專利名稱：一種基于環(huán)路的混合交換光網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及光混合交換系統(tǒng)的交換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。

背景技術(shù)：
波分復(fù)用技術(shù)(Wavelength Division Multiplexing)的出現(xiàn)開創(chuàng)了太比特傳輸帶寬的先河。至此，所需帶寬已不再成為決定網(wǎng)絡(luò)花費(fèi)的首要因素。最初的光網(wǎng)絡(luò)是點(diǎn)與點(diǎn)之間光纖鏈路的互聯(lián)，光信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都要轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行電處理，因此具有高的帶寬資源共享率。然而由于骨干網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)涞倪B通度很低，網(wǎng)絡(luò)的電路由器處理的所有業(yè)務(wù)中，有大約70％的業(yè)務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)——仍然需要傳送一跳或多跳才能到達(dá)其目的節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)，這些轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)需要在途經(jīng)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行電處理。目前的情況是電域的處理速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度，因此電域成為了光網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。面對(duì)這個(gè)問題，研究者們提出了一些解決方案，由此，產(chǎn)生了WDM光網(wǎng)絡(luò)的三種基本交換技術(shù)——光電路交換(Optical Circuit Switching，OCS)，光分組交換(Optical Packet Switching，OPS)，光突發(fā)交換(Optical Burst Switching，OBS)。
光電路交換OCS通過動(dòng)態(tài)尋路和波長分配建立端到端的光路(lightpath)。數(shù)據(jù)不需要光-電-光的轉(zhuǎn)換而直接通過光路(lightpath)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)端到端的透明傳輸。但是，它不能實(shí)現(xiàn)光路的統(tǒng)計(jì)復(fù)用，帶寬利用率不高。由于受到波長連續(xù)性的限制，即便網(wǎng)絡(luò)中配置了波長變換器，所建的光路仍然會(huì)受到波長數(shù)目的限制。此外，光路的建立和拆除需要一定的時(shí)間，對(duì)于突發(fā)性強(qiáng)，變化頻繁的IP業(yè)務(wù)來說，OCS并不適用。
光分組交換OPS與傳統(tǒng)的分組交換網(wǎng)路類似，采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)真正的光域交換，并且具有高的統(tǒng)計(jì)復(fù)用率和帶寬利用率，適合用于傳輸IP那樣突發(fā)性強(qiáng)的業(yè)務(wù)。但是，全光的分組交換在實(shí)現(xiàn)上存在若干難點(diǎn)，許多關(guān)鍵技術(shù)的突破有待于光器件技術(shù)的成熟，如靈活有效的光邏輯器件、光存儲(chǔ)器件，以及光域的同步技術(shù)等。
光突發(fā)交換OBS技術(shù)是兩種交換技術(shù)的折中。OBS網(wǎng)絡(luò)按照IP數(shù)據(jù)的目的地址和服務(wù)質(zhì)量QoS(Quality of Service)匯聚成突發(fā)包Burst，并生成一個(gè)突發(fā)頭分組(Burst Head Packet)。突發(fā)頭分組BHP先于突發(fā)包Burst發(fā)送到獨(dú)立的控制信道，在途經(jīng)的每一個(gè)交換節(jié)點(diǎn)處為突發(fā)包Burst預(yù)約波長資源。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)一旦收到BHP，就會(huì)在Burst到達(dá)的時(shí)刻配置好交換矩陣，引導(dǎo)Burst到正確的出端口以到達(dá)其目的節(jié)點(diǎn)。由此，Burst實(shí)現(xiàn)了全光交換。相比波長路由光網(wǎng)絡(luò)而言，OBS網(wǎng)絡(luò)可以提供更好的帶寬利用率，相比OPS網(wǎng)絡(luò)而言，OBS網(wǎng)絡(luò)不需要光緩存或分組的分離，通過在網(wǎng)絡(luò)的邊緣節(jié)點(diǎn)匯聚合適的突發(fā)包，它能夠有效的應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中動(dòng)態(tài)變化的業(yè)務(wù)。
目前，研究者們不再追求一種網(wǎng)絡(luò)交換方式的單方面的性能指標(biāo)，而是研究如何結(jié)合上述交換方式的優(yōu)點(diǎn)，盡量避免或減少其缺點(diǎn)，協(xié)調(diào)好光域和電域的匹配，共同實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換。因此，提出了混合交換的概念 “如果一個(gè)光網(wǎng)絡(luò)同時(shí)結(jié)合了兩種或兩種以上的基本網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這個(gè)光網(wǎng)絡(luò)就被稱為混合交換光網(wǎng)絡(luò)?！? 現(xiàn)有的混合交換光網(wǎng)絡(luò)大致分為三種類型——主從型，平行型和集成型。在主從型的混合交換光網(wǎng)絡(luò)中，Client層采用OBS/OPS交換，Server層采用波長交換，下層通過構(gòu)建由光路組成的虛拓?fù)錇樯蠈犹峁┓?wù)。突發(fā)包/分組包只能在上層交換，而網(wǎng)絡(luò)中某些固定的業(yè)務(wù)流則通過下層的光路傳輸。這種模型的優(yōu)點(diǎn)在于，由于Client層的一部分業(yè)務(wù)通過光路直接傳輸，因此減少了OBS/OPS的沖突，提高了處理效率。其缺點(diǎn)是該模型存在如何構(gòu)建虛拓?fù)涞膯栴}，OBS/OPS對(duì)鏈路的利用率很高，而在虛拓?fù)鋯栴}中，隨著虛拓?fù)溥B通度的增加，鏈路利用率逐漸減少。如果構(gòu)建密集的虛拓?fù)渚托枰诙斯?jié)點(diǎn)增加額外的資源來補(bǔ)償減少的利用率，所以需要構(gòu)建合適的虛拓?fù)鋪頊p少全網(wǎng)花費(fèi)。此外，如何傳送突發(fā)頭分組BHP也是這種混合交換技術(shù)的問題所在。(見文獻(xiàn)Biao Chen，and JianpingWang，“Hybrid Switching and P-Routing for Optical Burst Switching Networks”，IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS，VOL.21，NO.7，SEPTEMBER 2003，pp.1071-1080.) 平行型的混合光網(wǎng)絡(luò)有OBS和OCS兩種傳輸方式，根據(jù)客戶服務(wù)需求的不同，使用不同的傳輸方式提供服務(wù)。邊緣節(jié)點(diǎn)根據(jù)業(yè)務(wù)流的特性，如帶寬、持續(xù)時(shí)間和QoS，將業(yè)務(wù)流區(qū)分為適合OBS傳輸和適合OCS傳輸?shù)膬煞N業(yè)務(wù)。持續(xù)時(shí)間短(short-lived)、QoS要求較低的業(yè)務(wù)適合OBS傳輸，而持續(xù)時(shí)間長(long-lived)、占用較多帶寬、QoS要求嚴(yán)格的業(yè)務(wù)適合OCS傳輸。邊緣節(jié)點(diǎn)決定業(yè)務(wù)用哪種方式傳輸，在傳輸過程中不會(huì)改變該業(yè)務(wù)的傳輸方式。對(duì)適用于OBS傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)，邊緣節(jié)點(diǎn)將業(yè)務(wù)流匯聚成突發(fā)數(shù)據(jù)，核心節(jié)點(diǎn)根據(jù)BHP對(duì)突發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行交換；而對(duì)適用于OCS傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)，則根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的資源使用情況為業(yè)務(wù)流分配波長和建立光路，因此，要求核心節(jié)點(diǎn)具備OBS交換和OCS交換的能力。平行型混合光網(wǎng)絡(luò)中的主要問題有 A邊緣節(jié)點(diǎn)如何有效的對(duì)業(yè)務(wù)流進(jìn)行分類。
B資源分配問題。如何在OBS、OCS兩種傳輸方式之間合理的分配或動(dòng)態(tài)的調(diào)整有限的網(wǎng)絡(luò)資源，是這種交換技術(shù)的難點(diǎn)所在。
集成型混合光網(wǎng)絡(luò)與前面兩種混合模型相比，把集成進(jìn)一步深入。在集成型混合光網(wǎng)絡(luò)中，兩種技術(shù)同時(shí)享有相同的帶寬資源，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有OCS和OBS/OPS能力，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能決定數(shù)據(jù)的傳送模式。目前的集成型混合光網(wǎng)絡(luò)只有兩種，一種是ORION(Overspill Routing in Optical Network)(見文獻(xiàn)E.Van Breusegem，J.Cheyns，D.De Winter，D.Colle，M.Pickavet and P.Demeester，“A Broad view on Overspill Routing In Optical networksa real synthesis of packetand circuit switching”，Optical Switching and Networking，invited publication，toappear end 2004.)，另一種是OpMiGua(見文獻(xiàn)S.Bjornstad，M.Nord，D.R.Hjelme＂QoS differentiation and header/payload separation in optical packet switching usingpolarisation multiplexing＂，in proceedings of ECOC 2003，Rimini(Italy)，Sept.2003，Mo 3.4.6，pp.28，29.)，它們主要在實(shí)現(xiàn)上有所不同。兩種方式的共同特征是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要探測經(jīng)過它每個(gè)數(shù)據(jù)包的當(dāng)前狀態(tài)，并且在不影響光路上存在的采用波長交換的業(yè)務(wù)的情況下插入或提取OPS的數(shù)據(jù)包。兩種方式采用不同的調(diào)制技術(shù)在數(shù)據(jù)包上打光標(biāo)簽，并在光路中間節(jié)點(diǎn)逐跳探測，并且還需要在光路上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行直接插入，這些所需技術(shù)使光網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度顯著增加。
上述的混合交換方式存在虛拓?fù)涞臉?gòu)建，網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)困難以及如何合理的利用資源進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)葐栴}，怎樣解決這些問題并充分利用基本交換技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)從而使網(wǎng)絡(luò)性能有更好的表現(xiàn)，成為一個(gè)有待解決的問題。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于環(huán)路的混合交換光網(wǎng)絡(luò)(Cycle-based Hybrid Switching Optical Network，CHSON)的構(gòu)建方法。該方法有效的結(jié)合了OCS和OBS兩種交換方式，通過構(gòu)建CHSON特有的虛拓?fù)湟约霸O(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的處理流程，使網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能夠靈活地根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的狀況利用網(wǎng)絡(luò)資源。該方法不僅能夠有效地降低網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，而且在應(yīng)對(duì)突發(fā)業(yè)務(wù)方面有良好的性能表現(xiàn)，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的健壯性。
為了方便地描述本發(fā)明方案，首先將相關(guān)概念做如下定義 物理拓?fù)渲赣删W(wǎng)絡(luò)中的一些節(jié)點(diǎn)/路由器和連接這些節(jié)點(diǎn)/路由器的光纖鏈路組成。
光路通過路由選擇和波長配置建立端到端的連接。
虛拓?fù)浠谖锢硗負(fù)浣⒌乃泄饴返募蠘?gòu)成了網(wǎng)絡(luò)的虛拓?fù)洹?br> H集合H集合是由1，…，n的無重復(fù)數(shù)字組成的長度小于等于n+1的數(shù)字串構(gòu)成的集合，僅當(dāng)長度為n+1時(shí)首尾數(shù)字可以相同。
H矩陣由H集合作為元素M(i，j)構(gòu)成的矩陣M＝(M(i，j))n×m稱為H矩陣。
連接積設(shè)M＝{mi|i＝1，…，r}，N＝{nj|j＝1，…，s}均是H集合，則H集合M和N的連接積P仍是一個(gè)H集合 P＝M*N＝{mi*N|將N中數(shù)字串拼接到mi后的結(jié)果，mi∈M，拼接時(shí)，mi和N中數(shù)串無公共數(shù)字(除非連接后結(jié)果長度為n+1時(shí)，首尾數(shù)字可相同)或均不為空串，否則，結(jié)果為空串。} H鄰接矩陣設(shè)G＝(V，E)是有n個(gè)頂點(diǎn)的圖，E(G)是其邊集，V(G)是其頂點(diǎn)集。圖G的H鄰接矩陣被定義成這樣一個(gè)n階H矩陣M＝(M(i，j))n×n。其中 圖的H鄰接矩陣和圖的一般鄰接矩陣具有相似的性質(zhì)。
通路矩陣n個(gè)頂點(diǎn)的圖G的長度為k的通路矩陣定義為 Mk＝Mk-1*M k＝2，...，n 這里的M1為圖G的H鄰接矩陣，而M是將M1中不為空集Φ的集合元素中的數(shù)串刪去左邊首字符而得到的矩陣。
回路是圖G＝(V，E)中的一條路徑(G有n個(gè)頂點(diǎn)，E(G)是其邊集，V(G)是其頂點(diǎn)集)，該路徑的起點(diǎn)和終點(diǎn)由一條邊相連，即為圖中的一條從起點(diǎn)出發(fā)最終可以回到起點(diǎn)的路徑。
回路相等假設(shè)圖G＝(V，E)中兩條回路A、B，如果A回路上的所有節(jié)點(diǎn)組成的集合和B回路上的所有節(jié)點(diǎn)組成的集合相等，并且A回路從某個(gè)節(jié)點(diǎn)開始按照順時(shí)針(或逆時(shí)針)方向回到該節(jié)點(diǎn)的過程中所經(jīng)歷的節(jié)點(diǎn)的順序與B回路從某個(gè)節(jié)點(diǎn)開始到回到該節(jié)點(diǎn)的過程中經(jīng)歷的節(jié)點(diǎn)的順序一致，則認(rèn)為A回路和B回路相等。
Hamilton回路一條能夠經(jīng)過圖G＝(V，E)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)恰好一次的回路。
HLDA算法WDM光網(wǎng)絡(luò)的虛拓?fù)湓O(shè)計(jì)算法，具體內(nèi)容參見文獻(xiàn)RajivRamaswami，Kumar N.Sivarajan，“Design of Logical Topologies forWavelength-Routed Optical Networks”，IEEE JOURNAL ON SELECTED AREASIN COMMUNICATIONS，VOL.14，NO.5，JUNE 1996. 混合時(shí)間和長度門限算法OBS突發(fā)包匯聚算法，具體內(nèi)容參見文獻(xiàn)Xiaojun Cao，Jikai Li，Yang Chen，Chunming Qiao，“Assembling TCP/IP Packets inOptical Burst Switched Networks”，Proc.IEEE Globecom，2002. LAUC-VF算法OBS突發(fā)包的調(diào)度算法，具體內(nèi)容參見文獻(xiàn)Yijun Xiong，Marc Vandenhoute and Hakki C.Cankaya，“Control Architecture in OpticalBurst-Switched WDM Networks”，IEEE Journal on Selected Areas inCommunications，vol.18，no.10(October 2000)，pp.1838-1851. Dijkstra算法經(jīng)典的最短路算法，具體內(nèi)容參見文獻(xiàn)Lu Feng，“Shortest PathAlgorithmsTaxonomy and Advance in Research”，Acta Geodaeticaet CartographicaSinica，vol.30，no.8，pp.269-275，2001(in Chinese). 光路表記錄從每個(gè)節(jié)點(diǎn)出發(fā)的由HLDA算法計(jì)算得出的所有光路的標(biāo)號(hào)的表格。
路由轉(zhuǎn)發(fā)表根據(jù)OBS的虛拓?fù)浜虳ijkstra最短路路由算法計(jì)算出OBS網(wǎng)絡(luò)所有的數(shù)據(jù)包所需的在其途經(jīng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的轉(zhuǎn)發(fā)端口，并將計(jì)算結(jié)果記錄于表格中。
光路緩存基于環(huán)路的混合交換光網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都配備有一個(gè)電緩存，該電緩存分為光路緩存和溢出緩存兩個(gè)部分，其中，光路緩存的功能是為接入網(wǎng)數(shù)據(jù)流中的那些存在對(duì)應(yīng)光路的數(shù)據(jù)提供緩存，并記錄光路緩存的存儲(chǔ)狀況。具體來說，就是通過查看光路表和光路緩存的存儲(chǔ)狀況，決定對(duì)進(jìn)入本節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行不同的處理——將數(shù)據(jù)包送入光路緩存并以O(shè)CS的交互方式發(fā)送數(shù)據(jù)包或者將數(shù)據(jù)包送至溢出緩存進(jìn)行突發(fā)包的匯聚。
溢出緩存基于環(huán)路的混合交換光網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都配備有一個(gè)電緩存，該電緩存分為光路緩存和溢出緩存兩個(gè)部分，其中，溢出緩存用于存儲(chǔ)來自光路緩存的數(shù)據(jù)包，并負(fù)責(zé)將這些數(shù)據(jù)包按照混合時(shí)間和長度門限算法匯聚成突發(fā)包，以O(shè)BS的交換方式將突發(fā)包發(fā)送入OBS網(wǎng)絡(luò)中。
Offset Time偏移時(shí)間，OBS網(wǎng)絡(luò)的突發(fā)頭分組BHP與其相應(yīng)的突發(fā)包Burst之間的發(fā)送時(shí)間之差，用于彌補(bǔ)BHP在電域的處理延時(shí)。
業(yè)務(wù)量矩陣一個(gè)N×N的矩陣，N為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的總數(shù)，第(i，j)個(gè)元素代表需要從節(jié)點(diǎn)i傳送到節(jié)點(diǎn)j的業(yè)務(wù)流的平均速率。注意該業(yè)務(wù)量矩陣為非對(duì)稱矩陣，即從節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的業(yè)務(wù)流速率不一定等于從節(jié)點(diǎn)j到節(jié)點(diǎn)i的業(yè)務(wù)流速率。
節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)流進(jìn)入基于環(huán)路的混合交換光網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)流分為兩類，一類是核心網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流，一類是接入網(wǎng)業(yè)務(wù)流。
接入網(wǎng)業(yè)務(wù)流針對(duì)基于環(huán)路的混合交換光網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)流提出的，指從本地網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入CHSON網(wǎng)絡(luò)的IP分組業(yè)務(wù)流。
核心網(wǎng)業(yè)務(wù)流針對(duì)基于環(huán)路的混合交換光網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)流提出的，指從CHSON網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送到本交換節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)流，它包含三種業(yè)務(wù)類型——BHP，Burst和IP分組。
本地地址每一個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中都有自己的編號(hào)，這個(gè)編號(hào)就是其對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的本地地址。
本發(fā)明提供一種基于環(huán)路的混合交換光網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，其特征是它包括光突發(fā)交換OBS網(wǎng)絡(luò)虛拓?fù)涞臉?gòu)建過程，光電路交換OCS網(wǎng)絡(luò)虛拓?fù)涞臉?gòu)建過程，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)流的處理過程，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)核心網(wǎng)業(yè)務(wù)流的處理過程，所述的光突發(fā)交換OBS網(wǎng)絡(luò)虛拓?fù)涞臉?gòu)建過程，光電路交換OCS網(wǎng)絡(luò)虛拓?fù)涞臉?gòu)建過程，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)流的處理過程，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)核心網(wǎng)業(yè)務(wù)流的處理過程分別采用下面的步驟實(shí)現(xiàn) 光突發(fā)交換OBS網(wǎng)絡(luò)虛拓?fù)涞臉?gòu)建過程采用以下步驟 步驟1 對(duì)給定N個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)鋱DG的H鄰接矩陣M1，N為正整數(shù)，判斷H鄰接矩陣M1是否有全空的行或列，如果H鄰接矩陣M1有全空的行或列，則轉(zhuǎn)步驟10；如果H鄰接矩陣M1無全空的行或列，則由H鄰接矩陣M1構(gòu)造矩陣M，轉(zhuǎn)步驟2；構(gòu)造矩陣M的方法是將H鄰接矩陣M1中不為空集Φ的集合元素中的字符串刪去左邊首字符得到的矩陣M； 步驟2 按照通路矩陣的定義構(gòu)造出長度為k的通路矩陣Mk＝Mk-1*M，k＝2，并轉(zhuǎn)步驟4； 步驟3 按照通路矩陣的定義構(gòu)造出長度為k的通路矩陣Mk＝Mk-1*M； 步驟4 判斷通路矩陣Mk中的每行每列是否都有非空元素并且k是否小于N？如是，則k＝k+1，并轉(zhuǎn)步驟3；如否，則轉(zhuǎn)步驟5； 步驟5 判斷k是否等于N？如果k＝N，則將通路矩陣Mk主對(duì)角線上的元素放入集合A中，得到物理拓?fù)鋱DG的全部Hamilton回路，并轉(zhuǎn)步驟6；否則轉(zhuǎn)步驟10； 步驟6 按照回路相等的定義，找出集合A中的元素所代表的回路中所有相等的回路，在代表相等回路的元素中，只保留其中的一個(gè)，其余的全部刪除；得到集合A中所有的元素所代表的回路均不相等，并轉(zhuǎn)步驟7； 步驟7 判斷集合A中的元素的個(gè)數(shù)，如果等于1，則轉(zhuǎn)步驟9；否則，則轉(zhuǎn)步驟8； 步驟8 對(duì)集合A中的所有元素所代表的回路進(jìn)行選擇，方法是 a)計(jì)算集合A中元素的數(shù)量，并記為I(I>1，且I為正整數(shù))； b)根據(jù)已知的業(yè)務(wù)量矩陣T，計(jì)算集合A中每一個(gè)元素所代表的回路的衡量值Ci(i為正整數(shù)，且i＝1，…，I)，衡量值Ci的計(jì)算方法如下 其中，N表示網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)總數(shù)，Lij表示第i個(gè)環(huán)路上第j段鏈路實(shí)際承載的業(yè)務(wù)量；Tsd表示從節(jié)點(diǎn)s到節(jié)點(diǎn)d的業(yè)務(wù)量。Lij的計(jì)算方法如下
業(yè)務(wù)按照何種方向沿回路傳送完全根據(jù)路由策略決定，這里使用最短路路由策略，由Dijkstra算法計(jì)算出OBS網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的最短路，業(yè)務(wù)沿著最短路傳送到其目的節(jié)點(diǎn)。
c)清空集合A，選取最小的衡量值Ci值所對(duì)應(yīng)的元素放入集合A中； 步驟9 集合A中元素所代表的回路即為OBS的虛拓?fù)洌? 步驟10 算法結(jié)束； 該過程的算法流程如圖2所示。
光電路交換OCS網(wǎng)絡(luò)虛拓?fù)涞臉?gòu)建過程采用以下步驟 步驟1 計(jì)算OCS網(wǎng)絡(luò)的波長資源。由網(wǎng)絡(luò)中所有光纖鏈路的波長數(shù)量之和減去OBS網(wǎng)絡(luò)占用的波長數(shù)量，得到OCS網(wǎng)絡(luò)的波長數(shù)量； 步驟2 根據(jù)步驟1的計(jì)算結(jié)果和已知的業(yè)務(wù)量矩陣T，利用HLDA算法建立OCS網(wǎng)絡(luò)的虛拓?fù)洳⑸上鄳?yīng)的光路表； 該過程的算法流程如圖3所示。
網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)流的處理過程采用以下步驟 步驟1 針對(duì)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包查看光路表(由OCS虛拓?fù)錁?gòu)建過程產(chǎn)生)，判斷是否存在以本地地址為起始節(jié)點(diǎn)、以數(shù)據(jù)包的目的地址為終節(jié)點(diǎn)的光路；如果存在，則轉(zhuǎn)步驟2，否則，將進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包送入溢出緩存并轉(zhuǎn)步驟3； 步驟2 判斷光路緩存是否由于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包的總量已經(jīng)到達(dá)其容量上限而無法再存儲(chǔ)任何數(shù)據(jù)包；如果光路緩存不能再存儲(chǔ)任何數(shù)據(jù)包，則將該數(shù)據(jù)包送入溢出緩存并轉(zhuǎn)步驟3，否則，將數(shù)據(jù)包放入光路緩存并轉(zhuǎn)步驟5； 步驟3 將溢出緩存中的數(shù)據(jù)包利用混合時(shí)間和長度門限算法組裝成突發(fā)包，組裝完成后生成突發(fā)頭分組BHP，并轉(zhuǎn)步驟4； 步驟4 查找端口轉(zhuǎn)發(fā)表確定步驟3生成的突發(fā)頭分組BHP的轉(zhuǎn)發(fā)端口并且按照LAUC-VF算法在該端口的波長上進(jìn)行突發(fā)包Burst的調(diào)度。如果調(diào)度成功，記錄波長的占用時(shí)刻，發(fā)送突發(fā)頭分組BHP至控制信道并于Offset Time之后發(fā)送突發(fā)包Burst至數(shù)據(jù)信道；如果調(diào)度失敗，則銷毀突發(fā)頭分組BHP。
步驟5 判斷由步驟1找出的光路在當(dāng)前時(shí)刻是否可以傳送該數(shù)據(jù)包？如是，則發(fā)送數(shù)據(jù)包；否則，數(shù)據(jù)包在光路緩存中繼續(xù)等待； 該過程的算法流程如圖4所示。
網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)核心網(wǎng)業(yè)務(wù)流的處理過程采用以下步驟 步驟1 查看突發(fā)頭分組BHP的目的地址(雖然核心網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)包含三種類型，但是需要處理的業(yè)務(wù)只有突發(fā)頭分組BHP)。如果突發(fā)頭分組BHP的目的地址是本地地址，說明突發(fā)頭分組BHP的資源預(yù)約任務(wù)已經(jīng)完成，只需銷毀突發(fā)頭分組BHP；如果突發(fā)頭分組BHP的目的地址不是本地地址，則從轉(zhuǎn)發(fā)表查找出該突發(fā)頭分組BHP的轉(zhuǎn)發(fā)端口； 步驟2 突發(fā)頭分組BHP在由步驟1找出的端口的所有波長上按照LAUC-VF算法調(diào)度其對(duì)應(yīng)的突發(fā)包Burst。如果調(diào)度成功，則在記錄波長的占用時(shí)間并修改突發(fā)頭分組BHP中的Offset Time之后發(fā)送突發(fā)頭分組BHP；如果調(diào)度失敗，則丟棄突發(fā)頭分組BHP； 該過程的算法流程如圖4所示。
以上四個(gè)過程構(gòu)成了基于環(huán)路的混合交換光網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造方法。
將網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造成為由OBS環(huán)路與OCS光路組合而成的虛拓?fù)洌⒗靡欢ǖ奶幚聿呗栽谄涮撏負(fù)渖蠈?shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的傳送，是本發(fā)明實(shí)質(zhì)性的創(chuàng)新內(nèi)容。
本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn) 相對(duì)于主從型，集成型和平行型等混合交換網(wǎng)絡(luò)，本發(fā)明的核心思想是將網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造成一種環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的OBS網(wǎng)絡(luò)和OCS網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合體，將網(wǎng)絡(luò)中的大部分業(yè)務(wù)經(jīng)一跳到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，滿足大多數(shù)情況下網(wǎng)絡(luò)的通信需求，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)發(fā)生小范圍變化的時(shí)候，光路無法承載的業(yè)務(wù)將沿著環(huán)形拓?fù)洳捎肙BS的交換方式繼續(xù)傳送。該方法可以在一定范圍內(nèi)應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的突發(fā)性，使網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠。此外，該方法簡單有效，切實(shí)可行。
本發(fā)明提供的基于環(huán)路的混合交換光網(wǎng)絡(luò)，具有以下特點(diǎn) 1)基于環(huán)路的混合交換光網(wǎng)絡(luò)很好的集成了OCS和OBS兩種傳統(tǒng)的傳送方式，使得網(wǎng)絡(luò)既具有OCS的高效率又具有OBS的靈活性，對(duì)突發(fā)業(yè)務(wù)流，動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)有較好的傳送能力。
2)基于環(huán)路的混合交換光網(wǎng)絡(luò)需要傳送的業(yè)務(wù)中超出OCS光路承載容量的那部分業(yè)務(wù)利用該網(wǎng)絡(luò)的環(huán)路資源進(jìn)行傳送，提高了網(wǎng)絡(luò)的健壯性，使網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定。
3)基于環(huán)路的混合交換光網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)配置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以及IP業(yè)務(wù)的兩種傳送模式(OCS傳送和OBS傳送)，使得基于環(huán)路的混合交換光網(wǎng)絡(luò)方案實(shí)現(xiàn)容易，對(duì)器件要求低。
綜上所述，與傳統(tǒng)的混合交換光網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造方法相比，本發(fā)明的組網(wǎng)技術(shù)更簡單有效，并且由網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變化引起的網(wǎng)絡(luò)性能的惡化程度小，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行更加穩(wěn)定，具有較高的通信能力。此外，網(wǎng)絡(luò)算法的實(shí)現(xiàn)難度低，具有較高的實(shí)用價(jià)值。



圖1是本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于環(huán)路的混合交換光網(wǎng)絡(luò)CHSON的結(jié)構(gòu)示意圖 其中，基于環(huán)路的混合交換光網(wǎng)絡(luò)CHSON邏輯上分為兩層，光突發(fā)交換OBS層和光電路交換OCS層，一個(gè)CHSON節(jié)點(diǎn)由一個(gè)光突發(fā)交換OBS交換節(jié)點(diǎn)和一個(gè)光電路交換OCS交換節(jié)點(diǎn)構(gòu)成； 其中，A、B、C、D表示光突發(fā)交換OBS交換節(jié)點(diǎn)，a、b、c、d表示光電路交換OCS交換節(jié)點(diǎn)?！硎綜HSON網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)洌?

是OBS節(jié)點(diǎn)和OCS節(jié)點(diǎn)的連接線，表示兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的邏輯關(guān)系，

表示一個(gè)CHSON網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的組成，…………表示由OCS網(wǎng)絡(luò)虛拓?fù)涞臉?gòu)建過程建立起來的OCS網(wǎng)絡(luò)的虛拓?fù)洌?

表示由OBS網(wǎng)絡(luò)虛拓?fù)錁?gòu)建過程建立起來的OBS網(wǎng)絡(luò)的虛拓?fù)洹?br> 圖2是本發(fā)明光突發(fā)交換OBS網(wǎng)絡(luò)虛拓?fù)涞臉?gòu)建過程的算法流程圖 圖3是本發(fā)明光電路交換OCS網(wǎng)絡(luò)虛拓?fù)涞臉?gòu)建過程的算法流程圖 圖4是本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)業(yè)務(wù)流的處理流程圖
具體實(shí)施例方式 以下，我們通過一個(gè)實(shí)例，具體說明本發(fā)明的內(nèi)容。
圖1是由四個(gè)節(jié)點(diǎn)A、B、C和D組成的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的鏈路均為雙向鏈路，假定網(wǎng)絡(luò)中每根光纖上有四個(gè)波長，網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量矩陣根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案，首先按照OBS虛拓?fù)涞臉?gòu)建過程計(jì)算出一個(gè)回路A-B-C-D-A并為回路上的每條邊分配兩個(gè)波長，然后根據(jù)OCS虛拓?fù)涞臉?gòu)建過程建立起12條光路，分別是a-b，a-b-c，a-d，b-a，b-c，b-a-d，c-d-a，c-b，c-d，d-a，d-c-b，d-c。
在大多數(shù)情況下，這12條光路能夠滿足網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的傳輸需求(因?yàn)楣饴肥歉鶕?jù)網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量矩陣建立的，而業(yè)務(wù)量矩陣表示的是網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的時(shí)間平均值)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量發(fā)生變化的時(shí)候，即某一時(shí)刻的網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量不等于網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量的平均值，這些光路有可能無法滿足某些業(yè)務(wù)的傳輸請求。假定某時(shí)刻光路a-d已經(jīng)滿載，即光路的傳輸速率低于進(jìn)入光路緩存的IP分組的速率而導(dǎo)致光路緩存已被占滿，但是A點(diǎn)仍然有IP業(yè)務(wù)需要傳送到D點(diǎn)，那么這些光路所不能承載的業(yè)務(wù)就稱為溢出業(yè)務(wù)。單純的OCS網(wǎng)絡(luò)不能及時(shí)有效地處理溢出業(yè)務(wù)，只能丟棄。而基于環(huán)路的混合交換光網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)流的處理過程，通過切換到OBS的交換方式，利用環(huán)路A-B-C-D-A的容量傳送溢出業(yè)務(wù)，從而在一定程度上解決了網(wǎng)絡(luò)由于業(yè)務(wù)量的變化所帶來的丟包率問題，提高了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種基于環(huán)路的混合交換光網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，其特征是它包括光突發(fā)交換OBS網(wǎng)絡(luò)虛拓?fù)涞臉?gòu)建過程、光電路交換OCS網(wǎng)絡(luò)虛拓?fù)涞臉?gòu)建過程、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)流的處理過程、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)核心網(wǎng)業(yè)務(wù)流的處理過程；所述的光突發(fā)交換OBS網(wǎng)絡(luò)虛拓?fù)涞臉?gòu)建過程、光電路交換OCS網(wǎng)絡(luò)虛拓?fù)涞臉?gòu)建過程、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)流的處理過程、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)核心網(wǎng)業(yè)務(wù)流的處理過程分別采用下面的步驟實(shí)現(xiàn)
所述的光突發(fā)交換OBS網(wǎng)絡(luò)虛拓?fù)涞臉?gòu)建過程采用以下步驟
步驟1 對(duì)給定N個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)鋱DG的H鄰接矩陣M1，N為正整數(shù)，判斷H鄰接矩陣M1是否有全空的行或列，如果H鄰接矩陣M1有全空的行或列，則轉(zhuǎn)步驟10；如果H鄰接矩陣M1無全空的行或列，則由H鄰接矩陣M1構(gòu)造矩陣M，轉(zhuǎn)步驟2；構(gòu)造矩陣M的方法是將H鄰接矩陣M1中不為空集Φ的集合元素中的字符串刪去左邊首字符得到的矩陣M；
步驟2 按照通路矩陣的定義構(gòu)造出長度為k的通路矩陣Mk＝Mk-1*M，k＝2，并轉(zhuǎn)步驟4；
步驟3 按照通路矩陣的定義構(gòu)造出長度為k的通路矩陣Mk＝Mk-1*M；
步驟4 判斷通路矩陣Mk中的每行每列是否都有非空元素并且k是否小于N？如是，則k＝k+1，并轉(zhuǎn)步驟3；如否，則轉(zhuǎn)步驟5；
步驟5 判斷k是否等于N？如果k＝N，則將通路矩陣Mk主對(duì)角線上的元素放入集合A中，得到物理拓?fù)鋱DG的全部Hamilton回路，并轉(zhuǎn)步驟6；否則轉(zhuǎn)步驟10；
步驟6 按照回路相等的定義，找出集合A中的元素所代表的回路中所有相等的回路，在代表相等回路的元素中，只保留其中的一個(gè)，其余的全部刪除；得到集合A中所有的元素所代表的回路均不相等，并轉(zhuǎn)步驟7；
步驟7 判斷集合A中的元素的個(gè)數(shù)，如果等于1，則轉(zhuǎn)步驟9；否則，則轉(zhuǎn)步驟8；
步驟8 對(duì)集合A中的所有元素所代表的回路進(jìn)行選擇，方法是
a)計(jì)算集合A中元素的數(shù)量，并記為I；I>1，且I為正整數(shù)；
b)根據(jù)已知的業(yè)務(wù)量矩陣T，計(jì)算集合A中每一個(gè)元素所代表的回路的衡量值Ci(i為正整數(shù)，且i＝1，…，I)，衡量值Ci的計(jì)算方法如下
其中，N表示網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)總數(shù)，Lij表示第i個(gè)環(huán)路上第j段鏈路實(shí)際承載的業(yè)務(wù)量；Tsd表示從節(jié)點(diǎn)s到節(jié)點(diǎn)d的業(yè)務(wù)量；Lij的計(jì)算方法如下
業(yè)務(wù)按照何種方向沿回路傳送完全根據(jù)路由策略決定，這里使用最短路路由策略，由Dijkstra算法計(jì)算出OBS網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的最短路，業(yè)務(wù)沿著最短路傳送到其目的節(jié)點(diǎn)；
c)清空集合A，選取最小的衡量值Ci值所對(duì)應(yīng)的元素放入集合A中；
步驟9 集合A中元素所代表的回路即為OBS的虛拓?fù)洌?br> 步驟10 算法結(jié)束；
所述的光電路交換OCS網(wǎng)絡(luò)虛拓?fù)涞臉?gòu)建過程采用以下步驟
步驟1 計(jì)算OCS網(wǎng)絡(luò)的波長資源；由網(wǎng)絡(luò)中所有光纖鏈路的波長數(shù)量之和減去OBS網(wǎng)絡(luò)占用的波長數(shù)量，得到OCS網(wǎng)絡(luò)的波長數(shù)量；
步驟2 根據(jù)步驟1的計(jì)算結(jié)果和已知的業(yè)務(wù)量矩陣T，利用HLDA算法建立OCS網(wǎng)絡(luò)的虛拓?fù)洳⑸上鄳?yīng)的光路表；
所述的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)流的處理過程采用以下步驟
步驟1 針對(duì)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包查看由OCS虛拓?fù)錁?gòu)建過程產(chǎn)生的光路表，判斷是否存在以本地地址為起始節(jié)點(diǎn)、以數(shù)據(jù)包的目的地址為終節(jié)點(diǎn)的光路；如果存在，則轉(zhuǎn)步驟2，否則，將進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包送入溢出緩存并轉(zhuǎn)步驟3；
步驟2 判斷光路緩存是否由于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包的總量已經(jīng)到達(dá)其容量上限而無法再存儲(chǔ)任何數(shù)據(jù)包；如果光路緩存不能再存儲(chǔ)任何數(shù)據(jù)包，則將該數(shù)據(jù)包送入溢出緩存并轉(zhuǎn)步驟3，否則，將數(shù)據(jù)包放入光路緩存并轉(zhuǎn)步驟5；
步驟3 將溢出緩存中的數(shù)據(jù)包利用混合時(shí)間和長度門限算法組裝成突發(fā)包，組裝完成后生成突發(fā)頭分組BHP，并轉(zhuǎn)步驟4；
步驟4 查找端口轉(zhuǎn)發(fā)表確定步驟3生成的突發(fā)頭分組BHP的轉(zhuǎn)發(fā)端口并且按照LAUC-VF算法在該端口的波長上進(jìn)行突發(fā)包Burst的調(diào)度；如果調(diào)度成功，記錄波長的占用時(shí)刻，發(fā)送突發(fā)頭分組BHP至控制信道并于Offset Time之后發(fā)送突發(fā)包Burst至數(shù)據(jù)信道；如果調(diào)度失敗，則銷毀突發(fā)頭分組BHP；
步驟5 判斷由步驟1找出的光路在當(dāng)前時(shí)刻是否可以傳送該數(shù)據(jù)包？如是，則發(fā)送數(shù)據(jù)包；否則，數(shù)據(jù)包在光路緩存中繼續(xù)等待；
所述的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)核心網(wǎng)業(yè)務(wù)流的處理過程采用以下步驟
步驟1 查看突發(fā)頭分組BHP的目的地址；如果突發(fā)頭分組BHP的目的地址是本地地址，說明突發(fā)頭分組BHP的資源預(yù)約任務(wù)已經(jīng)完成，只需銷毀突發(fā)頭分組BHP；如果突發(fā)頭分組BHP的目的地址不是本地地址，則從轉(zhuǎn)發(fā)表查找出該突發(fā)頭分組BHP的轉(zhuǎn)發(fā)端口；
步驟2 突發(fā)頭分組BHP在由步驟1找出的端口的所有波長上按照LAUC-VF算法調(diào)度其對(duì)應(yīng)的突發(fā)包Burst；如果調(diào)度成功，則在記錄波長的占用時(shí)間并修改突發(fā)頭分組BHP中的Offset Time之后發(fā)送突發(fā)頭分組BHP；如果調(diào)度失敗，則丟棄突發(fā)頭分組BHP。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于環(huán)路的混合交換光網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法。該方法有效的結(jié)合了OCS和OBS兩種交換方式，它是通過將網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造成一種環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的OBS網(wǎng)絡(luò)和OCS網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合體，將網(wǎng)絡(luò)中的大部分業(yè)務(wù)經(jīng)一跳到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，滿足大多數(shù)情況下網(wǎng)絡(luò)的通信需求，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)發(fā)生小范圍變化的時(shí)候，光路無法承載的業(yè)務(wù)將沿著環(huán)形拓?fù)洳捎肙BS的交換方式繼續(xù)傳送。本發(fā)明的組網(wǎng)技術(shù)更簡單有效，并且由網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變化引起的網(wǎng)絡(luò)性能的惡化程度小，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行更加穩(wěn)定，具有較高的通信能力，此外，網(wǎng)絡(luò)算法的實(shí)現(xiàn)難度低，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)H04Q11/00GK101370312SQ20071004977
公開日2009年2月18日 申請日期2007年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月17日
發(fā)明者晟 王, 媛 薛, 徐世中 申請人:電子科技大學(xué)