用于光突发交换网络的串行组播模块及其实现方法

摘要

本发明公开了一种用于光突发交换网络的串行组播模块及其实现方法。该串行组播模块包括光分路器、光纤延迟线、1×2光开关、功率补偿器件；其中，光分路器与1×2光开关相连接，并通过功率补偿器件与光纤延迟线相连接；光纤延迟线与1×2光开关相连接。本串行组播模块利用光纤延迟线的存储以及1×2光开关的控制实现循环，以串行输出方式实现单端口对多端口的输出。本发明不仅能够以恒定功率和串行方式实现单端口对任意多端口的输出，而且也可以实现服务质量保证，有效地解决光突发交换网络中的组播数据传输问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于光突发交换(OBS)网络的串行组播模块及其实现方法，尤其涉及一种利用光纤延迟线(FDL)和光分路器实现的、能够完成光突发交换网络中组播数据包存储转发过程的串行组播模块及其实现方法，属于光交换网络技术领域。

背景技术

因特网流量快速增长，促使人们加快了对波分复用(WDM)传输和光交换技术的深入研究。IP网络的发展趋势和光技术的先进性使WDM成为下一代因特网的基础。在以因特网业务流量为主的优化IP光网络中，光交换网络就成为下一代光因特网的核心技术之一。

目前，光网络中的交换技术主要有三种：光路交换(OCS，OpticalCircuit Switching)，光分组交换(OPS，Optical Packet Switching)，光突发交换(OBS，Optical Burst Switching)。其中，光路交换技术的协议机制相对简单、技术成熟、易于实现，但它类似于电路交换机制，并不适合于持续增长且变化无常的因特网传输。光分组交换技术在带宽利用率、延时和适应性等方面比较好，但它的实现比较复杂，还需经过多年的研究才能得以应用。

光突发交换(OBS)技术作为从电路交换到分组交换的过渡技术，兼有OCS和OPS的优点，同时又避免了它们的不足，已引起了越来越多人的注意。在OBS技术中，通过控制与数据在时间和空间上的分离，控制突发分组提前发送，并在中间节点经过电信息处理，从而为数据突发分组预留相应的资源。而数据突发分组随控制突发分组之后传送，在中间节点通过预留好的资源直通，无需光/电/光处理。同时它具有延时小(单向预留)，带宽利用率(统计复用)，效率高，交换灵活、数据透明、交换容量大(电控光交换)等特点。因此，OBS网络主要应用于不断发展的大型城域网和广域网，它可以支持传统业务，如电话、SDH、IP、FDDI和ATM等，也可以支持未来具有较高突发性和多样性的业务，如数据文件传输、网页浏览、视频点播、视频会议等业务。

随着视频点播(VOD)、远程教学、新闻发布、网络电视等多媒体业务快速普及，组播功能日益重要起来。但是，在OBS网络中实现组播功能仍然是一个需要进一步研究的课题。为了实现组播，光开关矩阵和交换控制单元都必须具备组播能力，且二者之间必须能有效地协调。通常情况下，组播数据在分支节点处的转发过程为：存储—＞复制—＞转发，这对于缺少对应的存储系统的OBS技术而言无疑实现起来是非常有难度的。现有的实现方法是采用一种单端口入对多端后出的一次性转发方法。但这种方法不仅无法实现组播业务的服务质量保证，而且因功率分配等问题，在硬件实现上也有一定的难度。

公开号为CN1595909的中国发明专利申请“光突发交换环网中基于重传确认机制的轮询持续组播协议”公开了一种用于光突发交换环网中基于重传确认机制的轮询持续组播协议。轮询持续组播协议支持可靠业务，通过重传和确认机制来获得可靠性；调度器对组播队列采取轮询方式进行处理；当有多个数据包到达目的节点时，目的节点从多个数据包中随机选择一个进行接收；节点对不能进行接收的突发包进行标记，当组播地址中的一个或多个节点未接收到源节点发送的数据包，则源节点将对数据包进行重传，保证了组播地址中的所有节点都能收到数据。该发明可以降低协议的复杂度，利用最少的控制使协议简单化，增进了网络的可扩展性，提高了网络的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用光纤延迟线(FDL)和光分路器实现的、能够完成光突发交换网络中组播数据包存储转发过程的串行组播模块及其实现方法。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种用于光突发交换网络的串行组播模块，其特征在于：

所述串行组播模块包括光分路器、光纤延迟线、1×2光开关、功率补偿器件；

其中，所述光分路器与所述1×2光开关相连接，并通过功率补偿器件与光纤延迟线相连接；

所述光纤延迟线与所述1×2光开关相连接；

所述串行组播模块利用所述光纤延迟线的存储以及所述1×2光开关的控制实现循环，以串行输出方式实现单端口对多端口的输出。

其中，所述光纤延迟线为固定延迟光线延迟线或可变延迟光纤延迟线中的任一种。

所述光纤延迟线的最大延迟时间大于所应用的光突发交换网络中的最大突发包的发送时间。

所述1×2光开关用于实现所述光分路器的输入端与所述光纤延迟线的输出端或整个模块的光信号输入端之间的选择连接。

一种用于光突发交换网络的串行组播方法，基于上述的串行组播模块实现，所述串行组播模块包括光分路器、光纤延迟线、1×2光开关、功率补偿器件；所述光分路器与所述1×2光开关相连接，并通过功率补偿器件与光纤延迟线相连接，所述光纤延迟线与所述1×2光开关相连接，其特征在于：

(1)组播数据突发分组到达分支节点时，1×2光开关将组播模块的入端口与光分路器的入端口相连，使组播数据突发分组进入组播模块；

(2)在组播数据突发分组最后一个bit进入组播模块以后，所述1×2光开关将光纤延迟线的输出端口与该光分路器的输入端口相连；

(3)通过所述1×2光开关的控制实现由所述光分路器、功率补偿器件、光纤延迟线以及1×2光开关构成的回路，循环输出所述组播数据突发分组。

其中，在传送所述组播数据突发分组之前，利用提前一个偏置时间发送的控制突发分组实现资源预约。

所述资源预约具体包括如下步骤：

(1)组播控制突发分组到达分支节点，该节点首先提取其中的偏置时间以及数据突发分组的长度信息；

(2)所述节点根据所述信息预约本节点的组播模块，若预约失败，该节点便会向源节点返回失败信息；若预约成功，它从数据突发分组到达的时刻开始，以所述光纤延迟线的延迟时间为长度，依次对各个下游路径进行资源预约；

(3)当成功地在一条下游路径上实现资源预约时，所述节点复制一个组播控制突发分组，修改其相应信息，并沿该下游路径的控制波长将其转发至下游节点。

当第n次输出无法实现资源预约时，本地节点将继续执行第n+1次输出的资源预约，直到所有m条下游路径的资源预约全部完成。

本发明所提供的光突发交换网络串行组播模块及其实现方法不仅能够以恒定功率和串行方式实现单端口对任意多端口的输出，而且也可以实现服务质量保证，有效地解决光突发交换网络中的组播数据传输问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1为OBS组播模块结构图。

图2为光突发交换串行组播控制协议资源预约流程图。

图3为组播树示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所提供的利用光纤延迟线(FDL)和光分路器实现的OBS组播模块主要包括光分路器、固定/可变光纤延迟线FDL、1×2光开关以及功率色散补偿器件(EDFA)等几部分。其中，光分路器与上述1×2光开关相连接，并通过功率补偿器件与固定/可变光纤延迟线FDL相连接。同时，固定/可变光纤延迟线FDL也与该1×2光开关相连接。光分路器作用在于实现光信号的复制，它将入射光信号按功率一分为二。光纤延迟线用于实现光信号的缓存，它可以是固定延迟光线延迟线，也可以是可变延迟光纤延迟线。但无论哪一种，其最大延迟时间都必须大于所应用的光突发交换网络中的最大突发包的发送时间(这里的发送时间是指突发包从发送第一个bit开始至最后一个bit发完的时间)。也就是说，在最大突发包光信号的第一个bit离开光纤延迟线之前，其最后一个bit已进入光纤延迟线。1×2光开关用于实现光分路器的输入端与光纤延迟线的输出端或整个模块的光信号输入端之间的选择连接。功率色散补偿器件用于弥补光信号经光分路器之后的功率损失。

上述的OBS组播模块利用光纤延迟线的存储以及1×2光开关的控制实现循环，以串行方式每次输出一个突发包。它采用顺序输出的方式实现单端口对多端口的输出，从而实现组播功能。下面，就对该组播模块实现组播的具体过程予以详细的说明。

由于光突发交换技术采用单向资源预约方式，利用提前一个偏置时间发送的控制突发分组实现资源预约，因此在使用上述组播模块实现网络组播时，必须有一个相应的控制协议。该协议被称之为光突发交换串行组播控制协议(Optical Burst Switched Serial Multicast Control Protocol，OBS-SMCP)。

参照图2所不，其资源预约的具体流程如下：当组播控制突发分组到达分支节点时，该节点将首先提取其中的偏置时间以及数据突发分组的长度信息。由此便得到了该组播数据突发分组的到达时间以及离开时间(这一步骤与传统的JET协议下的单播机制是相同的)。然后根据这些信息预约本节点的组播模块，若预约失败，本节点便会向源节点返回失败信息。若预约成功，它将从数据突发分组到达的时刻开始，以所述光纤延迟线的延迟时间为长度，依次对各个下游路径进行资源预约。由于已成功实现光信号存储转发系统的资源预约，因此，无论它是由固定延迟FDL还是可变延迟FDL构成的，第二个以及后续的组播数据突发分组的输出时间和结束时间都是已知的，即第n个组播数据突发分组的输出时刻T_n为T_n＝T₀+t_offset+(n-1)×t_FDL。其中，T₀为当前时刻，t_offset为到达的组播控制突发分组中的偏置时间信息，t_FDL为光纤延迟线的延迟时间。由此本地节点便可根据该光信号复制系统中每个数据突发分组的输出时刻以及其他的相关信息依次完成其他下游路径的资源预约。当成功地在一条下游路径上实现资源预约时，本地节点将复制一个组播控制突发分组，修改其相应信息(包括偏置时间，输出波长等)，并沿该下游路径的控制波长将其转发至下游节点。需要说明的一点是，当第n次输出(n＜m，m为下游路径的总数)无法实现资源预约时，本地节点将继续执行第n+1次输出的资源预约，直到所有m条下游路径的资源预约全部完成。

从上面的分析可以看出，在这种使用FDL的组播模块中，只要能够实现组播模块本身的资源预约，就一定能够成功地完成组播数据突发分组在本节点的转发，这无疑大大提高了组播的成功率。在完成组播数据突发分组的预约以后，当组播数据突发分组到达该分支节点时，1×2光开关将组播模块的入端口与光分路器的入端口相连，使组播数据突发分组进入组播模块。在组播数据突发分组最后一个bit进入组播模块以后，1×2光开关将光纤延迟线的输出端口与该光分路器的输入端口相连，组播数据突发分组开始循环输出。同时，根据先前到达的组播控制突发分组实现的资源预约，利用节点的交叉矩阵将组播模块的输出按顺序与各个下游分支路径输出端口连接，即可完成向各个下游分支的输出。

下面结合图3所示的组播树，具体介绍基于OBS-SMCP协议的资源预约及组播实现过程。

一.OBS-SMCP协议的资源预约过程

1.组播控制突发分组M-BCP从S节点(源节点出发)经A节点到达C节点(假定A节点处成功完成资源预约)；

2.C节点读取M-BCP中的相关信息。包括源节点地址(SRC-addr)，组播组号(MG-ID)，上游路径的波长号(Wavelength-ID)，偏置时间t_offset，组播突发数据包长度L。

3.C节点根据以上信息预约组播模块资源。其中，组播模块的预约开始时间为T_n＝T₀+t_offset。即，若组播模块在该时刻及以后的时间内没有被其他组播突发数据分组预约，则预约成功。否则，预约失败。若预约失败，丢弃控制突发分组，向源节点返回失败消息，结束。若成功，则继续执行步骤4。

4.计数器i清零，n＝1。

5.对组播模块输出的第n个组播数据包进行下游路径上的资源预约。若i＝m，则执行步骤6。否则，顺序查找组播树上的预约未完成的各个下游路径是否能够进行预约。若未找到，则n＝n+1，重新执行步骤5。若成功找到一个，则预约该条路径上的资源。同时在组播下游分支列表中标记该下游路径为预约已完成。复制缓存的组播控制突发分组，修改其中的Wavelength-ID，t_offset’。其中，Wavelength-ID为成功预约的波长的ID，t_offset＝t_offset+(n-1)×t_FDL。并将其经相应的下游路径的控制波长转发至下游组播节点。i＝i+1，n＝n+1。重新执行步骤5。

6.组播预约结束。丢弃缓存的原有组播突发控制分组。

二.组播实现过程

1.组播数据突发分组到达C节点后，送入组播模块。

2.组播数据突发分组完全进入组播模块以后，立即更改1×2光开关，完成光纤延迟线输出端与光分路器的输入端的连接，开始串行循环输出。

3.输出完毕，再次更改1×2光开关，完成组播模块输入端与光分路器的连接。

通过上述的步骤，即可实现光突发交换(OBS)网络中，组播数据包的串行存储转发过程。由于采用串行输出方式，规避了组播数据在组播树分支节点处的多端口并行输出时存在的一些问题，并可以通过有效的调度机制实现组播业务中的服务质量(QoS)保证。本串行组播实现方法可以用在环型、星型、网孔型等任何形式的网络中。同时，本实现方法亦可用于未来的光分组交换网络中。

上面对本发明所述的用于光突发交换网络的串行组播模块及其实现方法进行了详细的说明，但本发明的具体实现形式并不局限于此。对于本技术领域的一般技术人员来说，在不背离本发明所述方法的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。