OBS核心控制器結構設計與硬件化實(shí)現

O．引言
光突發(fā)交換(Optical Burst Switching，OBS)網(wǎng)絡(luò )是基于現有的技術(shù)條件，結合光線(xiàn)路交換和光分組交換的優(yōu)點(diǎn)，有效實(shí)現IP over WDM的解決方案。OBS網(wǎng)絡(luò )包括核心節點(diǎn)和邊緣節點(diǎn)。核心節點(diǎn)的主要功能是根據突發(fā)控制包(BCP：Burst Contro1 Packet)提供的信息進(jìn)行路由和信道資源調度、設置光交換矩陣，為突發(fā)數據包BDP (Burst Data Packet)預留全光通道。
OBS網(wǎng)絡(luò )的性能很大程度上取決于突發(fā)控制包在核心節點(diǎn)的處理速度，與OBS偏置時(shí)間(Offset Time)的大小直接相關(guān)。目前，用軟件的方法實(shí)現的基于JIT協(xié)議的核心節點(diǎn)，處理速度一般在ms量級。為了提高BCP包的處理速度，文獻用硬件化方法把JIT協(xié)議的突發(fā)控制包處理時(shí)間降到us量級?？紤]到JIT協(xié)議調度算法的簡(jiǎn)單性，調度處理速度很快，調度算法在獨立模塊中實(shí)現并沒(méi)有必要，反而會(huì )由于模塊的增加帶來(lái)額外的延時(shí)，而需要消耗更多的處理時(shí)間。本文提出了一種面向JIT協(xié)議的核心節點(diǎn)控制器的結構，將網(wǎng)絡(luò )層路由功能和OBS層信道調度功能整合到同一個(gè)模塊中處理，一方面，模塊的整合可以縮短BCP的處理時(shí)間；另一方面，該結構中，轉發(fā)是在調度之后再執行，使得路由選擇可以在最優(yōu)的輸出端口沒(méi)有可用信道的情況下，選擇其它可行的輸出端口，再進(jìn)行信道的調度，從而減少丟包的概率。

1 控制器的設計與實(shí)現
實(shí)現中選用了顯式建立、估算拆除的JIT(Just―In―Time)信令協(xié)議，該協(xié)議只有SETUP消息，沒(méi)有REALEASE消息。核心節點(diǎn)收到并完成SETUP消息的處理后，立即為其預留資源，并根據SETUP消息中包含的偏置時(shí)間和數據包長(cháng)度估算出釋放資源的時(shí)間。
1．1 系統組成
圖l為OBS核心控制器系統框圖，分為接收模塊、幀解析模塊、交叉矩陣、發(fā)送模塊、路由和調度模塊。在各功能模塊之間都設置了緩存結構，使得各個(gè)模塊可以獨立的工作，從而在各模塊之間實(shí)現流水線(xiàn)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據，恢復成以太幀后，寫(xiě)入到接收緩存中。

幀解析模塊從接收緩存中讀取以太幀，解析出相應協(xié)議域信息，進(jìn)行相應處理。如果不是BCP包，直接進(jìn)行轉發(fā)操作；如果是BCP包，把調度相關(guān)信息發(fā)送給路由和調度模塊，并根據路由和調度模塊返回的消息進(jìn)行轉發(fā)或丟棄。
路由和調度模塊負責實(shí)現網(wǎng)絡(luò )層的路由選擇功能和OBS層的信道調度功能，其中包含一個(gè)轉發(fā)路由表和一個(gè)信道資源庫，轉發(fā)路由表保存本節點(diǎn)的路由表信息，用于路由查詢(xún)；信道資源庫記錄本節點(diǎn)各輸出端口的數據信道資源占用情況，并負責控制光開(kāi)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(shí)間，再將其組成以太幀發(fā)送到控制信道上。
1．2 主要模塊的設計與實(shí)現
1．2．1 幀解析模塊
幀解析模塊負責解析幀的類(lèi)型及幀的內容，并作部分網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議及OBS層協(xié)議的處理，同時(shí)控制路由和調度模塊的工作。其主要工作可分為如下幾個(gè)部分：l、從接收緩存中讀取收到的數據包，并記錄接收到的時(shí)間，用于更新BCP包的偏置時(shí)間；2、網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議的處理，包括類(lèi)型信息、包長(cháng)、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(shí)問(wèn)的計算及更新，對路由和調度模塊的控制等；4、對處理好的數據包，本地包上傳到本節點(diǎn)的網(wǎng)管模塊，需要繼續轉發(fā)的，則發(fā)送到輸出緩存中。