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本发明公开了一种体系结构和方法，用于在具有可变时隙配置、基于波分复用(WDM)的光突发交换(PBS)网络中执行光路的粗粒度预约。该方法采用了RSVP－TE信令协议的扩展，该方法使用各种报文来预约资源。在光路路由的下游遍历期间在节点间传递资源预约请求，该光路路由通过一个或多个交换节点将源节点连接到目标节点，其中查询每个节点以确定在未来的调度时间段期间它是否具有可用的传输资源(即，光路段)。使用包含在相应标签中的信息，对每个可用的光路段进行软预约。如果所选择的路由的所有光路段都可用，就将预约响应报文沿着所述路由从目标节点向上游发送回到源节点。响应于接收该响应，在每个节点将软预约转换成硬预约。

1.  一种建立光路的粗粒度预约的方法，该光路遍历在光交换网络中的源和目标节点之间的多个连接光路段，该方法包括：
进行节点资源的软预约以支持来自所述多个光路段的各光路段，该节点资源的软预约对应于所述光路被请求预约的调度时间段；
确定在所述调度时间段中是否具有足够的节点资源可用于预约以支持整个所述光路的遍历；以及
如果确定有足够的可用节点资源，就进行对应于所述调度时间段的所述节点资源的硬预约。

2.  如权利要求1所述的方法，其中所述光交换网络包括PBS网络。

3.  如权利要求2所述的方法，其中所述光突发交换网络包括波分复用PBS网络。

4.  如权利要求1所述的方法，还包括在每个节点处存储资源预约数据，包括指示资源是否具有相应软或硬预约的资源预约状态标记。

5.  如权利要求4所述的方法，还包括：
在所述光路的下游遍历中，在连接到所述光路段的节点之间传递资源预约请求报文，该资源预约请求报文包括资源预约信息；
从所述资源预约请求报文中提取所述资源预约信息；
根据给定节点的现有资源预约数据，确定在所述调度时间段中是否有足够的资源；以及
进行节点资源的软预约，该资源被确定为在所述调度时间段可用。

6.  如权利要求5所述的方法，其中所述资源预约请求报文包括基于GMPLS的标签，该标签定义了所述基于GMPLS标签所对应的光路段的传输参数。

7.  如权利要求6所述的方法，其中所述基于GMPLS的标签包括至少一个标识输入波长的域，该波长用于在由所述基于GMPLS的标签所标识的光路段上携带信号。

8.  如权利要求5所述的方法，其中所述资源预约请求报文包括路径报文，其具有基于RSVP-TE信令协议的扩展的格式。

9.  如权利要求5所述的方法，其中所述资源请求信息包括限定所述调度时间段的数据。

10.  如权利要求5所述的方法，还包括：
在所述光路的上游遍历中，在连接到所述光路段的节点之间传递资源预约响应报文，该资源预约响应报文包括资源预约响应信息；
在每个节点处从所述资源预约响应报文中提取所述资源预约响应信息；和
在每个节点处，将所述节点资源的软预约改变为硬预约。

11.  如权利要求10所述的方法，其中所述资源预约响应报文包括预约报文，其具有基于RSVP-TE信令协议的扩展的格式。

12.  如权利要求1所述的方法，还包括：
建立所述源和目标节点之间的潜在光路的列表；
在所述列表中选择第一潜在光路；
确定是否可获得充足的资源来预约节点资源，以在所述调度时间段支持由所述第一潜在光路定义的光路段；和
如果确定支持所述第一潜在光路的光路段的资源不充足，则处理所述列表中的下一个潜在光路，以确定是否存在充足的资源去预约节点资源，以在所述调度时间段支持由所述下一个潜在光路定义的光路段；以及
对所述列表中随后的下一个潜在光路重复上述操作，直到标识出具有足够资源的光路，或者直到所述列表已被取尽。

13.  如权利要求12所述的方法，还包括根据至少一个与传输相关的标准对所述列表中的潜在光路进行优先化。

14.  如权利要求13所述的方法，还包括响应于检测到网络传输条件的变化，动态地对所述列表中的潜在光路进行重新优先化。

15.  如权利要求13所述的方法，其中根据流量平衡考虑而对所述潜在的光路进行优先化。

16.  如权利要求13所述的方法，还包括响应于检测到网络拓扑的变化，动态地对所述列表中的潜在光路进行重新优先化。

17.  如权利要求12所述的方法，其中确定在给定节点是否可获得足够资源包括：
合计对应于特定带宽和所述调度时间段的所述节点资源的所有现有预约，以获得现有的资源分配；
将对应于资源预约请求的带宽百分比添加到所述现有的资源分配中，以获得所述节点资源的请求分配；
确定所述请求分配是否超过阈值。

18.  如权利要求1所述的方法，其中可以预约节点资源的部分使用。

19.  如权利要求18所述的方法，其中所述部分使用包括光路段的带宽百分比使用。

20.  一种在光交换网络中使用的交换装置，包括：
光交换结构，具有至少一个输入光纤端口和至少一个输出光纤端口；和
控制单元，可操作地连接以控制所述光交换结构，其包括至少一个处理器和第一存储设备，该存储设备可操作地连接到包含机器可执行指令的所述至少一个处理器上，所述指令被所述至少一个处理器执行时将执行下述操作，包括：
从第一节点接收资源预约请求，所述资源预约请求包括与所述第
一节点和所述交换装置之间的第一光路段有关的数据，该交换装置包
括第二节点，该资源预约请求还包括一个调度时间段，其中针对该时
间段请求预约所述交换装置的资源；和
进行资源的软预约，以支持所述调度时间段的通过所述第一光路
段的通信；
接收预约响应；以及
将支持经由所述第一光路段的通信的资源软预约改变成硬预约，
以承诺提交资源用于所述调度时间段。

21.  如权利要求20所述的交换装置，其中所述指令的处理还执行在所述第一存储设备或可操作地连接到所述至少一个处理器上的第二存储设备上存储资源预约数据的操作，所述资源预约数据包括指示资源是否具有相应软或硬预约的资源预约状态标记。

22.  如权利要求20所述的交换装置，其中所述光交换网络包括PBS网络。

23.  如权利要求22所述的交换装置，其中所述光交换网络包括波分复用PBS网络；并且所述光交换结构提供光信号的交换，所述光信号包括在可分别连接到所述至少一个输入光纤端口和所述至少一输出光纤端口的公共光纤上携带的不同波长。

24.  如权利要求20所述的交换装置，其中所述资源预约请求报文包括基于GMPLS的标签，该标签定义了所述第一光路段的传输参数。

25.  如权利要求20所述的交换装置，其中所述资源预约请求报文包括路径报文，其具有基于RSVP-TE信令协议的扩展的格式。

26.  如权利要求20所述的交换装置，其中所述资源预约响应报文包括预约报文，其具有基于RSVP-TE信令协议的扩展的格式。

27.  如权利要求20所述的交换装置，其中所述指令的执行还执行以下操作：
从所述资源预约请求中提取通过第二光路段连接到所述交换装置的第三节点的位置；和
转发所述资源预约请求到所述第三节点。

28.  如权利要求20所述的交换装置，其中所述指令的执行还执行下述操作：
确定是否有充分的资源来支持所述调度时间段的通过所述第一光路段的通信；和
如果确定不存在足够的可用资源，就产生错误报文。

29.  如权利要求20所述的交换装置，其中所述的至少一个处理器包括网络处理器。

30.  如权利要求20所述的交换装置，其中所述的至少一个处理器还包括控制处理器。 

31.  一种提供指令的机器可读介质，当所述指令由光交换网络中包括第一节点的交换装置中的处理器执行时，导致该交换装置执行以下操作，包括：
从第二节点接收资源预约请求，该资源预约请求包括与在所述第二节点和所述交换装置之间的光路段有关的数据，并包括一个调度时间段，其中对该时间段来请求预约所述交换装置的资源，以支持通过所述光路段的通信；
确定在所述调度时间段期间是否有可用于支持通过所述光路段的通信的资源，并且如果具有，则
进行资源的软预约，以在所述调度时间段支持通过所述第一光路
段的通信；
接收预约响应；以及
将支持经由所述第一光路段的通信的资源软预约改变成硬预约，
以承诺提交资源用于所述调度时间段。

32.  如权利要求31所述的机器可读介质，其中所述指令的执行还执行下述操作：
在可操作地连接到所述处理器上的存储设备中存储资源预约数据，所述资源预约数据包括资源预约状态标记，该标记指示资源是否具有相应的软或硬预约。

33.  如权利要求31所述的机器可读介质，其中所述指令的执行通过执行下述操作来确定在给定节点上是否可获得足够的资源，所述操作包括：
合计对应于特定带宽和所述调度时间段的所述节点资源的所有现有预约，以获得现有的资源分配；
将对应于资源预约请求的带宽百分比添加到所述现有的资源分配中，以获得所述节点资源的请求分配；
确定所述请求分配是否超过阈值。

34.  如权利要求31所述的机器可读介质，其中所述光交换网络包括波分复用PBS网络。

用于光交换网络的预约协议信令扩展
发明领域
本发明的实施例一般地涉及光网络；并且，更具体地说涉及在光突发交换网络中使用的通用多协议标签交换(GMPLS)协议的信令扩展。
背景技术
对电信网络(例如，国际互联网)的传输带宽的需求不断地在增长，并且正寻找支持该带宽需求的解决方案。该问题的一个解决方案是使用光纤网络，其中波分复用(WDM)技术使得同样的物理链路能够同时传送多个数据块。
传统的光交换网络一般使用波长路由技术，它要求在光交换机中执行光信号的光到电到光(O-E-O)转换。在光网络中每个交换节点上的O-E-O转换不仅是非常慢的操作(一般大约为10毫秒)，而且费用很高，还可能会引起光交换网络的流量瓶颈。另外，目前的光交换技术不能有效地支持经常发生在分组通信应用(例如，国际互联网)中的“突发”流量。
大型通信网络可以利用几个子网络实现。例如，用于支持因特网流量的一个大型网络可以划分为许多个由因特网服务提供商(ISP)运营的相对小型的接入网，所述接入网连接到多个城域网(光MAN)，其依次连接到大型“骨干”广域网(WAN)。该光MAN和WAN一般需要比局域网(LAN)更高的带宽，以便提供它们的高端用户所需的适当水平的服务。而且，随着技术的改进，LAN速度/带宽也在增加，从而相应地需要增加MAN/WAN的速度/带宽。
最近，已经出现了光突发交换(OBS)方案，其是一种有前景的解决方案，用于支持在WDM光网络上的高速突发数据流量。该OBS方案在当前光电路交换和正在出现的所有光分组交换技术之间提供了一个可行的机会。已证明在特定条件下，通过消除由在交换节点上发生的O-E-O转换所引起的电子瓶颈，并通过使用单向端到端带宽预约方案，该OBS方案实现了高带宽应用和服务等级(CoS)，该单向端到端带宽预约方案具有由入口节点调度的可变时隙宽度配置(provisioning)。光交换结构很具吸引力，因为与O-E-O转换相比它们采用较小的形式因子就能提供至少低一个或多个数量级的功耗。然而，最近公布的有关OBS网络的大多数工作却集中在下一代骨干数据网络(即，因特网范围的网络)方面，该网络利用具有大量输入/输出端口(即256×256)和光信道(即，40个波长)的高容量(即，1Tb/s)WDM交换结构并且要求大量缓冲。因此，这些WDM交换机将变得很复杂并且制造起来非常昂贵。相反，对局域网和广域网以低成本来支持多种带宽需求的应用诸如存储区网络(SAN)和多媒体多播的需求正在增长。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种建立光路的粗粒度预约的方法，该光路遍历在光交换网络中的源和目标节点之间的多个连接光路段，该方法包括：进行节点资源的软预约以支持来自所述多个光路段的各光路段，该节点资源的软预约对应于所述光路被请求预约的调度时间段；确定在所述调度时间段中是否具有足够的节点资源可用于预约以支持整个所述光路的遍历；以及如果确定有足够的可用节点资源，就进行对应于所述调度时间段的所述节点资源的硬预约。
根据本发明的另一个方面，提供了一种在光交换网络中使用的交换装置，包括：(1)光交换结构，具有至少一个输入光纤端口和至少一个输出光纤端口；(2)控制单元，可操作地连接以控制所述光交换结构，其包括至少一个处理器和第一存储设备，该存储设备可操作地连接到包含机器可执行指令的所述至少一个处理器上，所述指令被所述至少一个处理器执行时将执行下述操作，包括：从第一节点接收资源预约请求，所述资源预约请求包括与所述第一节点和所述交换装置之间的第一光路段有关的数据，该交换装置包括第二节点，该资源预约请求还包括一个调度时间段，其中针对该时间段请求预约所述交换装置的资源；和进行资源的软预约，以支持所述调度时间段的通过所述第一光路段的通信；接收预约响应；以及将支持经由所述第一光路段的通信的资源软预约改变成硬预约，以承诺提交(commit)资源用于所述调度时间段。
根据本发明的另一个方面，提供了一种提供指令的机器可读介质，当所述指令由光交换网络中包括第一节点的交换装置中的处理器执行时，导致该交换装置执行以下操作，包括：(1)从第二节点接收资源预约请求，该资源预约请求包括与在所述第二节点和所述交换装置之间的光路段有关的数据，并包括一个调度时间段，其中对该时间段来请求预约所述交换装置的资源，以支持通过所述光路段的通信；(2)确定在所述调度时间段期间是否有可用于支持通过所述光路段的通信的资源，并且如果具有，则：进行资源的软预约，以在所述调度时间段支持通过所述第一光路段地通信；接收预约响应；以及将支持经由所述第一光路段的通信的资源软预约改变成硬预约，以承诺提交资源用于所述调度时间段。
参考下列附图将描述本发明非限制性的和非穷举的实施例，在整个附图中除另有说明之外，相同的标号指称相同的部分。
图1是根据本发明的一个实施例，表示具有可变时隙配置的光子突发交换(PBS)网络的简化框图。
图2是根据本发明的一个实施例，表示光子突发交换(PBS)网络的操作的简化流程图。
图3是根据本发明的一个实施例，表示在光子突发交换(PBS)网络中使用的交换节点模块的框图。
图4是根据本发明的一个实施例，表示基于通用多协议标签交换(GMPLS)的PBS网络体系结构的图。
图5是根据本发明的一个实施例，表示基于GMPLS的PBS标签格式的框图。
图6是表示与将数据路由通过贯穿基于GMPLS的PBS控制网络相联系而采用的一组基于GMPLS的PBS标签的示意图。
图7是表示与RSVP报文有关的报文流的框图。
图8A、8B和8C是根据本发明一个实施例的对应于基于RSVP-TE的路径(Path)报文的数据结构，该Path报文包括用于支持粗粒度资源预约机制的扩展。
图9是对应于图8A中路径报文数据结构的通用PBS标签请求对象的数据结构。
图10A和10B是根据本发明一个实施例的对应于基于RSVP-TE的预约(Resv)报文的数据结构，该Resv报文包括用于支持粗粒度资源预约机制的扩展。
图11是根据本发明的一个实施例，对应于基于RSVP-TE的PathTear报文的数据结构，该PathTear报文包括用于支持资源预约的撤销(tear down)的扩展。
图12是根据本发明的一个实施例，对应于基于RSVP-TE的ResvTear报文的数据结构，该ResvTear报文包括用于支持资源预约的撤销的扩展。
图13示出了一种数据结构，该数据结构对应于发送器描述符对象和流描述符对象，其包括含有带宽百分比值的域，该带宽百分比值用于请求资源预约，以支持由这些资源提供的带宽的所述百分比。
图14A和14B共同包括描述根据本发明的一个实施例在光路预约处理期间执行的逻辑和操作的流程图的各个部分。
图15描述了包含图6的节点A和D之间的可能光路的路由表。
图16描述了在对应于图14A的示例性光路预约处理中所采用的Path报文的组成示意图。
图17A描述了由图6的节点B保存的示例性资源预约表，该表包含用于解释图14A和14B的光路预约处理的数据。
图17B包含来自图17A的资源预约表的条目列表，该条目列表具有与新预约请求的时间段重叠的时间段。
图18描述了对应于图14B的示例性光路预约处理中所采用的Resv报文的组成示意图。
图19是根据本发明一个实施例的PBS交换节点体系结构的示意图。
在下面的详细描述中，本发明的实施例将参照它们在光子突发交换(PBS)网络中的使用进行公开。PBS网络是一种光交换网络，一般包括具有跳(hop)和范围限定的高速网络，诸如企业网络。在此使用的术语“光子突发”涉及具有相似路由需求的统计复用分组(例如，因特网协议(IP)分组或以太网帧)。尽管在概念上类似于基于骨干的OBS网络，但是这些具有跳和范围限定的高速网络的设计、运行和性能可能不同。然而，应当理解在此公开的教导和原理也可以应用于其他类型的光交换网络。
图1图示了示例性光子突发交换(PBS)网络10，在其中可以实现这里所描述的本发明的实施例。PBS网络是一种光交换网络。PBS网络10的这一实施例包括局域网(LAN)13₁-13_N和骨干光WAN(未示出)。另外，该PBS网络10的这一实施例包括入口节点15₁-15_M、交换节点17₁-17_L和出口节点18₁-18_K。PBS网络10可以包括与图1中示出的交换节点互连的其他入口、出口和交换节点(未示出)。由于入口和出口节点逻辑驻留在PBS网络的边缘，因此在这它们也称为边缘节点。实际上，这些边缘节点提供在上述“外部”网络(即PBS网络之外)和PBS网络的交换节点之间的接口。在该实施例中，入口、出口和交换节点通过智能模块来实现。例如，该实施例可以用作城域网，该城域网将该城域内的大量LAN连接到大型的光骨干网络上。
在一些实施例中，入口节点对接收的光信号执行光到电(O-E)转换，并且包括电子存储器以缓冲所接收的信号直到它们被发送给合适的LAN。另外，在一些实施例中，在接收的信号被传输到PBS网络10的交换节点17₁-17_L之前，这些入口节点也执行对接收电信号的电到光(E-O)转换。
出口节点由光交换单元或模块实现，出口节点被配置成接收来自PBS网络10其他节点的光信号，并将这些光信号路由到光WAN或其他外部网络。出口节点也能从光WAN或其他外部网络接收光信号，并将它们发送给PBS网络10的合适的节点。在一个实施例中，出口节点18₁对接收的光信号执行O-E-O转换，并包括电子存储器以缓冲所接收的信号，直到这些信号被发送给PBS网络10合适的节点(或发送到该光WAN)。
交换节点17₁-17_L由光交换单元或模块实现，它们中的每一个都被配置成接收来自其他交换节点的光信号，并适当地将接收的光信号路由到PBS网络10的其他交换节点。如下所述，交换节点执行光控制突发和网络管理控制突发信号的O-E-O转换。在一些实施例中，这些光控制突发和网络管理控制突发只在预选的波长上传播。在这些实施例中，尽管所述控制突发和网络管理控制突发可能包括对于特定的光数据突发信号组所必需的信息，但是，预选的波长不传播光“数据”突发(相对于控制突发和网络管理控制突发)信号。在一些实施例中，在不同的波长上传输控制和数据信息(在此也作为带外(OOB)信令)。在其他实施例中，可以在相同的波长上发送控制和数据信息(在此也称为带内(IB)信令)。在另一个实施例中，可以利用不同的编码方案诸如不同的调制格式等来在相同的波长上传播光控制突发、网络管理控制突发和光数据突发信号。在任一种方法中，光控制突发和网络管理控制突发相对于它们相应的光数据突发信号被异步地发送。在另一个实施例中，光控制突发和其他控制信号以与光数据信号不同的传输速率传播。
尽管交换节点17₁-17_L可以执行光控制信号的O-E-O转换，但在该实施例中，交换节点不执行光数据突发信号的O-E-O转换。相反，交换节点17₁-17_L仅仅执行光数据突发信号的光转换。因此，交换节点可以包括电子电路，以存储和处理已被转换为电子形式的进入光控制突发和网络管理控制突发，并且使用该信息来配置光子突发交换设置和正确地路由对应于光控制突发的光数据突发信号。基于新的路由信息而替代先前的控制突发的新控制突发被转换为光控制信号，并且被传输到下一个交换或出口节点。下面将进一步描述交换节点的实施例。
示例性PBS网络10的部件按如下方式进行互连。LAN 13₁-13_N连接到15₁-15_M中的一个相应的入口节点。在PBS网络10内，入口节点15₁-15_M和出口节点18₁-18_K通过光纤连接到一些交换节点17₁-17_L。交换节点17₁-17_L他通过光纤以网格(mesh)体系结构彼此互连，以在入口节点之间以及在入口节点15₁-15_M和出口节点18₁-18_K之间形成较多的光路或光链路。理想地，有多于一条的光路将交换节点17₁-17_L连接到PBS网络10的每个终点上(即，入口节点和出口节点是PBS网络10内的终点)。交换节点、入口节点和出口节点之间的多条光路能够在一个或多个节点失效时保护交换，或者能够实现诸如到目标的基本和辅助路由这样的特征。
如下面结合图2来描述的那样，PBS网络10的入口、出口和交换节点被配置以发送和/或接收被波长复用的光控制突发、光数据突发和其他控制信号，以便在预选的波长上传播光控制突发和控制标签，并且在不同的预选波长上传播光数据突发或有效载荷。此外，PBS网络10的边缘节点能在向PBS网络10外部发送数据(光或电数据)的同时发送光控制突发信号。
图2描述了根据本发明的一个实施例的PBS网络10的操作流程。参考图1和2，光子突发交换网络10如下操作。
该过程在块20处开始，在这里PBS网络10从LAN13₁-13_N接收分组。在一个实施例中，PBS网络10在入口节点15₁-15_M处接收IP分组。所接收的分组可以是电子形式而不是光的形式，或者以光的形式接收然后被转换为电子形式。在该实施例中，入口节点以电子形式存储接收的分组。
为了清楚起见，对PBS网络10的操作流程的其余描述集中在从入口节点15₁到出口节点18₁的信息传送上。从入口节点15₂-15_M到出口节点18₁(或其他出口节点)的信息传送基本上是类似的。
如块21所示，光突发标签(即，光控制突发)和光有效载荷(即，光数据突发)从接收的分组中形成。在一个实施例中，入口节点15₁使用统计多路复用技术来从存储在入口节点15₁中的所接收的IP(因特网协议)分组中形成光数据突发。例如，由入口节点15₁接收并且在它们到达目标的路径上必须通过出口节点18₁的分组可以被组合成光数据突发有效载荷。
然后，在块22中，预约特定光信道和/或光纤上的带宽以通过PBS网络10传送光数据突发。在一个实施例中，入口节点15₁预约经过PBS网络10的光数据信号路径中的时隙(即TDM系统的时隙)。该时隙可以是相邻时隙之间具有一致或者不一致的时间间隔的固定时间宽度和/或可变时间宽度。而且，在一个实施例中，将带宽预约充分长的时间段以将光突发从入口节点传送到出口节点。例如，在一些实施例中，入口、出口和交换节点维护一个所有已使用和可用的时隙的更新列表。所述时隙可以被指定并分布在多个波长和光纤上。因此，所预约的时隙(在此也称作TDM信道)在不同的实施例中可以是固定宽度或可变宽度，其可以在一条光纤的一个波长中，和/或被扩展成跨越多个波长和多条光纤。
当入口和/或出口节点预约带宽时或当传送光数据突发之后带宽被释放时，网络控制器(未示出)更新该列表。在一个实施例中，网络控制器和入口或出口节点基于可用的网络资源或流量模式使用各种突发或分组调度算法来执行该更新处理。定期广播给所有入口、交换和出口节点的可用的可变宽度TMD信道以与光控制突发同样的波长传输，或者以整个光网络中另一个公共预选波长传送。网络控制器功能可以驻留在一个入口或出口节点中，或者可以分布成跨越两个或多个入口和/或出口节点。
如块23所述，然后将光控制突发、网络管理控制标签和光数据突发在预约时隙或TDM信道中传送通过光子突发交换网络10。在一个实施例中，入口节点15₁沿着由网络控制器确定的光标签交换路径(OLSP)将控制突发传输到给下一个节点。在该实施例中，网络控制器在一个或多个波长上使用基于约束条件的路由协议(例如，多协议标签交换(MPLS))来确定到达出口节点的最佳可用OLSP。
在一个实施例中，控制标签(在此也称作控制突发)提前于光子数据突发并在不同的波长和/或不同的光纤上被异步传输。控制突发和数据突发之间的时间偏差允许每个交换节点处理该标签，并且配置光子突发交换以在相应的数据突发到达之前进行合适的切换。在此使用的术语“光子突发交换”指不使用O-E-O转换的快速光交换。
在一个实施例中，入口节点15₁然后异步地将光数据突发传输给交换节点，在该交换节点处光数据突发经历很小的延时或没有延时，并且在每个交换节点内不进行O-E-O转换。光控制突发总是在相应的光数据突发被传输之前被传输。
在一些实施例中，交换节点可以执行控制突发的O-E-O转换，以便该节点能提取并处理包含在标签中的路由信息。而且，在一些实施例中，TDM信道是以与用于传播标签的相同的波长来传播的。或者，在相同的光纤中利用不同的调制格式来在相同的波长上调制标签和有效载荷。例如，可以利用不归零制(NRZ)调制格式来传输光标签，而利用归零制(RZ)调制格式来传输光有效载荷。以类似的方式将光突发从一个交换节点传输到另一个交换节点，直到光控制和数据突发在出口节点18₁处结束。
剩余的操作与出口节点操作有关。在块24中，接收数据突发后，出口节点将它拆分以提取IP分组或以太网帧。在一个实施例中，出口节点18₁将光数据突发转换为该节点18₁能够处理以恢复每个分组的数据段的电子信号。如决定块25所示，此处的操作流程取决于目标网络是光WAN还是LAN。
如果目标网络是光WAN，在块26中形成新的光标签和有效载荷信号。在该实施例中，出口节点18₁准备新的光标签和有效载荷信号。然后，在块27中将新的光标签和有效载荷传输到目标网络(即在该情况中的WAN)。在该实施例中，出口节点18₁包括将光标签和有效载荷传输到光WAN的光接口。
然而，在块25中如果确定目标网络是LAN，则所述逻辑进行到块28。因此，所提取的IP数据分组或以太网帧被处理，并结合相应的IP标签，然后被路由到目标网络(即在该情况中的LAN)。在该实施例中，出口节点18₁形成新的IP分组。然后，如块29所示，将新的IP分组传输到目标网络(即LAN)。
通过由TDM信道提供的附加的灵活性，PBS网络10可以获得提高了的带宽效率。尽管上述的示例性实施例包括将多个LAN连接到光WAN骨干的具有入口、交换和出口节点的光MAN，但在其他实施例中，所述网络并非必须是LAN、光MAN或WAN骨干。就是说，PBS网络10可以包括大量相对小型的网络，所述小型网络连接到相对更大型的网络，该大型网络然后连接到骨干网。
图3图示了根据本发明的一个实施例在光子突发交换网络10(图1)中用作交换节点的模块17。在该实施例中，模块17包括一组光波分解复用器30₁-30_A，其中A表示用于传播有效载荷、标签和其他网络资源到该模块的输入光纤的数量。例如，虽然该实施例中，每个输入光纤可以携带一组C个波长(即，WDM波长)，但是在其他实施例中输入光纤可以携带不同数量的波长。模块17也包括一组N×N光子突发开关32₁-32_B，其中N是每个光子突发开关的输入/输出端口数。因此，在该实施例中，每个光子突发开关中最大的波长数是A×C，其中N≥A×C+1。对于其中N大于A×C的实施例，额外的输入/输出端口可以用来回送光信号以用于缓冲。
而且，尽管光子突发开关32₁-32_B示出为分开的单元，但它们可以利用任何合适的交换体系结构而作为N×N光子突发开关来实现。模块17还包括一组光波分解复用器34₁-34_A，一组光到电信号转换器36(例如，光检测器)、控制单元37和一组电到光信号转换器38(例如，激光器)。控制单元37可以具有一个或多个处理器来执行软件或固件程序。控制单元37的更多细节如下所述。
模块17的这一实施例的部件互连方式如下。光解复用器30₁-30_A连接到一组A条输入光纤，其传播来自光子突发交换网络10(图1)的其他交换节点的输入光信号。光解复用器的输出引线连接到一组B个核心光开关32₁-32_B并连接到光信号转换器36。例如，光解复用器30₁具有连接到光子突发开关32-32_B的输入引线的B个输出引线(即，光解复用器30₁的一个输出引线连接到每个光子突发开关的一个输入引线)和至少一个连接到光信号转换器36的输入引线。
光子突发开关32₁-32_B的输出引线连接到光复用器34₁-34_A。例如，光子突发开关32₁具有连接到光复用器34₁-34_A的输入引线的A个输出引线(即，光子突发开关32₁的一个输出引线连接到每个光复用器的一个输入引线)。每个光复用器也具有连接到电到光信号转换器38的输出引线的输入引线。控制单元37具有连接到光到电信号转换器36的输出引线或端口的输入引线或端口。控制单元37的输出引线连接到光子突发开关32₁-32_B和电到光信号转换器38的控制引线。
根据本发明的其他方面，提供了使用用于PBS网络的基于GMPLS的框架的信令扩展的粗粒度OLSP调度机制。对用于PBS网络的基于GMPLS的控制方案的概述示出在图4中，其中根据一个实施例可以实现所述信令扩展。从GMPLS协议组开始，每个GMPLS协议可以被修改或扩展以支持PBS操作和光接口，同时仍然包含GPMLS协议的各种流量工程任务。集成的PBS层体系结构包括在PBS MAC层401之上的PBS数据服务层400，PBSMAC层401在PBS光子层402之上。众所周知，基于GMPLS的协议组(在图4中由块403所示)包括配置(provisioning)部分404、信令部分405、路由部分406、标签管理部分407、链路管理部分408以及保护和恢复部分409。在一些实施例中，这些部分被修改或具有添加的扩展，以支持PBS层400-402。进一步，在该实施例中，基于GMPLS的组403也扩展为包括操作、管理、维护和配置(OAM&P)部分410。有关GMPLS体系结构的更多的信息可以在http：//www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-ccamp-gmpls-architecture-07.txt上找到。另外，基本GMPLS信令的功能性描述可以在http：//www.ief.org/rfc/rfc3471.txt上找到。
根据本发明的一个方面，信令部分405可以包括专用于PBS网络的扩展，例如突发开始时间、突发类型、突发长度和突发优先级，等等。如下面更详细地描述的，公开了一些GMPLS信令扩展以能够利用RSVP-TE(预约协议-流量工程)协议来实现预约调度。链路管理部分408可以基于(当前仅支持SONET/SDH网络的)公知的链路管理协议(LMP)来实现，添加了支持PBS网络的扩展。保护和恢复部分409例如能够被修改以覆盖PBS网络。关于LMP的更多信息可以在http：//www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-ccamp-lmp-09.txt中找到。
可以修改标签管理部分407以也支持PBS控制信道标签空间。在一个实施例中，在对控制信道信号进行O-E转换之后执行标签操作。PBS网络的入口节点充当标签边缘路由器(LER)，而交换节点充当标签交换路由器(LSR)。出口节点类似地充当出口LER，持续提供PBS网络的所有标签。入口节点能够提出在其被连接到的光路段上使用的标签，但是在选择标签值时下游节点将起决定作用，可能拒绝所提出的标签并选择它自己的标签。也可以由节点提出标签列表给它的下游节点。该部分可以有利地增加控制信道上下文获取的速度(通过执行预建立的标签查询，而不必恢复整个上下文)。在共同待处理的申请号(代理人案卷号42P16847)的美国专利中公开了标签配置和应用的更多内容。
为了在诸如企业网和类似网络等具有跳和范围限定的网络中实现PBS联网，扩展基于GMPLS的协议组以在入口/出口和交换节点处标识PBS光接口是很有利的。在基于GMPLS的框架下，精心设计PBS MAC层以执行不同的PBS操作，同时仍然包含基于MPLS的流量工程特征和功能，以用于控制使用预约协议建立并由PBS标签表示的粗粒度(从秒到天或更久)光流的控制突发交换。
本发明的一个重要方面涉及标签信令中，其中粗粒度光路被端到端地信令发送并分配唯一的PBS标签。该PBS标签仅具有光路段意义而不具有端到端意义。图5示出了具有相应域的示例性PBS标签格式500，下面将描述其更多的细节。用于光路建立、撤销和保持的PBS标签信令通过IETF(因特网工程任务组)资源预约协议到流量工程(RSVP-TE)的扩展来实现。关于具有RSVP-TE扩展的GMPLS信令的更多信息可以在http：//www.ietf.org/rf/rfc3473.txt中找到。
标识数据突发输入光纤、波长和光路段、光信道间距的PBS标签被用于控制路径，以使得能够进行网络资源的软预约请求(通过相应Resv报文)。如果履行该请求(通过Path报文)，则沿着所选择的光路的每个交换节点都承诺提交(commit)所请求的资源，并且用合适的段到段标签来建立光路。每个交换节点通过所述信令机制来负责更新初始PBS标签，向前面的交换节点指示用于它的光路段的标签。如果不能履行该请求或发生错误，则描述该状态的报文被发送回始发站以采取合适的操作(即，选择另一个光路特性)。因此，通过信令实现的PBS标签能够实现用于控制突发处理的有效率的MPLS类型查找。在每个交换节点上控制突发的处理改善减小了在控制和数据突发之间所需的偏移时间，导致PBS网络吞吐量的改善并减小端到端的延迟。
除了由PBS控制处理器执行的软件块之外，还存在支持在此描述的PBS联网操作的其他几个关键部分。链路管理部分408负责提供PBS网络传送链路状态信息，诸如链路上行/下行、光损耗等。该部分在控制信道上运行它自己的链路管理协议。在一个实施例中，IETF链路管理协议(LMP)被扩展以支持PBS接口。当链路管理部分报告链路失败时，链路保护和恢复部分409负责根据用户定义的各种标准来计算在各交换节点之间的可替换光路径。OAM&P部分410负责执行各种管理任务，诸如设备配置。
另外，路由部分406提供路由信息，以建立控制和数据突发路径到它们的最终目标的路由。对于具有无缓冲交换结构的PBS网络，该部分也扮演重要的角色，它通过提供用于减小争用的备份路由信息来使PBS成为更可靠的传送网络。
本发明的标签信令方案通过减小处理已为之发送信号的光路的时间量来减小PBS偏移时间。这是通过扩展基于GMPLS的框架以利用在PBS标签空间中定义的唯一标签来标识在PBS网络内的每个光路段来实现的。通过使PBS交换节点内用于处理控制突发的控制接口，可根据用来执行快速和有效查找的标签信息来查找相关的物理路由信息和其他相关的处理状态，PBS标签的使用加速了PBS控制突发处理。因此，每个PBS交换节点在一个查找操作中可访问下列相关信息，其中：1)向其发送控制突发的下一个跳的地址；2)关于外发光纤和波长的信息；3)在下一个段中使用的标签，如果在基于标签的模式下工作；和4)为特定输入端口和波长更新调度需求所必需的数据。
参考图5，在一个实施例中，PBS标签500包括5个域，包括输入光纤端口域502、输入波长域504、光路段ID域506、光信道间距(Δ)域508和保留域510。输入光纤端口域502包括8比特字段，它指定由(本身被携带在控制波长上的)标签标识的数据信道的输入光纤端口。输入波长域504包括32比特字段，其描述在由输入光纤端口域502指定的输入光纤端口上使用的输入数据波长，并且在下面将更详细地描述。光路段ID域506包括16比特字段，其描述在特定波长和光缆上的光路段ID。光路段ID是根据PBS网络拓扑被确定的预定值。信道间距域508包括4比特字段，用于结合下面定义的Δ变量来标识信道间距(即，在相邻光信道之间的间距)。保留域510被保留以用于特定实现和今后的扩展。
在一个实施例中，使用用于单精度浮点格式的IEEE(电气和电子工程师学会)标准754来表示输入波长。32比特字被分为1比特符号标志S、8比特偏置指数e和23比特尾数。在此给出实数表示和该格式之间的关系：
等式(1)
在C频带中的一个光信道具有197.200THz的频率，对应于1520.20纳米的波长。这个信道通过设置s＝0、e＝134和f＝0.540625来表示。相邻信道的间距可以是50GHz、100GHz、200GHz或其他间距。对于50GHz的信道间距，可以写成：Δ＝0.05＝1.6×2^-5(s＝0，e＝122，f＝0.6)。因此，第n个信道的频率是：
f(n)＝f(1)-(n-1)·Δ                   等式(2)
因此，根据等式(2)，光信道频率由n和具体的Δ值给出，其可以被提供作为初始网络设置的一部分。例如，利用标准ITU-T(国际电信联盟)格点C和L频带，n被限制为249，它对应184.800THz的光频率。然而，在上述范围和其他波长范围诸如1310纳米左右的波长频带以外的其他光信道频率也可以使用等式(2)确定。
在图6中描述了在基于GMPLS的PBS网络6500中如何实现PBS标签500的操作。可以包括各种类型网络中的一种网络，诸如企业网的网络600，包含标记为B、C、E和F的4个PBS交换节点，和两个标记为A和D的边缘节点。网络600一端连接到LAN或WAN网络602，另一端连接到LAN或WAN网络604，其中节点A和D作为边缘节点。对于下面的示例，希望从网络602路由流量到网络604。因此，边缘节点A(即，源节点)作为入口节点，而边缘节点D(即，目标节点)作为出口节点。
如图6所示，各交换节点B、C、E和F通过光路段LP1、LP2、LP3、LP4、LP5、LP6、LP7、LP8和LP9耦合。也存在交叉连接交换节点B、C、E和F的其他光路段，为了清楚起见没有示出这些光路段。光路段包括经由光纤的任何相邻节点之间的光连接。光路包括在源节点和目标节点之间通过的光学路径，并且一般将包括多个光路段。在下面讨论的示例中，在源节点(入口节点A)和目标节点(出口节点D)之间的一个光路包括光路段LP1、LP4和LP6。
如图6进一步所示，示例性的PBS标签A-B-0和A-B-1分别在时刻t₀和t₁分配给节点A和B之间的路径；标签B-C-0和B-C-1分别在时间t₀和t₁分配给节点B和C之间的路径；并且标签C-D-0和C-D-1分别在时间t₀和t₁分配给节点C和D之间的路径。为了简明，用于光路段LP1、LP2、LP3、LP4、LP5和LP6的光路段ID分别定义为0x0001、0x0002、0x0003、0x0004、0x0005和0x0006。根据PBS网络的上述方面，特定LSP可以包括使用不同波长的光路段。同样的，在示意的示例中，标签A-B-O规定使用197.2THz(0x08683FD1)的光频率，标签B-C-O规定使用196.4THz(0x08682767)的频率；并且标签C-D-O规定使用195.6THz(0x08680EFD)的频率。在从A到D的途中，信令分组逐个光路段地(即，LP1、LP4和LP6)请求资源预约。例如，边缘节点A请求资源来创建所选光路的粗粒度预约。在第一光路段上，交换节点B检验它是否具有满足该请求的充分资源。如果它没有这些资源，则它将错误报文发送回请求的始发站以采取合适的动作，诸如发送另一个请求或选择另一个光路。如果它具有足够的资源，则它产生这些资源的软预约，并且将软预约转发给下一个交换节点，这里重复这些操作直到到达目标节点D。当节点D接收到该软预约请求时，它检验该请求是否能够被实现。
为了支持OLSP的粗粒度调度，实现了使用RSVP-TE协议的扩展的预约机制。通常，RSVP-TE协议本身就是RSVP协议的扩展，如在IETF RFC2205中指定的那样。RSVP被设计来使通信会话(或多播或单播)的发送者、接收者和路由器可相互通信，以便建立必要的路由器状态以支持各种基于IP的通信服务。RSVP通过目标地址、传输层协议类型和目标端口号的组合来标识通信会话。RSVP不是路由协议，而是仅仅用来沿着下层路由来预约资源，这在常规实践下是由路由协议来选择的。
图7示出了用于多播会话的RSVP示例，该示例包括一个流量发送者S1，和三个流量接收者RCV1、RCV2和RCV3。在发送者S1和接收者RCV1、RCV2和RCV3之间发送的上游报文700和下游报文702通过路由部件(例如，交换节点)R1、R2、R3和R4而被路由。RSVP所使用的基本报文是来自流量发送者的Path报文和来自流量接收者的Resv报文。Path报文的基本任务首先是沿着路径在每个路由器中建立反向路由状态，其次是提供给接收者关于发送者流量和端到端路径的特征的信息，以便它们能进行合适的预约请求。Rsev报文的基本任务是沿着在接收者和发送者之间的分布树(distribution tree)将预约请求传送给路由器。
通过Path报文发出连接创建请求。根据本发明的实施例，具有信令扩展的Path报文800的细节示出在图8A到8C中。为了清晰，Path报文800仅示出与在此描述的预约信令机制有关的域；应当理解Path报文可以还包括由RSVP-TE协议指定的附加域。也是为了简明，被扩充或增加到标准RSVP-TE数据结构的域以粗体示出。最后，包含在方括号([...])中的对象是可选的。
所述的Path报文800的对象包括公共报头802、可选的完整性对象804、会话对象806、RSVP_Hop对象808、Time_Values对象810、可选的Explicit_Route对象811、通用PBS_Lable_Request对象812、可选的Lable_Set对象814、可选的Admin_Status对象816、Destination_PBS_adderss对象818、Source_PBS_Address对象820、可选的Policy_Data对象822和发送者描述符对象824。
可选的完整性对象804携带密码数据来验证始发节点并校验RSVP报文的内容。会话对象806包含IP目标地址(Dest地址)、IP协议ID和某种形式的通用目标端口，以定义用于其他后跟的对象的专用会话。在一个实施例中，标识因特网协议版本4(IPv4)会话的信息存储在会话对象806中。
RSVP_Hop对象808携带发送该报文的(在节点链中最近的)能够执行RSVP功能的节点的IP地址和逻辑外发接口处理程序。用于下游报文的RSVP Hop对象称为PHOP(“先前跳”)对象，而上游RSVP Hop对象称为NHOP(“下一跳”)对象。因此在此PHOP RSVP_Hop对象被标注为808P，而NHOP RSVP_Hop对象被标注为808N。
在传统实践下，Time_Values对象810将包含由报文创建者使用的刷新周期的值。然而，根据本发明的原理，该对象用于存储指定OLSP预约的开始和结束的时间值。
该信令协议也支持显式路由。这通过显式路由对象811来完成。该对象封装构成显式路由路径的一连串的跳。使用该对象，由标签交换RSVP-MPLS流采用的路径可以被预定，这不依赖于传统的IP路由。考虑主要网络状态，该显式路由路径可以被管理性地指定，或由合适的实体基于QoS(服务质量)和策略需求来自动计算。总之，路径计算可以是控制驱动或数据驱动的，并用于存储显式路由数据。
根据一个实施例的通用PBS_Lable_Request对象812格式的细节示出在图9中。该对象的格式包括长度域900、Class-Num域902、C-Type域904和对象内容906。一旦协议经历标准路径(standard track)，Class-Num域902和C-Type域904中的值就是标准化的常数。在一个实施例中，对象内容906包括具有图5所示和上述格式的PBS标签。
Lable_Set对象814用来将下游节点的标签选择限于一组可接受的标签。该限制逐跳地应用。RFC 3271讨论了在光域中标签集在其中是有用的四种情况。第一种情况是端设备仅能以一组少量的特定波长/频带进行传输。第二种情况是存在一系列接口，其不支持波长转换(CI-incapable，CI不能)并要求在一系列跳甚至整个路径上端到端地使用相同的波长。第三种情况是希望限制所执行的波长转换量，以减小光信号的失真。最后一种情况是链路的两端支持不同的波长组。
Lable_Set对象814用来限制两个对等实体之间可用的特定LSP的标签范围。Lable_Set的接收者必须将它的标签选择限制在Lable_Set 814中所指定的一个。与标签非常相似，Lable_Set 814可以出现在多个跳中。在该情况下，每个节点产生它自己的外发Lable_Set，这可能是根据进入Lable_Set和节点的硬件性能产生的。人们期望这种情况成为具有不能转换(CI不能)接口的节点的规范。Lable_Set 814的使用是可选的；如果不存在，则可以使用有效标签范围中的所有标签。从概念上来讲，不存在特定Lable_Set对象意味着Lable_Set对象的值是{U}，即所有有效标签的集合。
Admin_Status对象816用来将LSP的状态通知给沿着所述路径的每个节点。每个节点根据本地策略和在相应的外发报文中传播的策略来处理状态信息。由入口(用于Path报文)或出口(用于Resv报文)节点决定将该对象插入到Path或Resv报文中。
Destination_PBS_Adderss对象818包含目标节点(即，出口节点)的IP地址。如上所述，可以在会话对象中提供这一信息；为了简明在图8A中示出为独立的数据。类似地，Source_PBS_Address对象820包含源节点(即，入口节点)的IP地址。
用于单向和双向PBS光路的发送者描述符824的更多内容分别示出在图8A和8B中。图8A示出单向发送者描述符824A，其包括发送者模板对象826和PBS_Sender_TSpec对象828。除了发送者模板对象826和PBS_Sender_TSpec对象828之外，双向发送者描述符824B还包括上游标签830。
图10A和10B描述根据一个实施例的Resv报文1000的各个对象。与传统的RSVP情况一样，由接收节点响应于Path报文来发出Resv报文。因此，Resv报文1000与Path报文800共享多个对象，包括公共报头802、完整性对象804、会话对象806、RSVP_Hop对象808、Time_Values对象810、Admin_Status对象816和Policy_Data对象822。另外，Resv报文1000包括预约配置对象1004、风格对象1006和流描述符对象1008。
预约确认对象(Resv_Confirm)1004保存用于确认预约相应PBS资源的数据。资源预约的更多内容将在下面描述。风格对象1006包含标识预约风格的数据，所述风格即FF(固定过滤器——确实的预约和显式发送者选择)、SE(共享显式的——共享预约和显式发送者选择)和WF(通配过滤器到共享预约和通配发送者选择)。
流描述符1008包含用来描述数据流的对象。这些对象包含PBS_Flowspec 1010、Filter Spec 1012和Generalized_PBS_Label 1014。用来请求删除连接的PathTear报文1100如图11所示。PathTear报文1100包含的对象是Path报文800的必然结果。这些对象包括公共报头802、可选的完整性对象804、会话对象806、RSVP_Hop对象808以及可选的Admin_Status对象816和发送者描述符824。
响应于PathTear报文1100而发出的ResvTear报文1200示出在图12中。ResvTear报文1200包括公共报头802、可选的完整性对象804、会话对象806、RSVP_Hop对象808以及可选的Admin_Status对象816、风格对象1006和流描述符1200。
通用格式用于PBS_Sender_TSpec对象828和PBS_Flowspec对象1010。每个对象包括长度域1300、Class-Num域1302、C-Type域1304、对象内容1306、保留域1308和带宽百分比域1310。PBS_Sender_TSpec对象828和PBS_Flowspec对象1010可以由它们各自的Class-Num/C-Type值标识。带宽百分比域1310中的值将由中间节点表示的带宽量表示为在给定光路段上可用带宽的百分比。中间节点(即，交换节点)针对它的外发链路的可用带宽而归一化该百分比。这使每个交换节点能建立它的带宽分配表以用于所有的进入标签请求，并且确定它是否能满足每个带宽请求。
参考图14A和14B的流程图，根据本发明的一个实施例在基于PBS标签的光路预约处理期间所执行的操作和逻辑如下进行。该过程在块1400处开始，其中建立在源节点和目标节点之间的一个或多个可能光路的列表，该源和目标节点定义将要被调度的OSLP端点。通常，路由部件(例如，路由器、交换机等)具有内置逻辑以有助于自动路由选择。提供源和目标节点的IP地址，并且确定一个或多个路由路径(光路)以在源和目标节点之间路由信号，其中每个光路包括一连串的跳，其构成完整的路由路径。这些路由信息可以存储在一个或多个节点的路由表中。
例如，图15中的路由表1500A包含一组光路路由(也叫作光路)，其支持在图6的源节点A和目标节点D之间的信号路由。在该示例中，光路包括一组有序的链接光路段，所述光路段将要被遍历以完成路由。路由数据诸如示出在路由表1500A中的数据可以是固定的并被预先确定，或者可以动态地确定。为了减小路由表的大小，可以对表中各光路应用优先化算法。具体地说，优先化算法可以作为一个或多个特定的与传输相关标准应用的函数，所述标准诸如单波长优先(即，使用一个波长贯穿该路由的光路)，或作为当时路由可用性(例如，使用OSPF(开放式最短路径优先，IETF RFC1131))的函数，以对列表中的光路进行优先化。可选地，可以使用预制的固定表，其包含由自动化装置或管理员等预先确定的已被优先化的光路。而且，如果检测到网络传输条件的变化，诸如网络拓扑的变化，或者如果需要平衡贯穿网络的流量负载以获得所期待的性能，则可以动态更新潜在光路的优先化(即，重优先化)。对于动态路由，提供目标节点的IP地址，并且路由协议行进通过从源节点到目标节点的网络拓扑以根据各种光路段组合来确定最佳可用光路路由，其中所述光路段组合被连接以到达目标节点。在预制固定表的情况下，可以根据对网络行为进行观测，例如通过使用统计的流量数据或使用启发式流量预测算法来确定光路的排序。这种光路选择技术是本领域的公知技术，因此在此未包括关于如何执行这种操作的更多的解释。
根据本发明的另一方面，可以根据光路段的波长进一步描述光路。例如，当一个或多个光路段支持使用并发波长的发送资源时，多描述delineate光路可以跨越相同的光路段。为了支持该情况，路由表1500A中的条目可以被扩展为包含使用由相应光路段支持的不同波长组合的光路。这由示出在路由表1500B中的条目来例示，该路由表对应路由表1500的光路1，其中光路段LP1、LP3和LP5中的每一个都支持波长λ₁、λ₂和λ₃。
在确定一个或多个光路之后，下一组操作涉及确定是否存在任何这样的光路，其包括连接到这样的交换或端节点的光路段，所述交换或端节点能够根据未来时间段的传输需求来提供足够支持流量的资源。在下面的示例中，从光路(或1A)开始，依次评价示出在路由表1500A(或1500B)中的光路。
在源节点处开始资源充足性确定处理，如开始块1401所标识。在块1402中，从块1400中建立的列表中选择第一潜在光路。在该示例中，使用包含在路由表1500B中的第一潜在光路(1A)LP1λ1至LP3λ1至LP5λ1。接下来，在块1403中产生第一Path报文，其包括用于光路中每个光路段的嵌入的PBS标签。
图16示出了对应于资源预约处理的第一次遍历的示例性Path报文1600的细节。目标PBS地址818包含目标节点D的IP地址，而源PBS地址820包含源节点A的IP地址。由于转发报文的最近节点是源节点A，因此RSVP_Hop对象808P包含节点A的IP地址。
指定用于各光路段沿着光路的传送手段的信息包含在标签A-B-LP1λ1、B-C-LP3λ1、C-D-LP5λ1中，这些标签存储在通用PBS标签请求对象812下面的标签集合814中。每个标签包含标识下述内容的信息：接收节点的输入光纤端口(例如交换节点B的输入光纤端口1)；输入波长(195.6T赫兹)，将在该输入波长下，在连接到输入光纤端口的光纤上传送数据信号(应当注意到，输入波长实际上确定为输入波场域504和Δ域508中的值的函数，如上所述——为了示例目的，在此使用一特定值)；和用于连接发送和接收节点的光路的光路段ID(例如，LP1)。
如上所述，要产生的预约包括对应于虚拟网络链路的未来调度使用的粗粒度时间段预约，该链路包括由多个相连接的光路段构成的光路。因此，对应Time_Values对象810的时间段数据分别存储在开始时间对象810A和结束时间对象810B中，其中Time_Values对象810包括相应粗粒度预约时间段的开始和结束时间。为了示例作用，开始时间示出为12:00:00(即，中午12点)和14:00:00(即，2:00PM)；在实际实现中，也将包含日期信息，其可在相同域或附加域中。
显式路由信息包含在Explicit_Route对象811中。在该情况中，Explicit_Route对象811即“LP1至LP3至LP5”指定分别对应光路段LP1、LP3和LP5的跳到跳的节点地址。该显式路由数据存储在显式路由对象811中。
根据本发明的其他方面，组成给定光路的光路段的使用预约可以被这样规定，以便仅使用部分数量的信道带宽。如上所述，定义用于预约带宽百分比的信息可以存储在发送者描述符对象824的带宽百分比域1310中。将会清楚看到，消耗少于或等于给定资源的总可用带宽的预约资源请求被接受，而消耗不可用的带宽的请求将被拒绝。
下一组操作和逻辑以循环方式执行，如开始和结束循环块1404和1405所示，从交换节点B处开始，其包括在光路的入口侧的第一近的交换节点。在开始和结束循环块1404和1405之间定义的操作以反复的方式对每个交换节点执行，直到最后一个光路段已经进行可用性评价。在此使用的术语“当前节点”标识正在一个节点上执行操作，该节点接收已被评价的光路段。术语“下一个节点”表示光路段链中的下一个节点。当逻辑从结束循环块1405循环返回到开始循环块1404时，下一个节点成为当前节点。
在块1406中，根据Path报文对象和嵌入的PBS标签，在接收节点处理Path报文以提取相应的节点资源预约请求。例如，在该点处，交换节点B已接收资源预约请求，要在从12:00:00到14:00:00的粗粒度时间段期间预约光路段LP1的195.6THz信号带宽的30％。
下面，在决定块1408中，由节点确定它是否具有充足的满足该请求的资源。充足资源的指示意味着所指定的资源(即，对在当前节点上接收的光路段的频率的带宽请求)在指定时间段的任何部分上都未被调度使用过。在一个实施例中，可以根据存储在每个节点的资源预约查找表来确定该信息，由图17A所示的资源预约表1700所示意。该资源预约表包含关于对由节点提供的各种传输资源的“软”(请求，但未确认)和“硬”(已确认)预约的数据。该数据存储在几个列中，包含可选的键值列1702、输入光纤端口列1704、输入波长列1706、光路段ID列1708、开始时间列1710以及结束时间列1712、带宽百分比列1714和预约状态(状态)列1716。
键值列1702存储用于每个表记录的键值。在一个实施例中，该键值包含对应Path报文的会话对象806的信息。在另一个实施例中，从对应PBS标签的域(即，输入光纤端口列1704、输入波长列1706和光路段ID列1708中)中的数据组合中导出该键值。这使得能够响应于处理包含特定PBS资源分配请求的控制突发来快速查找预约条目。
输入光纤端口、输入波长和光路段ID分别存储在输入光纤端口列1704、输入波长列1706、光路段ID列1708中。所请求的(并且先前被确认的)时间段的开始时间存储在开始时间列1710中，而对应的结束时间段存储在结束时间列1712中。请求的带宽百分比和之前分配的带宽百分比存储在带宽百分比列1714中。标识未确认(0)和已确认(1)预约的状态位存储在预约状态列1716中。
一方面，根据所请求的光路段、输入波长和时间段的带宽可用性来确定资源可用性。例如，图17B示出了在对应于当前资源请求的资源预约表1700中的条目。可以看出，之前分配的用于请求时间段的带宽是65％(40％+25％)。应当注意，考虑了具有与请求时间段重叠并具有类似于所请求资源的参数的时间段的所有条目。所述条目的带宽百分比连同所请求的带宽被合计。如果带宽的总和超过在相同开始和结束时间内的所选的阈值(例如，100％)，则没有足够的资源来满足请求，导致对决定块1408的NO应答。作为响应，逻辑进行到块1510，其中错误报文(例如，ResvErr)被发送回请求的始发站(即，源节点)。除了100％之外，可以设置阈值以允许资源的不足和过度提供。
如果存在满足预约请求的足够资源，则逻辑进行到块1414，其中产生用于当前光路段的软预约。在一个实施例中，通过将用于新项目的状态位设置为“0”而将软预约存储在预约表中。在当前的示例下，决定块1408的回答对于100％阈值将是YES。
然后，在决定块1414中确定是否已经到达目标节点。如果已经到达，则该逻辑进入到图14B描述的流程图的下一部分。如果没有到达，该逻辑进行到块1416，其中将用于下一个节点的Path报文和嵌入的PSB标签被更新以用于下一个光路段。如果可用，可应用的标签将标注用于光路路由中下一个光路段的光路段ID，它包括新的输入光纤端口和波长值。Path报文的RSVP_Hop对象808将被更新以反映节点B是现在的PHOP节点。
之后，根据结束循环块1405，将包含已更新的标签的资源预约请求通过所述信令机制转发到下一个下游节点。如上所述，适当地以反复的方式重复块1406、1408、1410、1412、1414和1416中的操作，直到到达目标节点，导致决定块1414出现YES结果。根据该示例，在第一次遍历期间，检验交换节点B能够提供足够的资源来处理对光路段LP1的带宽和波长λ1时间段的请求，因此下一组操作涉及在交换节点C处接收的波长λ1上的光路段LP3的资源可用性。在该情况下，确定节点C不具有足够的资源用于光路段LP3时间段请求内的带宽和波长。因此，决定块1408的回答是NO，并且将PathErr报文发送回节点A表示可用资源不足(即，该路由是不可用的)。作为响应，在块1402中节点A选择路由表1500B中的下一个光路(1B)，并且在块1403中产生新Path报文和PBS标签组，并且对这一新的潜在光路执行资源预约操作。
在新光路1B的处理期间，确定在波长λ2上由节点C提供的用于光路段LP3的资源是不足的。在块1410中产生相应PathErr报文并且传播回节点A，然后节点A选择路由表1500B中的下一个可用光路。在一个实施例中，节点A保留光路段可用性数据，它跟踪给定的光路段对于预约是否可用。因此，当合适时，如果知道在波长组合上的光路段不能工作，则在列表中的潜在光路可以被跳过，或指定更低的优先级。
继续对该路由表的操作，下一个考虑的潜在光路是光路1C。在该情况下，确定节点C在波长λ3上的光路段LP3上可以提供足够资源，并完成预约请求的下游部分。应当注意在该处理期间，将软资源预约条目添加到节点C和D的资源预约表中。
下面，我们继续图14B所示的流程图部分，其表示预约请求的上游部分。如起始块1420所述，在该点上，当前节点是目标节点D。如前面那样，对沿着所选光路的每个节点重复这些操作，类似后向传播技术；由开始和结束循环块1423和1424来界定这些操作。利用在块1422中产生的Resv报文，以与光路的下游遍历相反的顺序而在每个节点上执行这些操作。
对应当前状态的示例性Resv报文1800示出在图18中。包含在Resv报文1800中的许多对象包含与在Path报文1600中所包含的具有相同编号的对象类似的值，包括会话对象806、开始和结束时间对象810A和810B。如上所述，该Resv报文包含流描述符1008，其包括PBS_Flowspec 1010、Filter_Spec 1012和Generalized_PBS_Label 1014。与Path报文1600的PBS_Sender_TSpec 828的方式相似，PBS_Flowspec 1010包含值为30％的过滤器域1310。而且，Generalized PBS Label 1014将具有类似于上述通用PBS标签500的形式。在这种情况下，对应光路段LP6的PBS标签C-D-0包括嵌入标签的第一形式。
在创建初始Resv报文之后，该逻辑进行到由开始和结束循环块1423和1424界定的循环操作。在循环中的首次操作发生在块1426中，其中用于当前节点的软预约被升级成硬预约，并且承诺提交相应资源。这通过将预约状态列1716中的值从“0”(软，即未确认)改变为“1”(硬，即已确认，意味着承诺提交该资源)而反映出来。
例如，在图6中示出了交换节点B的基于时间的预约表(即，时间快照)606A和606B。如上所述，当发送PBS标签信息时(例如从节点A到节点D)，在节点B、C和D中产生软预约。紧跟在进行软预约之后对应于节点B处预约表的快照的时间实例606A示出在图6中。在该情况下，将包括布尔值(即，状态位)的预约状态(状态)列1716值设置为0，表示没有确认该预约(即，软预约)。时间实例606B对应于当在从节点D到节点A的返回路径上确认预约时，表中预约状态列1716产生的变化。
接着块1426的操作，在决定块1428确定是否已经到达源节点。如果已经到达，该过程结束，并且光路上的所有路段都被预约来用于随后调度的使用。如果没有到达，该处理进行到块1430，在其中更新Resv报文和PBS标签以用于下一个光路段。之后该过程对下一个(现在是当前)交换节点重复其操作，直到到达源节点。此时，沿着光路的所有节点将具有硬(即，已确认的)预约，并且将调度整个光路以便在包含在预约表中的所指示的时间框(timeframe)期间使用。
如图6中的标签所进一步指示的那样，用于给定节点对的标签可以随时改变以反映光路路由或网络拓扑的变化。考虑时刻t₀和t₁的PBS标签值。在t₀的PBS标签表示分别使用197.2THz、196.4THz和195.6THz的LP1到LP4到LP6的光路路由。相反，在t1，所述路由路径和频率中的一部分已经改变，从而该光路路是使用197.2THz、195.6THz和195.6THz的LP1到LP4到LP5。
根据一个实施例的PBS交换节点体系结构的简化框图1900示出在图19中。该智能交换节点体系结构逻辑上分为控制平面部分和数据平面。控制平面包括控制单元37，该单元使用连接到胶合逻辑1904和控制处理器(CPU)1906的网络处理器(NP)1902，该控制处理器运行存储在存储设备1907中的软件组件，以执行在此公开的资源预约操作1908。网络处理器1902也连接到一组或多组SDRAM(同步动态随机访问存储器)存储器1910，其用于通用存储器操作。数据平面体系结构包括非阻塞PBS结构32，其连接到光多路复用器1912、光解复用器1914和光收发机(由光接收机(Rx)模块1916和光发送机(Tx)模块1918描述)。
突发组装和成帧以及突发调度和控制是PBS MAC层的一部分，并且是由网络处理器1902执行突发组装和成帧、突发调度和控制以及相关的任务。网络处理器是具有灵活微体系结构的功能强大的处理器，其适合于支持广泛的分组处理任务，包括分类、计量、策略制定、拥塞避免和流量调度。例如，在一个实施例中使用的IntelIXP2800 NP具有16个微引擎，能够支持10GbE的每秒1千5百万个分组的分组速率以及1.4GHz的时钟速率来对每个分组执行多达1493个微引擎指令。
在一个实施例中，光交换结构具有严格的非阻塞空分(space-division)体系结构，其具有快速(＜100纳秒)交换时间和有限数量的输入/输出端口(例如约为8×8、12×12)。每个进入或外发光纤链路一般只携带一个数据突发波长。不具有或只有有限光缓冲结构，的交换结构在输入和输出端口之间在可变宽度的时隙内执行统计突发交换。如果需要，该光缓冲可以使用几个未使用的端口上的光纤延迟线(FDL)来实现，诸如在L.Xu，H.G.Perros，and G.Rouskas，“Techniques for Optical PacketSwitching and Optical Burst Switching”，IEEE Communication Magazine1，136-142(2001)中教导的那样。特定的光缓冲体系结构(诸如前馈或反馈)将通常取决于交换节点和该节点部署在其中的PBS网络的具体特性。然而，与传统分组交换结构相比，光缓冲的量可期望会相对小一些，因为FDL可以携带多个数据突发波长。其他可能的争用解决方案包括偏转(deflection)路由和使用可调波长转换器，如上所述。在一个实施例中，可以实现由D.J.Blumenthal，B.E.Olson，G.Rossi，T.E.Dimmick，L.Rau，M.Masanovic，O.Lavrova，R.Doshi，O.Jerphagnon，J.E.Bowers，V.Kaman，L.Coldren and J.Barton，“All-Optical Label Swapping Networksand Technologies”，IEEE J.of Lightwave Technology 18，2058-2075(2000)中所公开的争用解决方案。该PBS网络可用相对少量的控制波长(λ’₀、λ₀)来操作，因为它们能在多个数据波长中共享。而且，该PBS交换结构也能利用多个光纤来以单个波长操作；然而，该实现的更多细节未在此公开。
控制突发可以在不同的光信道上被带内(IB)或带外(OOB)发送。对于OOB的情况，由PBS结构根据由网络处理器1902动态设置的预留的交换配置，在可变时间期间内在输入和输出端口之间在给定波长上对光数据突发进行统计交换。NP 1902负责从进入控制突发中提取路由信息，提供用于所请求的数据突发的PBS交换资源的固定期间预约，并且形成新的外发控制突发以用于到出口节点的路径上的下一个PBS交换节点。另外，网络处理器根据上述扩展的基于GMPLS的框架来提供整体PBS网络管理功能。对于IB的情况，将控制和数据突发都发送给PBS交换结构和控制接口单元。然而，NP 1902根据突发有效载荷报头信息忽略进入数据突发。类似地，因为还没有为所发送的控制突发预约交换结构，所以在PBS结构中就忽略所发送的控制突发。该方法的一个优点是其更加简单并且实现成本更低，因为它减小了所需波长的数量。
用于IB信令的另一种方法是对控制突发和数据突发使用不同的调制格式。例如，控制突发被不归零制(NRZ)调制，而数据突发被归零制(RZ)调制。因此，在PBS控制接口单元中的接收机上只有NRZ控制突发被调制，而RZ数据突发被忽略。将要选择的特定OOB或IB控制信令方案取决于应用。
在此描述了用于在光子突发交换网络中实现资源预约调度的方法和装置的实施例。在上面的描述中，描述了大量特定细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，本领域技术人员将认识到在没有一个或用于多个特定细节，或利用其他方法、部件、材料等的情况下也可以实现本发明的实施例。在其他情况下，没有详细示出或描述众所周知的结构、材料或操作，这是为了避免说明书不清楚。
在整个说明书中涉及的“一个实施例”或“实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征、结构、或特性至少包括在本发明的一个实施例中。因此，在整个说明书的各种位置出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定指相同的实施例。而且，在一个或多个实施例中可以以任何合适的光方式来组合特定特征、结构或特性。
因此，本发明的实施例可以用作或用于支持在某种形式的处理核(诸如计算机的CPU或一个模块的处理器)上执行的，或在机器可读质介上面或内部实现或执行的软件程序。机器可读介质包含用于以机器(例如，计算机)可读形式存储或发送信息的任何机制。例如，机器可读质介可以包含诸如只读存储器(ROM)；随机访问存储器(RAM)；磁盘存储介质；光存储介质；和闪存设备等。另外，机器可读介质可以包括传播信号，诸如电的、光的、声学的或其他形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)。
在上述的说明书中已经描述了本发明的实施例。然而，在不脱离所附权利要求限定的更加广泛的精神和范围的情况下，显然可以对其进行各种修改和变化。因此，本说明书和附图应被认为是起示例性作用，而不起限制意义。
本申请涉及2002年4月17日递交的美国专利申请No10/126,091；2002年6月25日递交的美国专利申请No.10/183,111；2002年12月24日递交的美国专利申请No.10/328,571；2003年2月28日递交的美国专利申请No.10/377,312；2003年2月28日递交的美国专利申请No.10/377,580；2003年4月16日递交的美国专利申请No.10/417,823；2003年4月17日递交的美国专利申请No.10/417,487；2003年5月19日递交的美国专利申请No.(代理人案卷号42P16183)；2003年6月18日递交的美国专利申请No.(代理人案卷号42P16552)；以及2003年6月24日递交的美国专利申请No.(代理人案卷号42P16847)。