[发明专利]采用光学标号交换的高信息输出量、短等待时间的新一代互联网

说明书

相关专利申请

本申请是申请日为1998年7月17日的专利申请09/118,437的部分续展申请以及申请日为1998年10月16日的临时申请60/104,443的非临时申请。

发明背景

1．发明领域

本发明涉及光通信系统，尤其涉及一种能适合于高信息输出量、短等待时间并能进行高速标头检测和发生的网络业务的光学系统。

2．背景领域的描述

近年来，光学波分多路复用器(WDM)技术研究的不断进步已经促使网络的传输带宽的数量级超过了已有的商业网络。尽管信息输出量的增加就其自身意义来说是令人佩服的，但降低网络的等待时间也是刻不容缓的，只有这样才能实现新一代超高速网络的新一代互联网(NGI)，这种网络能够支持各种新的应用，包括国内启动(national initiatives)。为此，人们目前正致力于对WDM光学分组交换技术的超短等待时间互联网协议(IP)的研究开发，这种技术能够在实现高信息输出量和短等待时间两者的两方面的目的。这种努力正象所承诺的那样，完全能够实现这两方面的目的。

要实现这种IP/WDM网络，必须满足几个先决条件。首先，NGI网络必须与已有的互联网一起工作，并且必须能够避免协议之间有矛盾。第二，NGI网络必须不仅能够提供超短等待时间，并且还必须同时具有分组交换(即，突发的)IP业务和电路交换WDM网两者的优点。第三，最好NGI网是不依赖于信令和数据有效负载之间的精确同步的。最后，所要求的目标是NGI网能够适合于各种协议和格式的数据业务，从而能够发送和接收IP信号以及非IP信号，而无需复杂的同步转换或格式转换。

与其它工作的比较

多波长光学网(MONET)系统(如，R.E.Wagner等人的论文：“MONET:Multi-Wavelength Optical Networking”，该论文发表在1996年第14卷第6期的“光波技术学报”上)在光学网方面显示出它具有几个主要的里程碑，包括通过12个以上散布在国家标定光纤距离上的可配置网络元件进行的多波长透明传输。然而，这种网络是电路交换的，并且在提供突发业务时效率不高。从提出请求到交换典型连接的建立时间是几秒，它受限于网络控制和管理(NC＆M)以及硬件的能力。近年来，为提高效率而花在MONET项目上的努力主要集中在“适时信令(Just-in-Time signaling)”方案。这种方法采用嵌入的1510nm NC＆M信令，它使数据有效负载继续一段估计的延迟时间。为了使信令标头和有效负载的交换同步，对于每一波长的每一种网络配置，必须精确地进行这种估计。

按照本发明，光学分组标头与分组有效负载数据一样地承载在同一波长上的。这种方法调节了标头和有效负载同步地发送。另外，在每一中间光学交换机处采用合适的光学延迟，可以无需在本地交换机处通过引入光学延迟而估计初始的突发延迟。这使得与“适时信令”形成尖锐的差别，这时，沿路径上每一交换机处的延迟必须是事先知道的，并且必须在总延迟的计算中考虑进去。最后，在请求连接时间以及实际实现连接方面浪费很少时间。与MONET中看到的几秒延迟相比，本发明研究内容使延迟减小到最小，而仅受每一交换机中实际硬件交换延迟的限制。当前交换技术使延迟仅为几个毫秒，并且在将来可以实现更短的延迟。可以在采用交换机的每一网络元件处通过采用光纤延时线而引入这样短的时延。本发明研究内容可以得到降低到硬件的基本极限可能最短的等待时间，并且不可能采用其他技术而得到再短的等待时间。

在由Chang等人撰写并于1996年6月出版的“光波技术学报”第14卷第6期上刊登的论文“多波长可重配置WDM/ATM/SONET网试验台”中报告了光网络技术合作(ONTC)的结果。ONTC项目的两个阶段，阶段Ⅰ(155Mb/s,4-波长)和阶段Ⅱ(2.5Gb/s,8-波长)是配置在基于多转发ATM的网上。尽管这样一种基于ATM的结构增加了较大的开销，并排除了单转发网的可能性，但由于采用了同步ATM单元本身而使得分组/标头信令成为可能。这种NC&M信息的通信是通过相同的光波长进行的，它潜在地提供了与本发明技术相似的好处。然而，本发明的技术与基于ATM的信令相比还有几个显著的优点。第一，本发明的技术提供了用于有效负载的单转发连接，而无需转换成电信号以及对分组进行缓冲。第二，通过排除过度的开销而可以非常有效地利用带宽。第三，允许严格的透明，而且连接等待时间非常短。