在智能光网络中实现光通道快速连接的并行信令方法

摘要

本发明公开了一种在智能光网络中实现光通道快速连接的并行信令方法。该方法中，中间节点并行实现以下步骤：(1)向下游节点发送更新的PATH消息；(2)分配本地入端口波长资源，向上游节点发送携带有资源分配标签的RESV消息；(3)驱动底层硬件设备倒换，接收并保持本地入端口倒换状态；目的节点将状态标识封装到RESV－F消息中，反向向源节点发送；中间节点产生新的资源预留状态，并将其通过RESV－F消息向上游节点转发；源节点根据资源预留状态判断连接是否建立成功，将结果返回给用户。利用本发明，可以基本消除交叉连接建立时延，有效缩短了光路连接建立时间，能够充分满足分布式应用对智能光网络带宽快速提供的需求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在光网络中实现并行信令机制(PSBR，ParallelSignaling Based on RSVP-TE)的方法，尤其涉及一种面向通用多协议标签交换(GMPLS，Generalized Multiprotocol Label Switching)协议体系、能够有效缩短光通道连接建立时延的并行信令方法，属于光通信技术领域。

背景技术

以IP技术为主导的Internet已经无法满足正在急剧增长的数据业务的新需求。为此，人们将目光投向了正在蓬勃发展的光网络技术。目前，光网络技术作为一种新的技术方式已经被广泛采用。

传统光网络中，光层仅仅被看作是一个提供带宽服务的简单传输工具。随着技术的发展和认识的深化，人们开始意识到这种做法限制了网络的可扩展性。为此，人们提出了自动交换光网络(ASON)的技术理念。ASON是指一种具有灵活性、高可扩展性的能直接在光层上按需提供服务的智能光网络。它在现有的光网络上增加一层控制平面，并利用这层控制平面来为用户建立连接、提供服务和对底层网络进行控制，具有高可靠性、可扩展性和高有效性等特点。ASON之所以被称为具有“智能”，是因为它采用了专为面向连接网络开发的通用多协议标签交换(GMPLS)协议体系作为控制协议，光通道的建立和拆除不需要人工的参与。

在智能光网络中，为了在各节点中建立和拆除连接，需要利用资源预留机制。总的来说，有2种资源预留方式-前向预留与反向预留。反向预留和前向预留的不同在于：从源端经过各个节点向目的端发送的不是预留信息，而是收集各个链路空闲波长状态的探测信息。目的端在探测信息到达后根据探测到的空闲波长确定需要预留的波长，然后沿着相同路径发送预留信息回源端，同时沿途节点执行真正的预留动作。因此，带宽的锁定过程是由目的端发起的。有关研究表明，前向预留机制在其预留过程中过多地预留了冗余资源，使得其他连接请求无法建立成功，从而大大增加了网络阻塞率。而后向预留机制通过前向的探测过程了解网络资源状况，以占用更多控制信道带宽和较长的连接建立时间为代价有效降低了前向预留机制所带来的高阻塞率。

GMPLS协议体系为ASON实现带宽资源的可靠保证和分布式动态分配提供了技术基础。作为GMPLS的主要信令协议，基于流量工程的资源预留协议(RSVP-TE)是一种典型的反向信令。该RSVP-TE反向信令机制的连接建立步骤如下：

1.由源节点产生一个Path消息，该Path消息携带资源请求信息并按照显式路由对象(ERO)向下游节点发送该Path消息；

2.中间节点收到Path消息，为其建立RSVP Path状态，并且判断本地资源是否满足资源请求。如果本地资源满足，节点修改Path消息中的部分信息(如ERO)并向下游节点发送；

3.目的节点收到Path消息，建立Path状态。如果本地资源满足请求，为连接分配出口资源(沿Path反方向)，并生成Resv消息沿Path消息路径的反方向发送。

4.中间节点收到Resv消息后，查询Path状态并为其建立RSVP Resv状态，为连接分配入口及出口资源，驱动底层连接倒换，修改并向上游节点发送Resv消息。

5.源节点收到Resv消息，建立Resv状态，为连接分配入口资源，完成一条连接的建立。

RSVP-TE建链时间(T_signaling)由三个部分组成：信令在每个控制节点的处理时间(T_p)、信令在每条链路上的传输时间(T_t)和光交叉连接的建立时间(T_c)。传统信令机制中，连接时延用如下公式表示：

T_signaling＝2N×T_p+2(N-1)×T_t+N×T_c                (1)

信令连接建立时延直接影响网络的利用率和业务响应速度。作为当前研究热点的分布式应用环境对于动态快速灵活带宽的需求需要更加快速的信令机制。在现有RSVP-TE协议中，可以通过采用高速率数据通信网来减小T_t，通过优化软件结构及硬件实现来减小T_p。但对于光交叉连接建立时间T_c，随着网络拓扑规模的扩大，其对连接时延的影响正比例增长，将会严重影响网络的传输效率。

发明内容

鉴于现有信令机制所存在的不足，本发明的目的在于提供一种在智能光网络中实现光通道快速连接的并行信令方法。该方法延续了后向预留机制在网络阻塞率方面的优良性能，在几乎不增加控制信道负载的前提下可以有效减少信令连接建立时延，提高整个光网络的资源利用率，为分布式应用环境提供响应更加快速的带宽服务。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种在智能光网络中实现光通道快速连接的并行信令方法，其特征在于包括如下步骤：

源节点向目的节点发送携带了资源请求信息的PATH消息；

中间节点收到所述PATH消息，建立连接的PATH状态并探测本地资源的可用性，并行实现以下三个步骤：(1)向下游节点发送更新的PATH消息；(2)分配本地入端口波长资源，建立入端口资源分配状态并向上游节点发送携带有资源分配标签的RESV消息；(3)在分配资源的同时驱动底层硬件设备倒换，接收并保持本地入端口倒换状态；

所述目的节点按与所述中间节点相同的方式处理所述PATH消息，在收到底层返回本地节点入端口倒换状态后，将状态标识(State Flag)封装到携带资源预留状态标识符的资源预留消息(RESV-F)中，经由所述PATH消息所经过路径的各节点反向向源节点发送；

所述中间节点收到所述资源预留消息，首先查询本地资源预留状态，根据所述资源预留消息携带的资源分配状态和本地查询结果产生新的资源预留状态，并将其通过所述资源预留消息向上游节点转发；

所述源节点收到所述资源预留消息，根据资源预留状态判断连接是否建立成功，将结果返回给用户。

其中，所述中间节点的上游节点收到所述RESV消息后，分配本地出端口波长资源，驱动底层硬件设备如光交叉设备实现倒换，建立出端口RESV状态，接收并保持底层返回的本地出端口倒换状态，根据所述本地节点入端口倒换状态生成本地资源预留状态。

所述携带资源预留状态标识符的资源预留消息(RESV-F)由目的节点发起，沿着PATH消息相反方向向源节点发送，其路由由所述PATH消息中的显式路由对象决定。

所述携带资源预留状态标识符的资源预留消息的生成过程包括如下步骤：

首先，中间节点接收PATH信息，建立软状态，分配本地入端口资源并保持入端口倒换状态，然后发送RESV消息；

所述RESV消息沿所述PATH消息的相反方向发送，并携带了标签分配信息；

判断发送所述RESV消息的节点是否为目的节点；

如果否，则由该节点继续发送PATH消息，如果是，生成本地资源预留状态，创建并发送所述携带资源预留状态标识符的资源预留消息。

所述携带资源预留状态标识符的资源预留消息的处理过程包括如下步骤：

中间节点接收到所述资源预留消息之后，建立软状态，同时根据接收到的所述资源预留消息携带的标识符与本地资源预留状态标识符创建新标识；

所述标识为真，则保留该状态，否则删除软状态，询问该节点是否为源节点；

如果是源节点，则返回连接建立结果，如果不是，则将新标识封装到所述资源预留消息进一步向前一级节点转送。

本发明所提供的并行信令机制实现方法通过在各节点建立资源预留状态标识，可以实现节点上资源请求(PATH)与预留(RESV)消息的并行处理，通过携带有资源预留标识符的资源预留消息(RESV-F)与RSVP信令机制软状态相结合，收到RSVP-F消息只需简单判断标识位，突破了传统串行行令方法中交叉连接建立时间累加的局限，从而基本消除交叉连接建立时延，有效缩短光路连接建立时间，能够充分满足分布式应用对智能光网络快速带宽提供的需求。

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是本发明所定义的新型消息-RESV-F的帧结构示意图；

图2是上述RESV-F消息中，RESV FLAG对象的示例图；

图3是RESV-F消息的生成过程流程图；

图4是RESV-F消息的处理过程流程图；

图5是本发明所提供的分布式并行信令实现方法的流程示意图。

图6是中间节点实现并行信令处理机制的流程示意图。

具体实施方式

针对传统信令所存在的缺陷，本发明在传统RSVP-TE信令协议的基础上设计增加了一种新型消息类型：携带资源预留状态标识符的资源预留消息(RESV-F)，并在此基础上提出并设计了一种有效缩短标签交换路径(LSP，Label Switching Path)连接建立时间的并行信令机制。本发明通过采用一种携带资源预留状态标识符的新型信令消息，既保留了反向预留优良的阻塞率特性，又可以消除光交叉连接时间对整个光连接建立时间特性的影响。

参见图1所示的帧结构，RESV-F是一种通告资源预留成功/失败状态的新型消息。它参考了现有RSVP-TE协议中的Resv消息来设计实现，其主要的改进之处在于增加了资源预留状态标识符(RESV FLAG)。参见图2所示的RESV FLAG示例，其中的Flag用来携带下游节点预留状态的标识位，成功为1，失败为0；Reserved为将来扩展预留。

RESV-F消息由目的节点发起，沿着PATH消息相反方向向源节点发送，其路由由PATH消息中的显式路由对象(ERO，Explicit Route Object)决定。

下面首先介绍RSVP-F消息的生成过程和处理过程。

参见图3所示，RSVP-F消息的生成过程包括如下步骤：首先，中间的某一个节点接收PATH信息。该消息携带了从源节点到目的节点的资源可用信息和数据流量特征等信息。PATH消息沿着显式路由(ERO)前向转发，并且标签请求等信息逐跳更新。接收PATH信息之后，建立用于管理路由器和主机预留状态的RSVP软状态。该软状态由PATH消息和RESV消息创建并周期性的重刷新。如果在一个清理时间间隔内，节点没有收到匹配的重刷新消息该状态将被删除。软状态建立之后，进行本地入端口资源分配保持入端口倒换状态，发送RESV消息。该消息沿着PATH消息的相反方向发送，并携带了标签分配信息。判断发送RESV消息的节点是否为目的节点。如果否，则由该节点继续发送PATH消息；如果是，生成本地资源预留状态，创建并发送RSVP-F消息。

RSVP-F消息的处理过程如图4所示，包括如下步骤：目的节点的前一级节点(中间节点)接收到RSVP-F消息之后，建立用于管理底层光交叉连接预留状态的软状态，同时根据接收到的所述资源预留消息携带的标识符与本地资源预留状态标识符创建新标识。标识为真，则保留该状态，否则删除软状态，询问该节点是否为源节点。如果是源节点，则返回用户连接建立结果(成功与否)，如果不是，则将新标识封装到所述资源预留消息中，进一步向前一级节点转送。

除了上面提到的RSVP-F消息、PATH消息和RESV消息之外，本发明所提供的分布式并行信令机制还包括另外4类消息类型，分别是PATHERR、RESVERR、PATHTEAR和ACK。另外，还可以使用RSVP-TE中的Path，Resv等消息。以下对这4类消息进行功能描述：

PATHERR：PATHERR消息用来汇报PATH消息处理时的错误。它向上游节点发送，并且使用PATH状态逐跳路由。PATHERR消息不修改任何状态，它只向发送者汇报。

RESVERR：RESVERR消息报告RESV消息处理时发生的错误。它向下游节点发送，并且使用RESV状态逐跳路由。

PATHTEAR：用以拆除已经建立的链接，由发送者明确地发起，采用与其相应的PATH消息相同的路由方式。当收到PATHTEAR消息时，节点删除匹配的RSVP状态，如果没有相应的RSVP状态，丢弃PATHERR消息，并且不向下游转发。

ACK：接收节点用来向发送方发送的确认消息。

通过RESV-F这种新型消息与RSVP-TE信令中的软状态机制的结合，本发明能够从根本上消除光通道连接过程中交叉连接控制的时延对整个连接时间特性的影响，缩短了连接建立时间并提高了网络的利用率。下面结合图5所示的并行信令机制实现流程对此展开详细的说明。

本发明所提供的并行信令机制包括如下的步骤：

1.首先，源节点收到OUNI(光网络用户网络接口)的连接请求消息后，根据路由表计算一条从源节点到目的节点的显式路由(ExplicitRoute)，根据显式路由对象(ERO)向目的节点发送携带了资源请求信息的PATH消息；

2.中间节点处理PATH消息。这一步骤是本发明中实现并行信令机制的核心内容之一。参见图6所示的并行信令机制实现流程，中间节点在接收到上游节点PATH消息后，建立连接的PATH状态并探测本地资源的可用性，对请求的入口资源进行分配。然后，并行实现以下三个步骤：(1)根据PATH消息中的ERO对象向下游节点发送更新的PATH消息；(2)分配本地入端口(以PATH消息的传递方向为入)波长资源，为本节点建立入端口资源分配状态(RESV Ingress State)并向上游节点发送携带有资源分配标签的RESV消息；(3)驱动底层硬件设备如光交叉设备OXC交叉连接，接收并保持本地入端口倒换状态。

3.目的节点收到PATH消息，如中间节点那样操作，并进入步骤4；

4.目的节点收到底层返回状态后，将状态标识(State Flag)封装到RESV-F消息中并经由PATH路径各节点反向向源节点发送；

5.中间节点收到RESV消息，根据RESV消息所携带的标签分配本地出端口波长资源、驱动底层硬件设备如光交叉设备实现倒换，并为本节点建立出端口资源分配状态(RESV Outgress State)，同时根据底层返回的出端口倒换状态生成本地资源预留状态标识(State Flag)；

6.中间节点收到RESV-F消息，首先查询本地资源预留状态标识(State Flag)，根据RESV-F携带的资源分配状态和本地查询结果产生新的资源预留状态，并将其通过RESV-F消息向上游节点转发。在此步骤中，只需简单地将接收到的RESV-F消息中的标识与本地状态标识(StateFlag)相与，如结果为真(1)，表示目的节点到该节点之间资源分配成功，否则，资源无法正常分配，并将这一结果通过RESV-F消息继续向上游节点转发；

7.源节点收到RESV-F消息，根据由步骤6产生的资源预留状态判断连接是否建立成功。通过OUNI接口返回给用户。

通过以上步骤建立的并行信令机制，在保证了连接建立可靠性及有效性的同时能够有效地缩短连接建立时间，将传统信令方式中N(表示连接经过的节点数)倍的光交叉建立时间减小至仅需要一个这样的时间，如下公式表示：

T_signaling＝2N×T_p+2(N-1)×T_t+T_c    (2)

上述的改进在复杂拓扑中更加具有意义，并且随着链路上节点个数的增加优势体现得更加明显，从而能够有效地提高网络带宽利用率。

以上对本发明所提供的实现智能光网络中光通道快速连接的并行信令方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。