光突发交换网络中区分业务的实现方法

摘要

本发明公开了一种光突发交换网络中区分业务的实现方法，它涉及通信系统或光纤通信领域中的DSH信令协议的连接建立机制技术。本发明对于电路仿真实时业务，DSH信令根据用户高层呼叫请求消息，在核心结点中完成对波长信道的时隙分配，建立OBS网络中端到端虚通路，呼叫持续中保持虚通路连接。波长信道被划分为多个时隙单元，每个呼叫周期性占用，多个呼叫时分复用共享一个波长信道。核心结点采用时隙异步交换机制，不使用复杂的光同步装置。对非实时业务，仍采用JET信令。本发明具有解决DB高丢失率及低波长利用率等特点，特别适用于OBS网络中高效率地实现电路仿真实时业务的交换与传输技术。

说明书

技术领域

本发明涉及通信系统或光纤通信领域中的一种光突发交换网络中区分业务的实现方法，特别适用于一种实现光突发交换(OBS，OpticalBurst Switching)网络中DSH(Differential Service Hybrid，区分业务混合)信令协议的连接建立机制，主要解决了在OBS网络中高效率地实现电路仿真实时业务的交换控制与传输技术。

背景技术

互联网的迅猛发展导致了网络中数据业务显现爆炸式的增长，因此对高速宽带网络的交换和传输方面提出了更高的要求。波分复用(WDM)技术的发展和成熟使得在一根光纤中可以同时容纳数百个波长信道，而每个波长信道速率可高达几十甚至上百G比特，这样在大容量的中间交换节点实现全光交换已经成为可能，于是提出了下一代光互联网(IP over WDM)的概念。基于传统电域中的交换技术，目前在光域中实现与正在研究的主要光交换技术有三种，即光路交换，简称OCS(Optical Circuit Switching)，光分组交换，简称OPS(Optical Packet Switching)和光突发交换，简称OBS(Optical BurstSwitching)。其中OBS结合了OCS和OPS的优点，又克服了二者的不足，并且易于实现，能很好地支持突发业务。

OBS网络是由多个边缘结点，简称EN(Edge Node)路由器和核心结点，简称CN(Core Node)路由器所组成的。参见图1，图1是OBS网络拓扑结构示意图。源EN可以将输入的具有相同目的边缘地址的多个分组业务数据包组装成一个较长的数据突发，简称DB(DataBurst)，同时生成一个相应的、较短的突发控制分组，简称BCP(BurstControl Packet)。每个BCP中包含有DB在OBS网络中传输交换所必需的一些控制信息，如源和目的边缘结点地址、偏移时间(offsettime)、DB长度/持续时间、服务质量要求，简称QoS(Quality ofService)、存活时间，简称TTL(Time-To-Live)和波长信道编号及路由信息等。当DB组装完毕之后，源边缘结点首先在控制波长信道上向下游的核心结点发送一个BCP分组。BCP到达相邻核心结点时经过光电变换后在电域内得到处理，并根据其内所包含的信息为对应的DB预约波长信道，设置CN内部的光交换矩阵。如果波长信道预约成功，则该BCP将被转发至下游CN，重复上述预约过程，直到目的边缘结点。如果预约失败，该BCP将被丢弃。经过一个设定的偏移时间(offset time)之后，源EN再将DB经数据波长信道发往该核心结点而不必等待目的边缘结点反馈关于预约光路的波长分配确认消息。这就是所谓的单向预约机制。这样DB就可以以光信号形式直接通过核心结点完成DB交换而不必经过光缓存，在BCP所预约的数据波长信道上传输，实现了OBS网络内的全光交换。但是，OBS这种单向预约机制却造成了多个DB在核心结点的竞争，导致DB丢失率较高。

在OBS网络中最重要的协议是信令控制协议。根据结点对DB数据波长信道的4种建立和释放方式，即明确建立与明确释放、明确建立与估计释放、估计建立与明确释放、估计建立与估计释放，主要有三类信令控制方案：RFD(Reserve-a-Fixed Duration)、TAG(Tell-and-go)和IBT(In-Band-Terminator)。经过改进后较实用的信令协议有：TAW(tell-and-wait)、JET(Just-enough-Time)和JIT(Just-in-time)等。其中，TAW是一种双向信令协议方式，实现简单，它基本上采用了OCS交换系统的信令方式，是一种显式建立、显式释放方法，适合于对时延不敏感的非实时性业务。但是由于建立和拆除波长信道链路的时间太长，使得DB对波长信道的总占用总时间太长，而且随着距离或跳数的增加，波长信道的无效占用时间越来越长，导致系统的波长利用率太低，端到端的时延太大。所以它不适用于大量的突发数据业务的传输与交换。但是，TAW却能够保证端到端可靠连接情况下DB的无丢失可靠传输。JIT是一种基于TAG方案的单双向信令相结合的一种混合信令协议方式，是Wei，J.Y等人在论文“用于光突发交换网络的JIT信令”(Journal of Lightwave Technology，Vol.18(12)，2000，pp2019-2037)中提出的。它采用估计建立、显式释放方法，以估计时间建立波长链路和显示拆除链路方式来实现对OBS网络中各核心结点中波长信道的控制，实现DB端到端的传输。但是JIT对于结点的操控要求太高，实现较困难，并且存在DB高丢失率问题。JET协议由M.Yoo等人在论文“Just-Enough-Time(JET)：A HighSpeed Protocol for Burst Traffic in Optical Networks”(IEEE/LEOSTechnologies for a Global Information Infrastructure，1997，pp26-27)中提出，是一种基于RFD方案的单向信令协议方式，而RFD是TAG的一种改进形式。JET是目前在OBS网络研究中最广泛采用的一种信令协议。JET采用估计建立、估计释放方法，适合于突发数据业务的传输与交换。虽然JET波长调度实现简单，对结点的操控容易，有较高的波长信道利用率，DB端到端的时延较小，适合于对DB丢失不敏感的突发业务，可以进行简单的区分服务，但是也无法解决因DB竞争而造成的DB高丢失率问题。所以JET不适合于具有恒定比特率的电路仿真实时业务。

发明内容

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种在光突发交换网络中创建了一个无论是实时(电路仿真)业务还是非实时(数据)业务都能适应的环境，改善OBS网络的QoS性能的光突发交换网络中区分业务的实现方法。本发明具有解决DB高丢失率及低波长利用率等特点，特别适用于OBS网络中高效率地实现电路仿真实时业务的交换与传输技术。

本发明的方法是将TAW和JET改进并相结合以形成一个新的信令协议，即区分服务混合信令协议(DSH，Differentiated Service HybridSignaling Protocol)。它从根本上改进了现有OBS网络的信令体系结构。DSH混合信令中包含两类信令，即JET信令和改进的TAW信令。后者称为TDMOCS(Time Division Multiplexing OCS)信令。这种新信令的基本原理是：在OBS网络中根据用户高层的呼叫请求消息，通过双向预留资源的TAW协议为实时业务(如，TDM、多路数字话音、视频等)建立端到端的，以时隙为单位的虚通路(VC，VirtualChannel)，并在该呼叫持续时间内对周期性发送的实时业务DB保持预留的波长信道时隙资源。它使OCS系统中的呼叫在保持期间内独占波长信道方式改变为多个呼叫对波长信道的时隙共享方式，即实现了多个实时业务对同一波长信道的时分复用。TDMOCS不仅可以保证实时业务的端到端无损传输与交换，而且还能通过时分复用的方式有效地提高OBS网络的波长利用率，改善OBS网络的QoS性能。对于非实时业务，仍然采用单向预留资源的JET协议。

本发明的目的是这样实现的，它包括步骤：

①当业务到达输入边缘结点时，业务分类器将各种业务进行筛选，电路仿真实时业务和非实时突发数据业务被分别送入相应的数据突发组装器，根据不同的组装策略将它们组装成DB并送入缓冲器中等待排队处理和调度输出，其中DB为数据突发；

②对于非实时业务，边缘结点按照JET信令方式首先发送突发控制分组BCP，在偏移时间之后资源预留器发出对应的DB，下游的核心结点按照BCP的要求为随后到达的DB预留波长信道，其中BCP为突发控制分组；

③对于实时业务，边缘结点BCP控制器完成呼叫信令的产生及处理，记录和管理结点中已经存在的所有呼叫的状态，当一个实时业务呼叫结束后，删除该呼叫的所有信息，当端到端虚通路建立之后，资源分配器在调度器的控制下，在确定的时刻周期性地将实时业务DB从边缘结点发出；

④源边缘结点收到实时业务的呼叫时，该结点沿控制波长信道发出一个连接建立消息BCP，沿途通知下游各核心结点准备为随后的实时业务DB在数据波长信道中按照该BCP消息中波长信道编号、DB长度、发送周期的要求建立虚通路，寻找并预留周期性的时隙资源；

⑤当目的边缘结点成功收到连接建立消息BCP时，它将从空闲的时隙单元集内选定一个时隙单元信道，并向源边缘结点反馈一个证实消息以通知呼叫发出者，虚通路已建立，可以开始传送业务；

⑥当源边缘结点组装完该实时业务的第一个DB后，它将在预定的时刻发出虚通路启用消息BCP，沿途通知下游各核心结点按要求启用虚通路，如果发生竞争，作为最高优先级它可以强占低优先级，即非实时业务，DB已经预约或正在使用的波长信道；

⑦源边缘结点将按照被接收的实时业务到达的顺序将其组装成n个固定长度的DB，启用消息BCP发出之后，经过一定的偏移时间，源边缘结点将沿着已经启用的虚通路发出第一个数据突发DB-1，随后按周期T依次调度发出所有的数据突发DB-2，DB-3，....，DB-n，目的结点每收到一个DB后将通过控制波长信道向源边缘结点反馈一个确认消息，其中n为自然数；

⑧多个被接受的实时业务所分别周期性占用的时隙单元按照时分复用的方式共享同一个波长信道；

⑨源边缘结点收到实时业务的高层呼叫释放消息后，随即产生一个释放消息BCP，经中间核心结点向目的边缘结点传送，沿途拆除本次呼叫的虚通路，释放该呼叫所占用波长的时隙信道资源；

实现光突发交换网络中的区分业务。

本发明相比背景技术具有如下优点：

为了克服OBS网络中单纯使用TAW和JET信令的缺陷，将二者改造并相结合，使得在OBS网络中能同时存在两种信令分别对应处理不同的业务。这样就可以使得OBS网络在适应突发业务的基础上也能很好地适应电路仿真实时业务。具体的讲，就是将波长信道划分为不同的时隙虚通路，这样多个实时业务就可以以时分复用的方式实现对一条波长信道的复用，而且在该呼叫持续期间保持所建立的虚通路的连接。这种方式不仅能保证呼叫期间内实时业务的无损传输与交换，而且还能提高系统的波长信道利用率。

本发明DSH信令实现的是OBS网络内的异步交换，它不需要在核心结点处设置复杂的、以光纤延迟线为主所组成的光同步装置进行同步的时隙交换，所以能够降低设备成本，制造简单。

附图说明

图1是OBS网络拓扑结构示意图。

图2是本发明适用于DSH信令的边缘结点内部结构示意图。

图3是本发明DSH区分服务混合信令协议流程图。

图4是本发明DSH系统中波长信道上虚通路的时分复用示意图。

图4中，为了简化分析，假设被接受的每个呼叫(如对应DB-1，DB-2，...，DB-k，...，DB-m所示的m个呼叫)在其保持期间THOLD内的各DB发送速率相等，故各DB的发送周期T亦相同，在每个周期T内每个呼叫仅占用一个固定的时隙，长度为δ，则每个呼叫内的所有信息将被组装为N个DB传输。理想状态下，理论上每个波长信道可以被划分为m个时分复用的时隙虚通路，即一个波长信道可以同时容纳(复接)m个电路仿真业务的呼叫。若各呼叫的发送速率不相等，但为倍数的关系，则以最小的时隙为准，其他被接受的呼叫可以同时占用多个时隙单元。

图5是本发明DSH系统中信令对端到端虚通路的分配示意图。

图5中当OBS网络中的各CN结点都配备了波长转换器时，对于一个电路仿真业务的DB可以选择同一波长(λ₁)信道上的时隙(VC1)进行传送，也可以选择不同波长(λ₁、λ₃、λ₂)信道上的时隙(VC2)进行传送。这样，可以利用LAUC或LAUC-VF等调度算法来分配波长信道，从而提高系统内部波长信道的利用率，并且有效地改善实时业务的呼损率。

图6是本发明适用于DSH信令系统的核心结点内部结构示意图。

图6中为了提高波长利用率效率及降低实时业务的呼损率，在核心结点中可以配置全波长转换器。DSH信令在建立虚通路和JET信令在为DB预约波长信道的过程中必须要首先确定结点的输出端口和波长信道。BCP控制器根据DSH信令和JET信令分别为实时业务呼叫保持过程中所设定的DB波长时隙占用时间和非实时业务DB所预约的波长保持时间对光交换矩阵进行设置与控制，实现波长信道的分配。非实时业务DB的调度可以采用LAUC/LAUC-VF，HORIZEN等策略。一旦波长预约失败，则丢弃该DB。由于虚通路为实时业务DB确保了波长信道时隙的周期性分配，所以呼叫保持过程中实时业务DB不会丢失。

图7是本发明DSH信令通用消息格式示意图。

本发明DSH信令中主要包括SETUP_BCP、START_BCP、RELEASE_BCP、FAIL、CON_ACK和DB_ACK等六种消息。

图7中，Source Add.为源(边缘)结点地址；

Dest.Add.为目的(边缘)结点地址；

Type为信令消息类型；

CoS为呼叫的优先级别(在多个电路仿真业务之间也可以分为不同等级)；

Call No.为每个呼叫的编号；

Offset time为偏移时间，仅用于Start_BCP消息中，通知沿途各核心结点本次呼叫的第一个DB的到达时刻；

Burst Length为呼叫保持过程中电路仿真业务DB的长度；

DB Ch.No.为该呼叫中DB被分配的波长信道时隙编号及其重复周期T。

具体实施方式

参照图2至图7，本发明包括步骤如下：

①当业务到达输入边缘结点时，业务分类器将各种业务进行筛选，电路仿真实时业务和非实时突发数据业务被分别送入相应的数据突发组装器，根据不同的组装策略将它们组装成DB并送入缓冲器中等待排队处理和调度输出。

本发明实施例业务分类参见图2所示，图2是本发明适用于DSH信令的边缘结点内部结构示意图。边缘结点输入的各种业务首先经过业务分类器的筛选。电路仿真实时业务和非实时数据业务被分别送入相应的DB组装器中，根据不同的组装策略将它们组装成DB并送入缓冲器中等待排队处理和调度输出。

②对于非实时业务，边缘结点按照JET信令方式首先发送控制分组BCP，在偏移时间之后资源预留器发出对应的DB，下游的核心结点按照BCP的要求为随后到达的DB预留波长信道。

③对于实时业务，边缘结点BCP控制器完成呼叫信令的产生及处理，记录和管理结点中已经存在的所有呼叫的状态，当一个实时业务呼叫结束后，删除该呼叫的所有信息，当端到端虚通路建立之后，资源分配器在调度器的控制下，在确定的时刻周期性地将实时业务DB从边缘结点发出。

④源边缘结点收到实时业务的呼叫时，该结点沿控制波长信道发出一个连接建立消息BCP，沿途通知下游各核心结点准备为随后的实时业务DB在数据波长信道中按照该BCP消息中波长信道编号、DB长度、发送周期的要求建立虚通路，寻找并预留周期性的时隙资源。

本发明实施例建立虚通路，当电路仿真业务的呼叫到达源边缘结点时，该结点沿控制波长信道发出突发控制分组SETUP_BCP消息，并沿途通知下游各核心结点准备为随后的DB在数据波长信道中按照SETUP_BCP消息中的要求(如波长信道编号、DB长度、发送周期T等)建立虚通路，寻找并预留周期性的时隙资源。若中间结点或链路故障或无可用资源，则向源边缘结点反馈FAIL消息，沿途取消虚通路的预定并通知呼叫发起者：拒绝此次呼叫。

当SETUP_BCP消息成功到达目的边缘结点时，它将向源边缘结点反馈CON_ACK证实消息以通知呼叫发出者：虚通路已建立，可以开始传送业务。如果在规定的TTL时间内源边缘结点未能收到CON_ACK消息，则源边缘结点通知呼叫发出者：拒绝此次呼叫。

⑤当目的边缘结点成功收到连接建立消息BCP时，它将从空闲的时隙单元集内选定一个时隙单元信道，并向源边缘结点反馈一个证实消息以通知呼叫发出者，虚通路已建立，可以开始传送业务。

本发明实施例虚通路连接建立证实，当SETUP_BCP消息成功到达目的边缘结点时，它将向源边缘结点反馈CON_ACK证实消息以通知呼叫发出者，虚通路已建立，可以开始传送业务。如果在规定的TTL时间内源边缘结点未能收到CON_ACK消息，则源边缘结点通知呼叫发出者，拒绝此次呼叫。

⑥当源边缘结点组装完该实时业务的第一个DB后，它将在预定的时刻发出虚通路启用消息BCP，沿途通知下游各核心结点按要求启用虚通路，如果发生竞争，作为最高优先级它可以强占低优先级，即非实时业务，DB已经预约或正在使用的波长信道。

本发明实施例启用虚通路，当源边缘结点接收到电路仿真业务并组装完第一个DB后，它将在预定的时刻发出START_BCP消息，沿途通知下游各核心结点按要求启用虚通路。如果发生冲突，作为最高优先级它可以强占低优先级(非实时业务)DB已经预约或正在使用的波长信道。需要说明，在此之前尽管已预约了波长信道的时隙资源，但并没有开始启用，则这段时间仍可以为传送非实时业务的DB所使用。

⑦源边缘结点将按照被接收的实时业务到达的顺序将其组装成n个固定长度的DB，启用消息BCP发出之后，经过一定的偏移时间，源边缘结点将沿着已经启用的虚通路发出第一个数据突发DB-1，随后按周期T依次调度发出所有的数据突发DB-2，DB-3，....，DB-n，目的结点每收到一个DB后将通过控制波长信道向源边缘结点反馈一个确认消息。

本发明实施例电路仿真业务传输，源边缘结点将按照电路仿真业务到达的顺序将其组装成n个固定长度的DB。START_BCP消息发出之后，经过一定的偏移时间，源EN沿着已经启用的虚通路发出第一个数据突发DB_1，随后按周期T依次调度发出所有的数据突发DB_2，DB_3，....，DB_n。目的结点每收到一个DB后将通过控制信道向源边缘结点反馈一个确认信息，即DB_ACK消息。在呼叫保持期间内，若源边缘结点连续N个TTL期间内未收到相应的DB_ACK消息，则有可能出现通路故障，此时源边缘结点向呼叫发出者发出FAIL消息通知，中断此次呼叫连接。

⑧多个被接受的实时业务所分别周期性占用的时隙单元虚通路按照时分复用的方式共享同一个波长信道。

⑨源边缘结点收到实时业务的高层呼叫释放消息后，随即产生一个释放消息BCP，经中间核心结点向目的边缘结点传送，沿途拆除本次呼叫的虚通路，释放该呼叫所占用波长的时隙信道资源。

本发明实施例释放虚通路，当源边缘结点收到用户高层的呼叫释放消息后，随即产生并发出RELEASE_BCP消息，经中间结点向目的结点传送，沿途拆除本次呼叫的虚通路，释放该呼叫所占用的时隙信道资源。至此完成了一次电路仿真业务传输与交换的全过程。RELEASE_BCP消息发出之后边缘结点将不再处理DB_ACK消息并停止本次呼叫连接中未完的TTL计时。

实现光突发交换网络中的区分业务。

实施例本发明的实时业务处理的工作过程如下：

1、边缘结点的业务分类器将电路仿真实时业务送达实时业务DB组装器，组装后的DB被送入缓冲器中等待排队处理和调度输出。参见图2所示。BCP控制器负责呼叫信令的产生及处理，并负责记录和管理结点中已经存在的所有呼叫的连接状态。在端到端虚通路建立之后的呼叫连接保持过程中，资源分配器在调度器的控制下，于确定的时刻周期性地将被接收的实时业务DB从边缘结点发出。

2、电路仿真业务的呼叫到达源边缘结点时，BCP控制器按要求产生并发出突发控制分组SETUP_BCP消息，消息格式见图7所示，图7是本发明DSH信令通用消息格式示意图，沿途通知下游各核心结点准备为随后的DB在数据波长信道中按照SETUP_BCP信令消息中的要求(如波长信道编号、DB长度、DB的周期等)建立虚通路，寻找并预留周期性的时隙资源。

3、核心结点收到SETUP_BCP消息以后，BCP控制器按照图4、图5所示，图4是本发明DSH系统中波长信道上虚通路的时分复用示意图，图5是本发明DSH系统中信令对端到端虚通路的分配示意图，首先搜寻是否有合适的空闲波长并在该波长上检查一个周期T内是否有空闲的时隙。如果没有符合要求的空闲波长和时隙，则返回FAIL消息，本次呼叫失败。当SETUP_BCP消息成功到达目的边缘结点时，它将从空闲时隙单元集中选定一个恰当的时隙，并向源边缘结点反馈CON_ACK证实消息以通知呼叫发出者：虚通路已建立，可以开始传送业务。

4、每个边缘结点与核心结点内都设有一个虚通路管理表、突发DB管理表和多个定时器，对每个被接收的实时业务呼叫的周期、时隙启用值、持续时间和非实时业务的波长信道预约值进行记录管理，设定内部光交换矩阵。

当源边缘结点组装完被接收呼叫的实时业务的第一个DB后，它将在预定的时刻发出虚通路启用消息START_BCP，沿途通知下游各核心结点按照各自定时器要求开始启用虚通路。

5、源边缘结点将按照每个被接收的电路仿真业务到达的顺序将其分别组装成n个固定长度的DB流。START_BCP消息发出之后，经过一定的偏移时间，源EN沿着已经启用的虚通路发出第一个数据突发DB_1，随后按周期T依次调度发出所有的数据突发DB_2，DB_3，....，DB_n。核心结点周期性地启用对应的时隙虚信道，参见图6所示，图6是本发明适用于DSH信令系统的核心结点内部结构示意图。目的结点每收到一个DB后将向源EN反馈一个确认信息，即DB_ACK消息。在呼叫保持期间内，路径上的每个CN周期性地启用N次虚通路，这样就完成了一次实时业务的端到端的传输与交换。

6、当源边缘结点收到呼叫释放消息后，随即产生RELEASE_BCP消息，经中间结点向目的结点传送，沿途拆除本次呼叫的虚通路。路径中的CN释放该呼叫所占用的时隙信道资源，删除虚通路管理表中的呼叫记录。至此完成一次电路仿真业务通信的全过程。

上述3、4、5、6步骤工作过程参照图3所示，图3是本发明DSH区分服务混合信令协议流程图。

7、非实时业务的交换与传输，仍然按照JET单向预约信令执行。但是，当与实时业务冲突时DB将被丢弃。