OBS核心节点控制系统的实现

引言

　　光突发交换(Optical Burst Switching，OBS)网络是基于现有的技术条件，结合光线路交换和光分组交换的优点，有效实现IP over WDM的解决方案。OBS网络包括核心节点和边缘节点。核心节点的主要功能是根据突发控制包(BCP：Burst Contro1 Packet)提供的信息进行路由和信道资源调度、设置光交换矩阵，为突发数据包BDP (Burst Data Packet)预留全光通道。

　　考虑到JIT协议调度算法的简单性，调度处理速度很快，调度算法在独立模块中实现并没有必要，反而会由于模块的增加带来额外的延时，而需要消耗更多的处理时间。本文提出了一种面向JIT协议的核心节点控制器的结构，将网络层路由功能和OBS层信道调度功能整合到同一个模块中处理，一方面，模块的整合可以缩短BCP的处理时间;另一方面，该结构中，转发是在调度之后再执行，使得路由选择可以在最优的输出端口没有可用信道的情况下，选择其它可行的输出端口，再进行信道的调度，从而减少丢包的概率。

　　1 控制器的设计与实现

　　实现中选用了显式建立、估算拆除的JIT(Just—In—Time)信令协议，该协议只有SETUP消息，没有REALEASE消息。核心节点收到并完成SETUP消息的处理后，立即为其预留资源，并根据SETUP消息中包含的偏置时间和数据包长度估算出释放资源的时间。

　　1.1 系统组成

　　图l为OBS核心控制器系统框图，分为接收模块、帧解析模块、交叉矩阵、发送模块、路由和调度模块。在各功能模块之间都设置了缓存结构，使得各个模块可以独立的工作，从而在各模块之间实现流水线式的工作方式。各模块的主要功能如下：

　　接收模块接收控制信道上的数据，恢复成以太帧后，写入到接收缓存中。

　　帧解析模块从接收缓存中读取以太帧，解析出相应协议域信息，进行相应处理。如果不是BCP包，直接进行转发操作;如果是BCP包，把调度相关信息发送给路由和调度模块，并根据路由和调度模块返回的消息进行转发或丢弃。

　　路由和调度模块负责实现网络层的路由选择功能和OBS层的信道调度功能，其中包含一个转发路由表和一个信道资源库，转发路由表保存本节点的路由表信息，用于路由查询;信道资源库记录本节点各输出端口的数据信道资源占用情况，并负责控制光开关矩阵。

　　交叉矩阵将输入缓存中的分组交换到输出缓存中。发送模块更新BCP包的偏置时间，再将其组成以太帧发送到控制信道上。

　　1.2 主要模块的设计与实现

　　1.2.1 帧解析模块

　　帧解析模块负责解析帧的类型及帧的内容，并作部分网络层协议及OBS层协议的处理，同时控制路由和调度模块的工作。其主要工作可分为如下几个部分：l、从接收缓存中读取收到的数据包，并记录接收到的时间，用于更新BCP包的偏置时间;2、网络层协议的处理，包括类型信息、包长、目的网络地址的获取及TTL的更新等;3、OBS层协议的处理，包括偏置时问的计算及更新，对路由和调度模块的控制等;4、对处理好的数据包，本地包上传到本节点的网管模块，需要继续转发的，则发送到输出缓存中。

　　帧解析模块的状态转移图如图2所示。上电后首先进入Idle状态，在Idle状态下检查接收缓存是否有新的数据包，有的话则进入ReadMAC状态，读取MAC头信息，判断MAC帧类型，非IP数据包则将其丢弃，否则进入ReadIP状态，这个状态下读取IP数据包的长度，以及类型，TTL等信息，如果是不是BCP包，进入Route状态，进行路由选择，如果是本地包，则上传到网管模块中，否则进入Update状态;如果是BCP包，则进入RouteSchedule状态，启动路由和调度模块的工作。如果调度不成功，则要将该BCP包丢弃，如果成功，也进入Update状态;在Update状态下，对TTL进行更新，如果调度出来的波长号发生改变，也要更新相应信息。之后，就进入Forward状态，将已更新好的数据包发送到输出缓存中，进行下一帧的处理。