用于在多层传输网络中设置连接的方法和控制平面

摘要

在多层传输网络中，一种方法和相关控制平面通过考虑现有服务器层连接(14，15，16，25)的空闲资源和另外考虑目前还不存在服务器层连接的所述传输网络中的空闲资源，来选择经过传输网络的路径，从而允许基于至少一个服务器层连接(11，12，13，21，22，23，14，15，16，25，26)自动地设置客户端层连接(31，32，33，24，34，35)。该选择基于成本计算，其考虑每条链路的成本值并且进一步考虑对于其上目前还不存在可用服务器层连接的链路的附加成本值。最后，选择具有最低总成本的路径。然后建立沿其中目前还不存在具有空闲资源的服务器层连接的所述选择路径的链路上的服务器层连接(11，12，13，21，22，23，26)，并且将其用于建立所请求的客户端层连接(31，32，33，24，34，35)。

说明书

技术领域

本发明涉及电信领域，并且更特别地涉及用于在多层传输网络中自动设置连接的方法和相关控制平面。

背景技术

传输网络例如基于如在ITU-T G.707 12/2003中定义的SDH(同步数字体系)或如在ITU-T G.709 03/2003中定义的OTH(光传输体系)的网络。这里通过参考引入这两个ITU-T建议。这种传输网络具有多层复用体系，其中高层传输信号用于传输支流信号或低层传输信号，然后其可以以低速传输支流信号。因而将高层称作服务器层，并将低层称作客户端层。

例如在SDH中，传输帧被称为STM-N(N＝1，4，16，64或256)，并且可以传输N个被称作虚容器VC4的实体。VC4可以承载140Mbit支流信号或大量低阶虚容器VCn(n＝11，12，2，3)。因此，利用VC4的连接在SDH中被称为高阶通道(HOP)连接，而利用VCn(n＝11，12，2，3)的连接被称为低阶通道(LOP)连接。因而，HOP是对于作为客户端层的LOP的服务器层。更普遍地，VC4也被称作高阶VC(HOVC)，该术语也适用于称为SONET的北美SDH等效方案，即适用于SONET VC3，并且也适用于VC4(或SONETVC3)的级联，即VC4-xc，x＝4，16，64。

在基于光波长信道的波分复用的OTH中，存在有称为光信道数据单元ODUk的复用实体，其中k＝1，2或3。在光信道OCH中可以以2.5GBit/s的带宽传输一个ODU1，或者可以将四个ODU1复用到一个ODU2中，然后在光信道OCH中以10GBit/s的带宽传输该ODU2。从而ODU2是对于ODU1的服务器层。此外，ODUk可以传输适当大小的SDH STM-N。因此，ODUk可以是对于STM-N的服务器层。

尽管类似SDH和OTH网络的传输网络仍基于电路交换技术，但可以执行路由算法来根据需要动态地建立和释放连接。这种动态连接完全适于传输诸如以太网、ATM或IP的分组交换流量。因此，为了使传输网络“感知数据”，在IETF中定义了称为GMPLS(通用多协议标签交换)的新的路由协议。GMPLS不仅支持执行分组交换的设备，而且支持在时间域、波长域和空间域执行交换的那些设备。为此，使传输网络中的网元配备有GMPLS路由扩展，即由GMPLS控制器组成的分布式控制平面，该GMPLS控制器经由专用控制网络(通常为以太网)在彼此间进行通信并且通过配置它们相应关联的网元来自动地设置新连接以交换相应连接。

然而，GMPLS路由机制仅工作在单一网络层上。在多层传输网络中，对客户端层连接的请求仅当存在可以利用的服务器层连接时才会得到服务。当前正在讨论对例如用于基于SDH的以太网的多层的扩展，但该扩展需要控制平面级别上的复杂交互。这会产生通信开销并且导致复杂的恢复方案。

2005年5月30日提交的未公开的欧洲专利申请05291164描述了一种考虑多个网络层的路由方法和相关网络管理系统，在此通过参考引入。然而，由于在该解决方案中是自动地建立服务器层连接以提供客户端层连接，所以限制了运营商可以对网络中的路由施加的影响，并降低了它的流量工程能力。

因此本发明的目的在于，提供一种用于在多层传输网络中自动地设置连接的方法和相关控制平面，其产生较少的开销并且允许更有效地使用网络资源。

发明内容

下面出现的这些以及其他目的可以通过以下方式来实现：一种方法和相关控制平面，通过考虑现有服务器层连接的空闲资源和另外考虑在目前还不存在服务器层连接的传输网络中的空闲资源，选择经过传输网络的路径，来在多层传输网络中自动地设置基于至少一个服务器层连接的客户端层连接。该选择基于成本计算，考虑每条链路的成本值，并且进一步考虑对于其上目前还不存在可用服务器层连接的链路的附加成本值。最后，选择具有最低总成本的路径。然后建立沿所述选择路径的链路上的服务器层连接并将其用于建立所请求的客户端层连接，在该所述选择路径的链路中目前还不存在具有空闲资源的服务器层连接。

本发明允许以一种由不同服务器层共享的非常有效的方式使用可用带宽。此外，由于有新的路由机制，在故障情况下可以以灵活的方式使用可用带宽以为各层恢复流量。另一个优势在于，通过简单地改变成本结构，可以实现分层的路由。

附图说明

以下将参照附图描述本发明的优选实施例。在附图中：

图1表示在本实施例中由多层传输网络使用的复用体系，

图2表示在本实施例中使用的示例性网络拓扑，

图3表示在第一实施例中自动建立的第一客户端层连接，

图4表示在第一实施例中沿与第一客户端层连接相同的路由建立的第二客户端层连接，

图5表示在第一实施例中的第三客户端层连接的自动建立，

图6表示在第一实施例中沿与用于第一客户端层连接的服务器层连接相同的路由创建高层的新连接，

图7表示在第二实施例中的预配置的空服务器层连接，

图8表示在第二实施例中沿预配置的服务器层连接设置新客户端层连接，

图9表示沿与第一客户端层连接相同的路由自动创建用于第二客户端层连接的新的服务器层连接，以及

图10表示在示例性传输网络中使用的具有GMPLS路由扩展的网元的框图。

具体实施方式

本发明基于使通信开销减到最小的网络内的特定资源分配策略。基于已知的“简单化”单层解决方案，提出一种改进，允许在不产生控制平面开销的情况下更有效地使用网络资源。

在图1中示出了以下实施例中使用的复用体系。基本传输技术是2.5GBit/s或10GBit/s的OTH光信道OCH。2.5GBit/s的OCH可以传输ODU1，而10GBit/s的OCH可以传输ODU2。ODU2可以承载高达四个ODU1，或者直接承载由STM-64帧组成的SDH信号。反过来ODU1可以承载由STM-16帧建立的信号。STM-16帧可以承载高达16个VC4、四个连续级联VC4-4c或一个连续级联VC4-16c。STM-64可以承载级联VC4-64c。很明显，可选地STM-64可以承载64个单独的VC4或少量级联VC4的适当组合，但这在以下实施例中不是优选的。

在图2中示出了以下示例中使用的网络拓扑。五个网元A、B、C、D和Z通过双向链路彼此互连。特别地，在A-B、A-C、B-C、B-D、B-Z、C-D和D-Z之间存在链路。假设对于以下的示例，所有链路都是闲置的。所有节点都配备有GMPLS扩展并且具有全部相同的交换能力，即在所有端口上的HOVC、ODU1和ODU2。每个节点都可以使任何低层适配到任何高层，例如HOVC到ODU1、HOVC到ODU2以及ODU1到ODU2，而与哪个端口无关。在示例中适配规则对于每个节点都相同并且没有歧义。因此不需要特定信令。

在对新连接的请求到达例如网元A的情况下，其关联的GMPLS控制器确定至所请求的连接的终点(假设至网元Z)的路径。为此，所有GMPLS控制器存储有关网络拓扑、现有连接及其使用的信息。使用所熟知的OSPF(开放最短路径优先)协议在各个GMPLS控制器之间自动地更新并交换该信息。确定最佳路径的算法通常基于对每条路径的成本的计算并且选择具有最低成本的可用路径，即就成本而言“最短”的路径。其基本原理是，对于具体的客户端层，每条路径或每“跳”被分配某一成本值，路径的成本为沿该路由的所有链路成本之和。从而基于每条链路的成本执行路由。路由的成本可能依赖于不同的参数，诸如：

-链路的硬件特征(铜线、光纤等)；

-路径长度(以链路数目来表达)；

-链路长度(例如以用于每条线路的中继器数目来表达)；

-路径中链路的使用率；

-路径的可维护性；

-路径的可靠性；以及

-运营商驱动的路由限制，诸如VPN和链路着色(coloring)。

现有算法仅能够考虑其中已经存在基础服务器层连接的那些路径，这会导致次最优的结果，因为该算法往往使客户端层流量适应现有的服务器层。在某些情况下，在不建立新服务器层连接的情况下就不可能恢复客户流量。在其他情况下，例如在相邻网元之间建立新服务器层连接比使用基于现有服务器层连接的长迂回路由可能“更便宜”。

本发明对该情形的改进在于执行单一控制平面(即在该例中对于HOVC、ODU1、ODU2)，这允许在所有节点间共享可达性和容量信息。这意味着尽管还没有服务器层连接可用，但源节点能够知晓在网络中的所有可能的HOVC下路(drop)端口和链路。因此源节点能够找到经过该网络的空闲路径，而与所涉及的层无关。

在第一实施例中，在客户端层级别上执行网络内的交换，即在源和目的地之间的每一跳处在HOVC级别上交换HOVC、在ODU1级别上交换ODU1，等等。作为一般的规则，如果还没有设置至下一跳的服务器层资源，则将使用最小服务器级别的容器。该规则用于避免需要协商待创建的服务器层连接的类型。然而，应清楚地是，可以代替使用任何其他预定义的规则或者可以协商服务器层连接类型。

根据本发明，基于每条链路的成本执行路由，但考虑高层容量同样可用于低层连接。换言之，即使还不存在服务器层连接，算法也伪称服务器层连接可用。路由信息基于每层的可用容量。只要仅为已经存在的具有闲置容量的服务器层连接的路径选择链路，就不会增加附加成本，而成本与现有最少成本路由算法中的相同。换言之，只要算法保持在一层内，就会计算出如在现有技术的路由算法中的正常成本。然而，根据本发明，附加成本与新服务器层连接的创建相关联，例如X的成本代价。该成本代价适用于下一高层的服务器层连接，例如对于HOVC的ODU1的创建。对于在多个服务器层上(即跨多个层，例如对于HOVC的ODU2和ODU1)的多个服务器连接的创建，则成本代价将为Xn。

根据本发明，链路成本因而依赖于待建立的连接的类型。例如在请求低层连接且首先必须建立高层服务器连接的情况下的成本比在直接请求高层连接的情况下的成本会高出一个成本代价。在后一情况下，将不牵涉成本代价。

应注意到，根据本发明的成本代价值可以由运营商来指定，并且用于操纵新服务器层连接的创建。通过将X设定为无穷大值，将实现严格的分层路由。在这种情况下，当客户端层需要容量时不会触发服务器层。相反，如果将成本值设定为零，则总是使用最短的路径，而与必须创建多少服务器层连接以及因而由客户端连接消耗多少资源无关。

附加规则是，如果已经存在运营商配置的踪迹(trail)，称为“转发邻接”，则由路由算法首先使用它们，因为它们已经存在并且不需要再创建，所以没有上述的成本代价。此外，在还没有至下一跳的服务器层资源可用时，应选择在服务器层容器中最小的可用粒度(granularity)。因而，对于VC4或级联VC4-4c或VC4-16c将始终在ODU1中传输，但不直接在ODU2中传输，见图1。

基于这些规则，第一实施例描述可以如何使用图2的示例性网络拓扑来建立连接。网元A接收对于从A到Z的单个VC4的连接请求。在网元A的GMPLS控制器中执行的路由算法基于存储在其本地路由数据库中的路由信息计算从A到Z的空闲路径。

由于在图2的网络中不存在预设置的服务器踪迹，所以每条链路具有成本Xn，产生的总成本为K*Xn(K＝链路数目)。作为结果，以下述方式创建路径设置：在VC4级别上创建路径，同时在沿连接的每个节点上终结ODU2和ODU1。基于链路度量(metrics)、分层成本和节点，该路径是最短的。在建立了ODU2和ODU1连接之后，在HOVC级别上由网络节点A、B和Z执行交叉连接，以便交换经过的HOVC。

该情形在图3中示出。在网络节点A和B之间，创建ODU2连接11，并且在网络节点B和Z之间，创建ODU2连接12。在路由协议(OSPF)中这些ODU2连接被它们的终结节点(A、B以及B、Z)作为FA进行公告(advertise)。然后，使用ODU2连接11、12作为服务器层，分别在ODU2连接11、12之上建立ODU1连接21、22。在路由协议中这些ODU1连接被它们的终结节点(A、B以及B、Z)作为FA进行公告。使用这些ODU1连接21、22作为服务器层，建立STM-16帧内的HOVC连接31并且在终端节点A和Z以及中间节点B中交换在VC4级别上的交叉连接。端到端VC4连接因而存在于A和Z之间。

在这点上应注意到，还可以同时并行执行ODU2、ODU1和HOVC级别连接的创建，只要抑制在创建阶段期间由于它们的服务器层还没有准备好而从低层产生的警报，使得这些警报不会触发网络中的恢复动作即可。

在下一步骤中，提出对于从网络节点A至Z的第二VC4连接的请求，并且网元A的GMPLS控制器基于存储在其本地路由数据库中的路由信息计算另一条从A至Z的空闲路径。由于在节点A和B之间以及在节点B和Z之间已经分别存在ODU1和ODU2连接11、12、21、22，并且这些连接还没有完全饱和，所以不需要附加的链路成本。作为结果，第二路径正好使用与用于HOVC 31的路径相同的服务器层资源。网络节点A、B和Z执行在HOVC级别上的交叉连接，并因而建立新的HOVC连接32。这在图4中示出。

现在，在网络节点C处接收对于到节点Z的HOVC连接的第三请求。网元C的GMPLS控制器基于存储在其本地路由数据库中的路由信息计算从C到Z的空闲路径。经由OSPF协议，节点C的路由数据库当前被更新并且知晓服务器连接11、12、21和22。

由于ODU1和ODU2连接12、22已经存在于节点B和Z之间并且不饱和，所以已经存在从C到Z的服务器层连接的路径的子段。因此，对于该部分不需要附加的链路成本。因而在节点C和B之间以1*Xn的成本创建新的服务器层连接。对于子段B-Z，使用现有的服务器层连接。作为结果，第三路径在B-Z之间使用与路径31、32相同的服务器层资源，并且在C-B之间使用在ODU2层上的新服务器层连接13和在ODU1层上的新服务器层连接23。然后在网络节点A、B和Z中在HOVC级别之上执行交叉连接，以完成HOVC连接33。该情形在图5中示出。

接下来，第四连接请求需要从A到Z的单个ODU1。网元A的GMPLS控制器基于存储在其本地路由数据库中的路由信息计算从A到Z的空闲路径。由于已经存在ODU2连接11和12并且未饱和，所以不需要附加的链路成本。作为结果，第四路径正好使用与路径31和32相同以及与路径33部分相同的ODU2层资源。网元A、B和Z在ODU1级别上执行交叉连接并且完成ODU1连接24。

该第一实施例表示基于本地可用资源如何来建立连接。作为结论，应注意到，上述方法和路由算法能够基于成本自动地一次触发多层连接。当基于成本创建客户端层路径时，消耗最少的服务器层资源，并且自动地创建单跳服务器踪迹。

现在在第二实施例中说明本发明的其他方面，该第二实施例使用图2所示的相同网络拓扑。

第一实施例的限制是自动创建的连接不触发多跳服务器踪迹而只触发单跳服务器踪迹。如果产生多跳服务器踪迹(称为转发邻接(FAs))通常更有效，但创建它们的策略会变得更复杂。以下将基于运营商设置的多跳转发邻接是最优的期望，提出简化策略。

该改进的一般规则是，如果在源和目的地节点A-Z之间存在直接的转发邻接，但其不具有闲置容量，则沿相同的链路创建附加的服务器踪迹。沿这些链路，应用与针对第一实施例所描述的相同的成本度量。然而，如果新服务器踪迹不能使用相同的路由，则可以应用不同的策略，例如：

-立刻拒绝连接请求。

-忽略对应于现有转发邻接的链路限制并试图基于任何其他可用链路建立服务器踪迹。

-应用来自第一实施例的基于单跳的策略。

以上方法的组合也是可以的。

在第二实施例中，假设运营商希望为不遵循最短路径的在A-Z之间的HOVC连接分配特定ODU1踪迹。因而发出对从A经C和B到Z的单个ODU1的连接请求。节点A和Z内的端点将分别连接到HOVC交换构架。节点A的GMPLS控制器中的路由算法基于可用路由信息计算沿运营商定义的路由A-C-B-Z的空闲路径。由于还不存在ODU2连接(见图2)，所以对于沿该路由的每条链路都需要附加的链路成本X(总成本＝k*X)。将自动地创建几个单跳ODU2段来容纳ODU1踪迹。最后，在节点C和B中在ODU1级别上执行交叉连接。所得到的ODU1连接25和ODU2段14、15和16在图7中示出。新HOVC连接现在必须使用预配置的服务器层连接25。

然后假设对从A到Z的级联VC4-16c的连接请求发生在网络节点A处。对应GMPLS控制器中的路由算法基于可用路由信息计算从A到Z的空闲路径。由于ODU1和ODU2连接25、14、15、16已经被预设置(见图7)并且未饱和，因此不需要附加的链路成本。作为结果，HOVC路径将正好使用由运营商定义的ODU1连接25的预设置的服务器层资源。仅需要在网络节点A和Z中在HOVC级别上执行交叉连接。该情形在图8中示出。

最后，假设发生对从A到Z的第二级联VC4-16c的第三连接请求。再一次，对应GMPLS控制器中的路由算法基于可用路由信息计算从A到Z的空闲路径。存在ODU1级别上的从A到Z的转发邻接25，但由于其被占用而不能使用。根据第二实施例的改进，使用与现有转发邻接相同的路由创建另一个ODU1转发邻接26。由先前邻接25使用的ODU2连接14、15、16的成本为零，因为已经存在这些连接。作为结果，新ODU1踪迹26正好使用与由设置的ODU1踪迹25所定义的相同的服务器层资源。在网络节点C和B中在ODU1级别上执行交叉连接，以完成转发邻接26。在HOVC级别上，网络节点A和Z执行交叉连接并将该HOVC映射到所创建的ODU1踪迹26。因而建立新的HOVC连接26。

第二实施例中的方法和路由算法能够基于成本自动一次地触发多层连接，并且遵循任何预设置的服务器层踪迹，只要足够的资源可用(＝最便宜的路径)。当基于成本创建客户端层路径时消耗最少的服务器层资源，并且不管何时预设置踪迹用尽都能够创建依客户端请求所触发的多跳服务器踪迹。此外，从它们使用与运营商设置的流量工程转发邻接相同的资源的意义上讲，自动设置的多跳服务器踪迹是最优的。通过将用来建立服务器层踪迹的成本设定为无穷大值，可以密切地控制自动设置的交叉层。

应注意到，上述实施例仅是本发明的非穷举性示例，对于本领域技术人员而言，本发明的各种修改和替代将是显而易见的。例如，可以使用链路着色代替使用现有转发邻接(FA)作为用于建立自动FAs的“导向”。链路着色是路由中的一种机制，其允许定义某些虚拓扑以限制路径搜索算法。由运营商为每条链路指定颜色并且可以使用该颜色作为限制，例如作为一项规则来仅使用“红色”链路建立路径。可以为转发类型指定颜色，使得例如可以将标记为“红色”的OTH链路用于由客户端所触发的自动建立，而不允许使用“蓝色”链路。这样，源节点将试着对于需要建立服务器踪迹连接的路径，仅使用“红色”链路。

另一种修改为对于层转变允许动态成本代价。例如，服务器层的第一创建会比第二创建便宜等等。第二或更多的层转变也可以通过将用于第二转变的成本代价设定为无穷大值来禁止。

为了完整起见，在图10中示出了在GMPLS增强型传输网络中的网元的示意性框图。它包括多层交换设备110和GMPLS控制部分120。该交换设备110包含ODU2交换架构111、ODU1交换架构112、HOVC交换架构113、具有一个或多个ODU2接口的ODU2接口板114和115、具有一个或多个ODU1接口的ODU1接口板116和117以及具有一个或多个STM-N接口的STM-N接口板118和119。交换构架111、112、113分别与对应的接口板114、115、116、117、118、119相连接，并且彼此互连以允许在所有层上互连。GMPLS控制器120包含处理器121、具有路由软件的RAM、存储有关网络的路由和拓扑信息的路由数据库123以及用于经由专用数据网络与其它GMPLS控制器进行接口连接的以太网接口124。GMPLS控制器控制交换设备110的交换架构配置和I/O配置。

应注意到，对于本领域技术人员而言，对该通用网元设计的各种修改将是显而易见的。例如该网元可以用于仅有两级的复用或可以用于其它级别诸如SDH LOVC和HOVC或者HOVC和以太网或者传输协议的任何其它适当组合。网元可以附加地具有支流信号接口，诸如PDH(准同步数字体系)、ATM、以太网或其它数据接口。此外，本领域技术人员将明白，该网元包括并入到I/O和/或矩阵组件中的复用和映射功能。