在智能光網絡中實現(xiàn)光通道快速連接的并行信令方法

專利名稱：在智能光網絡中實現(xiàn)光通道快速連接的并行信令方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在光網絡中實現(xiàn)并行信令機制(PSBR， Parallel Signaling Based on RSVP-TE)的方法，尤其涉及一種面向通用多協(xié) 議標簽交換(GMPLS， Generalized Multiprotocol Label Switching) 協(xié)議體系、能夠有效縮短光通道連接建立時延的并行信令方法，屬于 光通信技術領域。
技術背景以IP技術為主導的Internet已經無法滿足正在急劇增長的數(shù)據(jù)業(yè)務 的新需求。為此，人們將目光投向了正在蓬勃發(fā)展的光網絡技術。目前， 光網絡技術作為一種新的技術方式已經被廣泛采用。傳統(tǒng)光網絡中，光層僅僅被看作是一個提供帶寬服務的簡單傳輸工 具。隨著技術的發(fā)展和認識的深化，人們開始意識到這種做法限制了網 絡的可擴展性。為此，人們提出了自動交換光網絡(ASON)的技術理念。 ASON是指一種具有靈活性、高可擴展性的能直接在光層上按需提供服務 的智能光網絡。它在現(xiàn)有的光網絡上增加一層控制平面，并利用這層控 制平面來為用戶建立連接、提供服務和對底層網絡進行控制，具有高可 靠性、可擴展性和高有效性等特點。ASON之所以被稱為具有"智能"，是 因為它采用了專為面向連接網絡開發(fā)的通用多協(xié)議標簽交換(GMPLS) 協(xié)議體系作為控制協(xié)議，光通道的建立和拆除不需要人工的參與。在智能光網絡中，為了在各節(jié)點中建立和拆除連接，需要利用資源 預留機制?？偟膩碚f，有2種資源預留方式一前向預留與反向預留。反 向預留和前向預留的不同在于從源端經過各個節(jié)點向目的端發(fā)送的不 是預留信息，而是收集各個鏈路空閑波長狀態(tài)的探測信息。目的端在探 測信息到達后根據(jù)探測到的空閑波長確定需要預留的波長，然后沿著相 同路徑發(fā)送預留信息回源端，同時沿途節(jié)點執(zhí)行真正的預留動作。因此， 帶寬的鎖定過程是由目的端發(fā)起的。有關研究表明，前向預留機制在其 預留過程中過多地預留了冗余資源，使得其他連接請求無法建立成功， 從而大大增加了網絡阻塞率。而后向預留機制通過前向的探測過程了解
網絡資源狀況，以占用更多控制信道帶寬和較長的連接建立時間為代價 有效降低了前向預留機制所帶來的高阻塞率。GMPLS協(xié)議體系為ASON實現(xiàn)帶寬資源的可靠保證和分布式動態(tài)分 配提供了技術基礎。作為GMPLS的主要信令協(xié)議，基于流量工程的資源 預留協(xié)議(RSVP-TE)是一種典型的反向信令。該RSVP-TE反向信令機 制的連接建立步驟如下1. 由源節(jié)點產生一個Path消息，該Path消息攜帶資源請求信息并按 照顯式路由對象(ERO)向下游節(jié)點發(fā)送該Path消息；2. 中間節(jié)點收到Path消息，為其建立RSVP Path狀態(tài)，并且判斷本 地資源是否滿足資源請求。如果本地資源滿足，節(jié)點修改Path消息中的 部分信息(如ERO)并向下游節(jié)點發(fā)送；3. 目的節(jié)點收到Path消息，建立Path狀態(tài)。如果本地資源滿足請求， 為連接分配出口資源(沿Path反方向)，并生成Resv消息沿Path消息路 徑的反方向發(fā)送。4. 中間節(jié)點收到Resv消息后，査詢Path狀態(tài)并為其建立RSVP Resv 狀態(tài)，為連接分配入口及出口資源，驅動底層連接倒換，修改并向上游 節(jié)點發(fā)送Resv消息。5. 源節(jié)點收到Resv消息，建立Resv狀態(tài)，為連接分配入口資源， 完成一條連接的建立。RSVP-TE建鏈時間(Tsignah,1g)由三個部分組成信令在每個控制節(jié) 點的處理時間(tp)、信令在每條鏈路上的傳輸時間(tt)和光交叉連接 的建立時間(tc)。傳統(tǒng)信令機制中，連接時延用如下公式農示<formula>formula see original document page 5</formula>信令連接建立時延直接影響網絡的利用率和業(yè)務響應速度。作為當 前研究熱點的分布式應用環(huán)境對于動態(tài)快速靈活帶寬的需求需要更加快速的信令機制。在現(xiàn)有RSVP-TE協(xié)議中，可以通過采用高速率數(shù)據(jù)通信 網來減小Tt,通過優(yōu)化軟件結構及硬件實現(xiàn)來減小Tp。但對于光交叉連 接建立時間te，隨著網絡拓撲規(guī)模的擴大，其對連接時延的影響正比例 增長，將會嚴重影響網絡的傳輸效率。 發(fā)明內容鑒于現(xiàn)有信令機制所存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種在智 能光網絡中實現(xiàn)光通道快速連接的并行信令方法。該方法延續(xù)了后向預 留機制在網絡阻塞率方面的優(yōu)良性能，在幾乎不增加控制信道負載的前提下可以有效減少信令連接建立時延，提高整個光網絡的資源利用率，為分布式應用環(huán)境提供響應更加快速的帶寬服務。為實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術方案-一種在智能光網絡中實現(xiàn)光通道快速連接的并行信令方法，其特征在于包括如下步驟源節(jié)點向目的節(jié)點發(fā)送攜帶了資源請求信息的PAT H消息；中間節(jié)點收到所述PATH消息，建立連接的PATH狀態(tài)并探測本地資 源的可用性，并行實現(xiàn)以下三個步驟(1)向下游節(jié)點發(fā)送更新的PATH 消息；(2)分配本地入端口波長資源，建立入端口資源分配狀態(tài)并向上游 節(jié)點發(fā)送攜帶有資源分配標簽的RESV消息；(3)在分配資源的同時驅動 底層硬件設備倒換，接收并保持本地入端口倒換狀態(tài)；所述目的節(jié)點按與所述中間節(jié)點相同的方式處理所述PATH消息，在 收到底層返回本地節(jié)點入端口倒換狀態(tài)后，將狀態(tài)標識(State Flag)封 裝到攜帶資源預留狀態(tài)標識符的資源預留消息(RESV-F)中，經d—I所述 PATH消息所經過路徑的各節(jié)點反向向源節(jié)點發(fā)送；所述中間節(jié)點收到所述資源預留消息，首先査詢本地資源預留狀態(tài)， 根據(jù)所述資源預留消息攜帶的資源分配狀態(tài)和本地査詢結果產生新的資 源預留狀態(tài)，并將其通過所述資源預留消息向上游節(jié)點轉發(fā)；所述源節(jié)點收到所述資源預留消息，根據(jù)資源預留狀態(tài)判斷連接是 否建立成功，將結果返回給用戶。其中，所述中間節(jié)點的上游節(jié)點收到所述RESV消息后，分配本地 出端口波長資源，驅動底層硬件設備如光交叉設備實現(xiàn)倒換，建立出端 口 RESV狀態(tài)，接收并保持底層返回的本地出端口倒換狀態(tài)，根據(jù)所述 本地節(jié)點入端口倒換狀態(tài)生成本地資源預留狀態(tài)。所述攜帶資源預留狀態(tài)標識符的資源預留消息(RESV-F)由目的節(jié)點 發(fā)起，沿著PATH消息相反方向向源節(jié)點發(fā)送，其路由由所述PATH消息 中的顯式路由對象決定。所述攜帶資源預留狀態(tài)標識符的資源預留消息的生成過程包括如下 步驟首先，中間節(jié)點接收PATH信息，建立軟狀態(tài)，分配本地入端口資源 并保持入端口倒換狀態(tài)，然后發(fā)送RESV消息；
所述RESV消息沿所述PATH消息的相反方向發(fā)送，并攜帶了標簽分 配信息；判斷發(fā)送所述RESV消息的節(jié)點是否為目的節(jié)點；如果否，則由該節(jié)點繼續(xù)發(fā)送PATH消息，如果是，生成本地資源預 留狀態(tài)，創(chuàng)建并發(fā)送所述攜帶資源預留狀態(tài)標識符的資源預留消息。所述攜帶資源預留狀態(tài)標識符的資源預留消息的處理過程包括如下 步驟中間節(jié)點接收到所述資源預留消息之后，建立軟狀態(tài)，同時根據(jù)接 收到的所述資源預留消息攜帶的標識符與本地資源預留狀態(tài)標識符創(chuàng)建 新標識；所述標識為真，則保留該狀態(tài)，否則刪除軟狀態(tài)，詢問該節(jié)點是否 為源節(jié)點；如果是源節(jié)點，則返回連接建立結果，如果不是，則將新標識封裝 到所述資源預留消息進一步向前一級節(jié)點轉送。本發(fā)明所提供的并行信令機制實現(xiàn)方法通過在各節(jié)點建立資源預留 狀態(tài)標識，可以實現(xiàn)節(jié)點上資源請求(PATH)與預留(RES V)消息的并行處 理，通過攜帶有資源預留標識符的資源預留消息(RESV-F)與RSVP信令 機制軟狀態(tài)相結合，收到RSVP-F消息只需簡單判斷標識位，突破了傳統(tǒng) 串行行令方法中交叉連接建立時間累加的局限，從而基本消除交叉連接 建立時延，有效縮短光路連接建立時間，能夠充分滿足分布式應用對智 能光網絡快速帶寬提供的需求。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的說明。 圖1是本發(fā)明所定義的新型消息一RESV-F的幀結構示意圖； 圖2是上述RESV-F消息中，RESV FLAG對象的示例圖； 圖3是RESV-F消息的生成過程流程圖； 圖4是RES V-F消息的處理過程流程圖；圖5是本發(fā)明所提供的分布式并行信令實現(xiàn)方法的流程示意圖。 圖6是中間節(jié)點實現(xiàn)并行信令處理機制的流程示意圖。
具體實施方式
針對傳統(tǒng)信令所存在的缺陷，本發(fā)明在傳統(tǒng)RSVP-TE信令協(xié)議的基 礎上設計增加了一種新型消息類型攜帶資源預留狀態(tài)標識符的資源預
留消息(RESV-F)，并在此基礎上提出并設計了一種有效縮短標簽交換路 徑(LSP， Label Switching Path)連接建立時間的并行信令機制。本發(fā)明 通過采用一種攜帶資源預留狀態(tài)標識符的新型信令消息，既保留了反向 預留優(yōu)良的阻塞率特性，又可以消除光交叉連接時間對整個光連接建立 時間特性的影響。參見圖1所示的幀結構，RESV-F是一種通告資源預留成功/失敗狀態(tài) 的新型消息。它參考了現(xiàn)有RSVP-TE協(xié)議中的Resv消息來設計實現(xiàn)， 其主要的改進之處在于增加了資源預留狀態(tài)標識符(RESV FLAG)。參見 圖2所示的RESV FLAG示例，其中的Flag用來攜帶下游節(jié)點預留狀態(tài) 的標識位，成功為1，失敗為0; Reserved為將來擴展預留。RESV-F消息由目的節(jié)點發(fā)起，沿著PATH消息相反方向向源節(jié)點發(fā) 送，其路由由PATH消息中的顯式路由對象(ERO, Explicit Route Object) 決定。下面首先介紹RSVP-F消息的生成過程和處理過程。 參見圖3所示，RSVP-F消息的生成過程包括如下步驟首先，中間 的某 一 個節(jié)點接收PAT H信息。該消息攜帶了從源節(jié)點到目的節(jié)點的資源 可用信息和數(shù)據(jù)流量特征等信息。PATH消息沿著顯式路由(ERO)前向 轉發(fā)，并且標簽請求等信息逐跳更新。接收PATH信息之后，建立用于管 理路由器和主機預留狀態(tài)的RSVP軟狀態(tài)。該軟狀態(tài)由PATH消息和 RESV消息創(chuàng)建并周期性的重刷新。如果在一個清理時間間隔內，節(jié)點沒 有收到匹配的重刷新消息該狀態(tài)將被刪除。軟狀態(tài)建立之后，進行本地 入端口資源分配保持入端口倒換狀態(tài)，發(fā)送R E S V消息。該消息沿著PAT H 消息的相反方向發(fā)送，并攜帶了標簽分配信息。判斷發(fā)送RESV消息的 節(jié)點是否為目的節(jié)點。如果否，則由該節(jié)點繼續(xù)發(fā)送PAT H消息；如果是， 生成本地資源預留狀態(tài)，創(chuàng)建并發(fā)送RSVP-F消息。RSVP-F消息的處理過程如圖4所示，包括如下步驟目的節(jié)點的前 一級節(jié)點(中間節(jié)點)接收到RSVP-F消息之后，建立用于管理底層光交 叉連接預留狀態(tài)的軟狀態(tài)，同時根據(jù)接收到的所述資源預留消息攜帶的 標識符與本地資源預留狀態(tài)標識符創(chuàng)建新標識。標識為真，則保留該狀 態(tài)，否則刪除軟狀態(tài)，詢問該節(jié)點是否為源節(jié)點。如果是源節(jié)點，則返 回用戶連接建立結果(成功與否)，如果不是，則將新標識封裝到所述資 源預留消息中，進一步向前一級節(jié)點轉送。
除了上面提到的RSVP-F消息、PATH消息和RESV消息之外，本發(fā) 明所提供的分布式并行信令機制還包括另外4類消息類型，分別是 PATHERR、 RESVERR、 PATHTEAR和ACK。另外，還可以使用RSVP-TE 中的Path， Resv等消息。以下對這4類消息進行功能描述PATHERR: PATHERR消息用來匯報PATH消息處理時的錯誤。它向 上游節(jié)點發(fā)送，并且使用PATH狀態(tài)逐跳路由。PATHERR消息不修改任 何狀態(tài)，它只向發(fā)送者匯報。RESVERR: RESVERR消息報告RESV消息處理時發(fā)生的錯誤。它 向下游節(jié)點發(fā)送，并且使用RESV狀態(tài)逐跳路由。PATHTEAR:用以拆除已經建立的鏈接，由發(fā)送者明確地發(fā)起，采用 與其相應的PATH消息相同的路由方式。當收到PATHTEAR消息時，節(jié) 點刪除匹配的RSVP狀態(tài)，如果沒有相應的RSVP狀態(tài)，丟棄PATHERR 消息，并且不向下游轉發(fā)。ACK:接收節(jié)點用來向發(fā)送方發(fā)送的確認消息。通過RESV-F這種新型消息與RSVP-TE信令中的軟狀態(tài)機制的結合，本發(fā)明能夠從根本上消除光通道連接過程中交叉連接控制的時延對整個 連接時間特性的影響，縮短了連接建立時間并提高了網絡的利用率。下 面結合圖5所示的并行信令機制實現(xiàn)流程對此展開詳細的說明。 本發(fā)明所提供的并行信令機制包括如下的步驟1. 首先，源節(jié)點收到OUNI (光網絡用戶網絡接口)的連接請求消 息后，根據(jù)路由表計算一條從源節(jié)點到目的節(jié)點的顯式路由(Explicit Route),根據(jù)顯式路由對象(ERO)向目的節(jié)點發(fā)送攜帶了資源請求信息 的PATH消息；2. 中間節(jié)點處理PATH消息。這一步驟是本發(fā)明中實現(xiàn)并行信令機 制的核心內容之一。參見圖6所示的并行信令機制實現(xiàn)流程，中間節(jié)點 在接收到上游節(jié)點PATH消息后，建立連接的PATH狀態(tài)并探測本地資源 的可用性，對請求的入口資源進行分配。然后，并行實現(xiàn)以下三個步驟 (l)根據(jù)PATH消息中的ERO對象向下游節(jié)點發(fā)送更新的PATH消息；(2) 分配本地入端口 (以PATH消息的傳遞方向為入)波長資源，為本節(jié)點建 立入端口資源分配狀態(tài)(RESV Ingress State)并向上游節(jié)點發(fā)送攜帶有 資源分配標簽的RESV消息；(3)驅動底層硬件設備如光交叉設備OXC 交叉連接，接收并保持本地入端口倒換狀態(tài)。3. 目的節(jié)點收到PATH消息，如中間節(jié)點那樣操作，并進入步驟4;4. 目的節(jié)點收到底層返回狀態(tài)后，將狀態(tài)標識(State Flag)封裝到 RESV-F消息中并經由PATH路徑各節(jié)點反向向源節(jié)點發(fā)送；5. 中間節(jié)點收到RESV消息，根據(jù)RESV消息所攜帶的標簽分配本 地出端口波長資源、驅動底層硬件設備如光交叉設備實現(xiàn)倒換，并為本 節(jié)點建立出端口資源分配狀態(tài)(RESV Outgress State),同時根據(jù)底層返 回的出端口倒換狀態(tài)生成本地資源預留狀態(tài)標識(State Flag);6. 中間節(jié)點收到RESV-F消息，首先査詢本地資源預留狀態(tài)標識 (State Flag)，根據(jù)RESV-F攜帶的資源分配狀態(tài)和本地査詢結果產生新的資源預留狀態(tài)，并將其通過RESV-F消息向上游節(jié)點轉發(fā)。在此步驟中， 只需簡單地將接收到的RESV-F消息中的標識與本地狀態(tài)標識(State Flag)相與，如結果為真(l)，表示目的節(jié)點到該節(jié)點之間資源分配成功， 否則，資源無法正常分配，并將這一結果通過RESV-F消息繼續(xù)向上游節(jié) 點轉發(fā)；7. 源節(jié)點收到RESV-F消息，根據(jù)由步驟6產生的資源預留狀態(tài)判 斷連接是否建立成功。通過OUNI接口返回給用戶。通過以上步驟建立的并行信令機制，在保證了連接建立可靠性及有 效性的同時能夠有效地縮短連接建立時間，將傳統(tǒng)信令方式中N(表示連 接經過的節(jié)點數(shù))倍的光交叉建立時間減小至僅需要一個這樣的時間， 如下公式表示乙—g=2A/xTp+2fA/-"X7;+7; (2)上述的改進在復雜拓撲中更加具有意義，并且隨著鏈路上節(jié)點個數(shù) 的增加優(yōu)勢體現(xiàn)得更加明顯，從而能夠有效地提高網絡帶寬利用率。以上對本發(fā)明所提供的實現(xiàn)智能光網絡中光通道快速連接的并行 信令方法進行了詳細的說明。對本領域的一般技術人員而言，在不背離 本發(fā)明實質精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都將構成對 本發(fā)明專利權的侵犯，將承擔相應的法律責任。
權利要求
1.一種在智能光網絡中實現(xiàn)光通道快速連接的并行信令方法，其特征在于包括如下步驟源節(jié)點向目的節(jié)點發(fā)送攜帶了資源請求信息的PATH消息；中間節(jié)點收到所述PATH消息，建立連接的PATH狀態(tài)并探測本地資源的可用性，并行實現(xiàn)以下三個步驟(1)向下游節(jié)點發(fā)送更新的PATH消息；(2)分配本地入端口波長資源，建立入端口資源分配狀態(tài)并向上游節(jié)點發(fā)送攜帶有資源分配標簽的RESV消息；(3)在分配資源的同時驅動底層硬件設備倒換，接收并保持本地入端口倒換狀態(tài)；所述目的節(jié)點按與所述中間節(jié)點相同的方式處理所述PATH消息，在收到底層返回本地節(jié)點入端口倒換狀態(tài)后，將狀態(tài)標識封裝到攜帶資源預留狀態(tài)標識符的資源預留消息中，經由所述PATH消息所經過路徑的各節(jié)點反向向源節(jié)點發(fā)送；所述中間節(jié)點收到所述資源預留消息，首先查詢本地資源預留狀態(tài)，根據(jù)所述資源預留消息攜帶的資源分配狀態(tài)和本地查詢結果產生新的資源預留狀態(tài)，并將其通過所述資源預留消息向上游節(jié)點轉發(fā)；所述源節(jié)點收到所述資源預留消息，根據(jù)資源預留狀態(tài)判斷連接是否建立成功，將結果返回給用戶。
2. 如權利要求1所述的在智能光網絡中實現(xiàn)光通道快速連接的并 行信令方法，其特征在于所述中間節(jié)點的上游節(jié)點收到所述RESV消息后，分配本地出端口 波長資源，驅動底層硬件設備倒換，建立出端口 RESV狀態(tài)，接收并保 持底層返回的本地出端口倒換狀態(tài)，根據(jù)所述本地節(jié)點入端口倒換狀態(tài) 生成本地資源預留狀態(tài)。
3. 如權利要求1所述的在智能光網絡中實現(xiàn)光通道快速連接的并 行信令方法，其特征在于所述攜帶資源預留狀態(tài)標識符的資源預留消息由目的節(jié)點發(fā)起，沿 著PATH消息相反方向向源節(jié)點發(fā)送，其路由由所述PATH消息中的顯式 路由對象決定。
4. 如權利要求1或3所述的在智能光網絡中實現(xiàn)光通道快速連接的并行信令方法，其特征在于所述攜帶資源預留狀態(tài)標識符的資源預留消息的生成過程包括如下 步驟首先，中間節(jié)點接收PATH信息，建立軟狀態(tài)，分配本地入端口資源 并保持入端口倒換狀態(tài)，然后發(fā)送RESV消息；所述RESV消息沿所述PATH消息的相反方向發(fā)送，并攜帶了標簽分 配信息；判斷發(fā)送所述RESV消息的節(jié)點是否為目的節(jié)點；如果否，則由該節(jié)點繼續(xù)發(fā)送PATH消息，如果是，生成本地資源預 留狀態(tài)，創(chuàng)建并發(fā)送所述攜帶資源預留狀態(tài)標識符的資源預留消總。
5.如權利要求1或3所述的在智能光網絡中實現(xiàn)光通道快速連接 的并行信令方法，其特征在于所述攜帶資源預留狀態(tài)標識符的資源預留消息的處理過程包括如下 步驟中間節(jié)點接收到所述資源預留消息之后，建立軟狀態(tài)，同時根據(jù)接 收到的所述資源預留消息攜帶的標識符與本地資源預留狀態(tài)標識符創(chuàng)建 新標識；所述標識為真，則保留該狀態(tài)，否則刪除軟狀態(tài)，詢問該節(jié)點是否 為源節(jié)點；如果是源節(jié)點，則返回連接建立結果，如果不是，則將新標識封裝 到所述資源預留消息進一步向前一級節(jié)點轉送。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在智能光網絡中實現(xiàn)光通道快速連接的并行信令方法。該方法中，中間節(jié)點并行實現(xiàn)以下步驟(1)向下游節(jié)點發(fā)送更新的PATH消息；(2)分配本地入端口波長資源，向上游節(jié)點發(fā)送攜帶有資源分配標簽的RESV消息；(3)驅動底層硬件設備倒換，接收并保持本地入端口倒換狀態(tài)；目的節(jié)點將狀態(tài)標識封裝到RESV-F消息中，反向向源節(jié)點發(fā)送；中間節(jié)點產生新的資源預留狀態(tài)，并將其通過RESV-F消息向上游節(jié)點轉發(fā)；源節(jié)點根據(jù)資源預留狀態(tài)判斷連接是否建立成功，將結果返回給用戶。利用本發(fā)明，可以基本消除交叉連接建立時延，有效縮短了光路連接建立時間，能夠充分滿足分布式應用對智能光網絡帶寬快速提供的需求。
文檔編號H04Q11/00GK101150878SQ200710120009
公開日2008年3月26日 申請日期2007年8月6日 優(yōu)先權日2007年8月6日
發(fā)明者喬耀軍, 紀越峰, 胡曉陽 申請人:北京郵電大學