CN101459610B - 一种面向多层多域分布式光网络的路由装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向多层多域分布式光网络的路由装置及方法，其装置在传统路由模块的基础上增加了全域服务数据库和域内服务数据库2个单元，采用了融合服务信息的拓扑抽象方法，实现了面向服务体系结构在多层多域分布式光网络下的实施。本发明采用的服务导向的路由算法，优于传统的目的导向的算法，能够提高服务的成功率和资源的利用率。本发明以域间路由的局部优化代替全域路由的全局优化，优化了路由算法，减少了路由计算的复杂性。本发明采用分布式路由算法和并行的信令，可以大幅度减少了建路时间，提高了网络的可用性。本发明应用于分布式光网络。

Description

一种面向多层多域分布式光网络的路由装置及方法

技术领域

本发明涉及一种面向多层多域分布式光网络的路由装置及方法，属于分布式光网络技术领域。

背景技术

随着广泛资源共享业务的存在，诸如远程并行与分布式处理、远程高清晰视频服务等大规模、高带宽、实时业务对于带宽和网络灵活性的要求越来越高。不同供应商之间的网络需要交互的信息量越来越大，基本可达性信息的交互已经不能充分满足上述业务的要求。随着面向服务的体系结构(Service-Oriented Architecture，SOA)日益受到重视，将光网络融合到该体系结构中，寻求解决多层多域光网络之间的互联互通和灵活的资源管理与调度的方法，将对分布式光网络的体系结构和关键问题的解决产生重要影响。

IETF、OIF和ITU-T等组织正在就跨域路由与数据通信方面的内容进行标准化扩展。多个供应商对于网络的运营与管理存在多种方式，一个运营商内部的网络也分成多个域，因此跨越多个域多个供应商间分布式光网络的互联所面对的跨域问题将更为复杂。当前对于分布式光网络的组网和跨域路由的研究尚未取得成熟性的研究成果，标准化体系还需进一步完善。

随着光网络的进一步发展，多种交换形式、管理机制和多样化业务的共存，更多的信息需要在分布式网络和多个不同管理域之间进行交互，因此域间组网、信令与路由和异构资源之间的联合调度与共享等问题必须解决，并得到标准化。分布式可重构光网络实现的是将网络资源对象化，提供大规模分布式并发业务与资源调度的过程，重点解决资源调度与分配；分布式光网络则在多层多域网络资源的供应上作扩展，为更广泛的网络资源调度提供网络支撑。

网络在对于用户的服务上具有与其它资源对等地位，资源具有不同结构和特征表现出异构特性，但是通过统一抽象模型则具有统一调度和管理接口提供给上层。通过对异构资源管理的研究，建立一套完整的资源组织、访问、管理与预留的资源管理机制，实现对网络资源服务体系高效无缝的应用与管理。

目前多层多域网络下的路由研究，多集中在自动交换光网络(Automatically Switched Optical Network，ASON)的网络框架之下，且大多数为集中控制模式；由于ASON采用传统网络分层结构，并不符合目前面向服务网络结构的特点，产生了兼容性问题，需要研究新的路由装置解决这些问题。路由装置有两个层次的要求：一方面，通过使用所设计的装置，能够实现网络的基本互通要求，即通过网络路由装置可以为业务建立基本的可达链路，这属于互通层次；另一方面，通过优化路由算法和信令处理机制，实现网络的高效互通，提高网络整体性能，这属于高层次要求。本发明将兼顾两个层次要求。本发明的路由装置采用服务导向的并行路由算法很好的解决了上述兼容性问题，是一种很好的多层多域分布式网络路由问题解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向多层多域分布式光网络的路由装置。该装置能够为域间资源共享业务提供可靠、高质、并行的光子链路，实现更广泛的资源共享。本发明适用于分布式光网络。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案。

一种面向多层多域分布式光网络的路由装置，其特征在于根据服务请求，计算域间及域内路径，发送建路控制信令，实现客户端到服务端的流量工程。所述路由装置包括：

域间流量工程数据库：主要负责维护域间链路属性、域间虚拟拓扑信息和流量工程状态；

域内流量工程数据库：主要负责维护域内链路属性、域内网络拓扑信息和流量工程状态；

全域服务数据库：存储所有域所能提供的服务信息；

域内服务数据库：存储本域内所能提供的服务信息；

消息处理单元：处理服务请求、网络拓扑信息更新、发布流量工程路径信息，以及在路由装置内部的各单元的信息交互；

域间路径计算单元：负责计算客户域(源地址所在域)与服务域之间可达路径；

域内路径计算单元：负责计算域内的可达链路，其源地址与宿地址是根据域间路径计算单元所得松散路径(Loose Path)确定。

一种面向多层多域分布式光网络的路由装置，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：客户域中消息处理单元接收服务请求信息，并提取任务中的具体客户地址与服务类型信息；

步骤2：消息处理单元将获得服务信息发送到域间路径计算单元，域间路径计算单元根据域间流量工程数据库中链路状态信息及全域服务信息，采用约束的开放最短路径算法(Constraint Open Shortest PathFirst，COSPF)算法，获得客户域到服务域的松散路径链，此链包含需要通过域及其边缘节点信息；

步骤3：域间路径计算单元根据所得域间的松散路径链，生成个域间建路信令(此信令主要包含所得松散路径链信息)，将其沿松散路径链向下游传递，首先传递到邻域路由装置，邻域路由装置检查目的是否为本地，是则接受进行下一步处理；否则根据信令信息，向下游邻域节点传递，如此传递，一直到达服务域的路由装置；

步骤4：服务域路由装置根据所得域间建路信息，向本地控制程序输出本地边缘节点配置消息，收到控制程序回复消息，生成域间预留消息，反向传递给邻域；

步骤5邻域路由节点收到上游域预留消息，确认本地所要提供的服务，向本地控制程序输出本地边缘节点配置消息，收到控制层回复消息后，会继续向下传递。生成预留消息，反向传递给邻域，并逐步传递，直到到达客户域；

步骤6在上述域间建路过程中，对于一个单独域，当其生成域间预留消息后，会启动域内建路进程。根据域的角色不同，可以从客户域、传送域、服务域区分；

步骤71服务域域内路径计算单元根据域内流量工程数据库和域内服务数据库，将其转化为域内服务。在控制程序完成对资源层配置后，路由装置确认配置完域内链路，会生一个确认消息，并向下一个邻域传递；

步骤72传送域内路径计算单元根据源地址与宿地址(本域的入口与出口地址)，结合域内流量工程数据库中拓扑信息和链路信息，采用COSPF路径计算法则，完成域内路径计算；

步骤73客户域域内路径计算单元根据客户机地址信息与本域出口地址信息，结合域内流量工程数据库中拓扑信息和链路信息，采用COSPF路径计算法则，完成域内路径计算；

步骤8邻域收到确认消息，会等待本域内配置成功信息，只有路由装置确认配置完域内链路，才会生成新的确认消息，并继续向上游传递，直到到达客户域；

步骤9客户域在收到确认消息后，并完成本域内链路建立后，确认实现客户端到服务端光路建立。

本发明具有以下优点和效果：提出了一种面向多层多域分布式光网络的路由装置设计方法。本装置实现了多层多域网络在SOA体系结构下的分布式控制，更为适合目前网络现状；同时实现了路径导向的路由模型向服务导向的路由模型转变，提高了任务的成功率和资源的利用效率；另外，本***通过设计新的路由策略与信令处理机制，减少了网络建路时延，实现域间高效互通。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1是基于SOA的多层多域分布式光网络体系结构示意图；

图2是本发明路由装置的结构示意图；

图3是本发明中融合服务信息的拓扑抽象方法示意图；

图4是本发明中服务链路建立过程中信令流程示意图；

图5是本发明路由装置工作流程示意图；

具体实施方式

图1中表明了本发明应用的网络体系结构—基于SOA的多层多域分布式光网络的体系结构。此体系结构包括三个层次，包括应用层、服务层和资源层。应用层主要负责用户请求的处理、共享资源的管理，同时将具体作业包装发送给服务层。资源层是具体的链路实体，主要包括光纤、光交叉连接(OXC)、动态适配单元(Dynamic Adaptation Unit，DAU)等光层资源，但不限于这些。服务层处于体系结构的核心位置，起着承上启下的作用。

服务层负责对上层应用层任务解析，同时将下层资源层进行抽象。服务层根据作业请求中网络要求，实现对资源的统一调度。它包含了路由装置、消息解析装置、负载均衡判断装置等功能模块。处于不同域之间服务层通过外部服务接口(Extent-Service Interface，E-SI)进行通信，交互各个信令消息。

本发明中的面向多层多域分布式光网络的路由装置处于上述分析的服务层，其核心功能就是通过与其他域内服务层的路由装置信息交互，结合应用需求信息和下层资源层信息，为具体应用建立满足条件的客户端到服务端的光子链路。本发明提及的光子链路指的是从客户端地址到传输设备再到服务端地址的全光通路。

在本发明中，所发明的路由装置是服务层的一个功能模块，其功能发挥需要借助其他装置协同工作，这里为了简便地描述，统一将其他装置统称为“其他装置”。路由装置在服务层的消息交互，也统一为与“其他装置”交互，这只是为了说明路由装置工作特点，并不代表服务层内部真实的结构。

结合图2对路由装置的结构进行详细说明。路由装置具有以下结构：

消息处理单元：主要功能是处理服务请求，服务类型包括域内服务和域间服务。域内服务的特征在于服务的客户地址与服务地址均在同一个域内，不需要进行建立域间链路。此类任务在目前网络属大多数，约占70％以上。本发明也支持这种应用，但不是本发明的重点。消息处理单元也负责网络拓扑信息更新、链路状态等消息信令，发布流量工程路径信息，以及在路由装置内部各单元的信息交互。

域间流量工程数据库：负责维护域间抽象拓扑信息、域间链路属性和流量工程状态信息。域间链路属性主要包括可用带宽、总带宽、路径的长短等信息，主要是为域间路径计算单元的约束路由计算提供必要的参数。流量工程中状态是记录单个任务的链路使用情况，包括任务的编号、具体的链路、带宽、当前状态(预留、使用、过期)等信息。域间虚拟拓扑是通过对多域网络拓扑抽象后形成的，需要与其他路由装置信息交互，形成一个统一的拓扑信息。多域拓扑抽象技术采用如图3所示的融合服务信息的单点抽象技术，将在下面详细说明。

域内流量工程数据库：负责维护域内链路属性、域内网络拓扑信息和流量工程状态信息。域内流量工程数据库与域间流量工程数据库在功能上是相似的，分别是为域内流量工程和域间流量工程的服务，域内流量工程数据库是一个独立的数据库，只对域内开放，属于私有数据库，不需要和其他域信息交互。域内链路属性主要包括可用带宽、总带宽、路径的长短等信息，流量工程中信息是记录每个任务的链路使用情况，包括任务的编号、具体的链路、带宽、当前状态(预留、使用、过期)等，域内网络拓扑信息是本域的真实拓扑，是真实的物理链路。

全域服务数据库：存储所有域所能提供服务信息，对服务和所在域进行了映射，描述了服务的分布情况，为域间服务导向的路由提供信息支撑。如在域A中存在可用的视频服务，则存在一条视频服务与域A对应关系。一个服务可以对应多个服务域。

域内服务数据库：存储本域内所能提供的服务类型信息，对服务和所对应服务地址进行了映射，描述了提供服务的真实地址，为域内路径计算单元的路径计算提供信息；如在域A中主机P存在可用的视频服务，则存在一条视频服务与主机P对应关系。一个服务可以对应多主机。

域间路径计算单元：计算客户域与服务域之间可达路径。客户域是指源地址节点所在的域，服务域是指能提供此服务的域。根据信令处理单元提供的服务信息，结合全域服务数据库和域间流量工程数据库的信息，选定COSPF路径优先算法，计算获得从客户域到服务域的松散路径(如果存在多个服务域，选择最优)，在形式上为一条域“链”。虽然所得结果并非具体真实物理路径，但可根据域间流量工程数据库拓扑抽象的映射原则(后面会详细说明)，通过所得的松散路径确定域的边缘节点的情况。

域内路径计算单元：负责计算域内的可达路径，分本域为服务域和非服务域两种情况，主要区别在于是否需要调用域内服务数据库信息。在服务域情况下，采用服务导向路由算法，根据域内流量工程数据库和域内服务数据库信息，计算出一条从本域入口到服务地址的路径。在非服务域情况下，采用目的导向的路由算法，根据域内流量工程数据库，生成一条从域入口到域出口的严格路径(特别说明：域中任务源地址看作“入口”，将服务域中将任务的宿地址看作“出口”)。

下面结合图3，详细说明融合服务信息的域间拓扑抽象的具体实施方法。这里需要说明的是，图3中所区分的域不是由于网络规模的巨大导致网络管理的困难，为了提高网络资源调度的灵活性或增强对网络的管理的能力，而采取划分区域、变大为小等手段生成的。这里多域的划分是由于网络设备属于不同的管理者或属于同一拥有者但由于网络技术的差异无法有效互通导致的。

图3包括上下两部分，下层为具体真实的物理拓扑，上层是采用拓扑抽象技术后形成的虚拟拓扑，包括域A、域B、域C、域D、域E、域F六个独立的域。每个域都有自己单独的控制程序，各个域内拓扑是相对固定的，不存在与其他邻域重新划分的可能。例如，域A虽然与域B、C存在链路，但不能将域B或C相邻节点划分到域A，而形成新的A域。在多域的拓扑抽象算法中，主要考虑的包括域内和域间两方面的因素。本发明所采用拓扑抽象方法为：单域单点抽象，域间链路直接映射，服务信息关联到域。

所谓单域单点抽象，就是说对于域内拓扑模糊化处理，不区分域内节点情况，不对域内节点间链路做具体的处理，而是将整个域抽象为一个节点。这个节点不是原有拓扑内的任何一个点，是一个虚拟的节点，充当本域与其他域连接的代理节点。图中域A抽象为虚拟拓扑中节点A，域B抽象为虚拟拓扑中节点B等。

域间链路采用直接映射，完整保留域间链路，包括其带宽、长度等基本链路属性保持不变。例如，在域A与域B之间存在一条链路L1，带宽1Gbit/s，长度20Km，那么在完成拓扑抽象后，抽象拓扑中节点A与节点B也会存在一条同样的链路L1(名称可以不同)，带宽同样1Gbit/s，长度同样20Km，真实地描述了域间链路的真实情况；对于域间存在多条链路，同样采用直接映射。比如说在域A与域B之间存在另一条链路L2，同样在抽象拓扑中节点A与节点B也会存在一条同样的链路L2。

上述链路抽象的域间的信息描述并不完全，不能够完成域间建路功能。如需要域A与域B之间建立域间链路时，由于存在L1、L2两条路径，将会产生指代不明的问题。为了解决这个问题，需要将域间链路的边缘节点信息包含在其内部。比如对L1映射不仅包含具体带宽、长度的等参数还应包含其端点信息A_L1(表示链路L1在域A内的边缘节点，以下相同)和B_L1。这些映射信息同样存储在域间流量工程数据库中。

域内服务信息直接关联到所在域的抽象结点，如在域A存在一个视频服务，映射后视频直接与虚拟端点A对应，这些信息会存储在全域服务数据库中，但不存储对能够提供服务端点的信息(这些信息会存储在域内服务信息数据库中)；对于单域存在多个同类服务的情况，如域B中存在两个数据服务，在抽象后，统一为数据服务，不作区分。

本路由装置是面向服务的，而非传统面向目的地址，其特点在于本发明不仅能够提供传统的端到端的链路，而且能够根据服务要求提供端到多端、多端到端的链路。因而，在下面说明中所提到客户端到服务端的链路不单单代表端到端的链路。下面结合图4和图5，具体说明服务链路建立的过程。

步骤1：初始化，主要包括完成域间拓扑和服务信息的抽象、域内拓扑和服务信息存储。

步骤2：信息处理单元接收服务请求，提取服务属性，包括客户地址、服务类型等参数；

步骤3：根据请求的服务是否在本域内，可将服务请求分为2种不同的情况处理：(1)本域能够提供的服务，(2)本域不能够提供的服务；

对于情况(1)，其步骤如下：

步骤4：所请求的服务本域能够提供，则无需跨域服务，可以直接启动域内服务进程；

步骤5：域内路径计算单元，结合域内流量工程数据库和域内服务数据库，采用COSPF算法，获得最短路径；

步骤6：在域内，通过交互域内路径信息(Intra_Path)和域内路径信息(Intra_Resv)信令，完成域内相关链路配置，

步骤7更新域内数流量工程据库，更新数据是由Intra_Path中信息确定；

步骤8域内服务链路建立完成。

对于情况(2)，其步骤如下：

步骤4：所请求的服务本域不能够提供，需跨域的服务，启动域间服务进程；

步骤5：域间路径计算单元结合域间流量工程数据库信息和全域服务数据库，采用COSPF算法，获得一个从客户域到服务域的松散域间路径；

步骤6：根据所得的松散域间路径，客户域向下游域发送域间路径消息(Inter_Path)信令，并沿松散路径逐域传递，一直到达服务源所在域。在以下的步骤采用的并行控制，根据各域在服务链路建立过程中角色的差异，可以分为：客户域、传送域、服务域；

对于服务域：

步骤7：在收到Inter_Path消息后，服务层根据Inter_Path消息内松散路径，会将本域与上游域之间的域间链路配置完成，实现链路资源预留；

步骤8在完成域间资源预留后，将会生成域间预留消息(Inter_Resv)，并将其向上游邻域发送；

步骤9：将域间服务转化为域内服务，具体内容转化为：将松散路径的本域的入口地址作为域内服务请求的客户端，同时将域间服务请求的服务类型作为域内服务请求的服务类型；

步骤10：按照情况(1)步骤进行；

步骤11：在完成步骤9后，向上游发送的任务确认消息(OK)，表明服务端已完成相关配置。

对于传送域：

步骤7：在收到下游邻域发送来的Inter_Path后，根据其中的松散路径信息，将本域与上游域之间的域间链路配置完成，然后等待下游域发送Inter_Resv消息；

步骤8：在收到下游域发来的Inter_Resv后，会将Inter_Resv发送到其上游邻域；

步骤9：启动域内计算单元，采用目的导向的路由算法，结合域内流量数据库工程的信息，计算出源目地为本域的入口，宿目的为本域的出口的域内最优路径；

步骤10：通过域内Intra_Path和域内Intra_Resv信令交互，完成域内链路的配置；

步骤11更新域内数流量工程据库，更新数据是由Intra_Path中信息确定；

步骤12：在收到下游的任务确认消息后，并且已经完成步骤9，向上游发送的任务确认消息，传送域完成相关配置。

对于客户域：

步骤7：在收到下游邻域发送的Inter_Resv消息后，将更新域间数流量工程据库，更新数据是由Inter_path中信息确定；

步骤8：启动域内计算单元，结合域内流量数据库工程的信息，计算出源目的为客户端和宿目的为本域出口的最优路径；

步骤9：通过域内Intra_Path和域内Intra_Resv信令交互，完成域内链路的配置，

步骤10更新域内数流量工程据库，更新数据是由Intra_Path中信息确定；

步骤11：在收到下游域发送的任务确认消息(OK)，并且确认步骤10已完成，则客户端到服务端的光子链路的已成功建立，服务可以开始进行。

上面对本发明所述的面向多层多域分布式光网络的路由装置及方法进行了详细的说明，但本发明的具体实现形式并不局限于此。对于本技术领域的一般技术人员来说，在不背离本发明所述方法的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种面向多层多域分布式光网络的路由装置，其特征在于根据客户端的服务请求，建立一条或多条客户端到服务端的光子链路，实现客户端到服务端的流量工程，其实现了以服务为导向的路由模型，所述路由装置包括：

消息处理单元：主要功能是处理服务请求，服务类型包括域内服务和域间服务；

域间流量工程数据库：负责维护域间抽象拓扑信息、域间链路属性和流量工程状态信息；

域内流量工程数据库：负责维护域内链路属性、域内网络拓扑信息和流量工程状态信息；

全域服务数据库：存储所有域所能提供服务信息，对服务和所在域进行了映射，描述了服务的分布情况，为域间服务导向的路由提供信息支撑；

域内服务数据库：存储本域内所能提供的服务类型信息，对服务和所对应服务地址进行了映射，描述了提供服务的真实地址，为域内路径计算单元的路径计算提供信息；

域间路径计算单元：计算客户域与服务域之间可达路径，域间路径计算单元采用服务导向的路由计算方法，结合域间流量工程数据库和全域服务数据库提供的信息进行路径计算，计算结果为域间松散路径及各域的边缘节点的信息，以此计算出从客户域到服务域的松散路径链；

域内路径计算单元：负责计算域内的可达路径，分本域为服务域和非服务域两种情况，主要区别在于是否需要调用域内服务数据库信息；在服务域情况下，采用服务导向路由算法，根据域内流量工程数据库和域内服务数据库的信息，计算出一条从本域入口到服务地址的路径。

2.一种面向多层多域分布式光网络的路由方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：客户域中消息处理单元接收服务请求信息；

步骤2：客户域的域间路径计算单元采用服务导向的路由计算方法，结合域间流量工程数据库和全域服务数据库提供的信息进行路径计算，计算结果为域间松散路径及各域的边缘节点的信息，以此计算出客户域到服务域的松散路径链；其中全域服务数据库存储所有域所能提供服务信息，对服务和所在域进行了映射，描述了服务的分布情况，为域间服务导向的路由提供信息支撑；

步骤3：客户域发送域间路径消息信令Inter_Path，该信令沿松散路径向下游逐域传递，直到到达服务域；

步骤4：服务域配置本域与上游域的域间链路，生成域间预留消息Inter_Resv，发送给上游邻域；

步骤5传送域收到下游Inter_Resv消息，配置本域与上游域的域间链路，将Inter_Resv向上游传递，直到到达客户域；

步骤6在域间建路过程中，对于每一个域来说，当其发送Inter_Resv消息后，会启动域内建路进程；

步骤71服务域将域间任务转化为域内服务，完成相关配置，然后生成OK消息，并向上游邻域传递；其中服务域域内路径计算单元负责计算域内的可达路径，在服务域情况下，采用服务导向路由算法，服务域域内路径计算单元根据域内流量工程数据库和域内服务数据库的信息，计算出一条从本域入口到服务地址的路径；其中，域内服务数据库存储本域内所能提供的服务类型信息，对服务和所对应服务地址进行了映射，描述了提供服务的真实地址，为域内路径计算单元的路径计算提供信息；

步骤72传送域内路径计算单元根据源地址与宿地址，计算出域内最优路径，并完成域内链路配置；

步骤73客户域域内路径计算单元根据客户机地址与本域出口地址，计算出域内最优路径，并完成域内链路配置；

步骤8传送域收到OK消息后，等到本域域内链路配置成功，将OK消息继续向上游域传递，直到到达客户域；

步骤9客户域收到OK消息，等到本域域内链路配置成功，确认服务链路建立成功。

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