié)點是否可達，如否，則向源結(jié)點發(fā)送一個PATHErr消息，告訴源結(jié)點通道請求失?。蝗缡?，則轉(zhuǎn)步驟3 ；
步驟3、判斷本結(jié)點的下一結(jié)點是否為宿結(jié)點，如不是，則直接轉(zhuǎn)發(fā)PATH消息到下一跳；如是，則本結(jié)點生成一個Resv消息返回源結(jié)點；同時，向本結(jié)點的下一結(jié)點繼續(xù)發(fā)送PATH消息；所述Resv消息中的源結(jié)點地址為本結(jié)點的下一結(jié)點的地址；
步驟4、宿結(jié)點收到PATH請求后，向上一結(jié)點發(fā)送一個Resv消息，該Resv消息中的目的結(jié)點為宿結(jié)點的上一跳結(jié)點。在現(xiàn)有技術(shù)中，源結(jié)點和宿結(jié)點之間建立TE隧道，是GMPLS控制平面根據(jù)接收到的建路請求消息Request發(fā)起的，而建路請求消息Request是由傳統(tǒng)的集中網(wǎng)管發(fā)起的，即 GMPLS控制平面是在網(wǎng)管的觸發(fā)下開始資源預留和釋放功能的。但是，考慮到該消息只和邊緣結(jié)點有關(guān)，因此可以無需告知網(wǎng)管再由網(wǎng)管發(fā)起，而可通過增加接口實現(xiàn)控制層與傳輸層的通信，減少結(jié)點和網(wǎng)管之間的聯(lián)系，從而降低鏈路擁塞的風險。由此可得到本發(fā)明進一步的改進方案如下
所述GMPLS控制平面在源結(jié)點和宿結(jié)點之間建立TE隧道，是GMPLS控制平面根據(jù)接收到的建路請求消息Request發(fā)起的；所述建路請求消息Request由OBS邊緣結(jié)點構(gòu)造并向 GMPLS控制平面發(fā)送。本發(fā)明通過對現(xiàn)有GMPLS/0BS網(wǎng)絡的資源預留消息機制進行改進，當PATH消息達到宿結(jié)點的前一個結(jié)點時，該結(jié)點就立即向源結(jié)點返回RESV消息，節(jié)約了最后一跳鏈路的通道請求消息和通道預留消息處理及傳輸時間，從而可減少突發(fā)數(shù)據(jù)在邊緣結(jié)點的存儲時間，提高OBS網(wǎng)絡的傳輸性能。


圖1為本發(fā)明GMPLS/0BS網(wǎng)絡中資源預留的方法的流程圖2為本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的信令消息在鏈路中傳輸?shù)男Ч麑Ρ仁疽鈭D。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明
本發(fā)明的基本思想是在控制平面建立TE隧道的過程中，當PATH消息達到宿結(jié)點的前一個結(jié)點時，就立即向源結(jié)點返回RESV消息。假設共有η個結(jié)點，則在第n-1個結(jié)點向第 η個結(jié)點發(fā)送PATH消息的時候，同時向源結(jié)點返回RESV消息，這樣即可可節(jié)省一個結(jié)點的資源預留時間。由于運行資源預留協(xié)議的時候鏈路存在部分空閑且此時OBS控制層沒有任何的動作，所以在資源預留的時候可以進行修改以充分利用時間和鏈路資源。RSVP-TE信令在資源預留時發(fā)送的PATH消息只是通告每個結(jié)點預留資源的參數(shù)、標簽地址及服務等級等，完成資源預留的開始時間是宿結(jié)點向源結(jié)點回送RESV消息時刻。因此，提前回送RESV消息給源結(jié)點可以減少OBS層發(fā)送控制消息的等待時間。由于各個結(jié)點根據(jù)出端口使用情況只能知道自己下一跳的鏈路是否有空閑資源，而對于遠端結(jié)點(宿結(jié)點)無法知道其鏈路的使用情況。若選取在鏈路中的任意結(jié)點回送RESV消息，當該結(jié)點之后的鏈路不可達時則會造成數(shù)據(jù)的丟失或時延。選擇宿結(jié)點的前一個結(jié)點向源結(jié)點回送RESV消息，不僅滿足了下一跳可達，而且可以節(jié)省PATH消息和RESV消息在最后一跳鏈路上的傳輸時間和結(jié)點處理時間。為充分利用鏈路在資源預留過程中的空閑時間，提前發(fā)送BHP控制包頭，本發(fā)明對GMPLS中的RSVP-TE信令進行適當?shù)男薷?，具體而言，本發(fā)明的資源預留方法如圖1所示，按照以下過程進行
當GMPLS/0BS邊緣結(jié)點收到來自IP網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)包時，邊緣結(jié)點先對數(shù)據(jù)包進行匯聚組裝，對于達到同一結(jié)點出口的和具有相同的QoS參數(shù)要求的突發(fā)包進行匯聚封裝，并計算出封裝數(shù)據(jù)包的長度；同時邊緣結(jié)點根據(jù)匯集的數(shù)據(jù)包長、QoS參數(shù)，保護級別等消息屬性，向GMPLS控制層發(fā)送一個建立請求消息Request ；GMPLS控制平面根據(jù)收到的Request 消息及其相關(guān)參數(shù)調(diào)用RSVP-TE信令向網(wǎng)絡發(fā)起資源預留請求；源結(jié)點發(fā)送PATH消息， PATH消息到達一個結(jié)點時先判斷該結(jié)點的下一結(jié)點是否可達(是否有可用波長)，如果沒有可用波長則向源結(jié)點發(fā)送一個PATHErr消息，告訴源結(jié)點通道請求失敗，源結(jié)點可以采取相關(guān)措施進行重發(fā)；如果該結(jié)點判斷下一結(jié)點可達，則接著判斷下一結(jié)點是否是宿結(jié)點，如果不是則直接轉(zhuǎn)發(fā)PATH消息到下一跳；如果是，則該結(jié)點生成一個RESV消息返回源結(jié)點， 通過RESV消息每個結(jié)點可以為OBS突發(fā)數(shù)據(jù)的傳送預留資源，RESV消息中的源結(jié)點地址為該結(jié)點的下一結(jié)點的地址(即通道請求宿結(jié)點的地址)。同時，該結(jié)點還應向宿結(jié)點繼續(xù)發(fā)送PATH請求，由于已判斷該跳可達，因此在宿結(jié)點收到PATH請求后，只需向上一結(jié)點發(fā)送一個RESV消息進行資源的預留即可，該RESV消息中的目的結(jié)點應為宿結(jié)點的上一跳結(jié)點，而不是通道請求中的源結(jié)點，這樣一條TE隧道即建立完成。源結(jié)點接收到第n-1個結(jié)點發(fā)送的RESV消息后，GMPLS層發(fā)送通知至OBS控制平面，開始發(fā)送突發(fā)數(shù)據(jù)的控制消息， 為突發(fā)數(shù)據(jù)包的發(fā)送提前建立一個全光的通路。 為了驗證本發(fā)明的有益效果，對本發(fā)明改進的資源預留方法和現(xiàn)有技術(shù)進行了比較，比較結(jié)果如圖2所示。在無故障的情況下，假設源結(jié)點和宿結(jié)點之間的路徑上共有四個結(jié)點，每個結(jié)點間的距離為100km，每個結(jié)點對信令消息的處理時間為7ms [Xiaohua Ma; Geng-Sheng Kuo； Optical switching technology comparison: optical MEMS vs. other technologies, IEEE Optical Communications , vol. 41, no. 11, November 2003:sl6-s23]，則圖中的th=lms，t。=7ms。按照傳統(tǒng)RSVP信令機制，通道預留成功需要的時間Tf>2X4X (0. 5+7)=60ms，而改進之后的通道請求時間Tb>2X3X (0. 5+7)=45ms。節(jié)省的時間Tp為總的成功請求時間的1/η (η為源結(jié)點和宿結(jié)點之間的跳數(shù))，這是因為最后一跳鏈路的請求時間和第n-1個結(jié)點回送RESV消息是并行的。當源結(jié)點收到RESV消息后會向目的結(jié)點發(fā)送ResvConf消息。同時通告OBS層資源已預留成功，OBS控制協(xié)議會在此時發(fā)送BHP消息為突發(fā)數(shù)據(jù)在鏈路中選路和進行波長轉(zhuǎn)換器的配置。對于小規(guī)模的網(wǎng)絡， 當BHP消息到達第n-1個結(jié)點時，有可能第n-1和η結(jié)點之間的資源還沒有成功預留，也就是說第n-1個結(jié)點還沒有收到第η個結(jié)點發(fā)出的RESV消息，所以當BHP消息到達η_1結(jié)點時要判斷該結(jié)點時候是否已經(jīng)收到了宿結(jié)點的RESV消息。如果有，則BHP消息直接進入下一跳；如果沒有，則BHP等待一定時長，待第n-1個結(jié)點收到RESV后再進入下一跳。而對于突發(fā)數(shù)據(jù)包，根據(jù)JET協(xié)議，當偏置時間耗盡時，邊緣結(jié)點開始沿著全光通路發(fā)送數(shù)據(jù)包。
權(quán)利要求
1.一種提高GMPLS/0BS網(wǎng)絡鏈路利用率的方法，所述GMPLS/0BS網(wǎng)絡通過在源節(jié)點和宿結(jié)點之間建立TE隧道進行資源預留，其特征在于，GMPLS控制平面建立TE隧道的過程中， 當PATH消息達到宿結(jié)點的前一個結(jié)點時，該結(jié)點就立即向源結(jié)點返回Resv消息，所述建立 TE隧道具體包括以下步驟步驟1、源結(jié)點構(gòu)造PATH消息并向下游結(jié)點發(fā)送；步驟2、PATH消息到達的結(jié)點判斷本結(jié)點的下一結(jié)點是否可達，如否，則向源結(jié)點發(fā)送一個PATHErr消息，告訴源結(jié)點通道請求失??；如是，則轉(zhuǎn)步驟3 ；步驟3、判斷本結(jié)點的下一結(jié)點是否為宿結(jié)點，如不是，則直接轉(zhuǎn)發(fā)PATH消息到下一跳；如是，則本結(jié)點生成一個Resv消息返回源結(jié)點；同時，向本結(jié)點的下一結(jié)點繼續(xù)發(fā)送 PATH消息；所述Resv消息中的源結(jié)點地址為本結(jié)點的下一結(jié)點的地址；步驟4、宿結(jié)點收到PATH請求后，向上一結(jié)點發(fā)送一個Resv消息，該Resv消息中的目的結(jié)點為宿結(jié)點的上一跳結(jié)點。
2.如權(quán)利要求1所述GMPLS/0BS網(wǎng)絡中資源預留的方法，其特征在于，所述GMPLS控制平面在源結(jié)點和宿結(jié)點之間建立TE隧道，是GMPLS控制平面根據(jù)接收到的建路請求消息Request發(fā)起的；所述建路請求消息Request由OBS邊緣結(jié)點構(gòu)造并向GMPLS控制平面發(fā)送。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高GMPLS/OBS網(wǎng)絡鏈路利用率的方法，屬于光網(wǎng)絡技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過對現(xiàn)有GMPLS/OBS網(wǎng)絡的資源預留消息機制進行改進，當PATH消息達到宿結(jié)點的前一個結(jié)點時，該結(jié)點就立即向源結(jié)點返回Resv消息，節(jié)約了最后一跳鏈路的通道請求消息和通道預留消息處理及傳輸時間，從而可減少突發(fā)數(shù)據(jù)在邊緣結(jié)點的存儲時間，提高OBS網(wǎng)絡的傳輸性能。
文檔編號H04L12/24GK102170404SQ201110147250
公開日2011年8月31日 申請日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月2日
發(fā)明者于飛, 楊帆, 梁兵, 沈建華, 程希 申請人:南京郵電大學