OBS核心控制器結構設計與硬件化實(shí)現

幀解析模塊的狀態(tài)轉移圖如圖2所示。上電后首先進(jìn)入Idle狀態(tài)，在Idle狀態(tài)下檢查接收緩存是否有新的數據包，有的話(huà)則進(jìn)入ReadMAC狀態(tài)，讀取MAC頭信息，判斷MAC幀類(lèi)型，非IP數據包則將其丟棄，否則進(jìn)入ReadIP狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)下讀取IP數據包的長(cháng)度，以及類(lèi)型，TTL等信息，如果是不是BCP包，進(jìn)入Route狀態(tài)，進(jìn)行路由選擇，如果是本地包，則上傳到網(wǎng)管模塊中，否則進(jìn)入Update狀態(tài)；如果是BCP包，則進(jìn)入RouteSchedule狀態(tài)，啟動(dòng)路由和調度模塊的工作。如果調度不成功，則要將該BCP包丟棄，如果成功，也進(jìn)入Update狀態(tài)；在Update狀態(tài)下，對TTL進(jìn)行更新，如果調度出來(lái)的波長(cháng)號發(fā)生改變，也要更新相應信息。之后，就進(jìn)入Forward狀態(tài)，將已更新好的數據包發(fā)送到輸出緩存中，進(jìn)行下一幀的處理。
1．2．2 路由和調度模塊
圖3所示為路由表和信道資源庫的結構示意圖。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(guò)程為：從首條表項開(kāi)始，將目的網(wǎng)絡(luò )地址依次與各表項中網(wǎng)絡(luò )地址進(jìn)行匹配，匹配成功即輸出端口號。Ptr用來(lái)指向當前的匹配表項，如需二次查找，只需從Ptr指向的表項開(kāi)始繼續查找。

信道資源庫包含所有端口的信道分配信息，每個(gè)端口作為一組，包含一個(gè)控制單元CU及一組定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器對應于一個(gè)信道。信道空閑時(shí)定時(shí)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(kāi)光開(kāi)關(guān)控制信號，同時(shí)肩動(dòng)相應定時(shí)器，時(shí)間設置為偏置時(shí)間+預留時(shí)間，定時(shí)結束，關(guān)閉光開(kāi)關(guān)控制信號?？刂茊卧筛鶕鞫〞r(shí)器的工作狀態(tài)確定各信道的使用狀態(tài)，進(jìn)行信道分配。
圖3路由表和信道資源庫的結構示意圖路由和調度功能的實(shí)現過(guò)程如下：首先檢測各幀解析模塊的調度請求信號，如果有效，讀取目的網(wǎng)絡(luò )地址，同時(shí)啟動(dòng)路由和調度過(guò)程，先到路由表查找到第一個(gè)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據信道，有的話(huà)預留該信道，設置光開(kāi)關(guān)矩陣，啟動(dòng)相應定時(shí)器，調度成功，返回給幀解析模塊輸出端口和數據信道的信息；如果不存在空閑信道，則需要繼續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；如果搜索完路由表中所有表項后仍無(wú)法找到空閑信道，則返回調度失敗信號給幀解析模塊。

2 實(shí)驗測試
我們對本設計進(jìn)行了硬件化實(shí)現。圖4為用QuartusII工具得到的電路時(shí)序仿真圖。圖中1、2、3、4、5為狀態(tài)指示信號，依次對應幀接收完成信號、讀取狀態(tài)信號，協(xié)議處理狀態(tài)信號，路由和調度狀態(tài)信號，轉發(fā)狀態(tài)信號；6，7為輸出信號，分別對應調度完成信號和光開(kāi)關(guān)設置信號。

圖2 BCP包接收處理過(guò)程的工作時(shí)序(參見(jiàn)結尾)由圖4可見(jiàn)，在一個(gè)OBS包的處理過(guò)程中，依次經(jīng)歷了幀數據的讀取、協(xié)議處理、路由和調度、轉發(fā)等多個(gè)狀態(tài)，其中從BCP包接收完成到發(fā)出光開(kāi)關(guān)設置信號僅用了lOOns，相比于現有的實(shí)現方案，有了很大的提高。完全可以滿(mǎn)足現有OBS網(wǎng)絡(luò )對核心節點(diǎn)開(kāi)關(guān)速度的要求。

3 總結
本文提出了一種將路由選擇和信道調度整合在一個(gè)模塊中處理的OBS核心節點(diǎn)控制系統的結構，并在FPGA平臺上驗證了本設計的可行性和有效性。測試結果表明：接收完BCP包到發(fā)出光開(kāi)關(guān)設置信號的最短時(shí)間為lOOns。顯著(zhù)縮短了控制包在核心節點(diǎn)的處理時(shí)間。