CN102761484B - 一种光突发交换中数据信道整理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光突发交换中数据信道整理的方法，涉及光网络通信技术。该方法为了降低突发丢失率并且充分利用网络资源，提出只有同时满足核心节点控制包的缓存队列为空，和上次信道整理完毕后已调度处理的控制包数大于设定的整理间隔参数值两个条件时，才进行数据信道整理。该整理方法首先找到每个数据信道上已经调度成功的符合时间条件的所有突发；然后按更新后的信道可用时间的先后顺序对找到的所有突发重新调度到数据信道上，并发送信息控制分组，通知下游节点重新调度后的突发的数据信道信息。该方法通过重新整理数据信道，从而提高信道利用率，减少突发丢失率。本发明根据网络实际输入和运行数据信道整理方法，可以获得比LAUC和按需重调度算法低的突发丢失率。

Description

一种光突发交换中数据信道整理方法

技术领域

本发明涉及一种光突发交换（OBS）网络中数据信道整理的方法，属于光网络通信技术。

技术背景

光突发交换使用的带宽粒度介于光路交换（OCS）和光分组交换（OPS）之间，比光路交换灵活，带宽利用率高，又比光分组交换更容易实现，是两者之间的平衡选择，是下一代光互联网的首选光交换技术。

OBS网络由边缘节点和核心节点构成，它采取控制信道和数据信道分离的方法。入口边缘节点将去往同一目的节点的IP包汇聚成突发数据包，先在控制信道上传输突发控制包，沿路为数据突发预留资源，与控制包对应的突发数据经过一个偏置时间后在已预留好的数据信道资源上传输。OBS一般采用单向预留方式，即边缘节点在没有收到确切的预留成功消息的情况下就发送相应的数据突发。这就意味边缘节点生成的突发包将可能在接下来的核心节点传输过程中竞争相同的资源，导致突发包的丢失。由于OBS异步的特点和光随机存储器件的不成熟，因此即使有波长转换器，核心节点丢包的现象也是不可避免的，而且在同一个波长上的“空”也是比较多且大的。总之这种单向预留方式和缺乏随机光缓存会造成突发丢失率较高。

当前人们提出了多种为数据突发预留信道资源的数据信道调度方法，如LAUC、LAUC-VF和ODBR等等。其中LAUC算法主要思想是为新到的数据突发选择最迟可用未占用的信道。它的主要优点是算法简单，容易实现，但是信道的利用率不高。LAUC-VF是在LAUC上的改进，不同之处是新到的数据突发能够调度在两个相邻数据突发之间的间隙，能够有效地减小突发丢失率，但是其算法复杂度较高。而传统的按需重调度算法（ODBR）主要思想是将一个已经调度的数据突发重新调度到另一个可用的数据信道上，以容纳新的数据突发请求。ODBR只重调度一个突发，性能提高有限。在此基础上有参考文献提出了一种批量重调度算法（黄胜，庞洪丰等.光突发交换网络的一种批量重调度算法.光通信技术[J].2010.12:21-23.），当一个数据突发用LAUC调度失败时，调用该算法，通过重调度多个突发而更大程度地利用重调度来有效地减少突发的丢失。但是算法存在很多缺点。首先，算法只有当突发调度失败的时候才启用，若此时数据突发在信道中排列非常不合理，即使采用重调度算法也不能为调度失败的突发重调度成功，从而不能有效地降低突发丢失率。其次，由于IP业务具有突发性，突发调度失败往往是由某一瞬时数据突发到达率过高（由于数据突发和控制包一一对应关系，突发控制包的到达率也很高，缓存队列中控制包比较多）造成，此时启用重调度算法进行重调度，需要一定的处理时间，从而会导致缓存队列中的突发控制包过多，缓存时间过长，会造成一些数据突发到达时，其对应的突发控制包还没有开始为其预留资源，从而导致突发的丢失。再次，负载高时，存在多个突发连续调度不成功，多次连续启动重调度算法，导致某些突发多次被重调度，影响了重调度算法的性能。针对这些问题，只在突发控制包缓存为空并且上次信道整理完毕后已调度处理的控制包数大于或等于设定的整理间隔参数时，才开始整理数据信道，以充分利用核心节点的空闲时间，来整理数据信道，为后面的数据突发成功调度准备好数据信道资源，从而达到利用空闲时间来降低突发丢失率的目的。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提出一种光突发交换中数据信道的整理方法，改善突发的异步性和光随机存储器件的不成熟所带来的不连续的信道资源预留，提高信道资源利用率，降低突发丢失率，从而改善网络性能。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

初始化整理间隔计数器及整理间隔参数，每调度一个数据突发该计数器增加1；读取缓存器中的控制包，调用数据信道调度算法为数据突发预留信道资源；查看是否符合启动信道整理的条件，如果符合，则开始信道整理；否则返回继续进行控制包的信道资源预留。具体为：

1．初始化整理间隔计数器及整理间隔参数，整理间隔计数器初始为0，每调度一个数据突发该计数器增加1。

2．读取缓存器中的控制包，调用数据信道调度算法为数据突发预留信道资源。可采用LAUC算法，具体采用如下方法：

每当一个控制包进行相应的信道资源预留后，查看控制包的缓存队列是否为空，如果缓存队列不为空，则对缓存队列中的下一个控制包进行信道资源预留。如缓存队列为空，查看计数器数值，如果计数器数值小于设定的整理间隔参数，则等待控制包到达。否则，查看当前控制包（触发条件的控制包）是否成功预留，如果预留成功，则直接将该控制包转发到下一跳节点，如果预留不成功，将该控制包继续保留在缓存队列中，并且生成相关信息反馈到该节点调度模块中。开始进行数据信道整理，同时将信道整理间隔计数器清零。

3．进入信道整理期间，在这一期间内如果有新的突发控制包进入该节点，则先在控制包缓存队列中缓存起来，不执行相应的信道资源预留。

数据信道整理过程：

首先，找出所有能被整理的数据突发并更新相应的数据信道可用时间。对于每个数据信道，从最后一个数据突发开始，找出该数据信道上满足时间条件的数据突发并将相应数据信道可用时间更新为前一个数据突发的结束时间，如果前一个数据突发的结束时间小于当前时间，则将信道可用时间更新为当前时间，将找到的所有数据突发作为一组突发。然后，将找到的一组突发重新调度到数据信道上。

时间条件具体为：数据信道上数据突发的到达时间>=（当前时间+信道整理时间+信息控制分组处理时间+交换配置时间））。具体可采用如下方法：

将找到的一组突发重新调度到数据信道上具体包括，将所有数据信道按照信道可用时间大小排序，依次分别从信道可用时间最大的数据信道开始，搜寻能在该数据信道上调度的数据突发，若有多个，则选取突发开始时间与该数据信道开始时间的差值最小（即空隙最小）的突发，找到突发后将其调度在该数据信道上，并更新该数据信道的可用时间为该突发的结束时间，再在剩下的突发数据中寻找能在该数据信道上调度的突发数据，直至该数据信道再也不能调度突发数据。这样一直进行下去，直到该组中所有突发数据重新调度完毕。

重新调度完毕后，发送一个信息控制分组，该信息控制分组包含所有重调度的突发信息，通知下游节点，告知重新调度后的突发数据信道信息。数据信道整理结束，缓存队列中控制包开始预留相应的数据信道资源。

本发明充分利用了节点的空闲时期，通过对所有数据信道上符合时间条件的突发进行重新调度整理后，提高了资源利用率，降低了突发丢失率，改善了网络的性能。

附图说明

图1为进行数据信道整理的流程示意图

图2为在信道整理期间内符合整理的突发的时间条件示意图

图3为图2经过信道整理后的突发的预留情况示意图

其中，图2和图3中参数：W是信息控制分组的处理时间，d是交换配置时间，T是信道整理时间。

具体实施方式

本发明提出的信道整理方法，只在没有突发控制包要预留信道资源的空闲期并且上次信道整理完毕后已调度处理的控制包数大于或等于设定的整理间隔参数时，才进行数据信道整理，主要用于核心节点调度模块。

本文包含两个参数，一个整理间隔参数，表示相邻两次信道整理间隔中调度的突发个数，该参数可以由网络运营商事先设置好。另外一个信道整理时间参数，表示执行信道整理所需的时间，该参数主要受硬件处理速度和符合整理条件的突发数影响。

下面结合附图来说明本发明所提出的数据信道整理方法的具体实施步骤：

如图1所示为进行数据信道整理的流程示意图。

1、初始化整理间隔计数器为0，启动计数器，每调度一个数据突发该计数器增加1。初始化整理间隔参数为一条链路的最大信道数目W。

2、读取缓存器中的控制包，调用LAUC算法为数据突发预留信道资源。

每当一个控制包进行相应的信道资源预留后，查看控制包的缓存队列是否为空，如果缓存队列不为空，则缓存队列中的下一个控制包接着进行相应的信道资源预留；否则，查看计数器的数值是否大于或等于设定的整理间隔参数值W。如果计数器数值小于W，则等待控制包到达，否则，查看当前控制包（触发条件的控制包）是否成功预留。如果预留成功，则直接将该控制包转发到下一跳节点；否则，不丢弃该控制包，将其继续保留在缓存队列中，并且生成相关信息反馈到该节点调度模块中，开始进行数据信道整理，同时将整理间隔计数器清零。

3、进入信道整理，在这期间内如果有新的突发控制包进入该节点，则暂时将该控制包缓存在该节点的控制包缓存队列中，信道整理结束后，再对其执行相应的信道资源预留算法。

数据信道整理过程具体为：

先将所有数据信道按照信道可用时间的大小排序，依次分别从信道可用时间最大的数据信道开始，在将得到的一组数据突发按搜寻能在该数据信道上调度的数据突发，若有多个，则选取突发开始时间与该数据信道的开始时间的差值最小（即空隙最小）的突发，将其调度在该数据信道上，并更新该数据信道的可用时间为该突发的结束时间，再在剩下的突发数据中寻找能在该数据信道上调度的突发数据，直至该数据信道再也不能调度突发数据。这样一直进行下去，直到该组中所有突发数据重新调度完毕

如附图2所示，控制包7为触发条件的控制包，t是该控制包的结束时间，而控制包8为随后即将到来的控制包，其资源预留将会失败。

由于控制包7是触发条件的控制包，将启动数据信道整理。首先找到所有能被整理的数据突发并更新相应的信道可用时间。从第一个数据信道C1的最后一个突发序列突发控制包7开始往前搜索，判断突发控制包7的到达时间是否满足公式：t7>ta=t+T+Ω+δ，其中，t7为数据信道上突发控制包的到达时间，t为当前时间，T为数据信道整理时间，Ω为信息控制分组的处理时间，δ为交换配置时间。

当突发控制包7符合时间条件，从数据信道C1取出突发控制包7并将数据信道C1的信道可用时间更新为前一个突发序列突发1的结束时间，由图2得知，前一个突发1的结束时间小于当前时间，因此，将C1的信道可用时间更新为当前时间。至此，数据信道C1上能满足时间条件的数据突发已全部找出并更新了C1的信道可用时间。接下来进入第二个数据信道C2搜索满足时间条件的数据突发，直到全部数据信道C1，C2和C3搜索完毕。从图2中可以得知最后找到的所有能被整理的突发为数据突发7，数据突发4和数据突发6，将这3个数据突发作为一组数据突发。然后，将找到的一组数据突发重新调度到数据信道上。将所有数据信道按照信道可用时间的大小排序。更新后的信道可用时间从大到小的顺序为C3，C2，C1。

因此，首先从信道可用时间最大的数据信道C3开始，将上面得到的一组突发数据包依次采用LAUC算法调度，搜寻能在数据信道C3上调度的突发数据包，可以得到突发数据包4和突发数据包6。在这两个能被调度到C3上的突发数据包中，突发数据包4的突发开始时间与数据信道C3的开始时间的差值最小（即空隙最小），因此将数据突发4调度到数据信道C3上，并更新数据信道C3的信道可用时间。

接着继续在剩下的数据突发6和数据突发7中搜寻能在数据信道C3上调度的突发，从图2所示，剩余的突发都不能调度在C3上。于是搜寻能在次最小信道可用时间的数据信道C2调度并使得产生空隙最小的数据突发，直到该组突发中的剩余的2个数据突发重新调度完毕。当数据信道C1，C2和C3整理完后，发送一个信息控制分组，该信息控制分组包含数据突发7，数据突发4和数据突发6重新调度后的信道信息，通知下游节点，告知重新调度后的突发7，突发4和突发6的数据信道信息。

附图2经过数据信道整理后突发预留的情况如附图3所示，可以得知随后到达的控制包8将能成功预留资源。因此该数据信道整理方法通过对所有数据信道上符合时间条件的数据突发进行重新调度整理后，提高了资源利用率，降低了突发丢失率。

数据信道整理结束，突发控制包缓存队列中的突发控制包进行相应数据信道资源的预留。

Claims (6)

1.一种光突发交换数据信道整理方法，其特征在于，包括如下步骤：初始化整理间隔计数器及整理间隔参数，每调度一个数据突发该计数器增加1；读取缓存器中的突发控制包，调用数据信道调度算法为数据突发预留信道资源；查看是否符合启动信道整理的条件，如果符合，则开始信道整理；否则返回继续进行突发控制包的信道资源预留，所述信道整理的条件为：当前突发控制包的缓存队列为空，上次信道整理完毕后已调度处理的突发控制包数大于或等于设定的整理间隔参数；所述信道整理包括，找出数据信道上满足时间条件的数据突发并将相应数据信道可用时间更新为前一个数据突发的结束时间，如果前一个数据突发的结束时间小于当前时间，则将信道可用时间更新为当前时间，将找到的所有数据突发作为一组数据突发，将这组数据突发重新调度到数据信道上，数据信道整理结束，为突发控制包缓存队列中的突发控制包进行相应信道资源的预留。

2.根据权利要求1所述的光突发交换数据信道整理方法，其特征在于，调用数据信道调度算法为数据突发预留信道资源具体包括：查看突发控制包的缓存队列是否为空，如果缓存队列不为空，则对缓存队列中的下一个突发控制包进行信道资源预留；如缓存队列为空，查看计数器数值，如果计数器数值小于设定的整理间隔参数，则等待突发控制包到达，如缓存队列不为空，查看当前突发控制包是否成功预留，如果预留成功，则直接将该突发控制包转发到下一跳节点，如果预留不成功，将该突发控制包继续保留在缓存队列中，并且生成相关信息反馈到该节点调度模块中。

3.根据权利要求1所述的光突发交换数据信道整理方法，其特征在于，信道整理完后，发送一个信息控制分组，该信息控制分组包含所有重调度的突发信息，通知下游节点，告知重新调度后的突发信息。

4.根据权利要求1所述的光突发交换数据信道整理方法，其特征在于，将一组数据突发重新调度到数据信道上具体为，将所有数据信道按照可用时间大小排序，依次分别从信道可用时间最大的数据信道开始，选取数据突发开始时间与该数据信道开始时间的差值最小的数据突发，找到数据突发后将其调度在该数据信道上，并更新该数据信道的可用时间，再在剩下的数据突发中寻找能在该数据信道上调度的数据突发，直至该数据信道再也不能调度数据突发。

5.根据权利要求1所述的光突发交换数据信道整理方法，其特征在于，所述的满足时间条件为：数据信道上数据突发的到达时间>=（当前时间+信道整理时间+信息控制分组的处理时间+交换配置时间）。

6.根据权利要求4所述的光突发交换数据信道整理方法，其特征在于，寻找能在该数据信道上调度的数据突发具体为：对于每个数据信道，从最后一个数据突发开始，找出该数据信道上满足时间条件的数据突发并将相应信道可用时间更新为前一个数据突发的结束时间，如果前一个数据突发的结束时间小于当前时间，则将信道可用时间更新为当前时间。