用于监视光突发交换(OBS)通信网络中的虚拟光路径的交换机系统和方法

摘要

本发明提供光突发交换（OBS）通信网络中的光突发交换机，所述光突发交换机包括用于监视与维护从布置在环形网络中的一通信节点到布置在该环形网络中的多个其它通信节点的虚拟光路径的网状结构以使得话务数据能够经由物理光路径在诸节点之间被传送与/或接收的装置。该交换机还提供用于在从OBS通信网络中的一节点到该OBS通信网络中的每个其它节点的虚拟路径上发送数据分组探测的装置，其中在所述交换机处收到的数据分组探测信息提供用于在诸节点之间发送话务数据的物理光路径的可用性的信息。该交换机可被如此配置以使得此路径监视的速率被调度成确保在监视到失效或降格的路径的情形中有小于50ms的保护交换。

说明书

发明领域

本发明涉及监视波长寻址的光突发交换通信网络中通信信道或光路径的存在。

发明背景

现有许多与高可用性、稳健和可伸缩电信基础设施的置备相关联的层。信息的交换与传输是此类网络需要支持以便在长地理距离上进行高效服务投递的原子功能之中的两个。传统上已经使用单独的交换（以太网硅交换机、ATM交换机、SDH交叉连接等）和高带宽点对点传输管道（例如，10和40G WDM与DWDM技术）来提供这些功能。

随着作为对于传统分布式反馈激光器的取代技术的可调谐激光器的出现，支持灵活光电路的能力已经允许有在已知光纤容量之内置备物理信道的更加动态而且以置备为中心的手段。的确，在下一代光突发交换（OBS）网络中，提供光分组交换与传输（OPST）能力的能力已经作为在光传输网络中虚拟连接的端点之间高效和有效地交换和传输信息的手段涌现，此类网络通常采用环形拓扑和波长寻址的突发。在此类配置中，物理连接的环构成分布式交换机，其中从源激光器发射的光的波长创建所述虚拟交换机的端口之间的虚拟路径。Heavy Reading第7卷第3期（2009年3月）的最近一篇标题为“The OpticalSwitching Revival:Rebuilding Optical Networks for Packets（光交换复兴：重建用于分组的光网络）”的论文公开此虚拟交换机概念并且其中指向该下一代光突发交换（OBS）网络。

传统的电路交换电信系统在固定专用通信信道永久可用于信息的发射和接收的基础上操作。此类通信路径的完好性以数种不同方案被监视，例如，SONETSDH具有被用以生成TIM跟踪标识符失配的J0、J1、J2，具有径迹标识符（TTI）的电信标准G709；IPMPLS具有双向转发检测-BFD并且/或者以太网具有新兴的802.1agY1731。在这些方案中，经由特种探测分组把信息量子发射到系统中以作为出于信息交换目的确保信道的连续性的手段，其中此实例中的信道是用于嵌入在网络的终端设备内的较高等级通信功能之间的连续性和连通性检查的消息接发或更高等级实体。

在通常情形中，OBS通信网络以异步时间性方式接入物理信道。即是说，对该通信信道的接入不与任何系统时序边界对准并且其中此类接入由动态话务负载推导出。由于所提出的对物理传输基础设施的接入机制的高度非周期性本质，在真实的OBS网络中，需要确保该网络的高等级控制功能在连续的基础上对物理机组的状况具有可见性以便其在使用此类基础设施之前完全了解所有链路和路径可用性。在异步OBS网络中，在使用该网络中的给定路径之前可能有很长的不活动时段的场合，对系统的高可用性的关键需要是不发生静默失效并且在有时间界限的基础上探测异步的、非周期性的OBS路径。静默失效是指其中由于OBS路径上有潜在很长的不活动时段故而未通过数据的丢失检测出路径的失效的情形。在没有此类确定性机制的情况下，如所提出的，任何基于OBS的传输网络容易发生静默失效事件并且对承运商级部署容易达不到足够的回弹性。

基于密集波分复用技术的光通信系统显现出与波长相关的性能。在波长寻址的光突发网络中，覆盖此类基础设施的服务要求该网络内的所有波长维持最小性能等级从而确保总体虚拟交换机路径保持无色。无色操作是指此类虚拟交换机中的每条路径与波长不相关的本质，即，可指派任何颜色来执行该交换机的任何路径上的数据运输任务。每条路径被指派特定波长，且该网络中的每个节点或交换机被配置成传送/接收特定波长。

在环形网络中，通常数据是以异步方式被调度到此类虚拟的波长寻址交换机上以便所有节点对该交换机结构有公平的接入。路径监视功能默认是在最高调度优先级等级并且以周期性的方式来执行。此类型的调度由与本申请相同的申请人Intune网络有限公司提交的PCT专利公开号WO2004040722公开。

因此需要提供对光突发交换网络中的虚拟路径的物理路径监视，从而提供高度可用网络基础设施以用于进行灵活网络服务的投递，这克服了以上提及的与OBS网络相关联的问题。

发明概要

如在随附的权利要求中阐述的，根据本发明，提供光突发交换（OBS）通信网络中的光突发交换机，所述光突发交换机包括：

用于监视和维护从布置在环形网络中的一通信节点到布置在该环形网络中的多个其它通信节点的虚拟光路径的网状结构以使得话务数据能够经由物理光路径在诸节点之间被传送与/或接收的装置；以及

用于在从OBS通信网络中的一节点到该OBS通信网络中的每个其它节点的虚拟路径上发送数据分组探测的装置，其中在所述交换机处收到的数据分组探测信息提供用于在诸节点之间发送话务数据的物理光路径的可用性的信息。

如在光突发交换网络中所见的，该网络采用高优先级的异步的在时间上受限的信息突发的周期性发射和/或接收，其探测物理信道并且提供该物理光路径在虚拟光电路中的可用性的担保。本发明尤其适用于采用光波分复用时间性突发以及对目的地的源波长寻址以在环形拓扑网络中实现全NxN虚拟交换机路径的通信网络。

在一个实施例中，使用高优先级的异步的在时间上受限的信息突发的周期性发射与接收来发送该数据分组探测。

在一个实施例中，所述探测信息在该虚拟交换机的源侧提供的，以允许源侧保护交换。

在一个实施例中，这些虚拟路径是通过对包括由此类路径形成的NxN完全成网交换机的源激光器的波长进行调谐来形成的。

在一个实施例中，物理路径监视功能是在波长寻址的光突发带内的，并且包括沿整个突发路径的监视能力。

在一个实施例中，对被周期性调度到该虚拟交换机上的最高优先级数据分组的插入与过滤是基于数据分组探测信息来确定的。

在一个实施例中，本发明包括第二环形网络以提供双向环形拓扑。

在一个实施例中，该交换机包括用于在分布式光交换结构上调度最高优先级维护消息的装置，其中该交换机结构是基于对源可调谐激光器的波长的调节；以及

用于若在一个环上检测出故障则允许在指定的时间界限内发生双向路径交换的保护机制。

在一个实施例中，该虚拟交换机的每个逻辑端口包括可供其用于数据转发的完全连通性的视图。

在一个实施例中，每个数据分组探测包括唯一性标志符。

在一个实施例中，该数据分组探测包括在从一个节点向另一节点发送数据之前诸节点之间的物理光路径的可用性的定量信息的至少一个参数。

在一个实施例中，该定量信息包括以下参数中的一者或更多者：光收到功率；差错率；涉及当前或先前探测的虚拟路径的操作和仪表数据；提供用于通过经由所谓的“出清（clear）”信道的数据面来对高优先级信息进行消息接发的手段；和/或缓慢物理信道降格。

在一个实施例中，所述交换机包括多个逻辑端口，该分布式交换机的每个逻辑端口以周期性方式为该分布式交换机搜集虚拟路径维护向量；以及用于为全NxN虚拟交换机生成虚拟路径维护矩阵的装置，其中所述矩阵是所有逻辑端口向量的组合。

在一个实施例中，每个维护向量包括在该交换机的每个源与每个目的地之间的正如在源突发波长的基础上被寻址的二元连通性路径图，其中每个条目或是0（无路径可用）或是1（有路径可用）。

在一个实施例中，提供了在该波长寻址的光突发带内的物理路径监视功能，并且包括沿整个突发路径的监视能力。

在一个实施例中，提供了用于提供对由分布式调度系统维护的诸虚拟路径中的每条虚拟路径的公平接入的装置，其中所述调度系统担保为路径维护插入到这些虚拟路径中的数据分组探测信息上的延迟和抖动界限。

在一个实施例中，提供了用于定义所述数据分组探测执行扫描所按的次序的装置。

在一个实施例中，该扫描次序取决于优先级以及交换机的诸端口之间的话务负载的基础。

在一个实施例中，所述探测波长寻址的分组用周期性地确定性地发源的分组来探测其它光路径，以确保检测出此类非数据面路径中的“静默”失效。此类非数据面路径是尚未投入使用的路径。

在本发明的又一实施例中，提供了用于在光突发交换（OBS）光网络中发送和/或接收数据的方法，包括以下步骤：

监视和维护从布置在环形网络中的一通信节点到布置在该环形网络中的多个其它通信节点的虚拟光路径的网状结构，以使得话务数据能够经由物理光路径在诸节点之间被传送和/或接收；并且

在从OBS通信网络中的一节点到该OBS通信网络中的每个其它节点的虚拟路径上发送数据分组探测，其中在交换机处收到的数据分组探测信息提供用于在诸节点之间发送话务数据的物理光路径的可用性的信息。

在又一实施例中，提供了光通信网络中的光交换机，所述光交换机包括：

用于监视和维护从一通信节点到多个其它通信节点的虚拟光路径的网状结构以使得话务数据能够经由物理光路径在诸节点之间被传送与/或接收的装置；以及

用于在从OBS通信网络中的一节点到该OBS通信网络中的每个其它节点的虚拟路径上发送数据分组探测的装置，其中在所述交换机处收到的数据分组探测信息提供用于在诸节点之间发送话务数据的物理光路径的可用性的信息。

在另一实施例中，提供了光突发交换（OBS）通信网络中的光突发交换机，所述光突发交换机包括：

用于监视和维护从一通信节点到多个其它通信节点的虚拟光路径的网状结构以使得话务数据能够经由物理光路径在诸节点之间被传送与/或接收的装置；以及

用于在从OBS通信网络中的一节点到该OBS通信网络中的每个其它节点的虚拟路径上发送数据分组探测的装置，其中在所述交换机处收到的数据分组探测信息提供用于在诸节点之间发送话务数据的物理光路径的可用性的信息。

在又一实施例中，提供了用于光突发交换（OBS）通信网络中的光突发交换机的控制器，所述控制器包括：

用于监视和维护从一通信节点到多个其它通信节点的虚拟光路径的网状结构以使得话务数据能够经由物理光路径在诸节点之间被传送和/或接收的装置；以及

用于在从OBS通信网络中的一节点到该OBS通信网络中的每个其它节点的虚拟路径上发送数据分组探测的装置，其中在所述交换机处收到的数据分组探测信息提供用于在诸节点之间发送话务数据的物理光路径的可用性的信息。

还提供了可经由较慢速的计算机程序进一步配置的充分快速的自主可编程硬件逻辑系统，其将探测分组与主数据路径归并/从主数据路径过滤出探测分组，实现此方法的所述程序可被实施在合适的经记录的介质或只读存储器上。

附图简要描述

参照附图从仅藉由示例给出的本发明实施例的以下描述将可更清楚地理解本发明，附图中：

图1解说使用源波长交换和环形拓扑的已知光环形通信网络架构；

图2解说示出虚拟和物理路径的光环形网络中的分布式波长寻址交换机；

图3解说在双向环形网络架构中探测出的虚拟和物理路径；

图4解说根据本发明的在光环形网络中的交换机利用虚拟和物理路径的操作；

图5和6示出解说用于每个探测的路径可用性的流程图；并且

图7解说示出路径可用性监视器功能如何可应用于源交换保护的一个实施例。

附图详细描述

现在参照附图并首先参照图1，图中解说了包括连接到数个端口104、105、106和107的数个外部网络接口100、101、102、103的已知光环形通信网络，其中这些优选地包含布置在该环形网络中的被波长交换以寻址给定目的地端口的可快速调谐的激光器。端口104、105、106和107由物理光路径链路108例如使用光纤以从发射机到接收机的顺时针方式连接。端口104、105、106和107中的每个端口可在波长寻址的光虚拟路径上与彼此通信。藉由示例，路径109、110和111是在从存在于107中的可快速调谐的激光器传送的不同突发波长的基础上在107至104之间；107至105之间；和107至106之间建立的路径。

参照图2，解说了环形架构上的数个此类端口200和201，其中由虚线示出可在此类分布式波长寻址交换机（在此情形中为四端口）上得到支持的所有逻辑虚拟交换机成网路径。203和204环绕分别从201和200传送的、或分别由201和200接收的虚拟路径群。在该示例中，示出λ₁和λ₂已经被指派给200和201的接收侧，以便仅这些波长被投至这些之中的每个端口中的接收机。所有其它波长分别穿过200和201，以便该交换机中从一个端口到另一端口的所有话务突发“虚拟地”直接去往正确的波长指派的接收端口。这就是构成分布式交换机中的虚拟路径的原理。

参照图3和4，图3解说具有双向环形拓扑的光突发交换网络。图4解说根据本发明的在光环形网络中利用虚拟和物理路径的光突发交换机的架构。如在图2或3中示出的，该光突发交换机控制从布置在环形网络中的一节点到布置在该环形网络中的多个其它通信节点的虚拟光路径的网状结构，以使得数据能够经由物理光路径在诸节点之间被传送与/或接收。

在操作中，该交换机将来自光模块402（看门狗）的数据分组探测401与客户端服务分组数据400归并。此数据经由交换机被转发给波长指派框404并且被向前转发给可快速调谐的激光器405，在双向保护环形配置的情形中，激光器405把时间上受限的突发发射到光纤412或413上。在周期性的基础上所述401探测分组被转发、为该交换机的不同虚拟端口被指派不同波长（404）并且被传送。

参照图4的下半部分，根据物理链路失效或降格的通信信道（例如增加的误比特计数），可从该数据分组探测获得对失效的虚拟路径的检测。这是以在每条虚拟路径的源侧的方式搜集的，从而允许源侧保护交换在物理路径层级得到支持，其中来自环形网络中的失效路径的数据被转发到双向路径交换机环形配置中的受保护路径。换言之，从该网络中的其它节点发射的在该交换机处收到的数据分组探测信息410和411提供用于在诸节点之间发送数据的物理光路径的可用性的信息。数据分组探测401有效地提供迁移管理光纤基础设施的等效手段的机制，并且摆脱该网络中的较高层，其维护或监视端点到端点连通性。这些数据分组探测可被配置成包含诸如、但不限于光连续性、光功率损耗、正确寻址、突发丢失之类的参数以便可确定正确的光调谐。

每条物理光路径由数据话务在客户端服务的需求要求通过该光路径在诸端口之间转发时使用。每个节点/端口包括特殊话务生成器，并且提供检测器以便每个节点独立于这些客户端话务流向所有其它节点传送话务，并且所有节点独立于这些客户端话务流从所有其他节点接收特殊话务。以下更详细地描述交换机200、201的操作。

不像其中单独光信道被用以监视和检测链路失效或降格的情形，当前的路径监视功能是在波长寻址的光突发带内的并且具有沿整个突发路径（电的和光的）的监视能力。

藉由示例，参照图3和4，可以在有时间界限的周期时间内以逐节点方式顺时针地、或逆时针地绕物理环（在等效的虚拟交换机中是线性地逐端口）扫描诸虚拟路径从而确保这些路径是可用的，以在路径失效的情形中确保50ms保护交换能力得到保护。此类虚拟路径维护分组被调度到该交换机结构上的时刻之间的时间是如此以确保所有源–目的地信令对于给定的虚拟交换机规模可确保50ms服务中断度量。以80端口（80λ）交换机为例，用于80个此类路径维护分组的扫描时间优选为5ms。

以上的扫描机制是完全自主的，并且独立于端口到端口话务负载是什么情况，并且在零负载时段期间持续存留，以确保检测到“静默”失效。诸虚拟交换机端口之间的此扫描机制的附加优势在于，该扫描的次序、端口设定尺寸和速率是完全可编程的，因为此类参数能够在该虚拟交换机本身之内的不同参数的基础上被设置（例如，轻负载的端口可以较低速率被扫描）。这允许在诸端口之间的重话务负载或话务优先级的基础上提高检测速率的能力。

参照图5和6，解说了对于每个探测说明路径可用性的流程图。这些流程图突出每条路径的进入和外出侧（即，在传送与接收侧）上的逻辑及其用于源侧交换的闭合。

在图5中，传送侧的步骤如下：

1.通过以正确差错率按目的地创建路径可用性帧来创建帧。

2.标示用于数据路径的帧并且标记为优先级1。

3.把帧归并到数据路径中并且以正确优先级为正确目的地对其进行缓冲。

4.在突发交换结构上向目的地节点转发路径可用性帧。

在图6中，接收侧的步骤如下：

1.从所有源或目的地接收帧。

2.检测数据流中的路径可用性帧并且将其转发给监视器功能。

3.对于每个向此目的地发送话务的源存在路径监视器功能。

4.在丢失路径可用性时对系统引起中断。

图7解说路径可用性监视器功能如何被应用于源交换保护。本申请示出每个节点上的接收监视器和传送路径功能之间的链路。从A向B传送的路径可用性帧对B指示源于B的路径可用性帧是否已被A收到。节点B因此具有关于从节点B到节点A的路径可用性的信息，并且可把此信息作为保护交换的基础来使用，即，使用第二光突发交换结构。

将领会，用于由虚拟路径的网状结构形成的分布式分组交换机监视物理路径是否失效或降格的方法在突发波长的基础上提供诸节点之间的全NxN网状连通性。该交换机允许被周期性调度到该虚拟交换机上的最高优先级分组的插入与过滤，这提供甚至在没有话务在所述虚拟路径上被转发的情形中的路径失效或降格的手段。在该交换机的源侧的路径维护信息允许源侧保护交换。

如在光突发交换网络中所见的，该交换机采用高优先级的异步的时间上受限的信息突发的周期性发射与接收，其探测物理信道并且提供虚拟光电路中的物理光路径的可用性的担保。本发明尤其适用于采用光波分复用时间性突发和对目的地的源波长寻址在环形拓扑网络中实现全NxN虚拟交换机路径的通信网络。

可通过在具有双向环形拓扑的波长寻址的光突发交换网络上调度最高优先级分组来执行该路径监视功能，其操作在以下更详细地描述。

将领会，诸实施例、数据分组探测具有提供自由带宽信道以供在其上通信以便这些探测可被用于在控制信道失效的情形中控制信息的能力。

在分布式光交换结构上对最高优先级维护信息的调度，其中该交换结构是基于调谐对源可调谐激光器的波长的调谐，其包括：

两个面，其中本方法的去往保护机制的信号允许双向路径交换在指定的时间界限内发生；并且

该分布式交换机的每个逻辑端口具有可供其用于数据转发的完全连通性视图。

该分布式交换机的每个端口以周期性方式自己自主为该分布式交换机搜集虚拟路径维护向量，并且用于全NxN交换机的虚拟路径维护矩阵是所有逻辑端口向量的组合。该维护向量包括该交换机的如在源突发波长的基础上被寻址的每个源与每个目的地之间的二元连通性路径图，其中每个条目或是0（无路径可用）或是1（有路径可用）。

藉由示例，以下是虚拟路径连通性矩阵，其中行指示交换机的源（传送）并且列指示交换机的目的地（接收），其中每个目的地端口是因波长而异的。（S1，D1）位置中的1条目指示与自身通信的传送，即，环回。参照图2的四端口分布式交换机，其中所有光路径均是可用的，可由以下矩阵表示：

$>\left(\begin{array}{ccccc}& D1& D2& D3& D4\\ S1& 1& 1& 1& 1\\ S2& 1& 1& 1& 1\\ S3& 1& 1& 1& 1\\ S4& 1& 1& 1& 1\end{array}\right)$>

在端口2与3之间的路径已经失效的情形中，得到的路径连通性矩阵是：

$>\left(\begin{array}{ccccc}& D1& D2& D3& D4\\ S1& 0& 1& 0& 0\\ S2& 0& 0& 0& 0\\ S3& 1& 1& 0& 1\\ S4& 1& 1& 0& 0\end{array}\right)$>

由分布式调度系统维护对这些虚拟路径中的每条路径的公平接入。实现此类调度系统是为了确保出于路径维护目的插入这些虚拟路径的路径监视突发信息上的延迟与抖动界限。在该交换机结构上的公平性不受此类路径维护特征被包括的影响。

将领会，本发明提供支持跨交换机的不同逻辑区段的快速与慢速扫描机制以便在负载和话务类型的基础上优化可用性带宽容量而同时保存可用性度量的能力。

尽管波长、且由此虚拟交换机的端口的数目在理论上是不受限制的，但是在优选实施例中，如在ITU DWDM顺应性网络中例行所见的，此波长数目是40或80个波长。

本发明还提供用于定义在给定扫描时段内执行或重复扫描所按的次序的手段。藉由示例，此扫描次序可在优先级和交换机的诸端口之间的话务负载的基础上被决定。

在本发明的另一实施例中，在光子子系统中的每个无源分光器处被复制的探测波长寻址分组用周期性确定性地发源的分组来探测其它光路径，以确保检测出此类非数据面路径中的“静默”失效。

适当地，此类探测分组提供在波长寻址的光突发交换器系统的防冲突子系统中的探测与波长相关的路径的手段。

这些探测分组优选包含数个字段，这些字段包含涉及分组的类型；涉及当前或先前探测的虚拟路径的操作和仪表数据的信息；或提供通过数据面向每个分布式交换机端口进行高优先级信息的消息接发的手段。此类消息接发信道允许把目的地侧信息（例如，收到的光功率，信道误比特率）以消息传递回源，以允许源侧对所传送的突发进行优化（例如，提高发射功率，或增加数据突发的源侧预啁啾）。

本发明中的参照附图描述的实施例包括一种计算机装置和/或在计算机装置中执行的过程。然而，本发明还沿及计算机程序，尤其是存储在适配成把本发明付诸实践的载体之上或之中的计算机程序。该程序可以是以源代码、目标代码，或源代码与目标代码中间的代码的形式，诸如经部分编译的形式或适于在根据本发明的方法的实现中使用的任何其它形式。载体可包括存储介质，诸如例如CD ROM的ROM，或者例如软盘或硬盘的磁记录介质。载体可以是可经由电缆或光缆或者由无线电或其他手段传送的电或光信号。

本发明不限于本文中前述的诸实施例，而是可在构造和细节两者上有所变化。