OBS核心節(jié)點(diǎn)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

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(diǎn)，有效實(shí)現(xiàn)IP over WDM的解決方案。OBS網(wǎng)絡(luò)包括核心節(jié)點(diǎn)和邊緣節(jié)點(diǎn)。核心節(jié)點(diǎn)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(jìn)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(jiǎn)單性，調(diào)度處理速度很快，調(diào)度算法在獨(dú)立模塊中實(shí)現(xiàn)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(jié)點(diǎn)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(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(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(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(diào)度，從而減少丟包的概率。

　　1 控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　實(shí)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(méi)有REALEASE消息。核心節(jié)點(diǎn)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(shí)間和數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度估算出釋放資源的時(shí)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(gè)模塊可以獨(dú)立的工作，從而在各模塊之間實(shí)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(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(yīng)協(xié)議域信息，進(jìn)行相應(yīng)處理。如果不是BCP包，直接進(jìn)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(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)或丟棄。

　　路由和調(diào)度模塊負(fù)責(zé)實(shí)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(gè)轉(zhuǎn)發(fā)路由表和一個(gè)信道資源庫(kù)，轉(zhuǎn)發(fā)路由表保存本節(jié)點(diǎn)的路由表信息，用于路由查詢;信道資源庫(kù)記錄本節(jié)點(diǎn)各輸出端口的數(shù)據(jù)信道資源占用情況，并負(fù)責(zé)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(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　1.2.1 幀解析模塊

　　幀解析模塊負(fù)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(shí)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(gè)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(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，包括類型信息、包長(zhǎng)、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(jì)算及更新，對(duì)路由和調(diào)度模塊的控制等;4、對(duì)處理好的數(shù)據(jù)包，本地包上傳到本節(jié)點(diǎn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)入ReadIP狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)下讀取IP數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度，以及類型，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U(xiǎn)pdate狀態(tài);如果是BCP包，則進(jìn)入RouteSchedule狀態(tài)，啟動(dòng)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(jìn)入U(xiǎn)pdate狀態(tài);在Update狀態(tài)下，對(duì)TTL進(jìn)行更新，如果調(diào)度出來(lái)的波長(zhǎng)號(hào)發(fā)生改變，也要更新相應(yīng)信息。之后，就進(jìn)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(jìn)行下一幀的處理。