CN1595909A

CN1595909A - 光突发交换环网中基于重传确认机制的轮询持续组播协议

Info

Publication number: CN1595909A
Application number: CNA2004100478999A
Authority: CN
Inventors: 纪越峰; 仇英辉; 高泽华
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2004-06-21
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2005-03-16

Abstract

本发明公开了一种用于光突发交换环网中基于重传确认机制的轮询持续组播协议。轮询持续组播协议支持可靠业务，通过重传和确认机制来获得可靠性；调度器对组播队列采取轮询方式进行处理；当有多个数据包到达目的节点时，目的节点从多个数据包中随机选择一个进行接收；节点对不能进行接收的突发包进行标记，当组播地址中的一个或多个节点未接收到源节点发送的数据包，则源节点将对数据包进行重传，保证了组播地址中的所有节点都能收到数据。本发明可以降低协议的复杂度，利用最少的的控制使协议简单化，增进了网络的可扩展性，提高了网络的可靠性，可广泛应用于音频和视频的播放、视频会议、远程教学等领域。

Description

光突发交换环网中基于重传确认机制的轮询持续组播协议

技术领域

本发明涉及光通信网络，尤其是一种适用于环形拓扑网络，用于光突发交换环网中基于重传确认机制的组播协议--轮询持续组播协议，属于光纤通信领域。

背景技术

随着全球范围内数据业务的迅猛增长，对传送网的带宽和交换容量提出了更高的要求。目前，密集波分复用DWDM(Dense Wavelength DivisionMultiplexing)技术的发展可以提供高达Tbps的带宽，但是电路交换技术的交换速率远远低于这一要求。光突发交换是光电路交换和光分组交换的折中方案，它的交换粒度介于两者之间，综合了二者的优点，它比电路交换灵活，带宽利用率高，又比分组交换实用化，是很有前途的一种光交换技术。

光突发交换分别由Qiao Chunming和Turnor J.S.提出，由于其显著的特点，它已经引起越来越多研究人员的注意。在光突发交换OBS(OpticalBurst Switching)网络中，突发是由一些IP包组成的超长IP包，这些IP包可以来自传统IP网中不同的电IP路由器。OBS中的控制分组BCP(BurstControl Packet)的作用相当于分组交换中的分组头，与突发数据(净载荷)在物理信道上是分离的，每个控制分组对应一个突发数据。例如，在波分复用WDM(Wavelength Division Multiplexing)系统中，控制分组占用一个或几个波长，突发数据则占用其它所有波长；在光时分复用系统中，控制分组占用一个或几个信道；在带状光缆中，控制分组占用一根或几根光纤。

目前对光突发交换的研究主要集中在格状网，由于环网的灵活性、管理简单以及生存性好等特点而受到普遍重视。一些学者提出了光突发交换环网的接入协议。

组播是一种允许一个或多个发送者(组播源)发送单一的数据包到多个接收者(一次的，同时的)技术。组播源把数据包发送到特定的组播组，而只有属于该组播组的地址才能接收到数据包。组播可以大大的节省网络带宽，因为无论有多少个目的地址，在整个网络的任何一条链路上只能传送单一的数据包。它大大提高了数据传送的效率，减少了网络阻塞的可能性。组播广泛应用于音频和视频的播放、视频会议、远程教学等领域。

参见图1：光突发交换网络示意图。光突发交换由边缘节点和核心节点组成，在OBS中，突发数据从源节点到目的节点始终在光域内，而控制信息在每个节点都需要O/E/O的变换以及电处理，控制信道与突发数据信道的速率可以相同，也可以不同。OBS网由光的核心路由器与电的边缘路由器组成，与多协议标记交换MPLS网类似，不同的是，数据信息在OBS网中不需进行O/E、E/O变换。OBS网的边缘路由器负责将传统IP网中的数据封装为光突发数据，以及反向的拆封工作。核心路由器的任务是对光突发数据进行转发与交换。每个突发由具有相同出口边缘路由器地址和相同服务质量QoS(Quality of Service)要求的IP包组成。突发数据是光突发交换网中的基本交换单位。

参见图2：OBS网核心节点的结构图。这里假定其入口、出口光纤数均为N，每根光纤的波长数为K。其中一个波长传输BCP，这个波长在各个中间节点首先要进行O/E变换，然后再进行电的路由表查找、交换矩阵控制等处理过程，最后更新BCP并进行E/O变换；其余K-1个波长传输突发数据，这些波长在各个中间节点都不需要O/E/O变换，从而保证了数据的透明性。而在光分组交换中，为了提取光分组头，在每个节点对所有波长都必须提取一部分光信号进行O/E/O变换，因而过于复杂，而且这种光信号提取方式也会严重影响其再生距离。

图2中，入口光纤延迟线FDL(Fiber Delay Line)的作用是缓存突发数据，等待控制分组进行O/E变换、转发表查找、建立交换连接等。入口FDL在光分组交换方式中是必需的，但在OBS中，通过让BCP比对应的突发数据提前适当的一段时间T出发，为突发数据预约恰好相等的一个时间段，可以使所有中间节点省去入口光缓存FDL；还可通过将业务区分为不同的优先级，为优先级高的突发数据设置较长的时间偏移量T，使其获得更大的预约成功机会，来实现WDM层的QoS保证。

发明内容

根据背景技术所述，本发明只涉及基于WDM的光突发交换，提出一种用于光突发交换环网中基于重传确认机制的组播协议--轮询持续组播协议，其包括下列步骤：

(a)网络节点接收来自接入网的业务分组，利用一定的组装算法(如固定组装时间算法、固定组装长度算法或自适应组装算法)将来自接入网中的业务分组组装成突发数据分组；

(b)在环网链路中的控制信道上传送控制帧，每个帧结构被分成N个时隙，每个时隙对应环网中的一个节点，节点在控制帧中属于自己时隙中写入突发包的基本信息，这些信息包括组播地址、突发包长度、偏置时间、成功接收突发包的节点数目NNSRB(Node Number of Successfully receivedBurst)以及突发包标识符BID(Burst Identifier)；

(c)经过控制帧中指定的偏置时间(突发包在环网中的环回时间以及所有节点的处理时间的总和)，节点直接在每个节点固定的发射波长上发送上述光突发分组；

(d)节点收到控制信道上的控制帧后，检查控制帧中的所有时隙，看时隙中的组播地址是否有本节点，如果有，则利用一定的组播协议接收突发包，如果没有则将突发包转发到下一个节点。

节点中的调度器对组播队列中的突发包采用轮询的方式进行服务，当控制帧中的多个时隙的组播地址为同一个节点时，节点中的接收机随机接收其中的一个突发包，其余突发包则不能被接收，该协议利用重传和确认机制对突发包进行重传，保证组播地址中所有的节点都能接收到突发包。

通过在控制帧的时隙中加入成功接收突发包的节点数目NNSRB以及突发包标识符BID，组播地址中的节点成功接收一个突发包，控制帧中该节点时隙的NNSRB加1，在控制帧传输回到源节点后，源节点通过比较突发包标识符BID的NNSRB与其组播地址中的目的节点数目来判断组播地址中的所有节点是否成功接收到突发包，如果相等，则表示组播地址中所有的节点都成功接收到数据，如果不相等，则表示还有节点未接收到数据，节点还以该组播地址进行重传，直到所有节点都接收到该突发包。这样就可防止一个节点对同一组播数据的多次接收，我们称之为重传判别机制。

在控制帧的每个时隙中加入了突发包标识符BID，突发包标识符BID是某个节点判别突发包的唯一手段，当节点产生一个新的突发包时，节点按照升序为每个突发包分配一个突发包识别数字，突发包标识符按照升序进行查看，节点通过比较刚到达节点的控制帧的突发包标识符BID与上次成功接收的突发包标识符BID判断该突发包是否已经接收，即如果两个标识符相同，则表示该突发包早已被节点成功接收，节点不需再次接收该突发包，节点便将该突发包直通到下一节点，如果两个标识符不同，表示节点没有接收到源节点发送给它的数据包，这是源节点重发的数据包，节点予以接收。

本发明不使用集中式的协议，因为集中式协议中需要收集组播队列的大小，或者需要整个网络内的同步(例如在基于时分复用方式下)。在光突发交换网络中，突发包长度是一个很重要的参数。如果突发包的长度较小，则信道中的突发包数目将变大，增加了硬件的处理负担，如果突发包长度过长，势必会增大网络时延，所以在本发明中设置了两个参数：最小突发包长度B_min和最大突发包长度B_max，突发包长度只有大于最小突发包长度时，才能被发送，而且突发包的长度最大不能超过最大突发包长度。

本发明具有以下优点和效果：

1、本发明节点中的调度器对组播队列中的突发包采用轮询方式进行服务，这种服务方式可以使协议更加公平、均等的对待组播队列中的每个突发包，而且可以降低协议的复杂度。

2、本发明由于环网中路由的简单性，所以在环网中组播更容易实现，并且利用最少的的控制使协议简单化，以便应用于硬件系统。

3、本发明涉及的组播协议是分布式的，这样每个节点都使用相同的协议，增进了网络的可扩展性。

4、本发明是基于重传确认机制的，不仅保证了组播地址中的每个节点都能接收到组播数据，而且还防止了一个节点对同一个突发包的重复接收。

附图说明

图1是光突发交换网络示意图。

图2是光突发交换网络中核心节点结构。

图3是光突发交换环网结构图。

图4是光突发交换环网节点结构图。

图5是光突发交换环网的控制帧格式。

具体实施方式

本发明提出的组播协议适用于光突发交换环形拓扑网络中，网络结构如图3所示，是OBS环网的结构图。OBS环网含有N个节点，这N个节点平均的分布在环上，每根光线中有N+1个波长，每个节点可以连接多个接入网，其中一个用作控制信道，其余N个用作数据信道，用来传送突发数据。每个节点的发射波长都不相同，即每个节点都有不同的发射波长来发射数据包，这样可以消除发射竞争，提高光突发交换网络的性能。在OBS环网中，每个节点都充当3种角色：源节点、中间节点和目的节点。做源节点时，节点将来自接入网的IP包按照一定的组装算法(如固定组装时间算法、固定组装长度算法或自适应组装算法)组装成突发包，发射到数据信道上；做中间节点时，将突发包直通的传送到下一节点；做目的节点时，节点接收来自源节点的数据包，并将突发包解组装为IP包发送给用户。

参见图4，是OBS环网中节点的结构图。每个节点有一个光分插复用器OADM(Optical Add Drop Multiplexer)和两对收发器。其中一对调谐到控制信道的波长上，用来接收和发送控制包；另一对收发器中的发射机是固定波长的，其波长固定在其发射波长上，用来发送数据包，接收机为可调谐接收机，可以快速调谐到其它节点的发射波长，接收其它节点发到本节点的数据包。在OBS环网中，节点间的通信是通过控制信道上的控制帧完成的。

参见图5，光突发交换环网中帧结构的示意图。在OBS环网中，节点间的通信是通过控制信道上的控制帧完成的，每个帧结构被分成N个时隙，每个时隙对应环网中的一个节点，时隙中包含了突发包的基本信息：组播地址，突发包长度，偏置时间，成功接收突发包的节点数目NNSRB以及突发包标识符BID。

轮询持续组播协议支持可靠业务。通过重传和确认机制来获得可靠性。在轮询协议中，为了保证组播地址中的所有节点都能接收到数据，如果组播地址中的任意一个节点没有接收到组播数据，节点必须进行重传。调度器对组播队列中的突发包进行轮询服务。下面对源节点和目的节点的操作进行详细介绍。

源节点：

网络中的每个节点接收来自各个接入网发送来的业务，根据接入网业务的目的节点和服务类别以及组播地址等信息，利用一定的组装算法(如固定组装时间算法、固定组装长度算法或自适应组装算法)形成组播数据分组，并存入组播队列中等待发送。在发送之前，调度器在组播队列中选取一个大于或等于最小突发包长的突发包。节点检查本节点发射机是否可用。如果此时节点发射机不可用，即此时节点的发射机正在发送其它突发包，则节点等待发射机可用。当节点发射机可用(即此时节点没有发射突发包)，这时调度器等待下一个控制帧的到来，当有一个控制帧到达该节点时，节点写入信息到控制帧的属于自己的时隙中去。这些信息包括组播地址，突发包长度，偏置时间，成功接收突发包的节点数目NNSRB以及突发包标识符BID。节点在等待一段时间即偏置时间后发送突发包。NNSRB是一个整数，它用来指示目的节点是否成功接收到组播中的突发包，如果一个节点成功接收了源节点发来的组播数据，则NNSRB加1。最初，所有的NNSRB默认为0。突发包ID是某个节点识别突发包的唯一手段。当节点产生一个新的突发包时，节点按照升序为每个突发包分配一个突发包识别数字。按照这样，突发包识别数字可以按照升序进行查看。

节点在等待偏置时间后将突发包发送出去。节点在发送完突发包后，等待下一个含有相同突发包识别数字的控制帧。这个等待时间等于环回时间，传送时间以及处理时间的总和减去偏置时间。当含有相同突发包识别数字的控制帧到达该节点后，节点检查控制帧中NNSRB中的数字，如果NNSRB中的数字与组播地址中的节点数目不同(表示有节点没有成功接收到最新发送的突发包，两者的差为没有接收到组播数据的节点数目)，节点使用相同的组播地址进行重新发送上次的突发包。由于每个突发包都有一个单独的BID，所以上次接收到该突发包的节点将不再接收该突发包，而是将该突发包直通的传送到下一节点；如果一个检点检测到控制帧中的突发包标识符BID与上次接收到的突发包的BID不同，则表示该节点没有接收到该突发包，则节点查看接收机是否可用，如果接收机可用，则节点指示接收机接收该突发包，并将控制帧中该节点时隙的NNSRB加1，如果接收机不可用，则节点不能接收该突发包，节点不对控制帧中该节点时隙的NNSRB做任何操作。

控制帧返回源节点后，源节点比较NNSRB中的数字与组播地址中的节点数目，如果二者相等，表示组播地址中的所有节点都成功接收到组播数据，结束重发过程。如果不相等，则还将重复重发过程，直到组播地址中的所有节点都接收到突发包。

当源节点将组播数据成功发送到所有目的节点后，源节点释放缓存器中的内存。节点将控制帧中属于自己时隙的与上次发送突发包相关信息清除。

目的节点：

当有控制帧到达时，节点检查整个控制帧，目的是查看是否有突发包的目的节点为本节点。该过程是通过查看组播地址中是否有本节点。如果该节点是某一个时隙的目的节点，则节点检查是否已经接收了该突发包(因为该突发包有可能是重传)。这个过程是通过将节点上次接收的突发包识别数字与控制帧时隙中的突发包识别数字进行比较来完成的。如果两个数字相同，则表示该节点已经接收了这个突发包，节点忽视这个时隙，不做任何操作。否则，该时隙为接收候选。如果控制帧中只有一个接收候选，节点接收该时隙的突发包。如果有多个接收候选存在，节点从中任意选择一个进行接收，并将控制帧中的NNSRB加1，表示有一个目的节点成功接收突发包。如果控制帧没有接收候选，则节点不作任何操作。

当一个时隙被选定后，节点检查突发包到达后t时刻后接收机是否可用，t这段时间包括了可调谐接收机的调谐时间。如果这时接收机可用，则节点指示OADM下路相应的波长后接收机对突发包进行接收。如果这时接收机正在接收其它突发包，则OADM不下路该突发包相应的波长，也不对NNSRB做任何操作。表示该节点没有接收到源节点发出的组播数据包，源节点还将对该突发包进行重发。

Claims

1、一种光突发交换环网中基于重传确认机制的轮询持续组播协议，包括下列步骤：

(a)网络节点接收来自接入网的业务分组，利用一定的组装算法将来自接入网中的业务分组组装成突发数据分组；

(b)在环网链路中的控制信道上传送控制帧，每个帧结构被分成N个时隙，每个时隙对应环网中的一个节点，节点在控制帧中属于自己时隙中写入突发包的基本信息，这些信息包括组播地址、突发包长度、偏置时间、成功接收突发包的节点数目NNSRB以及突发包标识符BID；

(c)经过控制帧中指定的偏置时间后，节点直接在每个节点固定的发射波长上发送上述光突发分组；

2、根据权利要求1所述的光突发交换环网中基于重传确认机制的轮询持续组播协议，其特征在于：节点中的调度器对组播队列中的突发包采用轮询的方式进行服务，当控制帧中的多个时隙的组播地址为同一个节点时，节点中的接收机随机接收其中的一个突发包，其余突发包则不能被接收，该协议利用重传和确认机制对突发包进行重传，保证组播地址中所有的节点都能接收到突发包。

3、根据权利要求1所述的光突发交换环网中基于重传确认机制的轮询持续组播协议，其特征在于：在OBS环网中，设定两个常量：最大突发包长度B_max和最小突发包长度B_min，规定突发包长度只有大于最小突发包长度时，才能被发送，突发包的长度最大不能超过最大突发包长度。

4、根据权利要求2所述的光突发交换环网中基于重传确认机制的轮询持续组播协议，其特征在于：通过在控制帧的时隙中加入成功接收突发包的节点数目NNSRB以及突发包标识符BID，组播地址中的节点成功接收一个突发包，控制帧中该节点时隙的NNSRB加1，在控制帧传输回到源节点后，源节点通过比较突发包标识符BID的NNSRB与其组播地址中的目的节点数目来判断组播地址中的所有节点是否成功接收到突发包，如果相等，则表示组播地址中所有的节点都成功接收到数据，如果不相等，则表示还有节点未接收到数据，节点还以该组播地址进行重传，直到所有节点都接收到该突发包。

5、根据权利要求4所述的光突发交换环网中基于重传确认机制的轮询持续组播协议，其特征在于：在控制帧的每个时隙中加入了成功接收突发包的节点数目NNSRB，组播地址中的每一个节点成功接收了源节点发送来的突发包，NNSRB就加1，比较NNSRB的数目与该节点组播地址中的节点数目，如果这两个数字相等，则表明组播地址中所有节点接收到突发包，如果两个数字不相等，则表明有一个或更多的节点没有接收到该突发包，二者的差为没有接收到突发包的节点数目。

6、根据权利要求4所述的光突发交换环网中基于重传确认机制的轮询持续组播协议，其特征在于：在控制帧的每个时隙中加入了突发包标识符BID，突发包标识符BID是某个节点判别突发包的唯一手段，当节点产生一个新的突发包时，节点按照升序为每个突发包分配一个突发包识别数字，突发包标识符按照升序进行查看，节点通过比较刚到达节点的控制帧的突发包标识符BID与上次成功接收的突发包标识符BID判断该突发包是否已经接收，即如果两个标识符相同，则表示该突发包早已被节点成功接收，节点不需再次接收该突发包，节点便将该突发包直通到下一节点，如果两个标识符不同，表示节点没有接收到源节点发送给它的数据包，这是源节点重发的数据包，节点予以接收。