OBS核心控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計與硬件化實現(xiàn)

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RouteSchedule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?？刂茊卧筛鶕?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)
本文提出了一種將路由選擇和信道調(diào)度整合在一個模塊中處理的OBS核心節(jié)點控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并在FPGA平臺上驗證了本設(shè)計的可行性和有效性。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。