專利名稱：多級環(huán)狀光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光分組交換中光信號的緩存技術(shù)，利用多級環(huán)狀光纖延遲線 緩存結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)光分組的存取，解決目前光分組交換節(jié)點中光纖延遲線利用效 率低下的問題，屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖通信巳逐漸成為現(xiàn)代通信傳輸特別是干線傳輸?shù)闹饕绞?，并正在向?光網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展。全光網(wǎng)的核心技術(shù)主要包括兩部分， 一個是光的傳輸，另 外一個是光的交換。超高速傳輸和超大容量密集波分復(fù)用技術(shù)極大地提高了光 鏈路的傳輸容量，光交換技術(shù)則亟需進一步突破。現(xiàn)已開展研究的光交換技術(shù), 按照交換粒度區(qū)分主要有三種方式光線路交換(Optical Circuit Switching)、光分 組交換(Optical Packet Switching, OPS)與光突發(fā)交換(Optical Burst Switching)。 其中光分組交換(OPS: Optical Packet Switching)因其交換粒度小、調(diào)度靈活等優(yōu) 點被普遍認為是光交換技術(shù)的發(fā)展方向。在OPS網(wǎng)絡(luò)中，光信息被分成由具有 固定長度的光載荷加上承載路由信息的光信頭所構(gòu)成的光分組進行傳輸。當(dāng)同 一波長信道的多個光分組同時到達同一個輸出端口時就會產(chǎn)生競爭，通常需要 緩存來解決[1,2]。目前在光域的存儲技術(shù)有磁光存儲技術(shù)、相變光存儲技術(shù)、 曝光型光存儲技術(shù)和光譜燒孔光存儲技術(shù)等。但是這些方案并不是真正意義上 的全光存儲，因為它們是通過將光信號轉(zhuǎn)化為其它形式的能量或狀態(tài)實現(xiàn)存儲 目的。此外，雖然這些技術(shù)能實現(xiàn)大容量的存儲，但是存取時間很長，對數(shù)據(jù) 格式和速率都不透明，不能用于OPS節(jié)點的緩存。理想的光緩存應(yīng)該具備一個 最重要的特性能夠迅速配置緩存系統(tǒng)以提供合適的延時。通常來說，OPS節(jié) 點要在ns尺度上對交換矩陣進行通路的搭建、拆除，以及緩存時間的切換；系
3統(tǒng)應(yīng)當(dāng)配置足夠的緩存位置和最大的緩存時延來減少丟包率；實際應(yīng)用中還必 須保證對光分組的速率、數(shù)據(jù)格式、波長、偏振態(tài)保持透明傳輸。綜合這些方 面考慮，現(xiàn)階段比較現(xiàn)實的方案還是采用光纖延遲線(FDL)作為全光緩存，利用 光信號在光纖中的傳輸延時特性達到存儲光信號的目的。
對于確定長度的單根FDL，其所能提供的延遲時間是固定的。要實現(xiàn)不同時 間的延時，必須通過一組FDL和光開關(guān)來控制實現(xiàn)。FDL緩存單元大致可以分 為[3]:環(huán)(Loop/Recirculating)型，前向(Feed-Forward)型，折疊(Folded-Path)型。
環(huán)型緩存的原理非常簡單[4](如圖1所示)，競爭光分組通過在FDL環(huán)內(nèi)的多 次環(huán)回來實現(xiàn)緩存，如果FDL環(huán)長為D，那么可以獲得的緩存時間即為D/c(稱 為緩存粒度或最小緩存單位)的整數(shù)倍，其中c是光纖中的光速。這種緩存的優(yōu) 點是結(jié)構(gòu)緊湊簡單，能實現(xiàn)長時間的緩存。缺點是一、FDL環(huán)的長度限制 了光分組的最大長度。如果為了緩存長分組而增加FDL環(huán)的長度，則會增加緩 存粒度，由于緩存時間只能是緩存粒度的整數(shù)倍，因此這樣會降低FDL環(huán)的存 取靈活性。二、由于放大的自發(fā)輻射(ASE)噪聲的影響，會顯著降低可以環(huán)回的 總次數(shù)。雖然通過在環(huán)內(nèi)引入信號恢復(fù)/再生裝置能增加可環(huán)回的次數(shù)[5]，但是
增加了操作的復(fù)雜度。
前向型緩存[6-8](如圖2所示)和折疊型緩存[9-11](如圖3所示)雖然對 緩存光分組的長度沒有限制，但顯而易見的是這兩種結(jié)構(gòu)都沒有環(huán)型結(jié)構(gòu)緊湊， 若要提供長時間的緩存必然會極大地增加FDL的總長度，導(dǎo)致器件體積膨脹。 折疊型的工作原理是將一系列等長的FDL(0.5D)串接起來，如果需要緩存的時 間為t,則第「"/i^個ON-OFF型反射器件設(shè)置為反射狀態(tài)(ON)而其余皆設(shè)為
吸收狀態(tài)(OFF)即可(其中「x"]代表不小于jc的最小整數(shù))。除了使用高速ON-OFF
型反射器件，也有人使用FBG(Fiber Brag grating)器件來實現(xiàn)折疊型光緩存[10， ll]。
為了獲得足夠小的節(jié)點丟包率，OPS交換節(jié)點處必須配置大容量的光緩存。 通常來說大容量光緩存常常由上面提到的光緩存基本單元組成。在文[12]中給出了一種利用前向型緩存單元構(gòu)建的大容量緩存，而在文[9]中給出了一種利用折 疊型緩存單元構(gòu)建的大容量緩存。這兩種大容量光緩存的優(yōu)點是對光分組的長 度沒有限制，缺點是結(jié)構(gòu)不夠緊湊。為了獲得較低的丟包率，這些結(jié)構(gòu)需要很 深的緩存深度，所需的FDL數(shù)目、總長都很大，使得FDL的利用率低下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服目前光分組交換節(jié)點中FDL利用效率低下的問題，提 出一種多級環(huán)狀FDL緩存結(jié)構(gòu)。采用多級結(jié)構(gòu)不僅能提供較小的緩存粒度，實 現(xiàn)存取的靈活性，而且也能夠?qū)崿F(xiàn)顯著減少節(jié)點中FDL的總長度。因此能夠改 善節(jié)點解決競爭光分組沖突的能力，從而提高FDL的利用效率。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在多級環(huán)狀FDL緩存結(jié)構(gòu)中 (不妨設(shè)共有K級，如圖4所示)，每級緩存結(jié)構(gòu)里面分別由M個緩存單元首 尾相接連成環(huán)狀(如圖5所示)，每個單元里面都包含一段FDL用于實現(xiàn)緩存(如 圖6所示)。設(shè)第1級環(huán)狀緩存結(jié)構(gòu)的緩存粒度為D，第2級環(huán)狀緩存結(jié)構(gòu)的緩 存粒度為(M+1)"D，依此類推，下一級緩存結(jié)構(gòu)的緩存粒度是上一級的(M+1)—1 倍，因此第K級環(huán)狀緩存結(jié)構(gòu)的緩存粒度為(M+1"K力D。這個K級環(huán)狀緩存結(jié) 構(gòu)所能實現(xiàn)的緩存時延H可以表示為<formula>formula see original document page 5</formula>
其中&1，&2，...^&是區(qū)間
之內(nèi)的整數(shù)，而(a一2…aK)鵬代表一個M+l進制數(shù)。
由上式可見緩存時延H的緩存粒度為(M+1)—"D，而所能實現(xiàn)的最大值為-(M+1)-')D。
為了說明多級緩存結(jié)構(gòu)的工作模式，首先說明單級緩存結(jié)構(gòu)的工作模式。 下面以第1級緩存結(jié)構(gòu)為例進行說明，設(shè)長度為Bn的競爭光分組Cn到達Input 端口后，環(huán)狀緩存結(jié)構(gòu)為其提供了 Hn的緩存時間。如果競爭光分組<: +1在cn到達Input 口后相隔Tn+1時間到達，其需要的緩存時間Hn+1則可以表示為(參閱 [13]):
H .,=D
(2) /D
其中[x]+代表max(x，O)，而「x"]代表不小于x的最小的整數(shù)。對于K級結(jié)構(gòu)的情 形，由于其最小緩存粒度為(M+l)-(K-"D ，只需將公式(2)中的D改成 (M+l)—(K一"D，艮卩
Hn+1=[(M+1)—(K—。D].「[Hn+Bn-Tw]7[(M+l)—(K-"D]] (3) 公式(3)給出了緩存時間Hn和H^之間的遞推關(guān)系。
如公式(l)所示，緩存時間可以表示成一個M+1進制數(shù)(a^…a。脂與最小
緩存粒度(M+1)-(K-"D的乘積。因此多級緩存系統(tǒng)只需根據(jù)M+l進制數(shù) (a,a2…aK)謝進行響應(yīng)和控制。在(a!a2…aK)謝中，ai,a2,...,aK分別代表第1級，
第2，...，第K級緩存所需要分配的緩存單元數(shù)(第i級緩存的分配只需依據(jù) a,即可)，因此各級緩存結(jié)構(gòu)的控制是相對獨立的，可以并行地進行響應(yīng)和控制。 本發(fā)明的有益效果是第一、多級緩存結(jié)構(gòu)能同時實現(xiàn)精細緩存粒度和超長 時間緩存。這是因為第一級結(jié)構(gòu)的緩存粒度很大而且總長很長，使得長時間 緩存成為可能；最后一級結(jié)構(gòu)的緩存粒度很小，使得靈活存取成為可能。第二、 各級緩存結(jié)構(gòu)之間的操作是相互獨立的，能夠并行地進行緩存單元的分配調(diào)度， 減小了控制的規(guī)模和復(fù)雜度。第三、雖然各級緩存的緩存粒度不同，但是其結(jié) 構(gòu)都是一樣的，因此可以調(diào)用相同的控制算法來進行緩存單元的分配，降低了 控制程序設(shè)計的難度。第四、升級擴容方便。如果希望增加緩存的總?cè)萘浚瑒t 在第l級緩存之前增加一級緩存即可；如果希望改進緩存的最小粒度，則在最 后一級緩存之后增加一級緩存即可。由于新增的單級緩存結(jié)構(gòu)與原來的單級緩 存結(jié)構(gòu)都是一致的，只需改變單級緩存結(jié)構(gòu)中的緩存粒度即可，無需修改其控 制算法和程序，因此升級擴容非常方便。
6參考文獻 Mahony M J, Simeonidou D， Hunter D K， & a/" The application of optical packet switching in future communication networks. 7E5"五Co附淤w". Afeg.， 2001, 39 (3): 128-135 Chlamtac I， Fumagalli A， Kazovsky L G, a a/.， CORD: Contention resolution by delay lines.
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圖1為環(huán)型光纖延遲線緩存。
圖2為前向型光纖延遲線緩存。
圖3為折疊型光纖延遲線緩存。
圖4為本發(fā)明的多級環(huán)狀光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5為本發(fā)明的單級環(huán)狀光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6為本發(fā)明的緩存單元結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
在圖4中，第1級，第2級，...，第K級緩存結(jié)構(gòu)是依次串聯(lián)在一起的， 各級緩存結(jié)構(gòu)根據(jù)&1,32，...,^分別進行緩存單元的分配和調(diào)度。
在圖5中顯示了單級緩存結(jié)構(gòu)的組成。各個單級緩存結(jié)構(gòu)的調(diào)度算法都是 相同的，具體操作以第l級進行說明。光分組從Input端口進入緩存結(jié)構(gòu)后，緩 存結(jié)構(gòu)根據(jù)^控制光開關(guān)矩陣進行切換。如果^=0，則光分組直接切換到
Output端口輸出；如果 >0，則光分組切換到；—,端口，按順時針方向依次經(jīng) 過a,個緩存單元U。,U^.,U^,后，經(jīng)由0二—,端口從Output端口輸出。
在圖6中顯示了緩存單元的組成。由Input端口進入的光分組可從I〖端口進 入緩存單元；來自上一個緩存單元輸出端口的光分組可從I〖端口進入緩存單元。 經(jīng)過FDL緩存后，如果緩存時間己經(jīng)足夠，則光開關(guān)切換到O:，光分組輸出到 Output端口；如果緩存時間還未足夠，則光開關(guān)切換到O 光分組繼續(xù)進入下 一緩存單元進行緩存。
8
權(quán)利要求
1.一種多級環(huán)狀光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)，由多個單級環(huán)狀光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)串聯(lián)組成，其特征是各單級環(huán)狀光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)所包含的緩存單元數(shù)相同；各單級環(huán)狀光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)的緩存粒度成等比數(shù)列，而且公比時等于單級緩存結(jié)構(gòu)所包含的緩存單元數(shù)加1的和的倒數(shù)；各單級環(huán)狀光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)的緩存單元分配調(diào)度算法相同，可以并行控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單級緩存結(jié)構(gòu)，其特征是各個緩存單元首尾相 連形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，而且各緩存單元所包含的光纖延遲線長度相等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多級環(huán)狀光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)，由多個擁有相同緩存單元數(shù)目，緩存粒度成等比數(shù)列(公比為單級緩存結(jié)構(gòu)所包含的緩存單元數(shù)加1的和的倒數(shù))的單級環(huán)狀光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)串聯(lián)組成，而且各個單級環(huán)狀光纖延遲線緩存結(jié)構(gòu)的緩存單元分配調(diào)度算法相同。本發(fā)明能同時實現(xiàn)精細緩存粒度和超長時間緩存；各單級緩存結(jié)構(gòu)之間的操作是相互獨立的，能夠并行地進行緩存單元的分配調(diào)度，減小了控制的規(guī)模和復(fù)雜度，降低了控制程序設(shè)計的難度；升級擴容簡單方便。
文檔編號G02B6/28GK101672952SQ20081004287
公開日2010年3月17日 申請日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者趙芳芳 申請人:趙芳芳