專利名稱:光封包交換網(wǎng)路的媒介存取控制裝置與方法以及此網(wǎng)路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明是關(guān)于 一 種光封包交換網(wǎng)路(Optical Packet-Switched Network)的媒介存取控制(Medium Access Control, MAC)裝置與方法以及 此網(wǎng)路。
背景技術(shù):
都會網(wǎng)路(Metro Network)主要以同步光纖網(wǎng)路(Synchronous Optical Network , SONET)或同步數(shù)字體系(Synchronous Digital Hierarchy, SDH)的環(huán)狀網(wǎng)路為主。環(huán)狀網(wǎng)路具備網(wǎng)路架構(gòu)簡單、塞取多 工器(Add-Drop Multiplexer , ADM)易于實現(xiàn)、以及高速錯誤保護 (High-Speed Protection Switching)的能力可以滿足高存活性需求等, 所以向來是都會網(wǎng)路的主要網(wǎng)路架構(gòu)。SONET/SDH網(wǎng)路本質(zhì)上是以線路交 換為基礎(chǔ)(Circuit Switched Based)的網(wǎng)路,對于固定比特率(Constant Bit Rate, CBR)的應用,例如語音服務(wù)(Voice Service),會有相當?shù)膬?yōu) 勢。然而對于以動態(tài)比特率(Variable Bit Rate, VBR)的應用,例如數(shù)據(jù) 服務(wù)(Data Service),可能會浪費網(wǎng)路資源。
在White, M. Rogge, K. Shrikhande, and L. Kazovsky等人于2003 年發(fā)表的文獻"A Summary of the HORNET Project: A Next-Generation Metropolitan Area Network"中,揭露了一種混合式光電環(huán)狀網(wǎng)路(Hybrid Optoelectronic Ring Network, HORNET) 。H0RNET采用光封包交換(Optical Packet Switching , OPS) 的分波多工 (Wavelength-Division Multiplexing, WDM)雙向時槽環(huán)狀網(wǎng)路架構(gòu),將網(wǎng)路節(jié)點進行分組,同組 節(jié)點共享一個光波長,稱為此組節(jié)點的家用通道(Home Channel)。每一網(wǎng) 路節(jié)點都各有一個可快速調(diào)變波長的發(fā)送器(Tunable Transmitter)和一個固定波長,即家用通道的接收器(Fixed Receiver),如圖1所示的HORNET的拓璞的一個范例示意圖。
圖1的范例中,例如節(jié)點l與節(jié)點4共享紫色波長Ap,節(jié)點2與節(jié)點5共享綠色波長人g,節(jié)點3與節(jié)點6共享紅色波長入r。此HORNET的網(wǎng)路
架構(gòu)下,其媒介存取控制技術(shù)是過獨立的控制通道來進行溝通協(xié)調(diào),稱為仝、酉己式隊列乂又向環(huán)(Distributed Queue Bidirectional Ring, DQBR) 。 DQBR
使得都會環(huán)狀網(wǎng)路有了可接受的網(wǎng)路高使用率以及公平性,解決了環(huán)狀網(wǎng)路的規(guī)模成長的限制。
在HORNET的網(wǎng)路架構(gòu)下,以靜態(tài)光波長分配方式,固定地分配給每一節(jié)點對應的家用通道(光波長)來接收封包。
美國專利6, 925, 259揭露一種封包交換環(huán)型網(wǎng)路(Packet SwitchedRing Network)的媒介存取控制協(xié)議(MAC Protocol for OpticalPacket-Switched Network)技術(shù)。圖2的范例中,此MAC技術(shù)通過通道堆棧(Wavelength Stacking)的安排方式,將多個通道(MultipleWavelengths),例如波長l、波長2、波長3,上的多個封包堆棧,形成一個復合式的封包(Composite Packet)。通過堆棧安排與一種允許控制配額限制(Admission Control with Credit-Based)的方法來傳送數(shù)據(jù)封包,此MAC技術(shù)可以一次傳送多個封包(Multi-Packet Transmission)。每一
節(jié)點預先向一中央允許控制節(jié)點要求傳送配額,當此要求通過時,此節(jié)點可以在每一時間格的周期(Per Frame Period)內(nèi)傳送此配額數(shù)量的封包。近年來,數(shù)據(jù)服務(wù)的訊務(wù)量(Flow Size)己超過語音服務(wù)且差異持續(xù)增大中。因此有必要設(shè)計出一種適用于如暴增擁塞(Burst Traffic)的封包交換都會網(wǎng)路的媒介存取控制技術(shù),來取代既有的SONET/SDH網(wǎng)路的媒介存取控制技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明所揭露的實施范例中,可提供一種光封包交換網(wǎng)路的媒介存取控制裝置與方法,以及此光封包交換網(wǎng)路。
在一實施范例中,所揭露的是有關(guān)于一種媒介存取控制裝置,是應用在一光封包交換網(wǎng)路上。此媒介存取控制裝置可包含一頻寬分配模塊
6(Bandwidth Allocation Module)與 一 媒介存取控制處理器(MACProcessor)。頻寬分配模塊以一機率式傳輸額度與信用余額的機制,來決定此網(wǎng)路上每一節(jié)點的數(shù)據(jù)的可傳輸額度量(Data Transmission Limit),動態(tài)告知下游節(jié)點(Downstream Node)未使用完的傳輸額度,并容許具有信用余額的下游節(jié)點使用上游節(jié)點(Upstream Node)的剩余頻寬。媒介存取控制處理器通過一控制通道上所載送的控制信息,決定多個數(shù)據(jù)通道的上傳、卸載、除訊,并且更新此控制信息中相對應的內(nèi)容。
在另一實施范例中,所揭露的是有關(guān)于一種媒介存取控制方法,是應用在一光封包交換網(wǎng)路上。此方法包含以一機率式傳輸額度與信用余額的方式,來決定該封包交換網(wǎng)路上每一節(jié)點的數(shù)據(jù)的可傳輸額度量,動態(tài)告知下游節(jié)點未使用完的傳輸額度,并容許具有信用余額的下游節(jié)點使用上游節(jié)點的剩余頻寬;以及通過一控制通道上所載送的控制信息,決定多個數(shù)據(jù)通道的上傳、卸載、除訊,并且更新該控制信息中相對應的內(nèi)容。
在另一實施范例中,所揭露的是有關(guān)于一種光封包交換網(wǎng)路,此光封包交換網(wǎng)路包含多個--般節(jié)點、至少一伺服節(jié)點、以及至少一條光纖,此光纖連接此多個一般節(jié)點與此至少一個伺服節(jié)點,每一條光纖中載有一個用來傳送控制信息的控制通道與多個用來傳送數(shù)據(jù)封包的數(shù)據(jù)通道。此網(wǎng)路通過一媒介存取控制裝置,以一機率式傳輸額度與信用余額的方式,來決定該封包交換網(wǎng)路上每一節(jié)點的數(shù)據(jù)的可傳輸額度量,動態(tài)告知下游節(jié)點未使用完的傳輸額度,并容許具有信用余額的下游節(jié)點使用上游節(jié)點的剩余頻寬。
茲配合下列附圖、實施范例的詳細說明及權(quán)利要求范圍,將上述及本發(fā)明的其它特征與優(yōu)點詳述于后,其中
圖1是HORNET的拓璞的一個范例示意圖。
圖2是封包交換環(huán)型網(wǎng)路的媒介存取控制協(xié)議技術(shù)的一個范例示意圖。
圖3是多波長環(huán)型光封包交換網(wǎng)路的網(wǎng)路拓樸與架構(gòu)的一個范例示意圖,并且與本發(fā)明的某些揭露的實施范例一致。
7圖4是一個范例示意圖,說明圖3中的一般節(jié)點與伺服節(jié)點,并且與本發(fā)明的某些揭露的實施范例一致。
圖5以一范例說明光纖內(nèi)多個通道的規(guī)范與通道的時槽、循環(huán)、和視窗的關(guān)系,并且與本發(fā)明的某些揭露的實施范例一致。
圖6以單環(huán)光封包交換網(wǎng)路的架構(gòu)為例,說明網(wǎng)路節(jié)點系統(tǒng)的媒介存
取控制,并且與本發(fā)明的某些揭露的實施范例一致。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的媒介存取控制裝置的一范例示意圖,并且與本發(fā)
明的某些揭露的實施范例一致。
圖8是控制頻道的時槽的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)范例的一個范例示意圖,并且與本發(fā)明的某些揭露的實施范例一致。
圖9是一個范例示意圖,說明網(wǎng)路節(jié)點的數(shù)據(jù)流,并且與本發(fā)明的某些揭露的實施范例一致。
圖10說明經(jīng)過一個伺服節(jié)點的前后,數(shù)據(jù)頻寬的變化,并且與本發(fā)明的某些揭露的實施范例一致。
圖ll是PQOC機制于不同負載的傳輸量的仿真結(jié)果的一個范例,并且
與本發(fā)明的某些揭露的實施范例一致。
圖12A與圖12B是PQ0C機制在負載分別等于0. 70與0. 9時,各節(jié)點的平均延遲的仿真結(jié)果的 一個范例,其中訊務(wù)突波的狀況由1、 5、 10、 20、遞增到50,并且與本發(fā)明的某些揭露的實施范例一致。
具體實施例方式
本發(fā)明以環(huán)型光封包交換網(wǎng)路為范例,來設(shè)計其網(wǎng)路拓樸與節(jié)點系統(tǒng)架構(gòu),并根據(jù)此環(huán)型網(wǎng)路范例,設(shè)計出適用的媒介存取控制機制。本揭露的實施范例中,可提供--媒介存取控制裝置,來控制光封包交換網(wǎng)路。
圖3以一范例說明--環(huán)型光封包交換網(wǎng)路的網(wǎng)路拓樸與架構(gòu),并且與本發(fā)明的某些揭露的實施范例一致。參考圖3,環(huán)型光封包交換網(wǎng)路300包含多個一般節(jié)點(Ordinary Node)以及至少一伺服節(jié)點(Server Node),節(jié)點彼此之間是由光纖320進行連接,形成一個環(huán)狀網(wǎng)路。 一般節(jié)點以立方體來表示,例如節(jié)點301-304與節(jié)點306-309;而伺服節(jié)點以圓柱體來表示,例如節(jié)點305和310。換句話說,環(huán)型封包交換網(wǎng)路300包含兩種節(jié)點, 一為一般節(jié)點,另一為伺服節(jié)點。光纖320內(nèi)載有兩種光波道,其中一個光波道用來傳送控制信息,余下的光波道用來傳送數(shù)據(jù)封包。此傳
送控制信息的光波道稱為控制通道(Control Channel),記為X。;而余下的W個傳送數(shù)據(jù)封包的光波道稱為數(shù)據(jù)通道(Data Channel),記為入1;…,入w, W為大于l的整數(shù)。通道被切分成同步的時槽(Slot)。
每一個一般節(jié)點備有一調(diào)變發(fā)送器與一調(diào)變接收器,可傳送和接收入i,…,Aw波長上的數(shù)據(jù)封包,且另有一發(fā)送器與一接收器,可固定傳送和接收入0波長上的控制信號。每一個伺服節(jié)點備有一或多組調(diào)變發(fā)送與調(diào)
變接收器(可傳送和接收入h…,入w波長上的數(shù)據(jù)封包)、 一組發(fā)送與接收
器(可傳送與接收A o波長上的控制信號)、以及一個時槽除訊器(SlotEraser)。如圖4中,-一般節(jié)點302與伺服節(jié)點305所示。
通過數(shù)據(jù)通道,調(diào)變發(fā)送器與調(diào)變接收器分別來發(fā)送與讀取封包。因此,節(jié)點可利用調(diào)變發(fā)送器/接收器直接于光層將數(shù)據(jù)封包進行塞入/取出環(huán)型網(wǎng)路的動作。伺服節(jié)點310上的光時槽除訊器可直接清除己被讀取過的封包,如此,頻寬可以重復使用,因而提高頻寬利用率。
圖5以一范例說明光纖320內(nèi)多個通道的規(guī)范與通道的時槽、循環(huán)(Cycle)、和視窗(Window)的關(guān)系,并且與本發(fā)明的某些揭露的實施范例一致。參考圖5的范例,光纖320內(nèi)的每一個光波道上依照時間切割成數(shù)個固定長度的時槽。 一個循環(huán)定義為固定數(shù)量的時槽,而固定數(shù)量的循環(huán)構(gòu)成一個視窗。循環(huán)與視窗分別為系統(tǒng)參數(shù),系統(tǒng)運行中此兩項參數(shù)為固定數(shù)量的常數(shù)值。此固定數(shù)量可以是系統(tǒng)事先決定好的。換句話說,在第k+l循環(huán)、或是第k循環(huán)、或是第k-l循環(huán)中,每一循環(huán)都是固定數(shù)量的時槽,其中k為自然數(shù),類似地,每一視窗都擁有固定數(shù)量的循環(huán)。而每一循環(huán)中,W+l個通道人o,人i,…,A w皆被切分成多個同步時槽(Synchronous Time Slot)。
每一數(shù)據(jù)通道上,于每一時槽可以包含一個數(shù)據(jù)封包;而控制通道入o上,每一時槽包含有W個迷你時槽im, m2,…,mn,mw和一個標頭(Header),此W個迷你時槽分別記錄同一個時槽內(nèi)W個數(shù)據(jù)通道的狀況。如此,在此環(huán)型封包交換網(wǎng)路中,每一節(jié)點可通過控制通道h上所載送的信息,得知每一個數(shù)據(jù)通道上的時槽上有無承載數(shù)據(jù)封包以及數(shù)據(jù)封包的目的地信
9息??刂仆ǖ纇的時槽的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)于圖8中將再詳細說明。
承上述,圖6以單環(huán)(Single Ring)光封包交換網(wǎng)路的架構(gòu)為例,說明此網(wǎng)路的媒介存取控制協(xié)議,并且與本發(fā)明的某些揭露的實施范例一致。參考圖6,單環(huán)光封包交換網(wǎng)路節(jié)點系統(tǒng)600例如可利用一個固定式的全光卸載濾波器660a濾出控制波長X 。,經(jīng)由接收器620將光信號轉(zhuǎn)成電信號,并通過一媒介存取控制處理器650來判讀控制信息。當控制信息的信息被解析與處理時,數(shù)據(jù)封包仍然在光域上傳輸。在獲得這些控制信
息后,也就是獲得W個數(shù)據(jù)通道人h…,入w的狀態(tài)信息,媒介存取控制處
理器650決定是否進行數(shù)據(jù)封包的上傳、卸載、除訊等操作,例如通過一可調(diào)式發(fā)送器680進行上傳、 一可調(diào)式接收器670進行卸載、 一時槽除訊器630進行除訊。新的控制信息則記載于控制通道的對應的迷你時槽內(nèi)并通過一發(fā)送器610進行上傳,并經(jīng)過多工器660b將載于A 0的控制信號與
數(shù)據(jù)通道入h…,入w多工于光纖上。
對于已經(jīng)被接收端節(jié)點接收過的數(shù)據(jù)封包,不需要存留在網(wǎng)路上,伺服節(jié)點可通過時槽除訊器630清空此時槽以便再利用。
若是用于雙環(huán)(Double Ring)光封包交換網(wǎng)路的架構(gòu)時,則可提供網(wǎng)路錯誤保護的能力, 一環(huán)當作工作環(huán),另一環(huán)當成備用環(huán)。當工作環(huán)發(fā)生問題時,故障斷路處的相鄰兩個節(jié)點將信號由其工作環(huán)切換至備用環(huán)即可,其余節(jié)點不需任何動作,如此則邏輯上由兩環(huán)變做一環(huán)。 一實施范例為僅需再包括一對光開關(guān)(Optical Switch),例如一對的2x2光開關(guān)匣,-一個置于濾波器660a之前與另一個置于多工器660b之后即可。對于鏈路故障的相鄰兩個節(jié)點,只需由光開關(guān)將信號由工作環(huán)切至備用環(huán)即可。此網(wǎng)路的媒介存取控制協(xié)議的運作與前述雷同,不再重述。
由前述的網(wǎng)路架構(gòu)與媒介存取控制,以及以下即將提出說明的公平頻寬分配的機制,根據(jù)本發(fā)明所揭露的媒介存取控制裝置可以滿足服務(wù)品質(zhì)的保證,換句話說,此媒介存取控制裝置除了備有媒介存取控制處理器650,還具有一頻寬分配模塊,此頻寬分配模塊設(shè)計出的頻寬分配不僅要讓此環(huán)型封包交換網(wǎng)路的每一節(jié)點能夠滿足它的訊務(wù)需求量,也要滿足對時間延遲具高度敏感的服務(wù)的需求。并且網(wǎng)路上的節(jié)點能取得的網(wǎng)路頻寬不會隨著節(jié)點所在位置的不同而有很大的差異,所以可以滿足公平性的要求。
在決定如何進行數(shù)據(jù)通道的處理之前,需要先了解多波長環(huán)狀網(wǎng)路上
數(shù)據(jù)存取的基本問題和限制,也就是接收沖突問題(Receiver-Contention Problem)與垂直存取限制(Vertical-Access Constraint)。由于一個一般 節(jié)點只有一個可調(diào)變接收器來接收數(shù)據(jù),以及一個可調(diào)變傳送器來傳送數(shù) 據(jù),因此,當同一個時槽內(nèi)有大于一個的數(shù)據(jù)封包是送至同一個目的地時, 由于目的地的節(jié)點也是只有一個可調(diào)變接收器,無法同時接收兩組不同光 波長的數(shù)據(jù)封包,此時就產(chǎn)生了接收沖突的問題。同樣地,由于只有一個 可調(diào)變傳送器,每一個一般節(jié)點在同一個時槽只能傳送一個數(shù)據(jù)封包。換 句話說,在多波長環(huán)狀網(wǎng)路上傳送與接收數(shù)據(jù)時,任何一個時間點雖然有 W個數(shù)據(jù)通道劃分成的W個時槽可用(請參考圖5屬于h,…,k的W個時 槽),但這W個時槽中不能有兩個以上的時槽同時載有某一個目的地的封 包,否則將因該目的地節(jié)點僅有一個調(diào)變接收器而造成無法同時接收多個 輸入的封包,造成封包遺失,此特殊限制即稱為垂直存取限制。此處垂直 意指同一時間點內(nèi)W個時槽。
接下來說明根據(jù)本發(fā)明所揭露的頻寬分配模塊的設(shè)計范例。此頻寬分 配模塊的范例中,決定每一節(jié)點的可傳輸額度,來保證基本的頻寬。對于 前一視窗(Window)內(nèi)未用完可傳輸額度的節(jié)點,可以額外獲得一定量的額 度稱做信用余額(Credit),如此一個節(jié)點于一個循環(huán)內(nèi)可傳輸?shù)淖畲蠓獍?br>
數(shù)為除了基本保障的可傳輸額度外并外加其先前累積的信用余額。此頻寬 分配模塊的設(shè)計范例稱的為機率式傳輸額度與信用余額(Probabilistic
Quota plus Credit, PQOC)機制。
承上述,圖7是根據(jù)本發(fā)明的媒介存取控制裝置的一范例示意圖,并 且與本發(fā)明的某些揭露的實施范例一致。參考圖7的范例,媒介存取控制 裝置700是應用在一光封包交換網(wǎng)路節(jié)點系統(tǒng)上,例如可應用在單環(huán)光封 包交換網(wǎng)路節(jié)點系統(tǒng)600。
媒介存取控制裝置700可包括前述的媒介存取控制處理器650與一頻 寬分配模塊710。頻寬分配模塊710以一機率式傳輸額度與信用余額的機 制710a,來決定此光封包交換網(wǎng)路上每一節(jié)點的數(shù)據(jù)的可傳輸額度量Q, 并且動態(tài)調(diào)整此網(wǎng)路上每一節(jié)點的剩余頻寬。媒介存取控制處理器650通過控制通道入Q上所載送的控制信息,決定多個數(shù)據(jù)通道入h…,入w的上 傳、卸載、除訊,并且更新此控制信息中相對應的內(nèi)容。
承上述圖5的循環(huán)與時槽結(jié)構(gòu)范例,在第k+l循環(huán)、或是第k循環(huán)、 或是第k-l循環(huán)中,每一循環(huán)都是固定數(shù)量的時槽?;旧?,PQ0C機制對 于每一節(jié)點,允許于一循環(huán)中可以傳送其最大傳輸量的數(shù)據(jù)。
理論上,若將所有的可用時槽均勻且公平的分給每一節(jié)點,會使整個 系統(tǒng)達成最大的輸出。然而,若傳送的節(jié)點依序攫取空的時槽進行載送其 封包,還是會有不公平的輸出發(fā)生,尤其是當系統(tǒng)的負載很高時。主要的 原因是在每一循環(huán)中,網(wǎng)路上游的節(jié)點若循序的攫取時槽進行傳送數(shù)據(jù), 會把該循環(huán)前面的空時槽先行用掉,使得剩下的未用空時槽出現(xiàn)于循環(huán)尾 端且垂直地分布于不同波長。由于前述垂直存取限制的原因,使得網(wǎng)路下 游的節(jié)點雖然有其可傳送額度卻無法送出其最大的數(shù)據(jù)數(shù)量,導致下游節(jié) 點發(fā)生不公平輸出的情形。為了避免前述發(fā)生不公平輸出的情形,媒介存 取控制器650要傳送數(shù)據(jù)時,不僅要看是否有剩余的傳輸額度可以使用, 并以機率來決定是否允許傳送數(shù)據(jù)于此空時槽上,由此以打散循環(huán)內(nèi)的空 時槽的使用情形。
機率的設(shè)定方式例如可以是最大傳輸量除以一循環(huán)的長度。這樣的方 式使得傳送的時間可以在整個循環(huán)內(nèi)隨機傳送,不會再次循序傳送,如此, 可以免除網(wǎng)路下游節(jié)點不公平的輸出問題,也可以讓空的頻寬任意分布在 整個循環(huán)內(nèi)。至于可傳輸額度與信用余額的計算會再詳細說明。
PQ0C機制中,也考慮到當一個節(jié)點來到的數(shù)據(jù)量較少時,也就是少于
其最大的數(shù)據(jù)數(shù)量時,可以把其剩余未用完的的傳輸額度讓給其下游的節(jié) 點使用。此讓出剩余傳輸額度的節(jié)點就會得到前述的信用余額。所以,信 用余額的使用可以讓一個節(jié)點于一循環(huán)中可送出超出其傳輸額度的數(shù)據(jù)。 信用余額的實質(zhì)用意是讓所有沒有被用的頻寬能夠不被浪費地被下游節(jié)
點使用。在設(shè)定一循環(huán)的長度與信用余額的視窗大小(Window Size)時, 循環(huán)的長度越小,頻寬的分享就越好,而視窗大小的數(shù)量越大,越適合不 同群聚的運送。
PQ0C機制中,控制頻道的時槽的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)范例如圖8所示。搭配此控 制頻道,PQOC機制的運作簡單。如前所述,控制頻道的每一時槽都包含--個標頭(Header)、以及W個迷你時槽。W個迷你時槽分別包含W個數(shù)據(jù)通 道于該時槽的狀態(tài)與數(shù)據(jù)封包的目的地信息。
在圖8的數(shù)據(jù)格式范例中,標頭含有時槽同步信息,以定位時槽的起 始。PQ0C機制中,設(shè)計了四種不同的數(shù)據(jù)通道的狀態(tài)信息承載數(shù)據(jù)中 (BUSY)、承載封包已被讀取(BUSY/READ, BREAD)、閑置中(IDLE)、以及未 用完時槽標記(Idle Marked, IMRKD)。
如前所述,當節(jié)點要傳送數(shù)據(jù)時,不僅要看是否有剩余的傳輸額度可 以使用,也要以機率來決定是否允許傳送數(shù)據(jù)。所以,PQ0C機制中,如果 一個節(jié)點被允許于一時槽傳送數(shù)據(jù)時,此節(jié)點必須發(fā)現(xiàn)有閑置中的時槽 (IDLE Slot)或者未用完時槽(IMRKD)可以使用。如果沒有發(fā)現(xiàn)閑置中的時 槽(IDLE Slot)可以使用,此節(jié)點會在下一個時槽無條件被允許傳送數(shù)據(jù), 也就是說,不需要再一次以機率來決定是否被允許傳送數(shù)據(jù)。
當目標節(jié)點收下被傳送的數(shù)據(jù)時,BUSY的狀態(tài)信息會被改為BREAD 的狀態(tài)信息。當遇到下一個伺服節(jié)點時,此伺服節(jié)點會清除所有的備有 BREAD的狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)通道上的數(shù)據(jù),并且將這些時槽上的狀態(tài)信息由 BREAD更改為IDLE。如此就可以享受頻寬重復使用的好處了 。
當一個節(jié)點有使用不完的剩余傳輸額度時,PQ0C機制中,會找到同等 數(shù)量的閑置中的時槽,并且將這些時槽上的狀態(tài)信息由閑置(IDLE)改為 IMRKD。有IMRKD標記的時槽表示這是上游節(jié)點未用完的頻寬,下游節(jié)點 如果有先前的視窗中所累積的信用余額,此下游節(jié)點就可以使用這些額外 的未使用的多余頻寬。當節(jié)點傳送數(shù)據(jù)后,其相對應的數(shù)據(jù)時槽的狀態(tài)信 息就會改為BUSY。
以下進一步說明機率式傳輸額度的計算范例。令網(wǎng)路中有S個伺服節(jié) 點Si至Ss,此伺服節(jié)點St至Ss將網(wǎng)路分成S個區(qū)段(Section),稱之為 區(qū)段1至區(qū)段S。每一個區(qū)段有數(shù)個節(jié)點,包括一般節(jié)點與此區(qū)段對應的 伺服節(jié)點。為了解釋方便,令每一個區(qū)段的伺服節(jié)點為該區(qū)段的最下游的 一個節(jié)點,如圖9的數(shù)據(jù)流(Data Flow)范例所示,區(qū)段1有10個節(jié)點, 包括9個一般節(jié)點,0i至09,與此區(qū)段l對應的伺服節(jié)點Si。
如此,區(qū)段1起始于伺服節(jié)點Ss之后的節(jié)點至伺服節(jié)點Si,區(qū)段k起 始自伺服節(jié)點Sk—i之后的節(jié)點至伺服節(jié)點Sk,依此類推。所以, 一個含有
13N個節(jié)點的網(wǎng)路,有臺的關(guān)系式,其中Nk是區(qū)段k中的節(jié)點數(shù)目。
節(jié)點02(傳送端)傳送數(shù)據(jù)給節(jié)點05(接收端)后,此己被讀取的數(shù)據(jù)封 包(狀態(tài)記載為BREAD)來至伺服節(jié)點Si時,直接于時槽除訊器630上被清 除,并且將此數(shù)據(jù)時槽上的狀態(tài)信息改為IDLE。
另一種情形為當節(jié)點07(傳送端)傳送數(shù)據(jù)給節(jié)點O"接收端)時,此傳 送中的數(shù)據(jù)(狀態(tài)記載為BUSY)會先穿梭過伺服節(jié)點Si,由于此數(shù)據(jù)尚未被 目的節(jié)點Oi讀取,因此伺服節(jié)點Si并不會清除該數(shù)據(jù)封包。當此封包到 達目的節(jié)點O!后其封包狀態(tài)才會被改為BREAD,并繼續(xù)傳送,直到該封包 第二次經(jīng)過伺服節(jié)點Si才會將此封包做清除的動作。
當數(shù)據(jù)頻寬上的狀態(tài)信息被改為IDLE之后,就可空出可使用的頻寬。 所以,每個時槽對于一個伺服節(jié)點而言,可被分類為兩種, 一為可用頻寬 (Available Bandwidth, AB),另一為占用頻寬(Used Bandwidth, UB)。 可用的頻寬是指此時槽是一個沒有被占用的空槽,或者是一個已經(jīng)被收端 讀取過可被清除后重新利用的時槽;占用頻寬是指此時槽是一個正在承載 數(shù)據(jù)且還未通過目的地節(jié)點的時槽。其范例說明如圖io所示。
圖10的范例中,左邊是于區(qū)段i中,尚未經(jīng)過最后一個節(jié)點(伺服節(jié) 點Si)前,W個數(shù)據(jù)通道入i,…,入w的狀態(tài)。此W個數(shù)據(jù)通道可被分類為空 出的(狀態(tài)記載為工DLE,工MRKD)、將在伺服節(jié)點Si被清除(狀態(tài)記載為 BREAD)、以及穿梭過伺服節(jié)點Si(BUSY),共三種。
右邊是經(jīng)過最后一個節(jié)點(伺服節(jié)點Si)后,于區(qū)段i+l中,此W個數(shù) 據(jù)通道入h…,人w的狀態(tài)。此W個數(shù)據(jù)通道可被分類為可用頻寬與占用頻 寬,其中可使用的頻寬是區(qū)段i中空出的數(shù)據(jù)通道,加上被伺服節(jié)點Si 清除后可重新使用的數(shù)據(jù)通道。
PQOC機制中,決定每一節(jié)點的可傳輸額度的實施利為可以采用區(qū)段 i+l中所得的可使用頻寬的平均值(Mean)除以區(qū)段i + l中的節(jié)點數(shù)目來當 范例。換句話說,在區(qū)段b中,每一節(jié)點的可傳輸額度Qb的一個范例為 a=^/^,其中^7為通過伺服節(jié)點Sw的可使用頻寬的平均值,Nb為區(qū) 段b中的節(jié)點數(shù)目。平均值^的多寡與目的地節(jié)點的訊務(wù)分布有關(guān),可 用W個數(shù)據(jù)通道Aq, ;^,…,"在一個循環(huán)里的總時槽數(shù)CW扣掉平均占用頻寬來求得,C是系統(tǒng)事先決定好的一個循環(huán)里的時槽數(shù)目。
為易于說明起見,本揭露的實施范例中,假設(shè)封包到每個節(jié)點有相同
的機率值PA (包含伺服節(jié)點),而剩余的1-PA^PS)為封包往其它伺服節(jié)點
的機率。如果設(shè)PS二O則表示封包到伺服節(jié)點與一般節(jié)點相同,也就是此網(wǎng)
路的所有節(jié)點皆有相同的訊務(wù)分布。
^值可由一個循環(huán)總時槽數(shù)扣掉平均UB求得,接下來我們分析通過
伺服節(jié)點b的平均UB,此UB的貢獻可來自兩部分,第一部分為考慮從網(wǎng)
路中任何一個區(qū)段中的節(jié)點到該區(qū)段的其它節(jié)點的訊務(wù),第二部分為從一 個區(qū)段到其它不同區(qū)段的訊務(wù)。
就第一個部分而言,以區(qū)段k對伺服節(jié)點b的平均UB貢獻為例,區(qū) 段k可用的時槽量為Qk.Nk,因此訊務(wù)總量由區(qū)段k到區(qū)段k自己為 (Qk.Nk'ps/S) + (Qk'Nk'pA.Nk/N),這些量當中有(Qk-Nk'ps/S) + (Qk'Nk'pA'Nk/2N)的 比例的量會被區(qū)段k的伺服節(jié)點(也就是伺服節(jié)點Sk)清除,其中 Qk-Nk.p/rNk/2N乃源自于訊務(wù)由區(qū)段k的上游送到區(qū)段k中的下游節(jié)點,因 此可被伺服節(jié)點Sk清除,至于余下的Qk'NkTA'Nk/2N乃是由區(qū)段k中的下游 節(jié)點往區(qū)段k中的上游節(jié)點,這些封包將會通過整個環(huán),因此會被區(qū)段b 將視其為UB。
對于第二部分,以區(qū)段b+2為例,由區(qū)段b+2起始的封包若其目的 地為區(qū)段b和b+l則會被伺服節(jié)點Sb—!和區(qū)段b視為是UB的量。因此平 均的UB為Qb+2.Nb+2' ((Ps/S) + (pA.Nb/N)) + Qb+2.Nb《((ps/S) + (pA'Nb+1/N))。
最后將所有區(qū)段計入考量,可得到下列結(jié)果
<formula>formula see original document page 15</formula>
(l)
其中,c表示一個循環(huán)中的總時槽數(shù)目,w為數(shù)據(jù)通道數(shù)。由于式子 (1)中含有超過一個以上的變量(^與Qk,s),因此是無法被解,可是在最一般的網(wǎng)路節(jié)點安排下伺服節(jié)點是均勻的布建于網(wǎng)路中,因此NfN^Nf…
=NS=N/S。由此,可以得到相等的可傳輸額度量Q,也就是對所有節(jié)點, e=i/(A^),式子(1)因此可被寫成<formula>formula see original document page 16</formula> (2)
依此,得到可傳輸額度量Q的式子為
圖11、圖12A、與圖12 B是通過仿真來分析PQOC機制的效能,其中 仿真參數(shù)說明如下環(huán)型網(wǎng)路設(shè)定共20個節(jié)點,包含19個一般節(jié)點以及 一個伺服節(jié)點;8個數(shù)據(jù)通道和一個控制通道,共九種波長; 一環(huán)為20 個循環(huán)(1 ring = 20 cycles);--循環(huán)為100個時槽(1 cycle 二 100 slots); 信用余額的視窗大小為10個循環(huán)。
圖11中,橫軸代表20個節(jié)點的識別碼,縱軸代表相對應節(jié)點的吞吐 率(Throughput)。由圖11的不同負載(Load)(負載二O. 99、 0.90、 0.80、 0.70)的吞吐率的曲線范例中,可以看出盡管有垂直存取限制問題,在系 統(tǒng)負載低于0.9情況下,可以達到100%傳送,這是因為PQ0C機制發(fā)揮了 作用。當網(wǎng)路負載在接近100%的情況時,網(wǎng)路下游的節(jié)點在輸出上會稍微 受到影響。
圖12A與圖12B是針對延遲問題來分析PQOC機制的效能,其中在負 載分別等于0. 70與0. 90的情況下,訊務(wù)突波(Burstiness)的狀況由1、5、 10、 20、遞增到50,橫軸代表20個節(jié)點的識別碼,縱軸代表相對應節(jié)點 的平均延遲(Mean Delay),平均延遲的單位為循環(huán)數(shù)(Cycles)。由圖12A 與圖12B得知,盡管設(shè)定不同訊務(wù)突波的狀況,除了凸波導致封包在節(jié)點 內(nèi)的排隊(Queuing)延遲正常提升外,對于節(jié)點間延遲公平性表現(xiàn)的影響 仍舊極微。
在系統(tǒng)負載未溢出(Non-saturated Load)之前,不僅整體延遲時間極 低,在節(jié)點間的公平性也能滿足。因此在負載較輕(Lighter Load)的情況下,可以提供隨機存取(Random Access);而在負載較重(Heavier Load) 的情況下,可以提供較多頻寬的配額(Superior Bandwidth Allocation)。
綜上所述,本揭露的實施范例可提供一種多波長光封包交換網(wǎng)路的 MAC機制與此光封包交換網(wǎng)路。此MAC機制決定網(wǎng)路中每一節(jié)點的可傳輸 額度量,以保證基本的頻寬。本發(fā)明的實施范例也可以解決一般環(huán)型網(wǎng)路 中因節(jié)點位置不同而引發(fā)的不公平性問題。根據(jù)驗證此MAC的效能的仿真 結(jié)果顯示,由此MAC機制,此光封包交換網(wǎng)路可達到高頻寬使用率,低平 均延遲時間,近似公平接取。根據(jù)本揭露的實施范例也完成硬件實驗原型 機,證明了本發(fā)明的可行性。
惟,以上所述者僅為本發(fā)明的實施范例,當不能依此限定本發(fā)明實施 的范圍。即凡是依本發(fā)明申請專利范圍所作的均等變化與修飾,皆應仍屬 本發(fā)明權(quán)利要求涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種媒介存取控制裝置,是應用在一光封包交換網(wǎng)路上,其特征在于,該裝置包含一頻寬分配模塊,以一機率式傳輸額度與信用余額的機制,來決定該光封包交換網(wǎng)路上每一節(jié)點的數(shù)據(jù)的一可傳輸額度量,動態(tài)告知下游節(jié)點未使用完的傳輸額度,并容許具有信用余額的下游節(jié)點使用上游節(jié)點的剩余頻寬;以及一媒介存取控制處理器,通過一控制通道上所載送的控制信息,決定多個數(shù)據(jù)通道的上傳、卸載、除訊,并且更新該控制信息中相對應的內(nèi)容。
2、 如權(quán)利要求1所述的媒介存取控制裝置,其特征在于,其中該光 封包交換網(wǎng)路包括兩種節(jié)點, 一種為一般節(jié)點,另一種為伺服節(jié)點,節(jié)點 彼此之間由至少一條光纖進行連接,每一條光纖內(nèi)載有該控制通道與該多 個數(shù)據(jù)通道。
3、 如權(quán)利要求2所述的媒介存取控制裝置,其特征在于,其中該光 封包交換網(wǎng)路的節(jié)點連結(jié)形成一種環(huán)型網(wǎng)路。
4、 如權(quán)利要求2所述的媒介存取控制裝置,其特征在于,該裝置安 排一種通道時槽結(jié)構(gòu),該時槽結(jié)構(gòu)將載于該光纖內(nèi)的每一通道上,依照時 間切割成多個同步時槽,每一該數(shù)據(jù)通道上,于每一時槽包括一個數(shù)據(jù)封 包,而該控制通道上的每一時槽包括多個迷你時槽,該多個迷你時槽分別 記錄同 一 時槽內(nèi)該多個數(shù)據(jù)通道的頻寬狀態(tài)信息。
5、 如權(quán)利要求1所述的媒介存取控制裝置,其特征在于,其中該媒 介存取控制處理器通過一發(fā)送器進行上傳、 一接收器進行卸載、 一光時槽 除訊器進行除訊。
6、 如權(quán)利要求1所述的媒介存取控制裝置,其特征在于,其中在該 光封包交換網(wǎng)路的每一個節(jié)點備有一個固定式發(fā)送器與一個固定式接收 器來進行在該控制通道上的信息傳收。
7、 如權(quán)利要求1所述的媒介存取控制裝置,其特征在于,其中在該 光封包交換網(wǎng)路的每一個節(jié)點備有至少一個可調(diào)變發(fā)送器與至少一個可調(diào)變接收器來進行在該多個數(shù)據(jù)通道上的數(shù)據(jù)傳收。
8、 如權(quán)利要求1所述的媒介存取控制裝置,其特征在于,其中該控 制通道上載送的控制信息,至少包括該多個數(shù)據(jù)通道上承載數(shù)據(jù)封包的狀態(tài)i曰息o
9、 如權(quán)利要求4所述的媒介存取控制裝置,其特征在于,其中該頻 寬分配模塊將該多個數(shù)據(jù)通道的頻寬狀態(tài)信息分為承載數(shù)據(jù)中、承載數(shù)據(jù) 已被讀取、閑置中、以及未用完頻寬標記的四種不同的狀態(tài)信息。
10、 一種光封包交換網(wǎng)路,其特征在于,包含多個一般節(jié)點"至少一個伺服節(jié)點;以及至少一條光纖,連接該多個一般節(jié)點與該至少一個伺服節(jié)點,每一條 光纖中載有一個用來傳送控制信息的控制通道與多個用來傳送數(shù)據(jù)封包的數(shù)據(jù)通道;該網(wǎng)路的每一個節(jié)點通過一媒介存取控制裝置,以一機率式傳輸額度 與信用余額機制來決定每一該節(jié)點的數(shù)據(jù)的一可傳輸額度量,動態(tài)告知下 游節(jié)點未使用完的傳輸額度,并容許具有信用余額的下游節(jié)點使用上游節(jié) 點的剩余頻寬。
11、 如權(quán)利要求10所述的光封包交換網(wǎng)路,其特征在于,其中該媒 介存取控制裝置通過一控制通道上所載送的控制信息,決定該多個數(shù)據(jù)通 道的上傳、卸載、除訊,并且更新該控制信息中相對應的內(nèi)容。
12、 如權(quán)利要求10所述的光封包交換網(wǎng)路,其特征在于,其中該媒 介存取控制裝置通過一發(fā)送器進行上傳、 一接收器進行卸載、 一時槽除訊 器進行除訊。
13、 如權(quán)利要求10所述的光封包交換網(wǎng)路,其特征在于,其中該封 包交換網(wǎng)路的節(jié)點連結(jié)形成--種環(huán)型網(wǎng)路。
14、 一種媒介存取控制方法,是應用在一光封包交換網(wǎng)路上,其特征 在于,該方法包含以一機率式傳輸額度與信用余額的方式,來決定該光封包交換網(wǎng)路上 每一節(jié)點的數(shù)據(jù)的一可傳輸額度量,動態(tài)告知下游節(jié)點未使用完的傳輸額 度,并容許具有信用余額的下游節(jié)點使用上游節(jié)點的剩余頻寬;以及通過一控制通道上所載送的控制信息,決定多個數(shù)據(jù)通道的上傳、卸 載、除訊,并且更新該控制信息中相對應的內(nèi)容。
15、 如權(quán)利要求第14所述的媒介存取控制方法,其特征在于,其中 通過該控制通道上載送的控制信息,獲得該多個數(shù)據(jù)通道上承載數(shù)據(jù)封包 的狀態(tài)信息。
16、 如權(quán)利要求14所述的媒介存取控制方法,其特征在于,其中該機率式傳輸額度與信用余額的方式至少包括當該光封包網(wǎng)路的每一個節(jié)點要傳送數(shù)據(jù)時,不僅要看該節(jié)點是否有 剩余的傳輸額度可以使用,也要以機率來決定是否允許該節(jié)點傳送數(shù)據(jù)。
17、 如權(quán)利要求14所述的媒介存取控制方法,其特征在于,其中該機率式傳輸額度與信用余額的方式至少包括當一個節(jié)點來到的數(shù)據(jù)量少于其最大的數(shù)據(jù)數(shù)量時,將其剩余的傳輸 額度讓給其下游的節(jié)點使用,并且該讓出剩余傳輸額度的節(jié)點也獲得該讓 出的剩余傳輸額度的信用余額。
18、 如權(quán)利要求14所述的媒介存取控制方法,其特征在于,其中該可傳輸額度量的決定至少包括計算該光封包交換網(wǎng)路中每一節(jié)點的該可傳輸額度量,并且該可傳輸 額度量與一個循環(huán)里,可用頻寬的平均值以及該光封包交換網(wǎng)路中伺服節(jié) 點的數(shù)目的數(shù)目有關(guān),其中該光封包交換網(wǎng)路備有多個一般節(jié)點與至少一 個伺服節(jié)點。
19、 如權(quán)利要求14所述的媒介存取控制方法,其特征在于,其中一個循環(huán)是一 固定數(shù)量的時槽。
20、 如權(quán)利要求18所述的媒介存取控制方法,其特征在于,其中每 一該伺服節(jié)點備有一個時槽除訊器,將己經(jīng)被接收端節(jié)點接收而不需要存 留在該光封包交換網(wǎng)路上的數(shù)據(jù)清除。
全文摘要
一種媒介存取控制裝置與方法,是應用在一光封包交換網(wǎng)路上。此媒介存取控制裝置可包含一頻寬分配模塊與一媒介存取控制處理器。頻寬分配模塊以一機率式傳輸額度與信用余額的機制,來決定此網(wǎng)路上每一節(jié)點的數(shù)據(jù)的可傳輸額度量,并動態(tài)告知下游節(jié)點未使用完的傳輸額度,并容許具有信用余額的下游節(jié)點使用上游節(jié)點的剩余頻寬。媒介存取控制處理器通過一控制通道上所載送的控制信息,決定多個數(shù)據(jù)通道的上傳、卸載、除訊,并且更新此控制信息中相對應的內(nèi)容。
文檔編號H04Q11/00GK101656895SQ200810129879
公開日2010年2月24日 申請日期2008年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月19日
發(fā)明者李詩偉, 楊啟瑞, 林玉明, 羅志鵬, 趙一芬 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院