引言

　　光突發(fā)交換(Optical Burst Switching,，OBS)網(wǎng)絡(luò)是基于現(xiàn)有的技術(shù)條件，結(jié)合光線路交換和光分組交換的優(yōu)點,，有效實現(xiàn)IP over WDM的解決方案,。OBS網(wǎng)絡(luò)包括核心節(jié)點和邊緣節(jié)點。核心節(jié)點的主要功能是根據(jù)突發(fā)控制包(BCP：Burst Contro1 Packet)提供的信息進行路由和信道資源調(diào)度,、設(shè)置光交換矩陣,，為突發(fā)數(shù)據(jù)包BDP (Burst Data Packet)預(yù)留全光通道。 

　　考慮到JIT協(xié)議調(diào)度算法的簡單性,，調(diào)度處理速度很快,，調(diào)度算法在獨立模塊中實現(xiàn)并沒有必要，反而會由于模塊的增加帶來額外的延時,，而需要消耗更多的處理時間,。本文提出了一種面向JIT協(xié)議的核心節(jié)點控制器的結(jié)構(gòu)，將網(wǎng)絡(luò)層路由功能和OBS層信道調(diào)度功能整合到同一個模塊中處理,，一方面,，模塊的整合可以縮短BCP的處理時間;另一方面,，該結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)發(fā)是在調(diào)度之后再執(zhí)行,，使得路由選擇可以在最優(yōu)的輸出端口沒有可用信道的情況下,，選擇其它可行的輸出端口，再進行信道的調(diào)度,，從而減少丟包的概率,。

　　1 控制器的設(shè)計與實現(xiàn)

　　實現(xiàn)中選用了顯式建立、估算拆除的JIT(Just—In—Time)信令協(xié)議,，該協(xié)議只有SETUP消息,，沒有REALEASE消息。核心節(jié)點收到并完成SETUP消息的處理后,，立即為其預(yù)留資源,，并根據(jù)SETUP消息中包含的偏置時間和數(shù)據(jù)包長度估算出釋放資源的時間。

　　1.1 系統(tǒng)組成

　　圖l為OBS核心控制器系統(tǒng)框圖,，分為接收模塊,、幀解析模塊、交叉矩陣,、發(fā)送模塊,、路由和調(diào)度模塊,。在各功能模塊之間都設(shè)置了緩存結(jié)構(gòu),，使得各個模塊可以獨立的工作，從而在各模塊之間實現(xiàn)流水線式的工作方式,。各模塊的主要功能如下：

　　接收模塊接收控制信道上的數(shù)據(jù),，恢復(fù)成以太幀后，寫入到接收緩存中,。

　　幀解析模塊從接收緩存中讀取以太幀,，解析出相應(yīng)協(xié)議域信息，進行相應(yīng)處理,。如果不是BCP包,，直接進行轉(zhuǎn)發(fā)操作;如果是BCP包，把調(diào)度相關(guān)信息發(fā)送給路由和調(diào)度模塊,，并根據(jù)路由和調(diào)度模塊返回的消息進行轉(zhuǎn)發(fā)或丟棄,。

　　路由和調(diào)度模塊負責(zé)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層的路由選擇功能和OBS層的信道調(diào)度功能，其中包含一個轉(zhuǎn)發(fā)路由表和一個信道資源庫,，轉(zhuǎn)發(fā)路由表保存本節(jié)點的路由表信息,，用于路由查詢;信道資源庫記錄本節(jié)點各輸出端口的數(shù)據(jù)信道資源占用情況，并負責(zé)控制光開關(guān)矩陣,。

　　交叉矩陣將輸入緩存中的分組交換到輸出緩存中,。發(fā)送模塊更新BCP包的偏置時間,，再將其組成以太幀發(fā)送到控制信道上。

　　1.2 主要模塊的設(shè)計與實現(xiàn)

　　1.2.1 幀解析模塊

　　幀解析模塊負責(zé)解析幀的類型及幀的內(nèi)容,，并作部分網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議及OBS層協(xié)議的處理,，同時控制路由和調(diào)度模塊的工作。其主要工作可分為如下幾個部分：l,、從接收緩存中讀取收到的數(shù)據(jù)包,，并記錄接收到的時間，用于更新BCP包的偏置時間;2,、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的處理,，包括類型信息、包長,、目的網(wǎng)絡(luò)地址的獲取及TTL的更新等;3,、OBS層協(xié)議的處理，包括偏置時問的計算及更新,，對路由和調(diào)度模塊的控制等;4,、對處理好的數(shù)據(jù)包，本地包上傳到本節(jié)點的網(wǎng)管模塊,，需要繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)的,，則發(fā)送到輸出緩存中。

　　幀解析模塊的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖2所示,。上電后首先進入Idle狀態(tài),，在Idle狀態(tài)下檢查接收緩存是否有新的數(shù)據(jù)包，有的話則進入ReadMAC狀態(tài),，讀取MAC頭信息,，判斷MAC幀類型，非IP數(shù)據(jù)包則將其丟棄,，否則進入ReadIP狀態(tài),，這個狀態(tài)下讀取IP數(shù)據(jù)包的長度，以及類型,，TTL等信息,，如果是不是BCP包，進入Route狀態(tài),，進行路由選擇,，如果是本地包，則上傳到網(wǎng)管模塊中,，否則進入Update狀態(tài);如果是BCP包,，則進入Route&Schedule狀態(tài)，啟動路由和調(diào)度模塊的工作,。如果調(diào)度不成功,，則要將該BCP包丟棄,，如果成功，也進入Update狀態(tài);在Update狀態(tài)下,，對TTL進行更新,，如果調(diào)度出來的波長號發(fā)生改變，也要更新相應(yīng)信息,。之后,，就進入Forward狀態(tài)，將已更新好的數(shù)據(jù)包發(fā)送到輸出緩存中,，進行下一幀的處理,。

　　1.2.2 路由和調(diào)度模塊

　　圖3所示為路由表和信道資源庫的結(jié)構(gòu)示意圖。路由表包含多條路由表項,，每條表項包括目的網(wǎng)絡(luò)地址及輸出端口號兩部分信息,。查找路由的過程為：從首條表項開始，將目的網(wǎng)絡(luò)地址依次與各表項中網(wǎng)絡(luò)地址進行匹配,，匹配成功即輸出端口號,。Ptr用來指向當(dāng)前的匹配表項，如需二次查找,，只需從Ptr指向的表項開始繼續(xù)查找,。

　　信道資源庫包含所有端口的信道分配信息，每個端口作為一組,，包含一個控制單元CU及一組定時器,，每個定時器對應(yīng)于一個信道。信道空閑時定時器也處于空閑狀態(tài),，每次為BCP成功分配信道以后,，就需要打開光開關(guān)控制信號，同時肩動相應(yīng)定時器,，時間設(shè)置為偏置時間+預(yù)留時間，定時結(jié)束,，關(guān)閉光開關(guān)控制信號,。控制單元可根據(jù)各定時器的工作狀態(tài)確定各信道的使用狀態(tài),，進行信道分配,。

　　圖3路由表和信道資源庫的結(jié)構(gòu)示意圖路由和調(diào)度功能的實現(xiàn)過程如下：首先檢測各幀解析模塊的調(diào)度請求信號，如果有效,，讀取目的網(wǎng)絡(luò)地址,，同時啟動路由和調(diào)度過程，先到路由表查找到第一個與目的網(wǎng)絡(luò)地址匹配的路由表項,，得到輸出端口;再到信道資源庫里檢查該端口是否有空閑的數(shù)據(jù)信道,，有的話預(yù)留該信道,，設(shè)置光開關(guān)矩陣，啟動相應(yīng)定時器,，調(diào)度成功,，返回給幀解析模塊輸出端口和數(shù)據(jù)信道的信息;如果不存在空閑信道，則需要繼續(xù)到路由表中查找匹配表項,，找到后再次到信道資源庫中搜索空閑信道,，如此繼續(xù);如果搜索完路由表中所有表項后仍無法找到空閑信道，則返回調(diào)度失敗信號給幀解析模塊,。

　　2 實驗測試

　　我們對本設(shè)計進行了硬件化實現(xiàn),。圖4為用QuartusII工具得到的電路時序仿真圖。圖中1,、2,、3、4,、5為狀態(tài)指示信號,，依次對應(yīng)幀接收完成信號、讀取狀態(tài)信號,，協(xié)議處理狀態(tài)信號,，路由和調(diào)度狀態(tài)信號，轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)信號;6,，7為輸出信號,，分別對應(yīng)調(diào)度完成信號和光開關(guān)設(shè)置信號。

　　圖2 BCP包接收處理過程的工作時序(參見結(jié)尾)由圖4可見,，在一個OBS包的處理過程中,，依次經(jīng)歷了幀數(shù)據(jù)的讀取、協(xié)議處理,、路由和調(diào)度,、轉(zhuǎn)發(fā)等多個狀態(tài)，其中從BCP包接收完成到發(fā)出光開關(guān)設(shè)置信號僅用了lOOns,，相比于現(xiàn)有的實現(xiàn)方案,，有了很大的提高。完全可以滿足現(xiàn)有OBS網(wǎng)絡(luò)對核心節(jié)點開關(guān)速度的要求,。

　　3 總結(jié)

　　測試結(jié)果表明：接收完BCP包到發(fā)出光開關(guān)設(shè)置信號的最短時間為lOOns,。顯著縮短了控制包在核心節(jié)點的處理時間。