专利名称：一种分段式共享光分组交换网络缓存结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及光分组交换网络结构。
背景技术：
波分复用(Wavelength Division Multiplexing, WDM)技术给网络的设 计带来巨大改变。光分组交换(Optical Packet Switching, OPS)就是在光波 分复用的基础上引进光交换技术，实现数据高吞吐量、高速率传输的一种技 术。它既兼有波长路由对数据速率和格式透明的特点，又具有分组交换中粒 度灵活可调的优越性，并能有效地解决目前存在于通信网交换节点上的"电 子瓶颈"问题，被看作未来高速宽带数据网中最具希望的支撑技术之一。
通常情况下，光分组交换可分为同步(时隙)、异步(非时隙)两种方式。 同步方式要求所有分组长度相同，并要求进入交换节点的光分组之间同步， 其优点是出现竞争机会少，缺点是光同步实现困难。异步方式则不要求各分 组长度相同，不要求各分组之间同步，其优点是适应IP数据不确定长度的特 点，不需复杂的光同步而相对容易实现，缺点是竞争可能性变大，从而使吞 吐量下降，这也是异步光分组交换网络中的关键问题之一。
在异步光分组交换网络核心节点处，引起端口竞争有两种情况 一是两. 个或两个以上的光分组离开核心节点时，同时使用相同端口的相同信道；二 是一个光分组在离开核心节点时，它输出的端口信道正被其它光分组占用。 目前解决竞争一般有三种方法波长变换、空间上的偏移路由、时间上的光 纤延迟。波长变换主要是利用波长变换器，将发生冲突的光分组变换到相同 端口上其他空闲信道输出。此方法中采用的固定波长变换器效率不高，而可 变波长变换器价格昂贵，且不稳定。偏移路由是将发生冲突的光分组在其他 端口的信道上输出，这有可能使网络拥塞更加严重，因此对于整个网络而言， 偏移路由并不可取。光纤延迟是采用光纤延迟线(Fiber Delay Lines, FDLs) 作为延迟的手段，是一种最接近于电随机存储设备的技术，光纤延时线能提
供固定长度、有限数量的延迟，也是业界研究竞争解决方法中最常见的一种。 如图1为光纤延时在解决端口竞争问题上，作为输出端口缓存的一种应用， 研究表明该方法能很好的解决端口竞争。然而这种方法是通过使用大量长度 的光纤得到的，光纤利用率低，这势必会增加核心节点的成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有光分组交换网络缓存结构光纤 利用率低，成本高的缺点，本发明提出了一种新的光分组交换网络缓存结构， 该缓存结构采用光纤分段式共享机制，充分提高光纤延迟线的利用率，降低 核心节点成本的同时，很好的解决了光分组交换网络的端口竞争问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是设计一种光分组交换网络 核心节点中的分段式共享缓存结构，它由一系列光纤延时单元实现。光分组 交换矩阵输出端分别连接多个光纤延时单元组，每个光纤延时单元组由一系 列光纤延时单元级联组成，每个光纤延时单元都有两个输入端口，其中，光 纤延时单元组中最后一级光纤延时单元的两个输入端口直接接光分组交换矩 阵的输出端口，其余光纤延时单元的一个输入端口连接光分组交换矩阵的输 出端口，另一输入端连接下一级光纤延时单元的输出端口，依次直至级联该 组中所有光纤延时单元；连接在光分组交换矩阵的其他输出端口的光纤延时 单元组中的光纤延时单元均按上述原则级联。
在这种新结构的缓存结构中，每段光纤都有两个入口 一个连接到下一 级光纤延时单元出口，另一个直接连到交换矩阵出口，这样一来，下一级的 光纤延时单元就可以共享其上级的所有延时光纤。需要延时的光分组根据其 到达光分组交换矩阵出口的时间的不同，选择不同的光纤延时单元入口，每 个光分组的延迟时间取决于其经历的光纤延时单元的数目。
本发明提出的分段式共享缓存结构利用了光分组在经过光纤延迟矩阵 后，在输出端口处不会有时间上的重叠这一特点，充分实现了光纤延迟线的 共享，通过这种共享，光纤延迟矩阵中的光纤单元数目大大减少，并且能很 好的解决端口竞争问题，这种优势会随着核心节点端口规模的增大，表现得 更加明显，有利于核心节点的扩展。
图l采用光纤延迟线的输出端口缓存结构示意图
图2分段式共享缓存结构示意图
图3某一端口上的光纤单元组解决端口竞争时间关系示意图
具体实施例方式
下面针对附图和具体实施例对本发明的实施方式作具体描述。 为了避免光分组在交换矩阵端口处相冲突，采用分段式共享缓存结构， 从而使光分组到达输出端口时在时间上不相重叠，达到解决端口竞争的目的。 根据对光分组缓存前后的时间分析可知，光分组经过分段式共享缓存结构的 光纤延迟矩阵后，在输出端口上不会有重叠。本发明正是基于这一点提出如 图2所示的一种新的缓存结构——分段式共享缓存结构(Segmented Shared Buffer Architecture, SSB)。
如图2所示，分段式共享光分组交换网络缓存结构由光分组交换矩阵输 出端(1、 2……N)分别连接多个光纤延时单元组，每个光纤延时单元组由一 系列光纤延时单元(D\ 、 D、、……D、，其中i表示输出端口标号，i 二 1， 2，， N;下标表示光纤延时单元的级数)组成，每个光纤延时单元组中光 纤延时单元的延时均相等。每个光纤延时单元都有两个输入端口，光纤延时 单元组中的最后一级光纤延时单元DiB的两个输入端口直接接Nx (N+NB)光分
组交换矩阵的输出端口，其余光纤延时单元的一个输入端口连接光分组交换 矩阵的输出端口，另一输入端连接下一级光纤延时单元的输出端口，依次直 至级联到B个光纤延时单元。每个光纤延时单元组均按上述原则级联在光分 组交换矩阵的其他输出端口。光纤延时单元组的个数跟核心节点交换矩阵的 输出端口有关，核心节点输入、输出端口的数目可以根据需要进行扩展；每 组光纤延时线的级数主要跟所要达到的丢包率、平均延时和核心节点这一矛 盾关系来决定，要求的丢包率越低光纤延时线的级数就需要越多，平均延时也 就越大，核心节点的造价也会随之增加，反之亦然。
当一个新到光分组在核心节点发生冲突时，核心节点的光交换矩阵会将 发生冲突的光分组调度到对应的光纤延时矩阵入口 ，并根据对应端口的光纤
延时矩阵中前一个光分组的尾部所处的时刻，选择不同的延时光纤入口，例 如，光分组被调度到光纤延时矩阵入口时，光纤延时矩阵中前一个光分组尾
部所处的时刻在D、，和D^之间，因为光纤延时线只能提供固定长度的延时， 所以新到的光分组会从延时时间为D^的光纤进入光纤延时矩阵。
在这种缓存结构中，每段光纤都有两个入口 一个连接到下一级的光纤
延时单元出口，另一个直接连到交换矩阵出口，这样一来，下一级的延时光 纤就可以共享其上级的所有延时光纤，通过这种共享，光纤延迟矩阵中的光 纤单元数目得以大大减少。
如图3所示为分段式共享缓存结构某一端口上的光纤延时单元组解决端 口竞争时间关系示意图。光分组P2到达核心节点时，它所在的端口信道正被 光分组Pi占用。P2根据Pi尾部所处的时刻，选择光纤延时入口 D2 (这里用光 纤延时线的延时时间D2表示光纤延时线的入口)，该光分组再经过仏、D。两级 延时光纤，输出端口输出光分组数据P。，同理P3， P4同样选择不同的光纤延时 矩阵入口。在不同级数的光纤延时线中，光分组经历的光纤长度不同，因此 经历的时间不同，所以经过光纤延时矩阵，光分组不会在时间上相互重叠。 这也就解决了竞争的问题。
每个光分组的延迟时间的大小取决于其经历的光纤延时单元的数目的不 同。最小到最大的延迟时间依次是D、 ， D、+D、 ， D^+DVK^ ， DS+DVH^+D^…，D、+D、+…+DiB ，其中，i表示输出端口， i = 1， 2，…，N。 如果所有延时单元都相等且设为D，则最小到最大的延迟时间依次是D， 2D， 3D…，B*D。
通过这种共享，光纤延迟矩阵中的光纤单元数目大大减少。例如，在现 有输出端口缓存结构中，若延迟深度为DB时，如图1所示，需要光纤数目为 B水(B+l)/2个光纤单元；而在新的缓存结构中只需要B个。当B = 16，输出端 口缓存结构和共享缓存结构的光纤单元数分别为136和16个。
由此可见，采用本发明的分段式共享光分组交换网络缓存结构能够使光 分组到达输出端口时在时间上不相重叠，达到解决端口竞争的目的，并且极 大地提高了光纤利用率，可广泛应用于各种光交换网络中。
权利要求
1、一种分段式共享光分组交换网络缓存结构，由光分组交换矩阵及一系列光纤延时单元组成，其特征在于，光分组交换矩阵输出端分别连接多个光纤延时单元组，每个光纤延时单元组由一系列延时相等的光纤延时单元依次级联组成，光纤延时单元组中的最后一级光纤延时单元的两个输入端口连接光分组交换矩阵的输出端口，其余光纤延时单元的一个输入端口连接光分组交换矩阵的输出端口，另一输入端连接下一级光纤延时单元的输出端口。
2、 根据权利要求1所述的缓存结构，其特征在于，光纤延时单元组个 数由核心节点输出端口决定；光纤延时单元级数由丢包率，分组平均延时和 核心节点确定。
3、 根据权利要求1所述的缓存结构，其特征在于，下一级的光纤延时 单元共享其上级的所有延时光纤。
4、 根据权利要求1所述的缓存结构，其特征在于，光分组根据其到达 光分组交换矩阵输出端口时间的不同，选择不同的光纤延时单元入口 。
5、 根据权利要求4所述的缓存结构，其特征在于，每个光分组的延迟 时间取决于其经历的光纤延时单元的级数。
全文摘要
本发明请求保护一种分段式共享光分组交换网络缓存结构，涉及光通信技术领域。本发明针对现有光分组交换网络缓存结构光纤利用率低，成本高的特点，提出了一种新的光分组交换网络缓存结构，该缓存结构采用光纤分段式共享机制，由多个延时相等的光纤延时单元组成，除最后一级延时光纤直接接光分组交换矩阵外，其它每级光纤延时单元的两个入口分别连接到下一级延时光纤的出口和直接连接光分组交换矩阵出口，需要延时的光分组数据包根据其到达光分组交换矩阵出口的时间的不同，选择不同的延时光纤入口。该结构充分提高光纤延迟线的利用率、降低核心节点成本的同时，很好的解决了光分组交换网络的端口竞争问题。
文档编号H04Q11/00GK101106523SQ20071009253
公开日2008年1月16日 申请日期2007年8月3日 优先权日2007年8月3日
发明者吕科苇, 常交法, 杰 张, 张普钊, 段振英, 王汝言, 芳 郭, 陈前斌, 隆克平, 胜 黄 申请人:重庆邮电大学