用于突发数据通信的光多环网 【技术领域】
本发明涉及一种光环形网，特别涉及一种使用波分复用的光多环(multi-ring)网。
背景技术
必需配置/可升级所有的光网络以便处理数据流量的巨大增长。在这点上，已经提出了各种传统的解决方案以便配置光网络，并且已经进行了相当大的努力来开发各种光传输系统和光路由设备，以便满足日益增长的数据流量的需求。
由于其易于配置、交换恢复、并且最初成本的降低，基于波分复用(WDM)的光环形网具有若干优点。由于将这样的WDM光网络构造为其自身基于WDM地光环形网，存在的未来前景在于：可以在光环形网中使用光交叉连接以便实现这样的光环形网之间的环间连接。如此处所包括的，用来连接多个光单环(single-ring)网的这样的光网络被称为光多环网。在这种情况下，每一个光单环网包括：多个核心节点。然而，由于设计的光多环网通过不同的信道(全部替换为信道)来路由通信，并且由于预先设置了这些信道，因此这样的光多环网在它们处理数据流量突发的灵活性上存在严重的缺陷。这导致总的带宽性能的显著降低。
为了克服这些缺点，已经使用了基于光分组交换(OPS)技术和光突发交换(OBS)技术的光路由器。然而，这些光路由器也会经受由诸如光缓冲器、高速光开关等光器件导致的缺陷。由于这个原因，已经在寻求可选择的解决方案，例如使用突发延迟线，波长转换器等，所有这些解决方案基于光纤。然而，这些可选择的解决方案还没有带来令人满意的结果。此外，还没有证明这些可选择的解决方案是经济的。
因此，存在对改进的光多环网的技术的需要。
【发明内容】
本发明的一个方面是提供一种适合于传输大容量的突发数据的光多环网，并且从技术和经济的观点来看该光多环网具有极好的实现能力。
本发明的另一方面是提供一种能够改进带宽性能并且能够实际实现的光多环形网。
本发明的一个实施例涉及一种用于突发数据通信的光多环网，该光多环网包括：多个光单环网，光单环网中的每一个具有通过光纤链路相互连接的多个光分插路由器；以及核心光路由器，用于支持光单环网之间的通信。该核心光路由器包括波分解复用部分，该解复用部分用于解复用从每一个单环网接收到的光信号，并且将解复用后的光信号输出到波长彼此不同的信道。该光多环网还包括：分路部分，用于分路并且输出每一个信道的一部分；交换部分，用于依据第一控制信号将每一个信道交换到指向每一个信道的目的地的路径；竞争解决块，用于依据第二控制信号，按照时间顺序来排列从交换部分已经输出的、并指向相同目的地的信道；波分复用部分，用于依据每一个信道的目的地收集通过了竞争解决块的信道，并且将收集的信道作为复用的光信号输出；以及控制器，用于识别从分路部分输入的每一个已分路的信道的目的地，并且向交换部分和竞争解决块输出第三控制信号，以便使每一个信道被指向每一个信道的目的地。在多环网上传输的帧包括：由多个分组数据组成的突发数据，以及表示突发数据的目的地的头数据。
【附图说明】
从结合附图采用的以下详细的描述中，本发明的上述特征和优点将更加明显，
图1显示依据本发明的优选实施例的用于突发数据通信的光多环网的示意配置；
图2说明图1所示的光分插路由器的任一个的配置；
图3说明图2所示的入口节点的配置；
图4说明图2所示的出口节点的配置；
图5说明图1所示的核心光路由器的配置；
图6是说明属于图1所示的第一光多环网的光分插路由器A的信道的插入/分出过程的示意图；以及
图7显示与光分插路由器A相关的时隙。
【具体实施方式】
在下文中，将参考附图来详细描述本发明的优选实施例。出于阐明和简化的目的，由于可能会使本发明的主题不清晰，将忽略包括在其中的已知功能和配置的详细描述。
图1显示依据本发明的优选实施例的用于突发数据通信的光多环网的配置。光多环网包括：第一到第四光单环网201到204；以及光核心路由器100，用于支持在光单环网201到204之间的通信。在单环网201到204中，可以使用波长彼此不同的n个信道，其中n是自然数。举例来说，全体信道的一些：第一到第P信道λ1到λp可以用于环内的通信，而其他的一些：第P+1到第N信道可以用于环间的通信。当然，应该理解这不是全体信道的固定的分配。因此，应该依据在单环网中或者多环网中所需要的带宽和流量等级来确定分配给环内通信和环间通信的信道。在现有的网络构造技术的状态下，波分复用(WDM)信道的数量通常为32。然而，随着光传输技术的发展，在不久的将来希望该数量将变为64或者128。
单环网201到204中的每一个包括：多个光分插路由器300，其通过工作或者前向光纤链路210和保护或者后向光纤链路220相互连接；以及多个边缘光路由器400，其一一对应地与多个光分插路由器300连接。在光分插路由器300之间，传输至少一个光信号。光信号由多个信道组成，并且要经受WDM。在任何一个光分插路由器300和边缘光路由器400的对应的一个之间传输至少一个独立信道的光信号。单环网201到204按照突发数据单元来进行通信，其中依据目的地来分类从多个服务设备中收集到的分组数据。按照预定的数据长度来绑定已分类的数据，然后传送绑定的数据。在这点上，在每一个信道上传输的帧包括：突发数据，由具有相同目的地和服务质量(QOS)的分组数据组成；头数据，其表示帧的目的地。在每一个光分插路由器300中，通过在每一个信道上调制的帧来识别头数据，并且依据头数据来执行交换。更具体地说，当每个光分插路由器300能够将目的地与所识别的头数据表示的目的地匹配时，它使调制的帧分出。然而，当不能匹配它们时，该分插路由器使调制的帧通过下一个光分插路由器300。
为了传输头数据，可以使用各种方法。例如，可以使用通过一个分配的光信道(通常被称为“监控信道”)来仅传输头数据的方法，或者通过各个信道传输添加到突发数据上的头数据的方法。然而，在前一种情况下，由于存在许多WDM的光信道，在头数据之间存在较高的阻塞概率。为了避免该阻塞，可以增加监控信道的比特率。结果，减少了每一信道传输的头数据的数量，以致于可以在一个时隙的头帧上执行对32路、64路或者更多WDM光信道的所有控制和头信息。
图2说明图1所示的光分插路由器300的配置。图3说明在图2中所示的入口节点410的配置。图4说明在图2中所示的出口节点510的配置。
参考图2，每一个光分插路由器300通常包括两种器件，将这些器件分类为用于工作光纤链路310的器件和用于保护光纤链路380的器件。在正常状态下，协同地使用工作和保护光纤链路210和220。然而，在不正常或者链路故障的状态下，与工作光纤链路210相比，更多地使用保护光纤链路220。由于方便的缘故，以下只对工作光纤链路210的器件进行描述。
光分插路由器300包括：解复用器320、分插部分330、复用器340、分路部分350、光接收部分360、以及控制器370。
解复用器320依据信道(或者波长)，解复用和输出从另一相邻的光分插路由器300输入的至少一个光信号。
分插部分330包括与解复用器320的输出接线端一一对应地连接的n个光开关335，其中n是正整数。光开关335依据来自控制器370的控制信号执行交换操作。光开关335还用于：或者向为对应的边缘光路由器400配置的出口节点510分出从解复用器320输入的信道；或者将通过的信道传送到复用器340。此外，光开关335用于插入，从为对应的边缘光路由器400配置的入口节点410中输入的信道，并且将插入的信道输出到复用器340。
复用器340能够复用并且输出从分插部分330输入的多个信道。
分路部分350包括与解复用器320的n个输出接线端一一对应地连接的n个抽头耦合器355，其中n是正整数。将分路部分350定位在解复用器320和分插部分330之间，它分路每一个信道的部分。在这点上，对于输入到抽头耦合器355的每一个信道，分路部分350向光接收部分360提供每一个信道的总功率的大约10％，以及向光开关335提供每一个信道的总功率的大约90％。
光接收部分360包括与n个光开关335一一对应连接的n个光接收器，其中，n是正整数。该光接收部分360执行分路的信道的光电转换，并且输出结果。
控制器370解调经过光电转换的信道上的帧，从每一个解调的帧中提取头数据，并且从提取的头数据中识别对应的目的地。此外，控制器检测其目的地与分插部分330匹配的帧，并且使用于有选择地分出检测到的帧的控制信号输出到分插部分330。这样，控制器370向光开关335输出控制信号，其中光开关335中输入了使用检测到的帧调制的信道，而光开关335执行交换操作，以致于将对应的信道分出到出口节点510。控制器370还通过识别从入口节点410创建的每一个帧的目的地、QOS等，确定传输的调制帧的信道，以及传输信道的时刻。
每一个边缘光路由器400包括入口节点410和出口节点510。
参考图3，入口节点410包括接口部分420、查询表430、第一电交换机440、突发组装器450、第二电交换机460、头添加部分470、以及光传输部分480。
接口部分420包括m个接口线路卡425，其中m是正整数，接口线路卡的每一个与各个服务设备物理连接。该服务设备可以是IP路由器、以太网交换机、SONET设备、以及类似的设备。接口部分420向接口提供各种服务形式，并且它识别目的地、QOS等，以便一次提取从几个位置接收到的分组数据的控制信号(例如IP数据的头分组)。
查询表430具有依据目的地和QOS存储的突发组装器450的缓冲器号。
第一电交换机440不仅允许参考接口部分420识别的目的地和QOS，而且允许参考查询表430，将从每一个接口卡425输入的数据输出到相关的缓冲器455。
突发组装器450包括按照目的地和QOS细分的n个缓冲器455。突发组装器450按照预定的长度来绑定在各个缓冲器455中存储的分组数据，以便创建突发数据。
头添加部分470包括n个头添加器475，该头添加器475与缓冲器一一对应地连接。当将表示特定目的地的头数据添加到通过第二电交换机460输入的突发数据的前端时，获得了已完成的帧。
第二电交换机460依据控制器370的控制信号，可以将分配给突发组装器450的缓冲器455的每一个突发数据输出到相关的头添加器475。这样，第二电交换机460用于沿着选择的信道，将每一个突发数据输出到相关的头添加器475，并且将分配给缓冲器455的突发数据传输到光分插路由器300。
光发射部分480包括n个光发射器485，该发射器允许输出波长彼此不同的信道。光发射器485与头添加器475一一对应地连接，并且可以输出，从相关头添加器475输入的具有已调制的帧的信道。举例来说，光发射器485可以使用激光二极管、光发射二极管和类似的光发射设备。
现在参考图4，每一个出口节点510中包括光接收部分520、突发拆分器530、查询表550、IP分组转发部分540、电交换机560和接口部分570。
光接收部分520包括n个光接收器525，该接收器接收波长彼此不同的信道，并且与光分插路由器300的光开关335一一对应连接。光接收器525执行光电转换，并且输出结果。举例来说，光接收器525可以使用光电二极管。
突发拆分器530从由每个光接收器425输入的帧中移出头数据，并且将突发数据拆分为分组数据。
IP分组转发部分540包括m个IP分组转发器545，并且识别最终的目的地，即从突发拆分器530输入的分组数据的IP地址。
查询表550具有依据每一个IP地址存储的相关接口卡575的号码。
电交换机560参考在IP分组转发部分540以及从查询表550中识别的IP地址，将从每一个IP分组转发器545输入的分组数据输出到接口部分570的相关接口卡575。
接口部分570包括m个接口卡575，每一个接口卡与每一个服务设备物理连接。举例来说，服务设备可以是IP路由器、以太网交换机、SONET设备以及类似设备。接口部分570向各种服务形式提供接口。
图5说明图1所示的核心光路由器的配置。该核心光路由器包括：解复用部分110、分路部分130、交换部分120、竞争解决块140、复用部分150、以及控制器100。
解复用器部分110包括与第一到第四单环网201到204连接的第一到第四解复用器111到114。解复用从单环网201到204中每一个接收到的多波长的光信号，并且将解复用后的光信号输出到波长彼此不同的第一到第p信道λ1到λp。更具体地说，解复用从与第一到第四解复用器111到114连接的第一到第四单环网201到204中输入的每一个光信号，以便输出第一到第p信道λ1到λp，其中，每一个信道具有不同的波长。举例来说，可以将解复用器111到114中的每一个用作1×4的阵列波导光栅。
分路部分130包括第一到第四耦合器131到134，并且用于分路和输出每一个信道的部分。第一到第四耦合器131到134与第一到第四解复用器111到114一一对应连接，且第一到第四耦合器131到134使从对应的解复用器111到114中的每一个输入的每一个信道的部分被分路。将每个信道分路后的部分输出到控制器100。
交换部分120依据控制信号，使每一个信道被交换到指向每一个信道的目的地的每一条路径上。举例来说，当一个输入信道的目的地是第二单环网202时，交换部分120执行交换以便将该信道输出到指向第二单环网202的路径上。
竞争解决块140按照多个信道的时间顺序来排列从交换部分120输出的、并指向相同目的地的信道。在这点上，竞争解决块140用于重新排列输出顺序，以便防止指向相同目的地的信道相互干扰。
复用部分150包括第一第四复用器151到154，其中依据目的地，收集通过竞争解决块140的多个信道，然后将收集的信道作为复用的光信号输出。第一到第四复用器151到154与第一到第四单环网201到204一一对应连接。
控制器100识别每一个已分路的信道的目的地，然后输出控制信号以使每一个信道指向它的目的地。更具体地说，控制器100解调来自每一个已分路的信道的帧，从解调的帧中提取头数据，读取关于地址和QOS的信息以便控制交换部分和竞争解决块。
图6是说明属于图1所示的第一光单环网的光分插路由器A的信道的分插过程。图7显示与光分插路由器A有关的时隙图。出于阐明光分插路由器A和边缘光路由器A’的器件的目的，在图5中展示与信道的分插过程相关的某些器件，以及在信道上调制的多个帧。附属于每一个帧的字符表示确定为该帧的目的地的每一个分插路由器100。由于方便的缘故，此后，将帧A定义为目的地是分插路由器A的帧。此外，按照波长彼此不同的n个信道来运行单环网。假定信道中某些信道例如第一到第p信道：λ1到λp用于环内通信，而另一些信道例如第p+1到第n信道用于环间通信。
光分插路由器A300的控制器370参考相关帧的目的地、QOS、路由协议等检查信道，并且确定插入时间。当必须向上传输要插入的帧时，控制器370在特定的时刻选择空信道，并且允许将该帧插入到该空时隙。将插入的信道与其他的信道复用，并且一起传输。控制器370识别帧的目的地，考虑该帧的目的地是单环网201还是单环网202到204中另一个相邻的单环网。
以下将描述光分插路由器A的第n信道λn的分出过程，然后描述光分插复用器A的第一信道λ1的插入过程。
参考图6，控制器370通过由抽头耦合器355分路的第n信道的部分，识别帧的对应的目的地，并且检测目标为对应的目的地的帧，该目的地即光分插路由器A。控制器向SWn即第n光开关335输出控制信号，以便有选择地分出检测到的帧。按顺序将帧B、A和D输入SWn。然后，控制器170识别帧A的目的地与光分插路由器A匹配，并且向SWn输出控制信号。SWn执行交换操作，以便将第n信道λn输入边缘节点A’400的出口节点510。
参考图7，以下将按照时间顺序描述分出过程。
在Tn-1，输入帧B。由于帧B将光分插路由器B作为它的目的地，因此该帧通过SWn。
在Tn，输入帧A，控制器370向SWn输出控制信号。当SWn执行交换操作时，将帧A输出到边缘节点A’的出口节点510。
在Tn+1，输入帧D，控制器370向SWn输出控制信号。当SWn执行交换操作时，将帧B输出到复用器340。因为帧D的目的地是光分插路由器D，该帧通过SWn。
现在，将描述光分插路由器A300的第一信道λ1的插入过程。
控制器370确定在入口节点410已经创建的帧3要被传输到的信道，以及传输的时刻。将帧3的突发数据存储在突发组装器450的缓冲器455中。入口节点410的第二电交换机460保持存储的突发数据直到从控制器370中输入了控制信号。控制器370通过分路部分350识别网络中所有信道的状况，对于存储在突发组装器350中的所有突发数据，在考虑QOS、通信协议等的情况下确定应该按顺序传输的突发数据，并且检查所有的信道以便找到空时隙。然后，当选择最优的信道(在该情况下，第一信道)以及空的时隙时，将控制信号输出到入口节点410的第二电交换机460。绑定都处于等待状态的突发数据和头数据以便创建帧3，将具有调制的帧3的第一信道输出到SW1，即第一光开关135。然后，通过SW1将第一信道输入到复用器340。
以下将参考图7描述第一信道λ1的插入过程。
控制器370将传输的突发数据保持在等待状态直到Tn，并且在Tn向第二电交换机360输出控制信号。第二电交换机460导致其上存储了突发数据的缓冲器455与对应的头添加器475连接。头添加器45将突发数据与对应的头数据绑定在一起以便创建帧3。接下来，对应的光发射器485向SW1输出具有调制的帧3的第一信道λ1。然后，通过SW1向复用器340输出第一信道λ1。
如上所述，依据本发明的一个或者多个实施例的光多环网能够依据由突发数据和头数据组成的帧执行通信，以便该网络适合于传输大容量的突发数据。
此外，当对信道执行分插过程时，依据本发明的一个或者多个实施例的光多环网具有能够使用抽头耦合器、光开关等的灵活配置，以致于从技术或者经济的观点来看，该网络具有极好的实现能力。
而且，依据本发明的一个或者多个实施例的光多环网通过在边缘光路由器中使用电缓冲器，提供了改进的网络带宽性能。