專利名稱：利用光電混合緩存結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的光分組存取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光分組交換中光信號(hào)的緩存技術(shù)，利用光電混合緩存結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)光分組的存取，解決目前光分組交換節(jié)點(diǎn)中光纖延遲線利用效率低下的問(wèn)題，屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖通信正逐漸成為現(xiàn)代通信傳輸特別是干線傳輸?shù)闹饕绞?，其發(fā)展的主要方向是從光電混合，向三網(wǎng)合一的全光網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。全光網(wǎng)的核心包括兩部分，一個(gè)是光的傳輸，另外一個(gè)是光的交換。近年來(lái)，無(wú)中繼超長(zhǎng)距離(數(shù)千公里)和超高速Tbit/s乃至10Tbit/s的光傳輸技術(shù)已見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。光纖傳輸系統(tǒng)的速率提高也帶來(lái)了一個(gè)新的問(wèn)題，如果在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處仍以電信號(hào)處理信息的速度進(jìn)行交換，就會(huì)受到所謂“電子瓶頸”的限制，節(jié)點(diǎn)將變得龐大而復(fù)雜，超高速傳輸所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益將被昂貴的光/電和電/光轉(zhuǎn)換費(fèi)用所抵消。此外，由于超大容量密集波分復(fù)用系統(tǒng)的發(fā)展，光傳輸鏈路的容量將被極大地發(fā)掘。因此未來(lái)全光網(wǎng)絡(luò)的容量將不會(huì)受限于傳輸鏈路，焦點(diǎn)將集中在全光網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)上。為了有效地利用網(wǎng)絡(luò)帶寬和容量，光交換技術(shù)亟需大力發(fā)展。
近年來(lái)光交換技術(shù)越來(lái)越多成為國(guó)內(nèi)外光通信領(lǐng)域新的研發(fā)熱點(diǎn)，現(xiàn)已開(kāi)展研究的光交換技術(shù)，按照交換粒度區(qū)分，光交換有三種方式光線路交換(OpticalCircuit Switching)、光分組交換(Optical Packet Switching，OPS)與光突發(fā)交換(Optical Burst Switching)。光線路交換的基本交換單元是一次呼叫，其主要缺陷是，在數(shù)據(jù)傳送之前必須為呼叫建立相應(yīng)的波長(zhǎng)路由通道，直到該呼叫完成才釋放。光突發(fā)交換的基本交換單元是一組突發(fā)數(shù)據(jù)，它通過(guò)預(yù)先發(fā)送控制信息，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)處，經(jīng)過(guò)光/電變換、處理、預(yù)約資源后，節(jié)點(diǎn)再傳送突發(fā)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以始終保持在光域內(nèi)，但是其控制信息需要占用額外的信道資源。光分組交換是一種更為理想的光交換技術(shù)，其基本交換粒度為高速傳輸?shù)墓夥纸M，光信息在網(wǎng)絡(luò)中被分成由具有固定長(zhǎng)度的光載荷加上承載路由信息的光信頭所構(gòu)成的光分組進(jìn)行傳輸。光分組交換要求節(jié)點(diǎn)的處理能力非常高。早先提出的全光交換，要求控制信號(hào)在光域處理。由于光邏輯器件到目前為止依然無(wú)法真正實(shí)用，因而是光電混合的辦法越來(lái)越多地為光分組交換技術(shù)所采用。
在OPS網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)多個(gè)光分組同時(shí)到達(dá)同一個(gè)輸出端口時(shí)就會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)。光緩存是一種解決競(jìng)爭(zhēng)的基本方法。由于在光域上沒(méi)有可用的隨機(jī)存取緩存(Random Access Memory，RAM)，因此不可能完全采用電域中的交換機(jī)制。光緩存的一種可選方案是用光纖延遲線(Fiber Delay Line)，其原理是利用光信號(hào)在光纖中的傳輸延時(shí)特性達(dá)到存儲(chǔ)光信號(hào)的目的。光纖延遲線是無(wú)源器件，具有簡(jiǎn)單穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。目前，已經(jīng)有多種形式的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)。David K.Hunter等人在Journal of Lightwave Technology，vol.16，no.10，pp.1725-1736，Oct.1998上發(fā)表的題為“SLOBA Switch with Large Optical Buffers for Packet Switching”的文章中，提及一種大容量的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)SLOB。為了獲得較好的丟包率，該結(jié)構(gòu)需要很深的緩存深度，所需的光纖延遲線數(shù)目，總長(zhǎng)都很大，使得光纖延遲線的利用率低下。R.Langenhorst等人在Journal of Lightwave Technology，vol.14，no.3，pp.324-335，Mar.1996上發(fā)表的題為“Fiber Loop Optical Buffer”的文章中提出了一種環(huán)狀光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)，光分組通過(guò)在光纖環(huán)內(nèi)環(huán)回傳輸實(shí)現(xiàn)緩存。雖然該結(jié)構(gòu)能節(jié)省光纖延遲線，但是每一個(gè)光纖環(huán)只能緩存一個(gè)光分組，所以光纖延遲線的利用率仍然不高。上述這些結(jié)構(gòu)中的缺陷是由光纖延遲線本身的延時(shí)特性決定的。光纖延遲線的長(zhǎng)度是固定的，無(wú)法實(shí)現(xiàn)隨機(jī)存取。如果節(jié)點(diǎn)完全采用光纖延遲線進(jìn)行緩存，為了較好處理網(wǎng)絡(luò)負(fù)載突然增強(qiáng)的情況，勢(shì)必要預(yù)留總長(zhǎng)度，總數(shù)目巨大的光纖延遲線作為備用，此外還需要配備大量的光電器件(如光開(kāi)關(guān)，電子控制器件)等，節(jié)點(diǎn)的體積將非常龐大，結(jié)構(gòu)將非常復(fù)雜。然而，在通常的一般強(qiáng)度的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載條件下，上述裝置的利用率是很低的。因此若完全采用光纖延遲線進(jìn)行緩存并非一個(gè)很實(shí)用的方案。相反，如果完全采用電緩存，那么光分組交換網(wǎng)又遭受到了“電子瓶頸”的制約，根本無(wú)法體現(xiàn)其高速，靈活的優(yōu)勢(shì)。因此，光纖延遲線緩存的結(jié)構(gòu)、配置、調(diào)度以及相應(yīng)的光分組存取機(jī)制需要進(jìn)行更為深入細(xì)致的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服目前光分組交換節(jié)點(diǎn)中光纖延遲線利用效率低下的問(wèn)題，提出一種利用光電混合緩存結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的光分組存取方法，不僅能夠顯著減少節(jié)點(diǎn)中光纖延遲線的總數(shù)和總長(zhǎng)度，而且能夠改善節(jié)點(diǎn)解決競(jìng)爭(zhēng)光分組沖突的能力，從而提高光纖延遲線的利用效率。
為實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明采用的光電混合緩存結(jié)構(gòu)由環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)和電緩存結(jié)構(gòu)兩部分組成。其中環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)由若干條固定長(zhǎng)度的光纖延遲線緩存單元串聯(lián)連接組成，用于循環(huán)光分組隊(duì)列存取。進(jìn)行緩存時(shí)，從光分組交換節(jié)點(diǎn)輸入端口到達(dá)的光分組首先選擇進(jìn)入環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)中以循環(huán)隊(duì)列的方式進(jìn)行存取，若循環(huán)光分組隊(duì)列滿或電緩存內(nèi)已有緩存的光分組信息，則根據(jù)到達(dá)光分組的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行可選的電緩存。進(jìn)行讀取時(shí)，環(huán)狀的光纖延遲線結(jié)構(gòu)內(nèi)的循環(huán)光分組隊(duì)列依次輸出光分組，電緩存內(nèi)緩存的光分組信息在循環(huán)光分組隊(duì)列只剩一個(gè)光分組時(shí)才開(kāi)始向環(huán)狀的光纖延遲線結(jié)構(gòu)中輸出，直至循環(huán)光分組隊(duì)列滿或電緩存內(nèi)不再有緩存的光分組信息才停止。如此，可以減少節(jié)點(diǎn)處光纖延遲線的總數(shù)目和總長(zhǎng)度，提高光纖延遲線的利用率。
本發(fā)明的方法具體包括如下步驟1、將若干個(gè)相同的光纖延遲線緩存單元串聯(lián)連接組成環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)，由環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)與電緩存結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成混合緩存結(jié)構(gòu)；其中，每個(gè)光纖延遲線緩存單元與交換節(jié)點(diǎn)相連，每個(gè)光纖延遲線緩存單元有輸入端口與電緩存的輸出端口相連。
2、進(jìn)行緩存時(shí)，當(dāng)循環(huán)光分組隊(duì)列未滿且尚未利用到電緩存時(shí)，競(jìng)爭(zhēng)的光分組進(jìn)入環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)，以循環(huán)光分組隊(duì)列的方式進(jìn)行緩存，并且成為循環(huán)光分組隊(duì)列的新隊(duì)尾；當(dāng)循環(huán)光分組隊(duì)列滿或已經(jīng)利用到電緩存時(shí)，競(jìng)爭(zhēng)的光分組根據(jù)其優(yōu)先級(jí)進(jìn)行可選的電緩存，若該競(jìng)爭(zhēng)光分組的優(yōu)先級(jí)低，則選擇丟棄，若該競(jìng)爭(zhēng)光分組的優(yōu)先級(jí)高，則選擇采用光電變換將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，以電緩存的方法進(jìn)行緩存。
3、讀取信號(hào)時(shí)，當(dāng)交換節(jié)點(diǎn)的輸出端口空閑時(shí)，若循環(huán)光分組隊(duì)列非空，則循環(huán)光分組隊(duì)列的隊(duì)頭在當(dāng)前最近可用的光纖延遲線緩存單元出隊(duì)列，離開(kāi)交換節(jié)點(diǎn)，排在原循環(huán)光分組隊(duì)列的隊(duì)頭之后的下一光分組成為循環(huán)光分組隊(duì)列的新隊(duì)頭。循環(huán)光分組隊(duì)列中的光分組按照這個(gè)過(guò)程依次輸出隊(duì)列。當(dāng)循環(huán)光分組隊(duì)列內(nèi)只剩下一個(gè)光分組Ce時(shí)，如果電緩存內(nèi)仍有緩存的光分組信息，則在τ′-t0時(shí)刻通過(guò)電光變換，按照先進(jìn)先出的方式從電緩存依次輸出光分組進(jìn)入環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)，其中，τ′為光分組Ce完全離開(kāi)交換節(jié)點(diǎn)的時(shí)刻，t0為光纖延遲線緩存單元在時(shí)域上的長(zhǎng)度。在這個(gè)電緩存的輸出過(guò)程中若循環(huán)光分組隊(duì)列再滿，則電緩存先暫停輸出其存儲(chǔ)的光分組信息，直至重新出現(xiàn)循環(huán)光分組隊(duì)列內(nèi)只剩下一個(gè)光分組的情形，才開(kāi)始輸出光分組進(jìn)入環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)；在這個(gè)電緩存的輸出過(guò)程中，若循環(huán)光分組隊(duì)列始終未滿，則電緩存無(wú)需暫停輸出其存儲(chǔ)的光分組信息。當(dāng)循環(huán)光分組隊(duì)列內(nèi)只剩下一個(gè)光分組且電緩存內(nèi)沒(méi)有緩存的光分組信息時(shí)，則最后一個(gè)光分組輸出，循環(huán)光分組隊(duì)列清空。
在本發(fā)明中，所謂的“進(jìn)入環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)”是指如果在τ時(shí)刻有光分組Cn準(zhǔn)備進(jìn)入環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)，而且在該時(shí)刻循環(huán)光分組隊(duì)列的隊(duì)尾光分組Ce的尾部位于光纖延遲線緩存單元De內(nèi)，則光分組Cn從光纖延遲線緩存單元De進(jìn)入環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)。此外，所謂的“循環(huán)光分組隊(duì)列滿”是指在τ時(shí)刻當(dāng)光分組Cn欲從光纖延遲線緩存單元De進(jìn)入環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)時(shí)，判斷在(τ，τ+V0]時(shí)間段內(nèi)，原循環(huán)光分組隊(duì)列中的隊(duì)頭光分組Ch是否會(huì)與光分組Cn在空間上發(fā)生重疊，若會(huì)發(fā)生重疊則認(rèn)為在τ時(shí)刻循環(huán)隊(duì)列滿，其中V0為光分組Cn在時(shí)域上的長(zhǎng)度。
本發(fā)明提出的環(huán)狀光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)中，每條光纖延遲線每次可以對(duì)多個(gè)光分組進(jìn)行時(shí)延，在相同光纖延遲線總數(shù)的情形下，本發(fā)明能提供更多緩存位置，因此能夠顯著減少節(jié)點(diǎn)處光纖延遲線的總數(shù)目和總長(zhǎng)度，提高光纖延遲線的利用率，簡(jiǎn)化光纖延遲線的緩存結(jié)構(gòu)。特別地，在重業(yè)務(wù)條件下，與傳統(tǒng)緩存結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的優(yōu)越性更加突出，能更加靈活地解決光分組沖突的問(wèn)題。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有助于光分組交換技術(shù)的實(shí)用化。


圖1為本發(fā)明的光電混合緩存結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的光纖延遲線緩存單元結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的電緩存結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
本發(fā)明利用光電混合緩存結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的光分組存取方法主要包括如下三個(gè)步驟1、建立光電混合緩存結(jié)構(gòu)本發(fā)明的光電混合緩存結(jié)構(gòu)如圖1所示，若干個(gè)相同的光纖延遲線緩存單元串聯(lián)連接組成環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)，環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)與電緩存結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成混合緩存結(jié)構(gòu)，其中，每個(gè)光纖延遲線緩存單元與交換節(jié)點(diǎn)相連，每個(gè)光纖延遲線緩存單元有輸入端口與電緩存的輸出端口相連。
圖2為本發(fā)明的光纖延遲線緩存單元的結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，將每根光纖延遲線視作一個(gè)緩存單元，設(shè)每根光纖延遲線在空域上的長(zhǎng)度為D，則在時(shí)域上的長(zhǎng)度為t0＝D/c，其中c是在光纖延遲線中的光速。對(duì)于任意一個(gè)單元(設(shè)共有M個(gè)單元)Dx(x＝0，1，2，...，M-1)，其輸入和輸出端口有三類。第一類為連接相鄰緩存單元的輸入端口Ix和輸出端口Ox；第二類為連接交換節(jié)點(diǎn)的輸入端口IxS和輸出端口OxS；第三類為連接電緩存輸出端口的輸入端口IxE。
光纖延遲線緩存單元的連接特征環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)是由若干個(gè)(設(shè)為M個(gè))相同的光纖延遲線緩存單元串聯(lián)連接組成的。對(duì)于任意單元Dx(x＝0，1，2，...，M-1)，為確定起見(jiàn)，對(duì)其相鄰的單元作如下定義●上一相鄰單元單元Dx在逆時(shí)針?lè)较蛏舷噜彽墓饫w延遲線緩存單元，記為Dx-。其中x-＝F(-1)(x)＝(M+x-1)modM；●下一相鄰單元單元Dx在順時(shí)針?lè)较蛏舷噜彽墓饫w延遲線緩存單元，記為Dx+。其中x+＝F(1)(x)＝(x+1)modM。
上式給出了算符F的運(yùn)算規(guī)則。
光纖延遲線緩存單元之間的連接特征是光纖延遲線緩存單元Dx的第一類端口的輸入端口Ix與上一相鄰單元Dx-的第一類端口的輸出端口Ox-相連接；第一類端口的輸出端口Ox與下一相鄰單元Dx-的第一類端口的輸入端口Ix+相連接。光纖延遲線緩存單元Dx的第二類端口的輸入端口IxS與交換節(jié)點(diǎn)的輸入端口相連接；第二類端口的輸出端口OxS與交換節(jié)點(diǎn)的輸出端口相連接。光纖延遲線緩存單元Dx的第三類端口的輸入端口IxE與電緩存的輸出端口相連接。
本發(fā)明的電緩存結(jié)構(gòu)如圖3所示，電緩存采用隨機(jī)存取緩存RAM實(shí)現(xiàn)。該結(jié)構(gòu)有1個(gè)帶有光—電轉(zhuǎn)換裝置輸入端口IE，與交換節(jié)點(diǎn)的輸入端口相連接。此外，該結(jié)構(gòu)有M個(gè)帶有電—光轉(zhuǎn)換裝置的輸出端口OxE(x＝0，1，2，...，M-1)，其中OxE與光纖延遲線緩存單元Dx的第三類端口的輸入端口IxE相連接。
2、光分組的緩存進(jìn)行緩存時(shí)，當(dāng)循環(huán)光分組隊(duì)列未滿且尚未利用到電緩存時(shí)，競(jìng)爭(zhēng)的光分組進(jìn)入環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)，以循環(huán)光分組隊(duì)列的方式進(jìn)行緩存，并且成為循環(huán)光分組隊(duì)列的新隊(duì)尾；當(dāng)循環(huán)光分組隊(duì)列滿或已經(jīng)利用到電緩存時(shí)，競(jìng)爭(zhēng)的光分組根據(jù)其優(yōu)先級(jí)進(jìn)行可選的電緩存，若該競(jìng)爭(zhēng)光分組的優(yōu)先級(jí)低，則選擇丟棄，若該競(jìng)爭(zhēng)光分組的優(yōu)先級(jí)高，則選擇采用光電變換將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，以電緩存的方法進(jìn)行緩存。
(1)光分組在環(huán)狀光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)中的狀態(tài)分類假設(shè)光分組在時(shí)域上的長(zhǎng)度為V0，在空域上的長(zhǎng)度為B0＝cV0。對(duì)于任意一個(gè)光分組Cn，如果它有任意一部分在某個(gè)光纖延遲線單元Dx(x＝0，1，...，M-1)內(nèi)，就認(rèn)為“Cn與Dx相交”，記為S(n，x)；反之，則認(rèn)為“Cn與Dx相離”，記為 更進(jìn)一步地考慮，可以將“Cn與Dx相交”的狀態(tài)S(n，x)細(xì)分為下述七種互斥的子狀態(tài)S(n，x；i)，其中i＝1，2，...，7是子狀態(tài)序數(shù)1)準(zhǔn)入狀態(tài)S(n，x；1)若光分組Cn在τ時(shí)刻經(jīng)由IxS或IxE進(jìn)入Dx，則認(rèn)為Cn在(τ，τ+V0]時(shí)間段內(nèi)處于準(zhǔn)入狀態(tài)S(n，x；1)。
2)段間進(jìn)入狀態(tài)S(n，x；2)若光分組Cn在τ時(shí)刻經(jīng)由Ix進(jìn)入Dx，則認(rèn)為Cn在(τ，τ+V0]時(shí)間段內(nèi)處于段間進(jìn)入狀態(tài)S(n，x；2)。
3)已入狀態(tài)S(n，x；3)若光分組Cn在τ時(shí)刻經(jīng)由IxS，IxE，Ix三者之一進(jìn)入Dx，則認(rèn)為Cn在(τ+V0，τ+t0-V0]時(shí)間段內(nèi)處于已入狀態(tài)S(n，x；3)。
4)段間預(yù)輸出狀態(tài)S(n，x；4)若光分組Cn在τ時(shí)刻經(jīng)由IxS，IxE，Ix三者之一進(jìn)入Dx，經(jīng)過(guò)Dx延時(shí)后將從Ox進(jìn)入到下一光纖延遲線緩存單元Dx+，則認(rèn)為Cn在(τ+t0-V0，τ+t0]時(shí)間段內(nèi)處于段間預(yù)輸出狀態(tài)S(n，x；4)。
5)段間輸出狀態(tài)S(n，x；5)若光分組Cn在τ時(shí)刻經(jīng)由IxS，IxE，Ix三者之一進(jìn)入Dx，經(jīng)過(guò)Dx延時(shí)后將從Ox進(jìn)入到下一光纖延遲線緩存單元Dx+，則認(rèn)為Cn在(τ+t0，τ+t0+V0]時(shí)間段內(nèi)處于段間輸出狀態(tài)S(n，x；5)。
6)預(yù)準(zhǔn)出狀態(tài)S(n，x；6)若光分組Cn在τ時(shí)刻經(jīng)由IxS，IxE，Ix三者之一進(jìn)入Dx，經(jīng)過(guò)Dx延時(shí)后將從OxS輸出到節(jié)點(diǎn)輸出端口，則認(rèn)為Cn在(τ+t0-V0，τ+t0]時(shí)間段內(nèi)處于預(yù)準(zhǔn)出狀態(tài)S(n，x；6)。
7)準(zhǔn)出狀態(tài)S(n，x；7)若光分組Cn在τ時(shí)刻經(jīng)由IxS，IxE，Ix三者之一進(jìn)入Dx，經(jīng)過(guò)Dx延時(shí)后將從OxS輸出到節(jié)點(diǎn)輸出端口，則認(rèn)為Cn在(τ+t0，τ+t0+V0]時(shí)間段內(nèi)處于準(zhǔn)出狀態(tài)S(n，x；7)。
根據(jù)上述定義，為了在分析中不至混淆，我們作如下約定●若Cn處于子狀態(tài)S(n，x；2)，那么也等價(jià)于Cn處于子狀態(tài)S(n，F(xiàn)(-1)(x)；5)。同理，若Cn處于子狀態(tài)S(n，x；5)，那么也等價(jià)于Cn處于子狀態(tài)S(n，F(xiàn)(1)(x)；2)。為了方便分析，在下面的討論中我們約定當(dāng)Cn處于兩個(gè)等價(jià)的子狀態(tài)時(shí)，以子狀態(tài)序數(shù)較小的那個(gè)表示。
●若Cn處于子狀態(tài)S(n，x；1)或S(n，x；2)，則稱Cn占用DF(-1)(x)；若Cn處于其他子狀態(tài)S(n，x；j)(j≠1，2)，則稱Cn占用Dx。
(2)循環(huán)光分組隊(duì)列的基本概念光分組在環(huán)狀光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)中是以循環(huán)隊(duì)列的方式緩存的，下面描述這個(gè)基本概念1)判斷光分組是否在循環(huán)光分組隊(duì)列的標(biāo)準(zhǔn)若任一個(gè)光分組Cn處于狀態(tài)S(n，x)，則認(rèn)為它已經(jīng)在循環(huán)光分組隊(duì)列中。反之，一個(gè)光分組Cn處于狀態(tài) 則認(rèn)為它不在循環(huán)光分組隊(duì)列中。
2)循環(huán)光分組隊(duì)列的入隊(duì)若任一個(gè)光分組Cn處于狀態(tài)S(n，x；1)，則認(rèn)為它正在入隊(duì)。
3)循環(huán)光分組隊(duì)列的出隊(duì)若任一個(gè)光分組Cn處于狀態(tài)S(n，x；7)，則認(rèn)為它正在出隊(duì)。
4)循環(huán)光分組隊(duì)列的隊(duì)頭循環(huán)隊(duì)列中最先入隊(duì)的光分組為循環(huán)隊(duì)列的隊(duì)頭，記為Ch。
5)循環(huán)光分組隊(duì)列的隊(duì)尾循環(huán)隊(duì)列中最后入隊(duì)的光分組為循環(huán)隊(duì)列的隊(duì)尾，記為Ce。
6)循環(huán)光分組隊(duì)列的隊(duì)空在環(huán)狀光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)中沒(méi)有光分組，則認(rèn)為循環(huán)隊(duì)列隊(duì)空。
7)循環(huán)光分組隊(duì)列的隊(duì)滿在τ時(shí)刻新到達(dá)一光分組Cn，在該時(shí)刻隊(duì)尾Ce占用光纖延遲線緩存單元De。Cn欲從De進(jìn)入環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)時(shí)，判斷在(τ，τ+V0]時(shí)間段內(nèi)，原循環(huán)光分組隊(duì)列中的隊(duì)頭光分組Ch是否會(huì)與光分組Cn在空間上發(fā)生重疊，若會(huì)發(fā)生重疊則認(rèn)為在τ時(shí)刻循環(huán)隊(duì)列滿。
(3)緩存方法描述設(shè)光分組Cn在τn時(shí)刻，由DnI的InIS或InIE端口進(jìn)入光纖延遲線，然后在τn′＝τn+Mnt0時(shí)刻經(jīng)Dno的OnoS端口輸出到節(jié)點(diǎn)輸出端口。Cn使用的延遲線數(shù)目為Mn(M+no-nI)modM+1，在光纖延遲線中的延時(shí)為Mnt0。因?yàn)镸n≤M，所以Mnt0≤Mt0，Cn在環(huán)狀光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)中經(jīng)過(guò)任一個(gè)緩存單元的次數(shù)最多為1。令Ωn定義為Cn所使用的光纖延遲線集合，則有Ωn＝{Dm|m＝F(i)(x)，i＝0，1，2，...，Mn-1}。
設(shè)新到達(dá)的光分組Cn在τn時(shí)刻進(jìn)入節(jié)點(diǎn)，準(zhǔn)備經(jīng)由節(jié)點(diǎn)輸出端口轉(zhuǎn)發(fā)至下一目的地，若節(jié)點(diǎn)輸出端口未被占用，則循環(huán)光分組隊(duì)列空，Cn直接從節(jié)點(diǎn)輸出端口出節(jié)點(diǎn)。若節(jié)點(diǎn)輸出端口被占用，則循環(huán)光分組隊(duì)列不空。設(shè)隊(duì)頭為Ch，隊(duì)尾為Ce，下面分情形討論1)如果電緩存尚未利用當(dāng)Ce狀態(tài)為S(e，x；1)或S(e，x；2)時(shí)，若Ch狀態(tài)為下述四個(gè)子狀態(tài)S(h，F(xiàn)(-2)(x)；2)，S(h，F(xiàn)(-2)(x)；3)，S(h，F(xiàn)(-2)(x)；6)，S(h，F(xiàn)(-2)(x)；7)其中之一時(shí)，循環(huán)光分組隊(duì)列未滿，Cn可以由Ix-S口進(jìn)入Dx-，其中x-＝F(-1)(x)。于是nI＝x-，no＝eo，Mn＝(M+no-nI)modM+1，Cn入隊(duì)并成為新隊(duì)尾。若Ch狀態(tài)為S(h，F(xiàn)(-2)(x)；4)或S(h，F(xiàn)(-1)(x)；2)時(shí)，循環(huán)光分組隊(duì)列滿。視分組Cn的優(yōu)先級(jí)采取相應(yīng)的措施，若優(yōu)先級(jí)低，則可以丟棄；若優(yōu)先級(jí)高，則經(jīng)光—電變換后由電緩存的輸入端口IE進(jìn)入電緩存進(jìn)行存儲(chǔ)。
當(dāng)Ce狀態(tài)為S(n，x；3)，S(n，x；4)，S(n，x；5)三個(gè)子狀態(tài)之一時(shí)，若Ch狀態(tài)為下述四個(gè)子狀態(tài)S(h，F(xiàn)(-1)(x)；2)，S(h，F(xiàn)(-1)(x)；3)，S(h，F(xiàn)(-1)(x)；6)，S(h，F(xiàn)(-1)(x)；7)其中之一時(shí)，循環(huán)光分組隊(duì)列未滿，Cn可以由IxS口進(jìn)入Dx。于是nI＝x，no＝eo，Mn＝(M+no-nI)modM+1，Cn入隊(duì)并成為新隊(duì)尾。若Ch狀態(tài)為S(h，F(xiàn)(-1)(x)；4)或S(h，x；2)時(shí)，循環(huán)光分組隊(duì)列滿。視分組Cn的優(yōu)先級(jí)采取相應(yīng)的措施，若優(yōu)先級(jí)低，則可以丟棄；若優(yōu)先級(jí)高，則經(jīng)光—電變換后由電緩存的輸入端口IE進(jìn)入電緩存進(jìn)行存儲(chǔ)。
Ce處于狀態(tài)S(n，x；6)或S(n，x；7)時(shí)，由于此時(shí)電緩存尚未使用，在該時(shí)刻出隊(duì)的光分組必定是隊(duì)頭。這種情形說(shuō)明Ce既是隊(duì)頭，又是隊(duì)尾，循環(huán)隊(duì)列中有且僅有光分組Ce。此時(shí)隊(duì)列未滿，Cn可以由IxS口進(jìn)入Dx。于是nI＝x，no＝x，Mn＝1，Cn入隊(duì)并成為新隊(duì)尾。
2)如果電緩存已被利用光分組Cn經(jīng)光—電變換后由電緩存的輸入端口IE進(jìn)入電緩存進(jìn)行存儲(chǔ)。
3、光分組的讀取讀取信號(hào)時(shí)，當(dāng)交換節(jié)點(diǎn)的輸出端口空閑時(shí)若循環(huán)光分組隊(duì)列非空，則循環(huán)光分組隊(duì)列的隊(duì)頭在當(dāng)前最近可用的光纖延遲線緩存單元出隊(duì)列，離開(kāi)交換節(jié)點(diǎn)，排在原循環(huán)光分組隊(duì)列的隊(duì)頭之后的下一光分組成為循環(huán)光分組隊(duì)列的新隊(duì)頭。循環(huán)光分組隊(duì)列中的光分組按照這個(gè)過(guò)程依次輸出隊(duì)列。當(dāng)循環(huán)光分組隊(duì)列內(nèi)只剩下一個(gè)光分組Ce時(shí)，如果電緩存內(nèi)仍有緩存的光分組信息，則在τ′-t0時(shí)刻通過(guò)電光變換，按照先進(jìn)先出的方式從電緩存依次輸出光分組進(jìn)入環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)，其中，τ′為光分組Ce完全離開(kāi)交換節(jié)點(diǎn)的時(shí)刻，t0為光纖延遲線緩存單元在時(shí)域上的長(zhǎng)度。在這個(gè)電緩存的輸出過(guò)程中若循環(huán)光分組隊(duì)列再滿，則電緩存先暫停輸出其存儲(chǔ)的光分組信息，直至重新出現(xiàn)循環(huán)光分組隊(duì)列內(nèi)只剩下一個(gè)光分組的情形，才開(kāi)始輸出光分組進(jìn)入環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)；在這個(gè)電緩存的輸出過(guò)程中，若循環(huán)光分組隊(duì)列始終未滿，則電緩存無(wú)需暫停輸出其存儲(chǔ)的光分組信息。當(dāng)循環(huán)光分組隊(duì)列內(nèi)只剩下一個(gè)光分組且電緩存內(nèi)沒(méi)有緩存的光分組信息時(shí)，則最后一個(gè)光分組輸出，循環(huán)光分組隊(duì)列清空。
下面對(duì)光分組的讀取方法進(jìn)行詳細(xì)描述(1)如果電緩存尚未利用當(dāng)交換節(jié)點(diǎn)的輸出端口空閑時(shí)，若循環(huán)光分組隊(duì)列非空，則循環(huán)光分組隊(duì)列的隊(duì)頭Ch在當(dāng)前其最近可用的光纖延遲線緩存單元Dho的第二類端口的輸出端口OhoS出隊(duì)列，經(jīng)由交換節(jié)點(diǎn)的輸出端口離開(kāi)交換節(jié)點(diǎn)，排在原循環(huán)光分組隊(duì)列的隊(duì)頭Ch之后的下一光分組成為循環(huán)光分組隊(duì)列的新隊(duì)頭。循環(huán)光分組隊(duì)列中的光分組按照這個(gè)過(guò)程依次輸出隊(duì)列。
(2)如果電緩存已被利用當(dāng)循環(huán)光分組隊(duì)列內(nèi)只剩下一個(gè)光分組——隊(duì)尾Ce時(shí)，電緩存才開(kāi)始輸出其緩存的光分組信息。設(shè)光分組Ce在τ時(shí)刻進(jìn)入其最后一個(gè)光纖延遲線緩存單元Deo，然后在τ′＝τ+t0+V0時(shí)刻完全離開(kāi)交換節(jié)點(diǎn)。在τ′-t0時(shí)刻，通過(guò)電—光變換，從電緩存依次輸出(先進(jìn)先出)光分組進(jìn)入環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)。
在這個(gè)電緩存的輸出過(guò)程中若循環(huán)光分組隊(duì)列再滿，則電緩存先暫停輸出其存儲(chǔ)的光分組信息，直至重新出現(xiàn)循環(huán)光分組隊(duì)列內(nèi)只剩下一個(gè)光分組的情形，才開(kāi)始輸出光分組進(jìn)入環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)；在這個(gè)電緩存的輸出過(guò)程中，若循環(huán)光分組隊(duì)列始終未滿，則電緩存無(wú)需暫停輸出其存儲(chǔ)的光分組信息。
采用本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)光分組存取具有以下優(yōu)點(diǎn)。
第一，傳統(tǒng)光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)中，每條光纖延遲線每次只能對(duì)一個(gè)光分組進(jìn)行時(shí)延，M根光纖延遲線最多只能提供M個(gè)緩存位置。而在本發(fā)明提出的環(huán)狀光纖延遲線結(jié)構(gòu)中，每條光纖延遲線每次可以對(duì)多個(gè)光分組進(jìn)行時(shí)延，M根光纖延遲線實(shí)際上可以提供更多緩存位置。理想情況下本結(jié)構(gòu)能提供M[t0/V0]([x]表示不超過(guò)x的最大整數(shù))個(gè)緩存位置，可取 作為保守估計(jì)值。一般情形下，t0是10～100μs量級(jí)，V0是1～10μs量級(jí)，t0～10V0。因此，在相同光纖延遲線總數(shù)的情形下，本發(fā)明提出的環(huán)狀光纖延遲線結(jié)構(gòu)能提供更多緩存位置。
第二，本發(fā)明提出的環(huán)狀光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)能夠大大減小光纖延遲線的總長(zhǎng)度。以典型的簡(jiǎn)并光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)為例，設(shè)其緩存深度為M，粒度為D，該結(jié)構(gòu)的光纖延遲線的總長(zhǎng)度為 而環(huán)狀光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)的總長(zhǎng)度僅為MD?？傞L(zhǎng)度的數(shù)量級(jí)從M2D變到MD，可以看出這種環(huán)狀光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)是可以顯著減小光纖延遲線總長(zhǎng)度的。
第三，在重業(yè)務(wù)條件下，本發(fā)明所提出環(huán)狀光纖延遲線結(jié)構(gòu)的性能要比傳統(tǒng)光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)越。在重業(yè)務(wù)條件下，由于光分組需要延時(shí)的可能性增大，光分組獲得長(zhǎng)延時(shí)的可能性也增大。仍以典型的簡(jiǎn)并光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)為例，若想此時(shí)漏包率不顯著上升，在每個(gè)緩存位置需要配置的光纖延遲線的長(zhǎng)度就要越長(zhǎng)。設(shè)其緩存深度為M，在極端情形下，每個(gè)光分組都要延時(shí)Mt0，則至少需要配置總長(zhǎng)為M2D的光纖延遲線，如果仍采用原結(jié)構(gòu)，漏包率將顯著上升。但是，在此極端情形下，由于本發(fā)明所提出環(huán)狀光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)是采取循環(huán)隊(duì)列的存取方式，仍然只要配置總長(zhǎng)為MD的光纖延遲線即可，而且不會(huì)使漏包率上升。因此，在重業(yè)務(wù)條件下，本發(fā)明的優(yōu)越性更加得以體現(xiàn)。
第四，傳統(tǒng)光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)中，競(jìng)爭(zhēng)的光分組經(jīng)過(guò)延時(shí)后，相互之間在時(shí)域上的間隔可能會(huì)大于基本時(shí)間粒度t0，這實(shí)際上增加了額外的端口負(fù)擔(dān)；而根據(jù)本發(fā)明所提出的存取方法可以發(fā)現(xiàn)，循環(huán)隊(duì)列內(nèi)每個(gè)光分組在時(shí)域上的間隔不會(huì)超過(guò)t0，這樣就避免了額外端口負(fù)擔(dān)的增加。
第五，與傳統(tǒng)的僅采用光纖延遲線緩存的結(jié)構(gòu)相比，采用本發(fā)明所提出的循環(huán)光分組隊(duì)列存取方法及相應(yīng)的混合緩存結(jié)構(gòu)能使光分組存取更加靈活，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)化。對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間(≥Mt0)的光分組延時(shí)，由于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)仍然采用光纖延遲線進(jìn)行緩存，需要配置更多、更長(zhǎng)的延時(shí)線，這樣既降低了光分組存取的靈活性和延時(shí)線的利用率，又使得節(jié)點(diǎn)處光纖延遲線緩存的體積過(guò)于龐大。而且長(zhǎng)時(shí)間的光纖延遲線延時(shí)使得透明光分組傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)無(wú)法體現(xiàn)，已經(jīng)和采用光—電變換進(jìn)行電緩存的效果相差不多了。據(jù)此，本發(fā)明提出了混合緩存的結(jié)構(gòu)，對(duì)于這種長(zhǎng)時(shí)間的光分組延時(shí)，按照其優(yōu)先級(jí)采用可選的電緩存。若需緩存的光分組優(yōu)先級(jí)較低，則丟棄；反之，則采用電緩存。這種混合緩存結(jié)構(gòu)能大大減小節(jié)點(diǎn)內(nèi)光纖延遲線總長(zhǎng)度和體積，從而簡(jiǎn)化了光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)。而且對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間的光分組延時(shí)，電緩存能提供比光纖延遲線更加靈活的存取，有利于改善節(jié)點(diǎn)此時(shí)解決光分組沖突的性能。
權(quán)利要求
1.一種利用光電混合緩存結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的光分組存取方法，其特征在于包括如下步驟1)將若干個(gè)相同的光纖延遲線緩存單元串聯(lián)連接組成環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)，由環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)與電緩存結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成混合緩存結(jié)構(gòu)；其中，每個(gè)光纖延遲線緩存單元與交換節(jié)點(diǎn)相連，每個(gè)光纖延遲線緩存單元有輸入端口與電緩存的輸出端口相連；2)進(jìn)行緩存時(shí)，當(dāng)循環(huán)光分組隊(duì)列未滿且尚未利用到電緩存時(shí)，競(jìng)爭(zhēng)的光分組進(jìn)入環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)，以循環(huán)光分組隊(duì)列的方式進(jìn)行緩存，并且成為循環(huán)光分組隊(duì)列的新隊(duì)尾；當(dāng)循環(huán)光分組隊(duì)列滿或已經(jīng)利用到電緩存時(shí)，競(jìng)爭(zhēng)的光分組根據(jù)其優(yōu)先級(jí)進(jìn)行可選的電緩存，若該競(jìng)爭(zhēng)光分組的優(yōu)先級(jí)低，則選擇丟棄，若該競(jìng)爭(zhēng)光分組的優(yōu)先級(jí)高，則選擇采用光電變換將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，以電緩存的方法進(jìn)行緩存；3)讀取信號(hào)時(shí)，當(dāng)交換節(jié)點(diǎn)的輸出端口空閑時(shí)，若循環(huán)光分組隊(duì)列非空，則循環(huán)光分組隊(duì)列的隊(duì)頭在當(dāng)前最近可用的光纖延遲線緩存單元出隊(duì)列，離開(kāi)交換節(jié)點(diǎn)，排在原循環(huán)光分組隊(duì)列的隊(duì)頭之后的下一光分組成為循環(huán)光分組隊(duì)列的新隊(duì)頭，循環(huán)光分組隊(duì)列中的光分組按照這個(gè)過(guò)程依次輸出隊(duì)列；當(dāng)循環(huán)光分組隊(duì)列內(nèi)只剩下一個(gè)光分組Ce時(shí)，如果電緩存內(nèi)仍有緩存的光分組信息，則在τ′-t0時(shí)刻通過(guò)電光變換，按照先進(jìn)先出的方式從電緩存依次輸出光分組進(jìn)入環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)，其中，τ′為光分組Ce完全離開(kāi)交換節(jié)點(diǎn)的時(shí)刻，t0為光纖延遲線緩存單元在時(shí)域上的長(zhǎng)度；在這個(gè)電緩存的輸出過(guò)程中若循環(huán)光分組隊(duì)列再滿，則電緩存先暫停輸出其存儲(chǔ)的光分組信息，直至重新出現(xiàn)循環(huán)光分組隊(duì)列內(nèi)只剩下一個(gè)光分組的情形，才開(kāi)始輸出光分組進(jìn)入環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)；在這個(gè)電緩存的輸出過(guò)程中，若循環(huán)光分組隊(duì)列始終未滿，則電緩存無(wú)需暫停輸出其存儲(chǔ)的光分組信息；當(dāng)循環(huán)光分組隊(duì)列內(nèi)只剩下一個(gè)光分組且電緩存內(nèi)沒(méi)有緩存的光分組信息時(shí)，則最后一個(gè)光分組輸出，循環(huán)光分組隊(duì)列清空。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的利用光電混合緩存結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的光分組存取方法，其特征在于在τ時(shí)刻有光分組Cn準(zhǔn)備進(jìn)入環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)時(shí)，若在該時(shí)刻循環(huán)光分組隊(duì)列的隊(duì)尾光分組Ce的尾部位于光纖延遲線緩存單元De內(nèi)，則光分組Cn從光纖延遲線緩存單元De進(jìn)入環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的利用光電混合緩存結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的光分組存取方法，其特征在于在τ時(shí)刻當(dāng)光分組Cn欲從光纖延遲線緩存單元De進(jìn)入環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)時(shí)，判斷在(τ，τ+V0]時(shí)間段內(nèi)，原循環(huán)光分組隊(duì)列中的隊(duì)頭光分組Ch是否會(huì)與光分組Cn在空間上發(fā)生重疊，若會(huì)發(fā)生重疊則認(rèn)為在τ時(shí)刻循環(huán)隊(duì)列滿，其中V0為光分組Cn在時(shí)域上的長(zhǎng)度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用光電混合緩存結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的光分組存取方法，由環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)和電緩存結(jié)構(gòu)組成光電混合緩存結(jié)構(gòu)。進(jìn)行緩存時(shí)，從光分組交換節(jié)點(diǎn)輸入端口到達(dá)的光分組先選擇進(jìn)入環(huán)狀的光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)以循環(huán)隊(duì)列的方式進(jìn)行存取，若循環(huán)光分組隊(duì)列滿或電緩存內(nèi)已有緩存的光分組信息，則根據(jù)到達(dá)光分組的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行可選的電緩存。進(jìn)行讀取時(shí)，環(huán)狀的光纖延遲線結(jié)構(gòu)內(nèi)的循環(huán)光分組隊(duì)列依次輸出光分組，電緩存內(nèi)緩存的光分組信息在循環(huán)光分組隊(duì)列只剩一個(gè)光分組時(shí)才開(kāi)始向環(huán)狀的光纖延遲線結(jié)構(gòu)中輸出，直至循環(huán)光分組隊(duì)列滿或電緩存內(nèi)不再有光分組信息才停止。本發(fā)明能減少節(jié)點(diǎn)處光纖延遲線的總數(shù)目和總長(zhǎng)度，提高光纖延遲線的利用率。
文檔編號(hào)H04L12/56GK1996799SQ20061011890
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月30日
發(fā)明者梁錚, 肖石林, 李同偉, 劉偉, 陳旭 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)