一种基于sdn架构的弹性光网络控制系统及方法
【专利摘要】一种基于SDN架构的弹性光网络控制系统及方法，涉及信息通信【技术领域】，弹性光网络入网边缘处多流光收发器收到新分组数据流，生成相应的新流入网消息，发送给集中网络控制器；集中网络控制器生成流映射表和交叉连接表，分别下发至多流光收发器和带宽可变波长交叉连接器，该多流光收发器根据流映射表配置线路端发送相应的光子数据流；带宽可变波长交叉连接器根据交叉连接表建立光子数据流传输路径及频谱分配；光子数据流在弹性光网络出网边缘处多流光收发器中，依据流映射表反映射分组数据流，被目的端路由器接收。本发明减少网络控制功能复杂程度，提高资源利用效率，实现异构网络资源的归一化调度。
【专利说明】一种基于SDN架构的弹性光网络控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及信息通信【技术领域】，具体来讲涉及一种基于SDN架构的弹性光网络控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]超100G时代，多载波技术是趋势，如何提升多载波技术的频谱利用率，以及怎样通过资源的灵活调度提升光网络整体的频谱利用效率成为下一步发展的首要问题。EON (Elastic Optical Network,弹性光网络)的概念在此背景之下应运而生,它通过定义更小的带宽栅格，克服了传统WDM(Wavelength Divis1n Multiplexing,波分复用)光网络粗粒度、固定栅格的限制，动态灵活的分配带宽资源，能够承载从子波长级到超级通道级的业务需求，极大的提高了频谱资源利用率；同时，它还可以在收发端根据传输距离、链路质量、业务需求动态调整传输速率、调制格式、频谱范围以匹配网络实际需求，提高了网络灵活性和生存性。从物理层数据平面来看，弹性光网络包含MF-OTP(Mult1-flowOptical Transponder,多流光收发器)和 BV-WXC(Bandwidth Variable WavelengthCross-connects,带宽可变波长交叉连接器)两部分。
[0003]然而，物理层面的连接并不等同于业务，业务的完成还包含丰富的业务提供逻辑，这主要依赖于控制平面技术。相较于数据平面的技术进步，控制平面还停留在以ASON/GMPLS为代表的智能光网络解决方案，其核心是交换自动化，侧重于针对连接建拆处理过程的控制，包括路由、信令、发现和链路资源管理等功能。智能控制平面技术存在“重控制、轻业务”的问题，应用于弹性光网络中，需要引入业务感知、损伤分析、层域协同、资源虚拟等新的策略与规则，导致扩展后的AS0N/GMPLS控制“胖平面”化的趋势愈加明显，网络控制功能越来越复杂。同时，由于其自身基于分布式控制机制，缺乏集中的全网视图和跨层视野，无法实现IP与光层的统一控制与协同，难以应对多层多域大规模组网的挑战，资源利用低效。
[0004]针对弹性光网络数据平面与传统光网络控制平面技术失配的问题，急需提出基于SDN架构的弹性光网络控制，并对网络控制器的南向接口 OpenFlow协议进行扩展，以期在弹性光网络中实现动态智能的端到端路径提供和IP业务流量的光层卸载。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于SDN架构的弹性光网络控制系统及方法，减少网络控制功能复杂程度，提高资源利用效率，实现异构网络资源的归一化调度与业务应用的高质量保证。
[0006]为达到以上目的，本发明采取一种基于SDN架构的弹性光网络控制系统，包括控制层面的集中网络控制器，数据层面的至少两个多流光收发器和至少一个带宽可变波长交叉连接器，两层面之间通过扩展的OpenFlow协议通信，其特征在于:所述多流光收发器设有流映射表，用于记录客户端分组数据流与线路端光子数据流之间的映射关系，所述带宽可变波长交叉连接器设有交叉连接表，用于记录线路中光子数据流的输入/输出端口、占用频谱范围的相关路径信息，所述流映射表和交叉连接表由集中网络控制器通过南向接口协议统一管理。
[0007]在上述技术方案的基础上，所述多流光收发器和带宽可变波长交叉连接器内均设置OpenFlow代理功能模块,多流光收发器的OpenFlow代理功能模块用于维护流映射表，带宽可变波长交叉连接器的OpenFlow代理功能模块用于维护交叉连接表。
[0008]在上述技术方案的基础上，弹性光网络入网边缘处与路由器相连的多流光收发器，用来识别来自路由器接口的客户端分组数据流，利用数据包报头所携带的信息进行分类，并根据分类结果将所述信息转化为线路端光子数据流。
[0009]在上述技术方案的基础上，所述带宽可变波长交叉连接器通过路由-选择型结构，对线路中的光子数据流进行频谱切割后选路交换，同时支持本地光子数据流的上下路。
[0010]在上述技术方案的基础上，所述流映射表包括匹配域、指令域、流速率、中心频率、频谱宽度和调制格式六个表项，其中匹配域含有数据包报头信息字段，包括源地址、目的地址、VLAN标签。
[0011]在上述技术方案的基础上，所述数据包报头信息字段识别及分类分组数据流，指令域决定着分组数据流与对应光子数据流之间的映射和反映射操作，流速率、中心频率、频谱宽度和调制格式刻画线路端光子数据流的技术特征。
[0012]在上述技术方案的基础上，所述交叉连接表包括输入表项和输出表项，输入表项包括输入端口号、输入中心频率、输入频谱宽度和输入调制格式四个表项，输出表项包括输出端口号、输出中心频率、输出频谱宽度和输出调制格式四个表项。
[0013]在上述技术方案的基础上，输入端口号对应光子数据流上路时的端口号、输出端口号对应光子数据流下路时的端口号，或者输入端口号和输出端口号两个表项对应光子数据流波长交叉连接。
[0014]本发明还提供一种基于SDN架构的弹性光网络控制方法，包括步骤:S1.弹性光网络入网边缘处与路由器相连的多流光收发器收到一条客户端输入的新分组数据流，提取其数据包报头信息，并测算流速率，生成相应的新流入网消息，发送给集中网络控制器；S2.集中网络控制器收到新流入网消息，通过路由谱分配算法计算后，生成流映射表和交叉连接表，再通过扩展的OpenFlow协议分别下发至对应的多流光收发器和带宽可变波长交叉连接器；S3.弹性光网络入网边缘处与路由器相连的多流光收发器，根据下发的流映射表配置线路端发送相应的光子数据流；所有带宽可变波长交叉连接器根据交叉连接表建立光子数据流传输路径及频谱分配；S4.光子数据流在弹性光网络出网边缘处多流光收发器中，依据流映射表反映射分组数据流，被目的端路由器接收。
[0015]在上述技术方案的基础上，谱分配算法综合新流入网消息的流量信息及全网资源占用情况，计算出对应光子数据流的技术参数，包括路径安排、频谱分配和调制格式，根据技术参数生成流映射表和交叉连接表。
[0016]本发明的有益效果在于:通过SDN架构的弹性光网络采用开放式灵活集中控制系统，并通过扩展南向接口 OpenFlow协议的方法，提供开放式的管理与业务适配接口，简化了多层多域组网控制功能，提升了网络整体频谱利用效率，实现了对网络底层资源的动态灵活调度和对网络多样业务的智能高效承载。同时，其集中性和开放性所具备的全网视图及跨层视野，也为网络层域协同融合和资源虚拟化提供了可能。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明基于SDN架构的弹性光网络控制系统的原理图；
[0018]图2为流映射表的表项框图；
[0019]图3为交叉连接表的表项框图；
[0020]图4为基于SDN架构的弹性光网络控制方法流程图；
[0021]图5为本发明实施例弹性光网络控制系统示例图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0023]如图1所示，本发明基于SDN架构的弹性光网络控制系统，包括控制层面的集中网络控制器(Cont1ller)，数据层面具备OpenFlow代理功能的多流光收发器(OF-MF-OTP)和带宽可变波长交叉连接器(OF-BV-WXC)，两层面之间通过扩展的OpenFlow协议通信，其中多流光收发器至少两个，带宽可变波长交叉连接器至少为一个，多流光收发器至少一个位于弹性光网络入网边缘处与路由器相连，至少一个位于弹性光网络出网边缘与目的端路由器相连。多流光收发器和带宽可变波长交叉连接器内均设置OpenFlow代理功能模块。位于弹性光网络入网边缘处与路由器相连多流光收发器，用来识别来自路由器接口的客户端分组数据流，利用数据包报头所携带的目的地址、VLAN标签等信息进行分类，并根据分类结果将所述信息转化为多个不同频谱范围、不同调制速率、不同传输距离线路端光子数据流。带宽可变波长交叉连接器通过“路由-选择”型结构，对线路中的光子数据流按需进行频谱切割后选路交换，同时支持本地光子数据流的上下路。
[0024]多流光收发器的OpenFlow代理功能模块内部维护一张流映射表(Flow MappingTable, FMT)，用于记录客户端分组数据流与线路段光子数据流之间的映射关系，如分组数据流映射为光子数据流，光子数据流反映射为分组数据流；以及记录光子数据流的比特率、中心频率、频谱宽度、调制格式等信息，该表由集中网络控制器通过南向接口协议统一维护管理。带宽可变波长交叉连接器的OpenFlow代理功能模块内部维护一张交叉连接表(Cross Connect1n Table, CCT),用于记录线路中光子数据流的输入/输出端口、占用频谱范围等相关路径信息，该表也由集中网络控制器通过南向接口协议统一维护管理，并且光子数据流按照该表中的内容进行频谱切割。
[0025]如图2所示,所述流映射表包括匹配域(Match Fields)、指令域(Instruct1ns)、流速率(Flow Rate)、中心频率(Central Frequency)、频谱宽度(Slot Width)和调制格式(Modulat1n Format)六个表项；其中匹配域含有源地址、目的地址、VLAN标签等数据包报头信息字段，用于分组数据流的识别及分类；指令域决定着分组数据流与对应光子数据流之间的映射和反映射操作；其中流速率、中心频率、频谱宽度和调制格式刻画了线路端光子数据流的技术特征。
[0026]如图3所不，交叉连接表包括输入表项和输出表项，输入表项包括输入端口号(Input Port)、输入中心频率(Input Central Frequency)、输入频谱宽度(Input SlotWidth)和输入调制格式(Input Modulat1n Format)四个表项；输出表项包括输出端口号(Output Port)、输出中心频率(Output Central Frequency)、输出频谱宽度(Output SlotWidth)和输出调制格式(Output Modulat1n Format)四个表项。输入端口号和输出端口号两个表项对应光子数据流波长交叉连接，或者输入端口号对应光子数据流上路时的端口号、输出端口号对应光子数据流下路时的端口号。输入/输出中心频率和输入/输出频谱宽度决定着从输入端到输出端频谱切割及平移的范围；调制格式条目记录了光子数据流的编码方式转换。
[0027]如图4所示，本发明基于SDN架构的弹性光网络控制方法，包括步骤:
[0028]S1.弹性光网络入网边缘处与路由器相连的多流光收发器收到一条客户端输入的新分组数据流(例如IP业务)，由于在数据层面转发设备中没有针对该流量的表项，所以多流光收发器提取新分组数据流的数据包报头信息，并测算流量比特速率(等同于流速率)，生成相应的新流入网消息(Flow In message),发送给集中网络控制器。
[0029]S2.集中网络控制器收到新流入网消息，启动内部的路由谱分配算法(Routingand Spectrum Assignment, RSA),算法中综合新流入网消息的流量信息及全网资源占用情况，计算出对应光子数据流的路径安排、频谱分配和调制格式选择等技术参数，根据技术参数生成流映射表和交叉连接表。再通过扩展的OpenFlow协议，将两个表下发至数据层面转发设备，即，将流映射表下发至对应的多流光收发器，将交叉连接表下发至对应的带宽可变波长交叉连接器。
[0030]S3.弹性光网络入网边缘处的多流光收发器根据下发的流映射表，配置线路端发送相应调制速率、频谱范围和编码方式的光子数据流；带宽可变波长交叉连接器根据交叉连接表，建立光子数据流传输路径及频谱分配。
[0031]S4.光子数据流在弹性光网络出网边缘的多流光收发器中，依据流映射表反映射分组数据流(光子数据流转换为分组数据流)，并被目的端路由器接收，从而实现网络业务的动态智能端到端路径提供。
[0032]下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
[0033]如图5所示，弹性光网络入网边缘处与路由器Routerl相连的多流光收发器0F-MF-0TP1接收到一条新的分组视频数据流，其包头A所携带的信息中，源IP地址为10.44.64.0至18，UDP协议端口号为1234，VLAN标签为50。该视频数据流需要经由弹性光网络传送到另一端的路由器Routerf接收。由于在数据层转发设备中没有针对此流量的表项，所以多流光收发器提取其数据包报头相关信息(源IP地址、UDP协议端口号和VLAN标签)，测算视频流量比特速率(2X 100GE),并生成相应的新流入网消息Flow In message发送给集中网络控制器。集中网络控制器收到此消息后，启动内部的路由谱分配算法，综合该流量信息及全网资源占用情况，计算出将其转换为光子数据流后的路径安排、频谱分配和调制格式等技术参数，并进一步生成针对多流光收发器的流映射表和用于配置带宽可变波长交叉连接器的交叉连接表，通过扩展的南向接口 OpenFlow协议下发至数据层转发设备中。
[0034]数据层的多流光收发器0F-MF-0TP1依据集中网络控制器下发的流映射表FMT1，将分组视频数据流映射到比特速率为(100GbpsX2)，中心频率为(193.1ΤΗζ+1Χ0.00625ΤΗζ)，频谱宽度为(12.5GHz X 4)，调制格式为(DP-16QAM)的中距离传输光子数据流并发送至下一跳的带宽可变波长交叉连接器。带宽可变波长交叉连接器OF-BV-WXCl则利用网络控制器下发的交叉连接表CCTl设置合适的光子数据流连接路径(P2到P7)、调制格式(中距离传输DP-16QAM转换为长距离传输DP-QPSK)和频谱范围(CF=193.1THz+lX0.00625THz, Sff = 12.5GHzX4 迁移到 CF = 193.1ΤΗζ+27 X 0.00625THz，Sff = 12.5GHz X 5)。
[0035]同理，带宽可变波长交叉连接器0F-BV-WXC2也利用网络控制器下发的交叉连接表CCT2设置恰当的光子数据流连接路径(P5到P9)、调制格式(长距离传输DP-QPSK转换为中距离传输 DP-16QAM)和频谱范围(CF = 193.lTHz+27X0.00625THz,Sff = 12.5GHz X 5迁移至Ij CF = 193.lTHz+9X0.00625THz,Sff = 12.5GHzX4)。交叉连接表 CCTl 和交叉连接表CCT2是同时下发的，都是集中控制器为同一条分组视频数据流算出的交叉连接表项，是相互独立的，分发到不同的带宽可变波长交叉连接器，交叉连接表CCTl分发到带宽可变波长交叉连接器OF-BV-WXCl，交叉连接表CCT2分发到带宽可变波长交叉连接器0F-BV-WXC2。
[0036]光子数据流在弹性光网络出网边缘处的多流光收发器0F-MF-0TP2中，依据集中网络控制器下发的流映射表FMT2反映射回原有的分组视频数据流，并被目的端路由器Router2接收。至此,实现了对分组视频业务流的动态智能端到端路径连接。
[0037]本发明不局限于上述实施方式，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1.一种基于31^架构的弹性光网络控制系统，包括控制层面的集中网络控制器，数据层面的至少两个多流光收发器和至少一个带宽可变波长交叉连接器，两层面之间通过扩展的0？611？1^协议通信，其特征在于:所述多流光收发器设有流映射表，用于记录客户端分组数据流与线路端光子数据流之间的映射关系，所述带宽可变波长交叉连接器设有交叉连接表，用于记录线路中光子数据流的输入/输出端口、占用频谱范围的相关路径信息，所述流映射表和交叉连接表由集中网络控制器通过南向接口协议统一管理。
2.如权利要求1所述的基于31^架构的弹性光网络控制系统，其特征在于:所述多流光收发器和带宽可变波长交叉连接器内均设置代理功能模块，多流光收发器的.0？611？10^代理功能模块用于维护流映射表,带宽可变波长交叉连接器的01)61^10?代理功能模块用于维护交叉连接表。
3.如权利要求1所述的基于31^架构的弹性光网络控制系统，其特征在于:弹性光网络入网边缘处与路由器相连的多流光收发器，用来识别来自路由器接口的客户端分组数据流，利用数据包报头所携带的信息进行分类，并根据分类结果将所述信息转化为线路端光子数据流。
4.如权利要求1所述的基于31^架构的弹性光网络控制系统，其特征在于:所述带宽可变波长交叉连接器通过路由-选择型结构，对线路中的光子数据流进行频谱切割后选路交换，同时支持本地光子数据流的上下路。
5.如权利要求1所述的基于31^架构的弹性光网络控制系统，其特征在于:所述流映射表包括匹配域、指令域、流速率、中心频率、频谱宽度和调制格式六个表项，其中匹配域含有数据包报头信息字段。
6.如权利要求5所述的基于31^架构的弹性光网络控制系统，其特征在于:所述数据包报头信息字段识别及分类分组数据流，指令域决定着分组数据流与对应光子数据流之间的映射和反映射操作，流速率、中心频率、频谱宽度和调制格式刻画线路端光子数据流的技术特征。
7.如权利要求1所述的基于31^架构的弹性光网络控制系统，其特征在于:所述交叉连接表包括输入表项和输出表项，输入表项包括输入端口号、输入中心频率、输入频谱宽度和输入调制格式四个表项，输出表项包括输出端口号、输出中心频率、输出频谱宽度和输出调制格式四个表项。
8.如权利要求7所述的基于30^架构的弹性光网络控制系统，其特征在于:输入端口号对应光子数据流上路时的端口号、输出端口号对应光子数据流下路时的端口号，或者输入端口号和输出端口号两个表项对应光子数据流波长交叉连接。
9.一种如权利要求1所述系统的基于31^架构的弹性光网络控制方法，其特征在于，包括步骤: . 81.弹性光网络入网边缘处与路由器相连的多流光收发器收到一条客户端输入的新分组数据流，提取其数据包报头信息，并测算流速率，生成相应的新流入网消息，发送给集中网络控制器； .52.集中网络控制器收到新流入网消息，通过路由谱分配算法计算后，生成流映射表和交叉连接表，再通过扩展的协议分别下发至对应的多流光收发器和带宽可变波长交叉连接器；. 83.弹性光网络入网边缘处与路由器相连的多流光收发器，根据下发的流映射表配置线路端发送相应的光子数据流；所有带宽可变波长交叉连接器根据交叉连接表建立光子数据流传输路径及频谱分配；. 84.光子数据流在弹性光网络出网边缘处多流光收发器中，依据流映射表反映射分组数据流，被目的端路由器接收。
10.如权利要求9所述的基于31^架构的弹性光网络控制方法，其特征在于:谱分配算法综合新流入网消息的流量信息及全网资源占用情况，计算出对应光子数据流的技术参数，包括路径安排、频谱分配和调制格式，根据技术参数生成流映射表和交叉连接表。
【文档编号】H04L12/24GK104320270SQ201410531737
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月8日 优先权日:2014年10月8日
【发明者】何炜, 蔡鸣, 张新全, 陈亮 申请人:武汉邮电科学研究院