CN102427567B - 基于光分组交换的异步多波长网状网自适应节点系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于光分组交换的异步多波长网状网自适应节点系统，包括N个接入用户端(U)，由光波分复用器、光分束器、光波分解复用器、光纤延时线、光冲突解决和交换矩阵、控制处理矩阵组成。输入的用户数据经过光波分解复用器解复用后，在光冲突解决和交换进行相应的选路寻址，将数据分组发送到相应的目的端口。本发明节点结构紧凑，能够提高交换效率、大大减小时延与阻塞率，同时支持组播与广播，可以减小由此节点构成的整体网络的存储与计算压力。

Description

基于光分组交换的异步多波长网状网自适应节点系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域。具体涉及，一种基于光分组交换的异步多波长网状网自适应节点系统。

背景技术

过去若干年内，随着以Internet为主的信息网络日益发展，网络中的用户数量与站点数目急剧增长，IP业务、高速、大容量实时数据、视频、交互式应用及共享需求在迅速增长，对带宽的需求也急剧增加。光纤通信技术的发展使带宽资源的压力减小，可以满足网络对带宽增长的要求，然而网络的整体压力依然存在，主要集中在节点间的交换效率低、时延大、阻塞率高。在光纤通信技术的发展过程中，先后出现了光电路交换(OCS)、光突发交换(OBS)、光分组交换(OPS)等等数据交换方式，基于OCS的网络每条链路试图在节点间建立永久的静态光路链接，适用于吞吐量较大的数据传输，而静态特性使得链路占用时间高，可重复利用时间低，无法满足用户突发业务的需求。基于OBS的网络既可满足采用较高吞吐量传输大数据流的需求，又可满足需要较低时延的小数据流的需求，但每条链路需要预算分配，提前估计时间，而且突发的用户数据需要进行组装，会引入较大的突发装配时延，仍具有较高的阻塞率，不能满足低时延实时性要求。

发明内容

本发明提供一种能够减小时延，满足网络接入用户端突发性要求，提高网络链路与节点利用率的网状网异步光分组交换自适应节点装置。

实现本发明的技术方案如下：

节点由控制单元1₁、光冲突解决和交换单元1₂，光复用器1₃，光分束器1₄，边缘路由器1₅，光纤延时线1₆，光解复用器1₇组成。接入用户的数据经过边缘路由器1₅的发送端与光复用器1₃的输入端连接，用于将多路光信号采用密集波分复用(DWDM)技术复用进光纤，光复用器1₃的输出端经过光纤与光分束器1₄连接，光分束器1₄的一个输出端与光解复用器1₇的输入端连接，光解复用器1₇的输出端将分开的含有数据分组头的多路信号传递到控制单元1₁，光分束器1₄的另一个输出端与通过光纤延时线1₆与光解复用器1₇的输入端连接，光解复用器1₇的输出端与光冲突解决和交换单元1₂连接，将分开的多路数据分组信号传递到光冲突解决和交换单元1₂。光分束器1₄用于将数据信号与数据分组头控制信号分离。控制单元1₁的控制信号输出端与光冲突解决和交换单元1₂的控制信号输入端连接，用于控制光冲突解决和交换单元1₂进行数据的冲突解决、数据交换和选路寻址。光冲突解决和交换单元1₂的输出端与光复用器1₃输入端相连，光复用器1₃的输出端与边缘路由器1₅的信号接收端连接，并将接收的数据分组传送到网络接入用户端。

节点拥有N个网络接入用户端，以此类推，可以进行多级节点扩展。定义从节点发出的信号为上路信号，节点接收的信号为下路信号。

节点所带的N个网络接入用户产生的用户数据流通过密集波分复用(DWDM)技术与节点冲突解决和交换单元连接，同样，N个外部节点的网络接入用户端产生的数据通过DWDM技术与此节点相连。

网络接入用户通过控制信道，定时将用户数据信息，如用户状态、用户请求、用户反馈等等传送到相连节点，此节点同样定时将所拥有的接入用户数据信息、节点状态信息与邻近节点共享。邻近节点将这些信息存储在自己控制单元的存储单元当中。

当网络接入用户端有数据产生时，先在边缘路由器(ER)处组装成光分组，数据分组头中带有用户信息，包括起始标识符、地址码、优先级、业务类型、用户数据可变长度、业务数据粒度、校验信息等等信息。

分组数据先在网络接入用户端相连节点中进行内部交换处理，控制单元根据数据分组头信息进行寻址，为数据、业务分配或寻找相应目的节点单元，若无满足需要的目的节点单元，则将分组数据转发到邻近节点。

邻近每个节点根据自身情况进行均衡，根据数据分组头信息寻找满足条件的合适邻近节点，并将分组数据转发到相应邻近节点，获得用户数据的节点再根据数据分组头信息分配合适的数据接收端口。

本发明具有以下优势：

1、本发明能够实现大量突发高速光数据流的实时交互和共享。高速大容量数据采用网状网结构进行控制、存储和处理，可以减小整体网络的存储压力，有利于实现多级扩展，提高网络效率。采用异步交换模式与OPS技术可以减小时延，满足网络接入用户数据突发性需求，提高链路与节点利用率与数据传输率，同时不需要同步时钟。

2、本发明采用异步交换模式，可以减小数据等待时间，满足用户业务数据突发性需求，避免对同步时钟的需要，增加业务数据交换灵活性。特别是在进行多级扩展的时候，若采用同步交换，节点间同步难度增大，采用异步交换模式可以避免这个问题。

4、本发明采用DWDM技术与OPS技术，既可以充分利用光纤容量大的特点，避免了电子瓶颈，提高信道利用率，又可以避免OCS与OBS的技术缺陷，如链路利用率低与较大的装配时延，从而满足用户突发数据与实时性要求。

附图说明

图1为一种基于异步光分组交换的多波长网状网自适应节点架构。

图2为用户数据分组信息格式。

图3为控制单元结构。

图4为三级节点组成的网络架构。

具体实施方式

实施例1

基于异步光分组交换的多波长网状网自适应节点架构如图1所示。

一种基于光分组交换的的异步多波长网状网自适应节点系统，包括N个接入用户端(U)。

参照图1，节点由控制单元1₁、光冲突解决和交换单元1₂，光复用器1₃，光分束器1₄，边缘路由器1₅，光纤延时线1₆，光解复用器1₇组成。接入用户的数据经过边缘路由器1₅的发送端与光复用器1₃的输入端连接，用于将多路光信号采用密集波分复用(DWDM)技术复用进光纤，光复用器1₃的输出端经过光纤与光分束器1₄连接，光分束器1₄的一个输出端与光解复用器1₇的输入端连接，光解复用器1₇的输出端将分开的含有数据分组头的多路信号传递到控制单元1₁，光分束器1₄的另一个输出端与通过光纤延时线1₆与光解复用器1₇的输入端连接，光解复用器1₇的输出端与光冲突解决和交换单元1₂连接，将分开的多路数据分组信号传递到光冲突解决和交换单元1₂。光分束器1₄用于将数据信号与数据分组头控制信号分离。控制单元1₁的控制信号输出端与光冲突解决和交换单元1₂的控制信号输入端连接，用于控制光冲突解决和交换单元1₂进行数据的冲突解决、数据交换和选路寻址。光冲突解决和交换单元1₂的输出端与光复用器1₃输入端相连，光复用器1₃的输出端与边缘路由器1₅的信号接收端连接，并将接收的数据分组传送到网络接入用户端。

参照图2，用户数据分组信息，表示成如下形式：格式起始标识符、地址码、优先级、业务类型、用户数据可变长度、保护带/数据起始标识符、业务数据粒度、校验信息。格式起始标识符作为新数据段开始的标签，地址码代表数据所要达到的目的地，优先级代表了数据的重要级别，业务类型指明数据属于网络中的不同种类业务，业务数据粒度代表了数据粒度的大小、粗细，用户数据可变长度指示了用户数据的大小、包长，保护带/数据起始标识符既起到分隔头信息与数据信息的作用，又代表了数据信息的开始，用户数据是网络接入用户所提供/需要的数据，校验信息对整体数据进行保护，检测数据。

参照图3，第1个节点控制单元1₁、第二个节点控制单元21₁、第三个节点控制单元31₁、……或N个节点控制单元采用控制单元实现，该控制单元由光电转换器B₁、头识别单元B₂、核心控制算法单元B₃组成，光电转换器B₁的输入端作为控制单元的控制信号输入端，光电转换器B₁的输出端与头识别单元B₂的输入端连接，头识别单元B₂的输出端与核心控制算法单元B₃的输入端连接，头识别单元B₂将详细的用户数据分组头信息传送到核心控制算法单元B₃，通过算法处理对相应的用户数据进行调度，核心控制算法单元B₃的输出端作为控制单元的控制信号输出端。

实施例2

参照图4，

以三级节点网状网为例，定义每级节点处于对等地位。每级节点拥有N个网络接入用户端，以此类推，可以进行多级节点扩展。定义从节点发出的信号为上路信号，节点接收的信号为下路信号。

节点所带的N个网络接入用户产生的用户数据流通过密集波分复用(DWDM)技术与节点冲突解决和交换单元连接，同样，N个外部节点的网络接入用户端产生的数据通过DWDM技术与此节点相连。

网络接入用户通过控制信道，定时将用户数据信息，如用户状态、用户请求、用户反馈等等传送到相连节点，此节点同样定时将所拥有的接入用户数据信息、节点状态信息与邻近节点共享。邻近节点将这些信息存储在自己控制单元的存储单元当中。

当网络接入用户端有数据产生时，先在边缘路由器(ER)处组装成光分组，数据分组头中带有用户信息，包括起始标识符、地址码、优先级、业务类型、业务数据粒度、用户数据可变长度、保护带/数据起始标识符、用户数据、校验信息等等信息。

分组数据先在网络接入用户端相连节点中进行内部交换处理，控制单元根据数据分组头信息进行寻址，为数据、业务分配或寻找相应目的节点单元，若无满足需要的目的节点单元，则将分组数据转发到邻近节点。

邻近每个节点根据自身情况进行均衡，根据数据分组头信息寻找满足条件的合适邻近节点，并将分组数据转发到相应邻近节点，获得用户数据的节点再根据数据分组头信息分配合适的数据接收端口。

第n级节点与其它级节点结构相同，由控制单元n1₁、光冲突解决和交换单元n1₂，光复用器n1₃，光分束器n1₄，边缘路由器n1₅，光纤延时线n1₆，光解复用器n1₇组成。接入用户的数据经过边缘路由器n1₅的发送端与光复用器n1₃的输入端连接，用于将多路光信号采用密集波分复用(DWDM)技术复用进光纤，光复用器n1₃的输出端经过光纤与光分束器n1₄连接，光分束器n1₄的一个输出端与光解复用器n1₇的输入端连接，光解复用器n1₇的输出端将分开的含有数据分组头的多路信号传递到控制单元n1₁，光分束器n1₄的另一个输出端与通过光纤延时线n1₆与光解复用器n1₇的输入端连接，光解复用器n1₇的输出端与光冲突解决和交换单元n1₂连接，将分开的多路数据分组信号传递到光冲突解决和交换单元n1₂。光分束器n1₄用于将数据信号与数据分组头控制信号分离。控制单元n1₁的控制信号输出端与光冲突解决和交换单元n1₂的控制信号输入端连接，用于控制光冲突解决和交换单元n1₂进行数据的冲突解决、数据交换和选路寻址。光冲突解决和交换单元n1₂的输出端与光复用器n1₃输入端相连，光复用器n1₃的输出端与边缘路由器n1₅的信号接收端连接，并将接收的数据分组传送到网络接入用户端。

Claims (2)

1. 一种基于光分组交换的异步多波长网状网自适应节点系统，其特征在于包括N个接入用户端(U)，N为大于等于2的自然数，表示网络中接入用户端的总数；其中，节点由控制单元（1₁）、光冲突解决和交换单元（1₂），光复用器（1₃），光分束器（1₄），边缘路由器（1₅），光纤延时线（1₆），光解复用器（1₇）组成；接入用户的数据经过边缘路由器（1₅）的发送端与光复用器（1₃）的输入端连接，用于将多路光信号采用密集波分复用（DWDM）技术复用进光纤，光复用器（1₃）的输出端经过光纤与光分束器（1₄）连接，光分束器（1₄）的一个输出端与光解复用器（1₇）的输入端连接，光解复用器（1₇）的输出端将分开的含有数据分组头的多路信号传递到控制单元（1₁），光分束器（1₄）的另一个输出端与通过光纤延时线（1₆）与光解复用器（1₇）的输入端连接，光解复用器（1₇）的输出端与光冲突解决和交换单元（1₂）连接，将分开的多路数据分组信号传递到光冲突解决和交换单元（1₂）；光分束器（1₄）用于将数据信号与数据分组头控制信号分离；控制单元（1₁）的控制信号输出端与光冲突解决和交换单元（1₂）的控制信号输入端连接，用于控制光冲突解决和交换单元（1₂）进行数据的冲突解决、数据交换和选路寻址；光冲突解决和交换单元（1₂）的输出端与光复用器（1₃）输入端相连，光复用器（1₃）的输出端与边缘路由器（1₅）的信号接收端连接，并将接收的数据分组传送到网络接入用户端；

其中控制单元由光电转换器（B₁）、头识别单元（B₂）、核心控制算法单元（B₃）组成，光电转换器（B₁）的输入端作为控制单元的控制信号输入端，光电转换器（B₁）的输出端与头识别单元（B₂）的输入端连接，头识别单元（B₂）的输出端与核心控制算法单元（B₃）的输入端连接，头识别单元（B₂）将详细的用户数据分组头信息传送到核心控制算法单元（B₃），通过算法处理对相应的用户数据进行调度，核心控制算法单元（B₃）的输出端作为控制单元的控制信号输出端。

2. 根据权利要求1所述的基于光分组交换的异步多波长网状网自适应节点系统，其特征在于用户数据分组信息，表示成如下形式：格式起始标识符、地址码、优先级、业务类型、用户数据可变长度、保护带/数据起始标识符、业务数据粒度、校验信息；格式起始标识符作为新数据段开始的标签，地址码代表数据所要达到的目的地，优先级代表了数据的重要级别，业务类型指明数据属于网络中的不同种类业务，业务数据粒度代表了数据粒度的大小、粗细，用户数据可变长度指示了用户数据的大小、包长，保护带/数据起始标识符既起到分隔头信息与数据信息的作用，又代表了数据信息的开始，用户数据是网络接入用户所提供/需要的数据，校验信息对整体数据进行保护，检测数据。

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