專利名稱：具有集中管理的脈沖串交換網用的環網的制作方法
技術領域：
本發明涉及以預留的帶寬脈沖串和IP分組的組合形式在網絡的環內傳輸數據，其中所述的IP分組是在運行中(on-the-fly)被發送的，更具體地，本發明涉及一種自適應脈沖串交換光網(APSON)。
背景技術：
APSON可以被認為是在光脈沖串交換(OBS)和ASON(自動交換光網)之間的一種混合網絡技術。這可以從圖1來理解，該圖并排示出了三個傳輸網100。
在OBS網絡102中，只要通路沒有被拆卸(主要是指這些帶寬資源不能為其它信源所用)，就把與該通路有關的帶寬104預留下來。換句話說，只要通路存在，就保護被傳輸的數據。
但有必要注意的是，在OBS網絡中，只有與脈沖串時延等效的帶寬被預留。如果其它脈沖串想在該被保護的數據時隙結束之前、也即在當前脈沖串被傳輸完之前進行傳送，則它將會被阻塞。另外，在OBS網絡中，在如浪費的帶寬部分106所示的脈沖串之間不能發送信息。
在ASON(108，圖1)中，當數據達到時即被發送，也即“在運行中”通過所建立的通路被發送。該數據通常是IP分組110，而且不預留帶寬。顯然，這意味著ASON比OBS更為靈活，這使得能更為容易地為對待不同的客戶而實現不同的業務質量(QoS)標準。另外，ASON不是結構化的，且比OBS更難以控制。
在APSON 112中，預留帶寬的時延-也即被保護的數據114的時延-與脈沖串傳輸116的時延是分開的。換句話說，APSON方案既是一個λ交換體制，又是一個未被保護的數據時隙，其中脈沖串是在被保護的傳輸下進行發送，而在運行中發送的IP分組在λ交換中是被保護或未被保護地進行發送的。當例如根據客戶計劃為不同客戶實現不同的業務質量(QoS)時，這允許更大的靈活性。
在APSON和以往這些網絡之間存在相似性，但APSON實際上時一種獨特的網絡方案。例如在建立新的光路之前，把分組收集在一個聚合緩沖器中。這有點類似于OBS網絡。從OBS網絡也借鑒了其它一些方案，例如OBS帶寬預留方案。但APSON明顯不同于OBS。最重要的是，APSON實行的是類似于ASON的電路交換基本原理，而OBS網絡則利用分組交換的手段。因此，APSON在混合了兩種網絡基本原理時，又是一種完全不同類型的網絡。
因為APSON是一種全新的交換方案，所以在本領域尚未討論過如何提供APSON的環形拓撲。但給APSON提供一種環形拓撲將會是有利的，因為環形實現起來簡單，并從而在光網中具有歷史性的重要意義。例如，與網狀拓撲相比，在環形拓撲中的路由、交換和網管的復雜程度要低得多。為此，環形將會是采用諸如APSON等新光網技術所非常需要的拓撲。
本發明的目的在于，為了使用簡單而高效的集中APSON而提供一些基本方案。在提供可行的集中手段方面，對光學層的當前技術限制-例如交換速度-給予了特殊考慮。
環形拓撲已經廣泛地在λ交換中被研究。近來，OBS環網喚起了研究單位的興趣，這導致了許多新近的研究以從λ交換網的觀點來調研環的性能。這種研究例如有A.Zapata，I.De Miguel，M.Dueser，J.Spencer，P.Bayvel，D.Breuer，N.Hanik，以及A.Gladisch。Proceedings ECOC 2003，Performance comparison of static anddynamic optical metro ring network architectures已經建議在延遲、網絡流通量以及所需波長數量方面最有前途的結構不是OBS，而是OBS的變型，即所謂的波長路由OBS網絡(WR-OBS)。顯然，不同之處在于，在OBS網絡中的信源發送一個報頭分組，而且在等待一偏移時間之后再發送脈沖串。相反，在WR-OBS網絡中，信源發送一個報頭分組，但在發送脈沖串之前從網絡等待一個確認。
“Zapata”和類似的研究指出WR-OBS網絡是光環網的最有前途的結構，這對APSON而言是充滿希望的消息。APSON使用一種類似的、OBS信令的基于確認的變型方案，以便建立光路。但還不能肯定地知道環形拓撲是否對APSON有利。也沒肯定或定義環形拓撲如何應用于APSON。
至今還沒有定義為集中APSON環所用的方案。但Zapata等鼓舞人心的研究是有啟發性的。因此，找尋一種可變和有效的基于APSON的環解決方案是有利的。這種解決方案在理論上甚至比在環形WR-OBS結構中具有更好的結果，因為APSON比諸如WR-OBS網絡等基于OBS的解決方案要有優勢。
一方面，APSON環形拓撲應該能重新利用標準化的ASON控制平面。另一方面，APSON環應該能因更少的技術挑戰而更容易和更快捷地使用。APSON應該也能提供更小的延遲、更高的流通量、更低的信令開銷和自組織結構。
基于APSON的環相對于λ交換手段也呈現出優勢。在具有N個節點的純粹的全光λ交換環中，每個節點需要一個信道來從其余節點接收數據。因此總共需要M＝N-1個信道。由于APSON提供了帶寬資源的時間復用，所以需要的波長數量相對于λ交換情況而被減少。
為了解釋，如果采用多模纖維的話，一個信道將表示多個纖維之一內的波長。但必須記住的是，信道是邏輯層上的概念。如果采用單模纖維，則信道將直接代表多個纖維之一。無論如何，根據所用光纖的類型(單模對多模)和λ轉換能力是否可用，可以容易地實現信道和波長之間(在邏輯層和物理層之間)的映射。利用λ轉換能力，所需的波長數量W為W＝M。在我們的討論中，λ轉換不可用，因此所需波長數量為W＝M+1＝N，無論是在單模纖維還是多模纖維中。
在APSON中，復用明顯地降低了顯著需要的波長數量。另外，總是存在若干與每個波長相關聯的光學器件。這種光學器件中的一些、例如可調諧激光器是十分昂貴的。因此所需波長數量的降低對成本具有巨大影響，這是本發明建議和調研APSON環的有效性的主要動機。迄今為止還沒有針對APSON的環形拓撲的申請。
但研制APSON環形拓撲的動機與以下問題不相符。如今，商用的交換結構提供了通常以毫秒為數量級的交換速度。這導致了以秒為數量級、有時更長的通路建立時間，這對于具有以Gbps為數量級的鏈接能力的真正動態交換結構來說，顯然是遠遠不夠的。以當前的交換速度，每當進行一次新的通路建立，就浪費一不可忽略的帶寬量。這增加了阻塞概率，這又導致需要更高數量的波長和與之相關聯的昂貴光學硬件，例如可調諧激光器。因此，交換結構越慢和每時間單位的通路建立數量越多，光學硬件的成本就越高。這是為實現諸如ASON、APSON、或為此還有OBS等動態交換結構所需要克服的至少一個主要障礙。
發明內容
為了減少硬件成本，應該制造更快的低成本交換結構，或者應該采用能降低每單位時間的交換動作數量的光學解決方案。在當前技術中的限制條件下，第一種可能性在目前是不可能的。本發明的重點放在第二種選擇可能性以為APSON提供可變的環形拓撲解決方案。
本發明提供了一種可行的集中APSON環，其具有目前的光學器件而不犧牲高的網絡性能。
一種用于在環網中傳輸數據的方法，所述環網傳輸脈沖串和數據分組，其特征在于從一節點i(204i)向一中央節點(202)發送一建立消息，以在所述的節點i(204i)和一節點j(204j)之間建立通信；對于在所述的節點i(204i)和節點j(204j)之間傳輸脈沖串和數據分組的一個通路，當該通路的當前傳輸是傳輸數據分組時，停止在該通路上的該當前的傳輸；以及沿著所述的通路在所述的節點i(204i)和節點j(204j)之間建立通信。
一種用于環網的系統，所述環網傳輸脈沖串和數據分組，其特征在于一節點i，用于發送一建立消息，以沿著一組合地傳輸數據分組和經預留帶寬傳輸脈沖串的通路在所述的節點i和一節點j之間建立通信；一中央節點(202)，用于在所述通路的當前傳輸是傳輸數據分組時，停止該通路的該當前的傳輸；以及其中，所述的中央節點(202)沿著所述的通路在所述的節點i和節點j之間建立數據流。
應當理解，由于本發明利用了APSON，所以每單位時間的交換動作數量被降至零，或基本至零，或者不同地降低了環網內的每單位時間的交換動作數量。
一方面，為了降低成本和為了利用目前的光學技術使該方案可行，將不使用環網內的λ轉換能力。
另一方面，為了降低成本和為了利用目前的光學技術使該方案可行，將在環網內部不使用動態交換。
附圖示出了本發明的至少一個實施例，其中圖1示出了不同的傳輸方案；圖2示出了本發明的簡圖；圖3用功能描述示出了本發明；以及圖4示出了本發明的變型。
具體實施例方式
在圖2所示的集中APSON結構200中，中央節點(CCN)202負責協調諸如通路建立和拆卸等網絡信令任務。相反，在分散的APSON結構中，信令消息在網絡節點之間進行交換，而不需要中央節點協調它們。本發明報告提供了一種基于集中APSON結構的APSON環方案。
在圖中，假定集中環APSON結構包括N個節點2041...N和M個信道206。應當記住的是，圖2是一種簡化圖，環網的細節因公知的文獻而沒有被講述。需要記住但沒有被示出的一點是，如果采用多模纖維，信道就代表多個纖維之一內的波長。另一方面，如果采用單模纖維，則信道直接表示多個纖維之一。
由于APSON提供了波長容量的時間復用，所以本發明的信道數量將典型地少于節點的數量(M≤N)。這是相對于λ交換網的主要優點。在沒有λ轉換的情況下，APSON數據流(由一個脈沖串和可能的IP分組組成)沿著其通路使用相同的波長。
沒有動態交換的奢侈，APSON數據流沿著其通路使用相同的固定的纖維組合。這在邏輯層意味著(見圖1)，一旦APSON數據流在信道i中建立，就不能交換到其它的信道j(i≠j)。
現在參考圖3來解釋集中環APSON 300的功能性描述。為了使節點i 304發送數據流到節點j 304s，由本發明優選地以以下順序提供以下步驟。
在第一步中，每個節點(304，304s)接收到來的IP分組，并根據它們的目的地對其進行分類，然后將它們收集到不同的電緩沖器中，每個電緩沖器用于每個目的地。每當所謂的“匯聚策略”算法判定在相應的電緩沖器內已經收集了目的地j 304的足夠分組，節點i304就把“通路建立”消息發送給CCN 302。
在另一步中，CCN 302根據預定的算法進行判定，由該算法根據諸如通路可用性等性能判據來判定i和j(304，304)之間的最佳端對端通路。當選擇該通路時，一個“停止”消息便被發送給信源和目的地節點，例如使用它的g和h(304g，304h)，以便將其帶寬資源分配用于i和j之間的傳輸(該處理的更詳細說明參見下面的第五步)。
在進一步中，每當所述的端對端通路變得可用而且其帶寬資源已經被分配時，CCN 302便向邊緣節點i 304發送一個“發送”消息。當邊緣節點i 304接收到該“發送”消息時，它便開始在該消息所指示的波長和/或光纖上傳送數據流。
在再一步4中，與i 304的數據流的到達相同步地，CCN 302向節點j 304j發送一個“接收”消息，以通知到達的數據流所采用的波長和/或光纖。利用該信息，節點j 304j便在所指示的波長和纖維上進行接聽，把它所接收的信息轉換成電的范疇，并由此恢復由節點i304i所發送的數據。否則，如果節點不接收該“接收”消息，則轉發給消息，而沒有光電轉換發生。以這種方式，本發明保證了數據平面依舊是全光學的。
在另一步中，完成資源分配。當來自另一節點k 304k的數據流中斷來自節點i-j(304i，304j)的數據流的傳輸時，帶寬資源便被分配用于來自節點k(304k)的數據流。在本發明的這一方面，節點i和j(304i，304j)從CCN接收一個“停止”消息，以指示在所指示的波長和/或光纖上的傳輸和接收必須停止。對于節點j(304j)，這意味著在所指示的波長和/或光纖上接收的光子被停止光電轉換。
發生數據流中斷的條件可以被解釋如下。在數據流中，帶寬被預留用于第一tflow秒的傳輸，而該數據流的其余比特沒有帶寬預留。這意味著，如果且只有從數據流傳輸開始算起過了多于tflow秒之后，其它數據流才可以中斷當前數據流的傳輸。
在一種替代方案中，CCN 302被部分地從其復雜性釋放出來，這又依賴于所述的邊緣節點。以這種方式，在上述的第三和第五步中，“發送”和“接收”消息的發送不需要與數據流的第一比特的發送和達到同步。在該情形下，這些消息是在之前利用一個額外的字段發送的，該字段指示了直到第一比特的發送或到達的時間。節點i和j(304i，304j)被配備一個定時器，使得它們能自動地在定時器被觸發時開始在指定的波長和/或光纖上發送或接收光子。該定時器根據“發送”或“接收”消息的該額外字段中所含的值來設置。
圖4示出了一種可能的APSON結構400的實施例，該結構由通過兩個集線器4041、4042互連的三個APS0N環4201-4023組成。從圖3應當可以理解，本發明也可以按環形拓撲移植到任何數量的環中。本發明為每個環提供了上述的功能性，保證了為每個環內的業務不發生交換。這利用目前的光學器件以低成本提供了從APSON得到的所有優點。
如果圖4的不同環被保持為獨立的APSON環，那么，對于來自于一個環并去往另一個環的業務，必須進行OEO(光-電-光學)轉換或動態交換(在集線器處)。另一方面，可以以單個環的形式來操作考慮這三個環(參見圖3)，在這種情況下在傳輸平面不需要OEO或沒有動態交換。
本發明的這種新型的集中APSON環方案是有優點的。該解決方案對單向和雙向鏈接都有效，而且一個短的路由信息(例如標志位1或0)可以容易地加到“發送”消息的額外字段中，以便給信源節點指示出是通過左邊的還是右邊的光纖來發送數據流。由于APSON的有效的波長時間復用，給定環形拓撲和給定業務容量所用的波長數量相對于WR-OBS、OBS、尤其是相對于λ交換網被減少了。另外，每個波長具有相關聯的幾個光學器件，其中的一些是非常昂貴的，例如可調諧激光器。減少波長數量意味著對不再需要的光學器件的重要成本節省。
另外，由于與WO-OBS、OBS結構相比，APSON能提供最有效的波長時間復用，所以集中APSON環提供了更低的延遲、與基于OBS相當的延遲抖動。因同樣原因，集中APSON環內的阻塞概率實質上為零。該方案允許QoS的實現，并提供了全光學的傳輸平面。另外，該方案還允許根據需要和硬件要求(例如參見第五步)在中央控制節點(CCN)和光學節點之間分擔復雜性。此外，可以消除交換。因此，交換結構的交換速度不再是重要因素，這允許直接降低成本。本發明也不需要λ交換。出于這些和其它原因，集中APSON環是一種非常有效的結構，且利用目前的光學器件也具有低成本的可行性。
權利要求
1.用于在環網中傳輸數據的方法，所述環網通過特定通路傳輸脈沖串和數據分組，其特征在于從一節點i(204i)向一中央節點(202)發送一建立消息，以在所述的節點i(204i)和一節點j(204j)之間建立通信；對于在所述的節點i(204i)和節點j(204j)之間傳輸脈沖串或數據分組的一個通路，在當前的傳輸通過所述的通路傳輸數據分組時，停止在該通路上的該當前的傳輸；以及沿著所述的通路在所述的節點i(204i)和節點j(204j)之間建立通信。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于從所述的中央節點(202)向所述的節點i(204i)發送一個發送消息，以指示出要在所述的節點i(204i)和節點j(204j)之間建立通信的該通路。
3.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于向所述的節點j(204j)發送一個消息，以指示出要在所述的節點i(204i)和節點j(204j)之間建立數據流的該通路。
4.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于由所述的節點j(204j)在所指示的波長和纖維上進行檢測，把它所接收到的信息轉換成電的范疇，并由此恢復由節點i(204i)發送的數據。
5.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于接收到來的IP分組，根據目的地分類所述的IP分組，以及針對每個目的地收集所述的IP分組。
6.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于根據一確定的算法和按照預定的性能判據確定位于節點i(204i)和節點j(204j)之間的最佳的端對端通路。
7.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于當來自于其它節點k的數據流中斷從節點i(204i)到j(204j)的數據流傳輸時，將帶寬資源分配用于來自于節點k的數據流。
8.用于環網的系統，所述環網通過特定通路傳輸脈沖串和數據分組，其特征在于一節點i，用于發送一建立消息，以沿著傳輸數據分組的或經預留帶寬傳輸脈沖串的通路在所述的節點i和一節點j之間建立通信；一中央節點(202)，用于在當前的傳輸通過所述的通路傳輸數據分組時，停止在該通路上的該當前的傳輸；以及其中，所述的中央節點(202)沿著所述的通路在所述的節點i(204i)和節點j(204j)之間建立數據流。
9.如權利要求7所述的系統，其特征在于所述的中央節點(202)對所述環網的M個信道(2061..n)的波長容量進行復用，以便使信道數量遠遠低于該環網內的節點數量。
10.如權利要求7-9之一所述的系統，其特征在于如果采用多模纖維在所述的集中環內傳輸數據，則一個信道表示所述纖維之一內的波長。
11.如權利要求7-10之一所述的系統，其特征在于如果采用單模纖維在所述的集中環內傳輸數據，則一個信道直接表示所述纖維之一。
12.如權利要求7-11之一所述的系統，其特征在于所述的集中環在沒有λ轉換的情況下傳輸數據。
13.如權利要求7-12之一所述的系統，其特征在于所述的集中環在沒有動態交換的情況下傳輸數據。
14.如權利要求7-13之一所述的系統，其特征在于權利要求11所述的那種環網的多個環通過集線器被互連。
全文摘要
一種傳輸脈沖串和數據分組的環網。從一節點i(20文檔編號H04L12/56GK1773961SQ200510119488
公開日2006年5月17日 申請日期2005年11月9日 優先權日2004年11月9日
發明者M·德維加羅德里戈 申請人:西門子公司