专利名称：具有集中管理的脉冲串交换网用的环网的制作方法
技术领域：
本发明涉及以预留的带宽脉冲串和IP分组的组合形式在网络的环内传输数据，其中所述的IP分组是在运行中(on-the-fly)被发送的，更具体地，本发明涉及一种自适应脉冲串交换光网(APSON)。
背景技术：
APSON可以被认为是在光脉冲串交换(OBS)和ASON(自动交换光网)之间的一种混合网络技术。这可以从图1来理解，该图并排示出了三个传输网100。
在OBS网络102中，只要通路没有被拆卸(主要是指这些带宽资源不能为其它信源所用)，就把与该通路有关的带宽104预留下来。换句话说，只要通路存在，就保护被传输的数据。
但有必要注意的是，在OBS网络中，只有与脉冲串时延等效的带宽被预留。如果其它脉冲串想在该被保护的数据时隙结束之前、也即在当前脉冲串被传输完之前进行传送，则它将会被阻塞。另外，在OBS网络中，在如浪费的带宽部分106所示的脉冲串之间不能发送信息。
在ASON(108，图1)中，当数据达到时即被发送，也即“在运行中”通过所建立的通路被发送。该数据通常是IP分组110，而且不预留带宽。显然，这意味着ASON比OBS更为灵活，这使得能更为容易地为对待不同的客户而实现不同的业务质量(QoS)标准。另外，ASON不是结构化的，且比OBS更难以控制。
在APSON 112中，预留带宽的时延-也即被保护的数据114的时延-与脉冲串传输116的时延是分开的。换句话说，APSON方案既是一个λ交换体制，又是一个未被保护的数据时隙，其中脉冲串是在被保护的传输下进行发送，而在运行中发送的IP分组在λ交换中是被保护或未被保护地进行发送的。当例如根据客户计划为不同客户实现不同的业务质量(QoS)时，这允许更大的灵活性。
在APSON和以往这些网络之间存在相似性，但APSON实际上时一种独特的网络方案。例如在建立新的光路之前，把分组收集在一个聚合缓冲器中。这有点类似于OBS网络。从OBS网络也借鉴了其它一些方案，例如OBS带宽预留方案。但APSON明显不同于OBS。最重要的是，APSON实行的是类似于ASON的电路交换基本原理，而OBS网络则利用分组交换的手段。因此，APSON在混合了两种网络基本原理时，又是一种完全不同类型的网络。
因为APSON是一种全新的交换方案，所以在本领域尚未讨论过如何提供APSON的环形拓扑。但给APSON提供一种环形拓扑将会是有利的，因为环形实现起来简单，并从而在光网中具有历史性的重要意义。例如，与网状拓扑相比，在环形拓扑中的路由、交换和网管的复杂程度要低得多。为此，环形将会是采用诸如APSON等新光网技术所非常需要的拓扑。
本发明的目的在于，为了使用简单而高效的集中APSON而提供一些基本方案。在提供可行的集中手段方面，对光学层的当前技术限制-例如交换速度-给予了特殊考虑。
环形拓扑已经广泛地在λ交换中被研究。近来，OBS环网唤起了研究单位的兴趣，这导致了许多新近的研究以从λ交换网的观点来调研环的性能。这种研究例如有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已经建议在延迟、网络流通量以及所需波长数量方面最有前途的结构不是OBS，而是OBS的变型，即所谓的波长路由OBS网络(WR-OBS)。显然，不同之处在于，在OBS网络中的信源发送一个报头分组，而且在等待一偏移时间之后再发送脉冲串。相反，在WR-OBS网络中，信源发送一个报头分组，但在发送脉冲串之前从网络等待一个确认。
“Zapata”和类似的研究指出WR-OBS网络是光环网的最有前途的结构，这对APSON而言是充满希望的消息。APSON使用一种类似的、OBS信令的基于确认的变型方案，以便建立光路。但还不能肯定地知道环形拓扑是否对APSON有利。也没肯定或定义环形拓扑如何应用于APSON。
至今还没有定义为集中APSON环所用的方案。但Zapata等鼓舞人心的研究是有启发性的。因此，找寻一种可变和有效的基于APSON的环解决方案是有利的。这种解决方案在理论上甚至比在环形WR-OBS结构中具有更好的结果，因为APSON比诸如WR-OBS网络等基于OBS的解决方案要有优势。
一方面，APSON环形拓扑应该能重新利用标准化的ASON控制平面。另一方面，APSON环应该能因更少的技术挑战而更容易和更快捷地使用。APSON应该也能提供更小的延迟、更高的流通量、更低的信令开销和自组织结构。
基于APSON的环相对于λ交换手段也呈现出优势。在具有N个节点的纯粹的全光λ交换环中，每个节点需要一个信道来从其余节点接收数据。因此总共需要M＝N-1个信道。由于APSON提供了带宽资源的时间复用，所以需要的波长数量相对于λ交换情况而被减少。
为了解释，如果采用多模纤维的话，一个信道将表示多个纤维之一内的波长。但必须记住的是，信道是逻辑层上的概念。如果采用单模纤维，则信道将直接代表多个纤维之一。无论如何，根据所用光纤的类型(单模对多模)和λ转换能力是否可用，可以容易地实现信道和波长之间(在逻辑层和物理层之间)的映射。利用λ转换能力，所需的波长数量W为W＝M。在我们的讨论中，λ转换不可用，因此所需波长数量为W＝M+1＝N，无论是在单模纤维还是多模纤维中。
在APSON中，复用明显地降低了显著需要的波长数量。另外，总是存在若干与每个波长相关联的光学器件。这种光学器件中的一些、例如可调谐激光器是十分昂贵的。因此所需波长数量的降低对成本具有巨大影响，这是本发明建议和调研APSON环的有效性的主要动机。迄今为止还没有针对APSON的环形拓扑的申请。
但研制APSON环形拓扑的动机与以下问题不相符。如今，商用的交换结构提供了通常以毫秒为数量级的交换速度。这导致了以秒为数量级、有时更长的通路建立时间，这对于具有以Gbps为数量级的链接能力的真正动态交换结构来说，显然是远远不够的。以当前的交换速度，每当进行一次新的通路建立，就浪费一不可忽略的带宽量。这增加了阻塞概率，这又导致需要更高数量的波长和与之相关联的昂贵光学硬件，例如可调谐激光器。因此，交换结构越慢和每时间单位的通路建立数量越多，光学硬件的成本就越高。这是为实现诸如ASON、APSON、或为此还有OBS等动态交换结构所需要克服的至少一个主要障碍。
发明内容
为了减少硬件成本，应该制造更快的低成本交换结构，或者应该采用能降低每单位时间的交换动作数量的光学解决方案。在当前技术中的限制条件下，第一种可能性在目前是不可能的。本发明的重点放在第二种选择可能性以为APSON提供可变的环形拓扑解决方案。
本发明提供了一种可行的集中APSON环，其具有目前的光学器件而不牺牲高的网络性能。
一种用于在环网中传输数据的方法，所述环网传输脉冲串和数据分组，其特征在于从一节点i(204i)向一中央节点(202)发送一建立消息，以在所述的节点i(204i)和一节点j(204j)之间建立通信；对于在所述的节点i(204i)和节点j(204j)之间传输脉冲串和数据分组的一个通路，当该通路的当前传输是传输数据分组时，停止在该通路上的该当前的传输；以及沿着所述的通路在所述的节点i(204i)和节点j(204j)之间建立通信。
一种用于环网的系统，所述环网传输脉冲串和数据分组，其特征在于一节点i，用于发送一建立消息，以沿着一组合地传输数据分组和经预留带宽传输脉冲串的通路在所述的节点i和一节点j之间建立通信；一中央节点(202)，用于在所述通路的当前传输是传输数据分组时，停止该通路的该当前的传输；以及其中，所述的中央节点(202)沿着所述的通路在所述的节点i和节点j之间建立数据流。
应当理解，由于本发明利用了APSON，所以每单位时间的交换动作数量被降至零，或基本至零，或者不同地降低了环网内的每单位时间的交换动作数量。
一方面，为了降低成本和为了利用目前的光学技术使该方案可行，将不使用环网内的λ转换能力。
另一方面，为了降低成本和为了利用目前的光学技术使该方案可行，将在环网内部不使用动态交换。
附图示出了本发明的至少一个实施例，其中图1示出了不同的传输方案；图2示出了本发明的简图；图3用功能描述示出了本发明；以及图4示出了本发明的变型。
具体实施例方式
在图2所示的集中APSON结构200中，中央节点(CCN)202负责协调诸如通路建立和拆卸等网络信令任务。相反，在分散的APSON结构中，信令消息在网络节点之间进行交换，而不需要中央节点协调它们。本发明报告提供了一种基于集中APSON结构的APSON环方案。
在图中，假定集中环APSON结构包括N个节点2041...N和M个信道206。应当记住的是，图2是一种简化图，环网的细节因公知的文献而没有被讲述。需要记住但没有被示出的一点是，如果采用多模纤维，信道就代表多个纤维之一内的波长。另一方面，如果采用单模纤维，则信道直接表示多个纤维之一。
由于APSON提供了波长容量的时间复用，所以本发明的信道数量将典型地少于节点的数量(M≤N)。这是相对于λ交换网的主要优点。在没有λ转换的情况下，APSON数据流(由一个脉冲串和可能的IP分组组成)沿着其通路使用相同的波长。
没有动态交换的奢侈，APSON数据流沿着其通路使用相同的固定的纤维组合。这在逻辑层意味着(见图1)，一旦APSON数据流在信道i中建立，就不能交换到其它的信道j(i≠j)。
现在参考图3来解释集中环APSON 300的功能性描述。为了使节点i 304发送数据流到节点j 304s，由本发明优选地以以下顺序提供以下步骤。
在第一步中，每个节点(304，304s)接收到来的IP分组，并根据它们的目的地对其进行分类，然后将它们收集到不同的电缓冲器中，每个电缓冲器用于每个目的地。每当所谓的“汇聚策略”算法判定在相应的电缓冲器内已经收集了目的地j 304的足够分组，节点i304就把“通路建立”消息发送给CCN 302。
在另一步中，CCN 302根据预定的算法进行判定，由该算法根据诸如通路可用性等性能判据来判定i和j(304，304)之间的最佳端对端通路。当选择该通路时，一个“停止”消息便被发送给信源和目的地节点，例如使用它的g和h(304g，304h)，以便将其带宽资源分配用于i和j之间的传输(该处理的更详细说明参见下面的第五步)。
在进一步中，每当所述的端对端通路变得可用而且其带宽资源已经被分配时，CCN 302便向边缘节点i 304发送一个“发送”消息。当边缘节点i 304接收到该“发送”消息时，它便开始在该消息所指示的波长和/或光纤上传送数据流。
在再一步4中，与i 304的数据流的到达相同步地，CCN 302向节点j 304j发送一个“接收”消息，以通知到达的数据流所采用的波长和/或光纤。利用该信息，节点j 304j便在所指示的波长和纤维上进行接听，把它所接收的信息转换成电的范畴，并由此恢复由节点i304i所发送的数据。否则，如果节点不接收该“接收”消息，则转发给消息，而没有光电转换发生。以这种方式，本发明保证了数据平面依旧是全光学的。
在另一步中，完成资源分配。当来自另一节点k 304k的数据流中断来自节点i-j(304i，304j)的数据流的传输时，带宽资源便被分配用于来自节点k(304k)的数据流。在本发明的这一方面，节点i和j(304i，304j)从CCN接收一个“停止”消息，以指示在所指示的波长和/或光纤上的传输和接收必须停止。对于节点j(304j)，这意味着在所指示的波长和/或光纤上接收的光子被停止光电转换。
发生数据流中断的条件可以被解释如下。在数据流中，带宽被预留用于第一tflow秒的传输，而该数据流的其余比特没有带宽预留。这意味着，如果且只有从数据流传输开始算起过了多于tflow秒之后，其它数据流才可以中断当前数据流的传输。
在一种替代方案中，CCN 302被部分地从其复杂性释放出来，这又依赖于所述的边缘节点。以这种方式，在上述的第三和第五步中，“发送”和“接收”消息的发送不需要与数据流的第一比特的发送和达到同步。在该情形下，这些消息是在之前利用一个额外的字段发送的，该字段指示了直到第一比特的发送或到达的时间。节点i和j(304i，304j)被配备一个定时器，使得它们能自动地在定时器被触发时开始在指定的波长和/或光纤上发送或接收光子。该定时器根据“发送”或“接收”消息的该额外字段中所含的值来设置。
图4示出了一种可能的APSON结构400的实施例，该结构由通过两个集线器4041、4042互连的三个APS0N环4201-4023组成。从图3应当可以理解，本发明也可以按环形拓扑移植到任何数量的环中。本发明为每个环提供了上述的功能性，保证了为每个环内的业务不发生交换。这利用目前的光学器件以低成本提供了从APSON得到的所有优点。
如果图4的不同环被保持为独立的APSON环，那么，对于来自于一个环并去往另一个环的业务，必须进行OEO(光-电-光学)转换或动态交换(在集线器处)。另一方面，可以以单个环的形式来操作考虑这三个环(参见图3)，在这种情况下在传输平面不需要OEO或没有动态交换。
本发明的这种新型的集中APSON环方案是有优点的。该解决方案对单向和双向链接都有效，而且一个短的路由信息(例如标志位1或0)可以容易地加到“发送”消息的额外字段中，以便给信源节点指示出是通过左边的还是右边的光纤来发送数据流。由于APSON的有效的波长时间复用，给定环形拓扑和给定业务容量所用的波长数量相对于WR-OBS、OBS、尤其是相对于λ交换网被减少了。另外，每个波长具有相关联的几个光学器件，其中的一些是非常昂贵的，例如可调谐激光器。减少波长数量意味着对不再需要的光学器件的重要成本节省。
另外，由于与WO-OBS、OBS结构相比，APSON能提供最有效的波长时间复用，所以集中APSON环提供了更低的延迟、与基于OBS相当的延迟抖动。因同样原因，集中APSON环内的阻塞概率实质上为零。该方案允许QoS的实现，并提供了全光学的传输平面。另外，该方案还允许根据需要和硬件要求(例如参见第五步)在中央控制节点(CCN)和光学节点之间分担复杂性。此外，可以消除交换。因此，交换结构的交换速度不再是重要因素，这允许直接降低成本。本发明也不需要λ交换。出于这些和其它原因，集中APSON环是一种非常有效的结构，且利用目前的光学器件也具有低成本的可行性。
权利要求
1.用于在环网中传输数据的方法，所述环网通过特定通路传输脉冲串和数据分组，其特征在于从一节点i(204i)向一中央节点(202)发送一建立消息，以在所述的节点i(204i)和一节点j(204j)之间建立通信；对于在所述的节点i(204i)和节点j(204j)之间传输脉冲串或数据分组的一个通路，在当前的传输通过所述的通路传输数据分组时，停止在该通路上的该当前的传输；以及沿着所述的通路在所述的节点i(204i)和节点j(204j)之间建立通信。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于从所述的中央节点(202)向所述的节点i(204i)发送一个发送消息，以指示出要在所述的节点i(204i)和节点j(204j)之间建立通信的该通路。
3.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于向所述的节点j(204j)发送一个消息，以指示出要在所述的节点i(204i)和节点j(204j)之间建立数据流的该通路。
4.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于由所述的节点j(204j)在所指示的波长和纤维上进行检测，把它所接收到的信息转换成电的范畴，并由此恢复由节点i(204i)发送的数据。
5.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于接收到来的IP分组，根据目的地分类所述的IP分组，以及针对每个目的地收集所述的IP分组。
6.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于根据一确定的算法和按照预定的性能判据确定位于节点i(204i)和节点j(204j)之间的最佳的端对端通路。
7.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于当来自于其它节点k的数据流中断从节点i(204i)到j(204j)的数据流传输时，将带宽资源分配用于来自于节点k的数据流。
8.用于环网的系统，所述环网通过特定通路传输脉冲串和数据分组，其特征在于一节点i，用于发送一建立消息，以沿着传输数据分组的或经预留带宽传输脉冲串的通路在所述的节点i和一节点j之间建立通信；一中央节点(202)，用于在当前的传输通过所述的通路传输数据分组时，停止在该通路上的该当前的传输；以及其中，所述的中央节点(202)沿着所述的通路在所述的节点i(204i)和节点j(204j)之间建立数据流。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于所述的中央节点(202)对所述环网的M个信道(2061..n)的波长容量进行复用，以便使信道数量远远低于该环网内的节点数量。
10.如权利要求7-9之一所述的系统，其特征在于如果采用多模纤维在所述的集中环内传输数据，则一个信道表示所述纤维之一内的波长。
11.如权利要求7-10之一所述的系统，其特征在于如果采用单模纤维在所述的集中环内传输数据，则一个信道直接表示所述纤维之一。
12.如权利要求7-11之一所述的系统，其特征在于所述的集中环在没有λ转换的情况下传输数据。
13.如权利要求7-12之一所述的系统，其特征在于所述的集中环在没有动态交换的情况下传输数据。
14.如权利要求7-13之一所述的系统，其特征在于权利要求11所述的那种环网的多个环通过集线器被互连。
全文摘要
一种传输脉冲串和数据分组的环网。从一节点i(20文档编号H04L12/56GK1773961SQ200510119488
公开日2006年5月17日 申请日期2005年11月9日 优先权日2004年11月9日
发明者M·德维加罗德里戈 申请人:西门子公司