CN101764758A - 用于连接以太网与光突发交换网络的边缘节点及实现方法 - Google Patents

Abstract

用于连接以太网与光突发交换网络的边缘节点，包括：物理层设备，第一交换模块和第二交换模块；第一交换模块包括解以太网帧-组突发包单元，队列管理单元，和调度单元；第二交换模块包括解突发包-组以太网帧单元，分类暂存单元，和查询单元。边缘节点的实现方法，包括以下步骤：判断数据流向；若数据是从以太网发送到光突发交换网络，解析以太网帧、组装突发包；将各突发包按其目的地址存储；寻找空闲信道发送突发包；若数据是从光突发交换网络传送到以太网，则解突发包提取以太网帧；将以太网帧根据其目的地址分别存放；寻找空闲的物理层接口发送以太网帧等待下一个数据的到来，重复执行上述步骤。本发明具有能实现全双工转换，改善拥塞的优点。

Description

用于连接以太网与光突发交换网络的边缘节点及实现方法

技术领域

本发明涉及光突发交换(OBS)网络中的边缘节点结构，主要涉及光突发交换网络与以太网(Ethernet)之间的边缘节点。

技术背景

在通信网中，除了用户线外，传统的电缆都已被光纤取代。光纤具有低传输损耗和高传输带宽的特性，以及波分复用(WDM)技术在传输网中的应用，使得网络干线的传输带宽可达几个T比特每秒。但是，目前网络节点的交换能力不足，成为限制当前网络发展的一个瓶颈。为了增加交换能力、降低交换成本，改进传统的光交换技术势在必行。光突发交换(OBS)技术是实现未来高速、大容量传输网络的一项富有前景的技术。它融合了光电路交换(OCS)技术和光分组交换(OPS)技术的优点，同时避免了OCS技术交换粒度大，无法实现统计复用，以及OPS技术中光缓存等技术不成熟的缺点，因此近年来得到业界广泛关注。另一方面，以太网的出现已有30来年的历史，但是由于其不断更新技术，注入新的活力，使之经受住了时间的考验，成为世界上应用最广泛、最普及的网络技术。为了消除网络瓶颈，光通信技术正从骨干传输环节向网络边缘渗透。以以太网技术为代表的分组交换技术正在从局域网向城域网甚至广域网延伸。因此，以太网和光通信，这两种极具生命和潜力的先进技术不可避免地在以城域网为中心的应用范围内融合。正是在这样的背景下，基于光突发交换技术的以太网接入成为研究热点。

经过对现有的技术文献检索发现，与本发明最接近的已有技术是由北京邮电大学硕士学位论文《OBS及LOBS网络边缘节点及核心节点的FPGA设计》(甘历，2006年)中提出的OBS网络边缘节点结构设计方案，然而却没有考虑采用队列管理机制，因此在网络数据传输存在突发性的情况下，这种设计方案无法改善边缘节点处的拥塞情况。并且，该设计方案采用了多块现场可编程门阵列(FPGA)分别完成汇聚和调度功能，增加了实际应用过程中的设计成本。

发明内容

为克服现有技术在网络数据传输存在突发性的情况下，无法改善边缘节点处的拥塞的缺点，本发明提供了一种能连接以太网和光突发交换网络，实现以太网帧与OBS突发包之间的全双工转换，在网络数据传输存在突发性的情况下，能够对拥塞进行早期检测，能改善边缘节点处的拥塞的用于连接以太网与光突发交换网络的边缘节点及实现方法。

用于连接以太网与光突发交换网络的边缘节点，包括：实现以太网帧的物理层接入的物理层设备，将来自以太网的数据传送至光突发交换网的第一交换模块和将来自光突发交换网的数据传送至以太网的第二交换模块；

所述的第一交换模块包括：解析以太网帧获取其目的地址、并将该以太网帧组装为BCP突发包和BDP突发包的解以太网帧-组突发包单元，对突发包的拥塞执行早期检测、在路由器缓冲队列溢出前降低发送速率、并将各突发包按其目的地址存储的队列管理单元，和寻找空闲的控制信道、以空闲控制信道对应的波长将BCP突发包发送至光突发交换网的光电接口，并寻找空闲的数据信道、以空闲数据信道对应的波长将与该BCP对应的BDP突发包发送至光电接口的调度单元；

所述的第二交换模块包括：区分BCP突发包和BDP突发包、并在寻找到BDP突发包后删除与其对应的BCP突发包、再将BDP突发包转换为以太网帧的解突发包-组以太网帧单元，将各以太网帧按其目的地址存储的分类暂存单元，寻找空闲的以太网接口、通过空闲接口将以太网帧发送至对应的物理层设备的接口、实现物理接入的查询单元。

进一步，所述的解以太网帧-组突发包单元包括：根据以太网帧格式、识别出以太网帧的数据校验和目的地址的分解子单元，采用校验算法对以太网帧进行运算、将运算结果与以太网帧的数据校验比对、并将运算结果与数据校验一致的以太网帧存入与目的地址一一对应的数据块的校验子单元，和将数据块中的以太网帧根据BDP突发包的协议格式组装成BDP突发包、并根据BDP突发包的信息、根据BCP的协议格式组装成BCP突发包的组突发包子单元；每个数据块均有一个与之对应的第一定时器，所述的组突发包子单元根据定时器中预设的汇聚时间组装突发包。

进一步，所述的队列管理单元包括：计算当前的缓冲队列的平均队列长队、根据队列长度决定丢弃或存储突发包的计算子单元，记录需丢弃的突发包标号的、将突发包丢弃的丢包子单元和与突发包的目的地址一一对应、存储突发包的存储列表。

进一步，计算子单元根据公式avgQ(t)＝(1-W_q)×avgQ(t-1)+W_q×q计算当前的平均队列长度avgQ(t)，其中，avgQ(t-1)表示上一时刻计算得出的平均队列长度；q表示当前队列长度的测量值；W_q表示权重；

所述的计算子单元中预设有队列长度上限和长度下限，当平均队列长度小于长度下限时，新到达的突发包均存入存储列表中；当平均队列长度大于长度上限时，新到达的突发包标号均记录至丢包子单元中；当平均队列长度大于长度下限、且小于长度上限时，根据预设的概率值将新到来的突发包标号记录至丢包子单元。概率值根据经验设定。

进一步，所述的调度单元包括：向队列管理单元中各存储列表发出调度信号的调号子单元，与控制信道的波长一一对应的BCP资源列表，与数据信道的波长一一对应的BDP资源列表，和按照固定的时间间隔查询数据信道和控制信道的空闲波长、并将数据信道和控制信道的各波长的空闲时隙写入与波长对应的资源列表的控制子单元，以及在将BCP突发包发送至光电接口的同时、暂存与该BCP对应的BDP突发包的缓冲区。

进一步，所述的以太网帧包括前导符，帧起始符，目标地址，源地址，长度/类型，数据和数据校验；所述的BDP突发包包括保护字段，同步字段，突发包长度，分组个数，分组长度，以太网帧，数据填充，校验字段和保护字段；BCP突发包包括类型，以太网包类型，光波长号，源地址，目的地址，突发包长度，偏置时间和标号。

进一步，用于连接以太网与光突发交换网络的边缘节点的实现方法，包括以下步骤：

1、判断数据是从以太网发送至光突发交换网络，还是从光突发交换网络发送至以太网；

2、若数据是从以太网发送到光突发交换网络，将以太网帧经过以太网物理层接口接入解以太网帧-组突发包单元，解析以太网帧，获取其数据校验和目的地址、并将以太网帧组装成BDP突发包和BCP突发包；将突发包发送至队列管理单元；

3、队列管理单元对突发包的拥塞执行早期检测、在路由缓冲队列溢出前降低发送速率、并将各突发包按其目的地址存储；

4、调度单元向队列管理单元发出调度信号，并寻找空闲的控制信道、以空闲控制信道对应的波长将BCP突发包发送至边缘节点的光电接口；寻找空闲的数据信道、以空闲数据信道对应的波长将与该BCP对应的BDP突发包发送至边缘节点的光电接口；

5、若数据是从光突发交换网络传送到以太网，则根据BCP突发包的协议区分出BCP突发包和BDP突发包，并在找到BDP突发包后、删除与其对应的BCP突发包；

6、从BDP突发包中提取出以太网帧；

7、将以太网帧根据其目的地址分别存放；

8、寻找空闲的以太网-边缘节点物理层接口，设定查询时间；若没有查找到空闲的物理层接口，则等待一个查询时间后重新寻找；若查找到空闲的物理层接口，则将以太网帧发送至空闲接口；

9、等待下一个数据的到来，重复执行步骤1-8。

进一步，步骤2中解析以太网帧、组装突发包，包括以下步骤：

2.1、按照以太网帧格式，识别出以太网帧的以太网帧的数据校验和目的地址；以太网帧格式如表1所示，

前导符7

帧起始符1

目标地址6

源地址6

长度/类型4

数据46-1500

数据校验4

                                   表1

2.2、对以太网帧采用校验算法进行运算，将运算结果与以太网帧的数据校验对比，判断运算结果与数据校验是否一致；若运算结果与数据校验一致，则将以太网帧存入与其目的地址对应的数据块，并开启与数据块对应的、预设固定的汇聚时间的第一定时器；若运算结果与数据校验不一致，则丢弃该以太网帧；

2.3、当定时器到达汇聚时间时，将数据块中的以太帧按照BDP突发包的协议格式组装成BDP突发包，形成BDP列表；根据BDP突发包的信息，按照BCP突发包的协议格式组装成BCP突发包；

BDP突发包的协议格式如表2所示，

保护字段

同步字段

突发包长度

分组个数

分组长度

以太网帧

……

分组长度

以太网帧

数据填充

校验字段

保护字段

                                  表2

BCP突发包的协议格式如表3所示：

类型

以太网包类型

光波长号

源地址

目的地址

突发包长度

偏置时间

标号

                                     表3

2.4、将BDP突发包和对应的BCP突发包发送给队列管理单元。

进一步，步骤3中队列管理单元执行以下步骤：

3.1、对于每一个到达队列管理单元的BDP突发包，按照公式avgQ(t)＝(1-W_q)×avgQ(t-1)+W_q×q计算当前的平均队列长度avgQ(t)，

其中，avgQ(t-1)表示上一时刻计算得出的平均队列长度；

q表示当前队列长度的测量值；

W_q表示权重；

3.2、将当前的平均队列长度与所述的计算子单元中预设的突发包的长度上限和长度下限比对，当平均队列长度小于长度下限时，新到达的突发包均存入存储列表中，存储列表与突发包的目的地址一一对应；当平均队列长度大于长度上限时，新到达的突发包标号均记录至丢包子单元中；当平均队列长度大于长度下限、且小于长度上限时，根据预设的概率值将新到来的突发包标号记录至丢包子单元；长度上限为20，长度下限为10；概率值根据经验设定。

进一步，步骤4中，调度单元执行以下步骤：

4.1、查询控制信道和数据信道的空闲波长，将控制信道和数据信道的各个波长的空闲时隙写入与波长对应的资源列表中；

4.2、向队列管理单元的存储列表发出调度信号；收到调度信号的存储列表将其储存的BDP突发包和BCP突发包发送至调度单元；

4.3、接收BCP突发包；

4.4、将BCP突发包的到达时间和控制信道的各资源列表的空闲时间进行比较，若到达时间与空闲时间一致，根据BCP突发包的到达时间和控制信道的资源列表的可用时间得出BCP突发包的发送时间；并将BCP突发包的发送时间和BCP突发包的偏置时间相加得到BDP的发送时间；

4.5、若BCP突发包的到达时间与空闲时间不一致，则将BDP的发送时间与数据信道的各资源列表的空闲时间进行比较，若发送时间与空闲时间一致，则将BCP突发包发送至边缘节点的光电接口，并将BDP突发包放入缓冲区，并开启缓冲器的第二定时器，将第二定时器的时间设定为BCP突发包的偏置时间；

4.6、当第二定时器到达偏置时间时，将BDP突发包发送至边缘节点的光电接口。

在调度单元中，有n个波长的可用信道就对应n个资源列表，本发明设定四个波长，则对应的数据信道和控制信道各有四个资源列表。

本发明具有以下优点：(1)将整个系统集合在单片FPGA芯片(Xilinx公司的Sparten-3E芯片)上，是一种以单片高性能FPGA芯片为平台实现的OBS边缘节点，存储容量大，价格低廉。(2)增加了对以太网帧进行数据校验的功能，避免了对从以太网传来的错误以太网帧的无效处理。(3)引入队列管理机制，能够对拥塞进行早期检测，向端系统发出拥塞指示，使端系统在路由器缓冲队列溢出前降低发送速率，减少大量数据的丢失。(4)引入了即时资源预留方式，速度快、时延小、带宽利用率高、对光存储要求低、设备实现方式简单、价格低廉。

附图说明

图1是本发明的结构框图

图2是以太网与光突发交换网络联网示意图

图3是边缘节点分层结构图

图4是边缘节点电路模块框图

图5是物理层与FPGA连接电路

图6是解以太网帧-组突发包单元的电路

图7是队列管理单元的电路

图8是调度单元的电路

图9是解突发包-组以太网帧单元的电路

具体实施方式

实施例一

参照附图1

用于连接以太网与光突发交换网络的边缘节点，包括：实现以太网帧的物理层接入的物理层设备，将来自以太网的数据传送至光突发交换网的第一交换模块和将来自光突发交换网的数据传送至以太网的第二交换模块；

所述的第一交换模块包括：解析以太网帧获取其目的地址、并将该以太网帧组装为BCP突发包和BDP突发包的解以太网帧-组突发包单元，对突发包的拥塞执行早期检测、在路由器缓冲队列溢出前降低发送速率、并将各突发包按其目的地址存储的队列管理单元，和寻找空闲的控制信道、以空闲控制信道对应的波长将BCP突发包发送至光突发交换网的光电接口，并寻找空闲的数据信道、以空闲数据信道对应的波长将与该BCP对应的BDP突发包发送至光电接口的调度单元；

所述的第二交换模块包括：区分BCP突发包和BDP突发包、并在寻找到BDP突发包后删除与其对应的BCP突发包，再将BDP突发包转换为以太网帧的解突发包-组以太网帧单元，将各以太网帧按其目的地址存储的分类暂存单元，寻找空闲的以太网接口、通过空闲接口将以太网帧发送至对应的物理层设备的接口、实现物理接入的查询单元。

所述的解以太网帧-组突发包单元包括：根据以太网帧格式、识别出以太网帧的数据校验和目的地址的分解子单元，采用校验算法对以太网帧进行运算、将运算结果与以太网帧的数据校验比对、并将运算结果与数据校验一致的以太网帧存入与目的地址一一对应的数据块的校验子单元，和将数据块中的以太网帧根据BDP突发包的协议格式组装成BDP突发包、并根据BDP突发包的信息、根据BCP的协议格式组装成BCP突发包的组突发包子单元；每个数据块均有一个与之对应的第一定时器，所述的组突发包子单元根据定时器中预设的汇聚时间组装突发包。

所述的队列管理单元包括：计算当前的缓冲队列的平均队列长队、根据队列长度决定丢弃或存储突发包的计算子单元，记录需丢弃的突发包标号的、将突发包丢弃的丢包子单元和与突发包的目的地址一一对应、存储突发包的存储列表。

计算子单元根据公式avgQ(t)＝(1-W_q)×avgQ(t-1)+W_q×q计算当前的平均队列长度avgQ(t)，其中，avgQ(t-1)表示上一时刻计算得出的平均队列长度；q表示当前队列长度的测量值；W_q表示权重；

所述的计算子单元中预设有队列长度上限和长度下限，当平均队列长度小于长度下限时，新到达的突发包均存入存储列表中；当平均队列长度大于长度上限时，新到达的突发包标号均记录至丢包子单元中；当平均队列长度大于长度下限、且小于长度上限时，根据预设的概率值将新到来的突发包标号记录至丢包子单元。概率值根据经验设定。

所述的调度单元包括：向队列管理单元中各存储列表发出调度信号的调号子单元，与控制信道的波长一一对应的BCP资源列表，与数据信道的波长一一对应的BDP资源列表，和按照固定的时间间隔查询数据信道和控制信道的空闲波长、并将数据信道和控制信道的各波长的空闲时隙写入与波长对应的资源列表的控制子单元，以及在将BCP突发包发送至光电接口的同时、暂存与该BCP对应的BDP突发包的缓冲区。

所述的以太网帧包括前导符，帧起始符，目标地址，源地址，长度/类型，数据和数据校验；所述的BDP突发包包括保护字段，同步字段，突发包长度，分组个数，分组长度，以太网帧，数据填充，校验字段和保护字段；BCP突发包包括类型，以太网包类型，光波长号，源地址，目的地址，突发包长度，偏置时间和标号。

用于连接以太网与光突发交换网络的边缘节点的实现方法，包括以下步骤：

1、判断数据是从以太网发送至光突发交换网络，还是从光突发交换网络发送至以太网；

2、若数据是从以太网发送到光突发交换网络，将以太网帧经过以太网物理层接口接入解以太网帧-组突发包单元，解析以太网帧，获取其数据校验和目的地址、并将以太网帧组装成BDP突发包和BCP突发包；将突发包发送至队列管理单元；

3、队列管理单元对突发包的拥塞执行早期检测、在路由缓冲队列溢出前降低发送速率、并将各突发包按其目的地址存储；

4、调度单元向队列管理单元发出调度信号，并寻找空闲的控制信道、以空闲控制信道对应的波长将BCP突发包发送至边缘节点的光电接口；寻找空闲的数据信道、以空闲数据信道对应的波长将与该BCP对应的BDP突发包发送至边缘节点的光电接口；

5、若数据是从光突发交换网络传送到以太网，则根据BCP突发包的协议区分出BCP突发包和BDP突发包，并在找到BDP突发包后、删除与其对应的BCP突发包；

6、从BDP突发包中提取出以太网帧；

7、将以太网帧根据其目的地址分别存放；

8、寻找空闲的以太网-边缘节点物理层接口，设定查询时间；若没有查找到空闲的物理层接口，则等待一个查询时间后重新寻找；若查找到空闲的物理层接口，则将以太网帧发送至空闲的物理层接口；

9、等待下一个数据的到来，重复执行步骤1-8。

步骤2中解析以太网帧、组装突发包，包括以下步骤：

2.1、按照以太网帧格式，识别出以太网帧的以太网帧的数据校验和目的地址；以太网帧格式如表1所示，

前导符7

帧起始符1

目标地址6

源地址6

长度/类型4

数据46-1500

数据校验4

                                表1

2.2、对以太网帧采用校验算法进行运算，将运算结果与以太网帧的数据校验对比，判断运算结果与数据校验是否一致；若运算结果与数据校验一致，则将以太网帧存入与其目的地址对应的数据块，并开启与数据块对应的、预设固定的汇聚时间的第一定时器；若运算结果与数据校验不一致，则丢弃该以太网帧；

2.3、当定时器到达汇聚时间时，将数据块中的以太帧按照BDP突发包的协议格式组装成BDP突发包，形成BDP列表；根据BDP突发包的信息，按照BCP突发包的协议格式组装成BCP突发包；

BDP突发包的协议格式如表2所示，

保护字段

同步字段

突发包长度

分组个数

分组长度

以太网帧

……

分组长度

以太网帧

数据填充

校验字段

保护字段

                                         表2

BCP突发包的协议格式如表3所示：

类型

以太网包类型

光波长号

源地址

目的地址

突发包长度

偏置时间

标号

                                     表3

2.4、将BDP突发包和对应的BCP突发包发送给队列管理单元。

步骤3中队列管理单元执行以下步骤：

3.1、对于每一个到达队列管理单元的BDP突发包，按照公式avgQ(t)＝(1-W_q)×avgQ(t-1)+W_q×q计算当前的平均队列长度avgQ(t)，

其中，avgQ(t-1)表示上一时刻计算得出的平均队列长度；

q表示当前队列长度的测量值；

W_q表示权重；

3.2、将当前的平均队列长度与所述的计算子单元中预设的突发包的长度上限和长度下限比对，当平均队列长度小于长度下限时，新到达的突发包均存入存储列表中，存储列表与突发包的目的地址一一对应；当平均队列长度大于长度上限时，新到达的突发包标号均记录至丢包子单元中；当平均队列长度大于长度下限、且小于长度上限时，根据预设的概率值将新到来的突发包标号记录至丢包子单元；长度上限为20，长度下限为10；概率值根据经验设定。

步骤4中，调度单元执行以下步骤：

4.1、查询控制信道和数据信道的空闲波长，将控制信道和数据信道的各个波长的空闲时隙写入与波长对应的资源列表中；

4.2、向队列管理单元的存储列表发出调度信号；收到调度信号的存储列表将其储存的BDP突发包和BCP突发包发送至调度单元；

4.3、接收BCP突发包；

4.4、将BCP突发包的到达时间和控制信道的各资源列表的空闲时间进行比较，若到达时间与空闲时间一致，根据BCP突发包的到达时间和控制信道的资源列表的可用时间得出BCP突发包的发送时间；并将BCP突发包的发送时间和BCP突发包的偏置时间相加得到BDP的发送时间；

4.5、若BCP突发包的到达时间与空闲时间不一致，则将BDP的发送时间与数据信道的各资源列表的空闲时间进行比较，若发送时间与空闲时间一致，则将BCP突发包发送至边缘节点的光电接口，并将BDP突发包放入缓冲区，并开启缓冲器的第二定时器，将第二定时器的时间设定为BCP突发包的偏置时间；

4.6、当第二定时器到达偏置时间时，将BDP突发包发送至边缘节点的光电接口。

在调度单元中，有n个波长的可用信道就对应n个资源列表，本发明设定四个波长，则对应的数据信道和控制信道各有四个资源列表。

实施例二

结合范例和图2-9，进一步说明本发明：

如图2所示，A、B、C表示光突发交换网的三个边缘节点；1、2、3表示光突发交换网的三个核心节点；BCP2表示目的地址为2的BCP突发包；BDP2表示目的地址为2的BDP突发包；BCP3表示目的地址为3的BCP突发包；BDP3表示目的地址为3的BDP突发包。

假设有以太网帧Y1、Y2～Y6需要从以太网1传送到以太网2或以太网3；Y1、Y2、Y4的源地址是以太网1的用户1、2、4，目的地址是以太网2的用户1、2、4；Y3、Y5、Y6的源地址是以太网1的用户3、5、6，目的地址是以太网3的用户3、5、6。下面详述数据在以太网和光突发交换网之间的传输。

1)在边缘节点A，以太网帧Y1～Y6分别从以太网1的1～6号端口进入，通过物理层接口1～6进入FPGA；

2)Y1～Y6首先进入解以太网帧-组突发包单元，在单元的以太网帧分解模块，按照表1的以太网帧格式，识别出以太网帧的数据校验和以太网帧的目的地址，识别出Y1、Y2、Y4的目的地址为以太网2，Y3、Y5、Y6的目的地址为以太网3；

3)在所述解以太网帧-组突发包单元的校验子单元，对以太网帧Y1、Y2～Yn采用校验算法进行运算，将运算结果与各自以太网帧的数据校验相比较，相互不一致的以太网帧则丢失，相互一致则继续下一操作；

4)将Y1存入数据块2中，开启第一定时器2，设定时间为0.5ms，再将Y2和Y4依次存入数据块2中；将Y3存入数据块3中，开启定时器3，设定时间为0.5ms，再将Y5和Y6依次存入数据块3中；

5)在定时器2到达0.5ms的时候，数据块2将数据传给突发数据分组(BDP，burst data packet)列表，列表根据表2的BDP突发包的协议格式添加相应的字节，生成一个BDP突发包BDP2。在定时器3到达0.5ms的时候，数据块3将数据传给突发数据分组(BDP，burst datapacket)列表，列表根据表2的BDP突发包的协议格式添加相应的字节，生成一个BDP突发包BDP3。

6)按照表3的BCP突发包的协议格式，提取出BDP2的相应信息，存入BCP列表中，生成一个BCP突发包BCP2；提取出BDP3的相应信息，存入BCP列表中，生成一个BCP突发包BCP3；最后，通过BDP_Data和BCP_Data发送BDP2、BDP3和BCP2、BCP3到队列管理单元。

7)突发包首先进入计算子单元，对于每一个到达突发包队列管理单元的突发包，计算子单元按照公式avgQ(t)＝(1-w_q)×avgQ(t-1)+W_q×q计算当前的平均队列长度；本发明假设当平均队长小于10时，则不进行丢弃包处理；当平均队长大于20时，则丢弃全部新到达的突发包；当平均队长位于10和20之间，则可设定概率值并按照所设定的概率值丢弃到来的突发包。假设BDP2、BDP3和BCP2、BCP3到达并计算后，不需要丢弃，BDP2和BCP2存入队列2对应的BDP块和BCP块中。BDP3和BCP3存入队列3对应的BDP块和BCP块中。

8)等待调度信号的到来，EN2为1时，队列2中的BDP2和BCP2发送给调度单元，EN3为1时，队列3中的BDP3和BCP3发送给调度单元；

9)首先在控制器的控制下按照一定的时间间隔查询数据信道和控制信道的可用波长，将数据信道和控制信道的四个波长的可用时隙写入对应的八个资源列表中；给队列管理单元发送调度信号EN2，队列管理单元发送BCP2和BDP2给调度单元；

10)当BCP2到达调度模块时，查询BCPa1～BCPa4资源表的可用时隙，得出BCP2的发送时间；查询BCP2的偏置时间，并将其与BCP2的发送时间相加，计算得出BDP2的发送时间，查询BDPb1～BDPb2资源表的可用时隙；如果没有可用时隙，则丢弃BCP2和BDP2，如果两者均有可用时隙，则通过光电接口发送BCP2并将BDP2放入缓冲区，同时开启第二定时器，设定时间为BCP2的偏置时间；当第二定时器到达设定时间时，通过光电接口发送BDP2；

11)发送的BCP2和BDP2经过核心节点的路由和交换之后，到达边缘节点B处；

12)BCP2和BDP2首先进入解突发包/组以太帧单元，突发包检验单元根据表2的BDP突发包的协议格式和表3的BCP突发包的协议格式，找出BDP2突发包，删除BCP2突发包；

13)对BDP2按照表2的BDP突发包的协议格式进行拆分，取出Y1、Y2、Y4；

14)根据表1查出以太网帧Y1、Y2、Y4的目的地址为1、2、4，按照对应的类别号分别从S_Data1、S_Data2、S_Data4发送给六路以太网帧分类暂存单元，进行暂存；

15)在六路以太网帧分类暂存单元中，从S_Data1发送来的Y1存入暂存单元1，从S_Data1发送来的Y2存入暂存单元2，从S_Data1发送来的Y4存入暂存单元4；

16)查询六路接口是否有空闲，有空闲时，将六路以太网帧分类暂存单元中暂存单元1～6中的数据，从物理层接口1～6发送出去；

至此，在光突发交换网中，完成了以太网帧Y1、Y2～Y6从以太网1到以太网2、3传输。

图3中，a表示控制信道；b表示数据信道。

图4中FPGA表示现场可编程门阵列；

TXD[3:0]表示物理层接口接收FPGA发来的四条数据信号的管脚；

TX_EN表示物理层接口接收FPGA发来的数据使能信号的管脚；

TXD4/TXER表示物理层接口接收FPGA发来的错误校验信号的管脚；

TX_CLK表示物理层接口向FPGA发出25MHz频率的管脚，此频率作为在100Base_TX模式下接收数据时所用频率；

RXD[3:0]表示物理层接口向FPGA发出四条数据信号的管脚；

RX_DV表示物理层接口向FPGA发出接收数据有效信号的管脚；

RXD4/RXER表示物理层接口向FPGA发出错误校验信号的管脚；

RX_CLK表示物理层接口向FPGA发出25MHz频率的管脚，此频率作为在100Base_TX模式下发送数据时所用频率；

CRS表示物理层接口向FPGA发出错误校验码信号的管脚；

COL表示物理层接口向FPGA发出冲突检测信号的管脚；

MDC表示物理层接口向FPGA发出串行时钟管理信号的管脚；

MDIO表示物理层接口向FPGA发出串行数据输入输出管理信号的管脚；

E_TXD[3:0]表示FPGA向物理层接口发出四条数据信号的管脚；

E_TX_EN表示FPGA向物理层接口发出数据使能信号的管脚；

E_TXD4/TXER表示FPGA向物理层接口发出错误校验信号的管脚；

E_TX_CLK表示FPGA接收物理层接口发来的25MHz频率的管脚，此频率作为在100Base_TX模式下接收数据时所用频率；

E_RXD[3:0]表示FPGA接收物理层接口发来的四条数据信号的管脚；

E_RX_DV表示FPGA接收物理层接口发来的接收数据有效信号的管脚；

E_RXD4/RXER表示FPGA接收物理层接口发来的错误校验信号的管脚；

E_RX_CLK表示FPGA接收物理层接口发来的25MHz频率的管脚，此频率作为在100Base_TX模式下发送数据时所用频率；

E_CRS表示FPGA接收物理层接口发来的错误校验码信号的管脚；

E_COL表示FPGA接收物理层接口发来的冲突检测信号的管脚；

E_MDC表示FPGA接收物理层接口发来的串行时钟管理信号的管脚；

E_MDIO表示FPGA接收物理层接口发来的串行数据输入输出管理信号的管脚。

图5中，数据块2表示存放目的地址为2的突发包的数据块；数据块3表示存放目的地址为3的突发包的数据块；定时器2表示数据块2对应的定时器；定时器3表示数据块3对应的定时器；RXER表示解以太网帧-组突发包单元发出错误检验信号的管脚；CLK表示解以太网帧-组突发包单元接收时钟信号的管脚；E_TXD 1[3:0]表示解以太网帧-组突发包单元接收一组数据信号的管脚；BDP_Data表示解以太网帧-组突发包单元发出BDP突发包信号的管脚；BCP_Data表示解以太网帧-组突发包单元发出BCP突发包信号的管脚；LOST表示解以太网帧-组突发包单元接收丢包信号的管脚。

图6中，队列2表示目的地址为2的BCP突发包和BDP突发包存放的队列；队列3表示目的地址为3的BCP突发包和BDP突发包存放的队列；LOST表示队列管理单元发出丢包信号的管脚；BDP_Data表示队列管理单元接收BDP突发包信号的管脚；BCP_Data表示队列管理单元接收BCP突发包信号的管脚；BDP_D表示队列管理单元发出BDP突发包信号的管脚；BCP_D表示队列管理单元发出BCP突发包信号的管脚；EN2表示队列管理单元接收队列2的使能信号的管脚；EN3表示队列管理单元接收队列3的使能信号的管脚。

图7中，BCPa1资源表表示控制信道第一个波长的资源表；BCPa2资源表表示控制信道第二个波长的资源列表；BCPa3资源表表示控制信道第三个波长的资源列表；BCPa4资源表表示控制信道第四个波长的资源列表；BDPb1资源表表示数据信道第一个波长的资源列表；BDPb2资源表表示数据信道第二个波长的资源列表；BDPb3资源表表示数据信道第三个波长的资源列表；BDPb4资源表表示数据信道第四个波长的资源列表；BDP_D表示调度单元接收BDP突发包信号的管脚；BCP_D表示调度单元接收BCP突发包信号的管脚；EN2表示资源调度发出队列2的使能信号的管脚；EN3表示资源调度发出队列3的使能信号的管脚；BCPa1~BCPa4表示调度单元发出BCP突发包的四条控制信道的管脚；BDPb1~BDPb4表示调度单元发出BDP突发包的四条数据信道的管脚。

图8中，CLK表示解突发包-组以太网帧单元接收时钟信号的管脚；S_Data1～S_Data6表示解突发包-组以太网帧单元发出六组以太网帧数据信号的管脚；S_Data表示解突发包-组以太网帧单元接收数据信号的管脚。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (9)

1.用于连接以太网与光突发交换网络的边缘节点，包括：实现以太网帧的物理层接入的物理层设备，将来自以太网的数据传送至光突发交换网的第一交换模块和将来自光突发交换网的数据传送至以太网的第二交换模块；

其特征在于：所述的第一交换模块包括：解析以太网帧获取其目的地址、并将该以太网帧组装为BCP突发包和BDP突发包的解以太网帧-组突发包单元，对突发包的拥塞执行早期检测、在路由器缓冲队列溢出前降低发送速率、并将各突发包按其目的地址存储的队列管理单元，和寻找空闲的控制信道、以空闲控制信道对应的波长将BCP突发包发送至光突发交换网的光电接口，并寻找空闲的数据信道、以空闲数据信道对应的波长将与该BCP对应的BDP突发包发送至光电接口的调度单元；

所述的第二交换模块包括：区分BCP突发包和BDP突发包、并在寻找到与BDP突发包后删除与其对应的BCP突发包，再将BDP突发包转换为以太网帧的解突发包-组以太网帧单元，将各以太网帧按其目的地址存储的分类暂存单元，寻找空闲的以太网接口、通过空闲接口将以太网帧发送至对应的物理层设备的接口、实现物理接入的查询单元。

2.如权利要求1所述的用于连接以太网与光突发交换网络的边缘节点，其特征在于：所述的解以太网帧-组突发包单元包括：根据以太网帧格式、识别出以太网帧的数据校验和目的地址的分解子单元，采用校验算法对以太网帧进行运算、将运算结果与以太网帧的数据校验比对、并将运算结果与数据校验一致的以太网帧存入与目的地址一一对应的数据块的校验子单元，和将数据块中的以太网帧根据BDP突发包的协议格式组装成BDP突发包、并根据BDP突发包的信息、根据BCP的协议格式组装成BCP突发包的组突发包子单元；每个数据块均有一个与之对应的第一定时器，所述的组突发包子单元根据定时器中预设的汇聚时间组装突发包。

3.如权利要求2所述的用于连接以太网与光突发交换网络的边缘节点，其特征在于：所述的队列管理单元包括：计算当前的缓冲队列的平均队列长队、根据队列长度决定丢弃或存储突发包的计算子单元，记录需丢弃的突发包标号的、将突发包丢弃的丢包子单元和与突发包的目的地址一一对应、存储突发包的存储列表。

4.如权利要求3所述的用于连接以太网与光突发交换网络的边缘节点，其特征在于：计算子单元根据公式avgQ(t)＝(1-W_q)×avgQ(t-1)+W_q×q计算当前的平均队列长度avgQ(t)，其中，avgQ(t-1)表示上一时刻计算得出的平均队列长度；q表示当前队列长度的测量值；W_q表示权重；

所述的计算子单元中预设有队列长度上限和长度下限，当平均队列长度小于长度下限时，新到达的突发包均存入存储列表中；当平均队列长度大于长度上限时，新到达的突发包标号均记录至丢包子单元中；当平均队列长度大于长度下限、且小于长度上限时，根据预设的概率值将新到来的突发包标号记录至丢包子单元。

5.如权利要求4所述的用于连接以太网与光突发交换网络的边缘节点，其特征在于：所述的调度单元包括：向队列管理单元中各存储列表发出调度信号的调号子单元，与控制信道的波长一一对应的BCP资源列表，与数据信道的波长一一对应的BDP资源列表，和按照固定的时间间隔查询数据信道和控制信道的空闲波长、并将数据信道和控制信道的各波长的空闲时隙写入与波长对应的资源列表的控制子单元，以及在将BCP突发包发送至光电接口的同时、暂存与该BCP对应的BDP突发包的缓冲区。

6.如权利要求1所述的用于连接以太网与光突发交换网络的边缘节点的实现方法，其特征在于：用于连接以太网与光突发交换网络的边缘节点的实现方法，包括以下步骤：

1)、判断数据是从以太网发送至光突发交换网络，还是从光突发交换网络发送至以太网；

2)、若数据是从以太网发送到光突发交换网络，将以太网帧经过以太网物理层接口接入解以太网帧-组突发包单元，解析以太网帧，获取其数据校验和目的地址、并将以太网帧组装成BDP突发包和BCP突发包；将突发包发送至队列管理单元；

3、队列管理单元对突发包的拥塞执行早期检测、在路由缓冲队列溢出前降低发送速率、并将各突发包按其目的地址存储；

4、调度单元向队列管理单元发出调度信号，并寻找空闲的控制信道、以空闲控制信道对应的波长将BCP突发包发送至边缘节点的光电接口；寻找空闲的数据信道、以空闲数据信道对应的波长将与该BCP对应的BDP突发包发送至边缘节点的光电接口；

5)、若数据是从光突发交换网络传送到以太网，则根据BCP突发包的协议区分出BCP突发包和BDP突发包，并在找到BDP突发包后、删除与其对应的BCP突发包；

6)、从BDP突发包中提取出以太网帧；

7)、将以太网帧根据其目的地址分别存放；

8、寻找空闲的以太网-边缘节点物理层接口，设定查询时间；若没有查找到空闲的物理层接口，则等待一个查询时间后重新寻找；若查找到空闲的物理层接口，则将以太网帧发送至空闲接口；

9)、等待下一个数据的到来，重复执行步骤1-8。

7.如权利要求6所述的用于连接以太网与光突发交换网络的边缘节点的实现方法，其特征在于：步骤2)中解析以太网帧、组装突发包，包括以下步骤：

2.1、按照以太网帧格式，识别出以太网帧的以太网帧的数据校验和目的地址；

2.2、对以太网帧采用校验算法进行运算，将运算结果与以太网帧的数据校验对比，判断运算结果与数据校验是否一致；若运算结果与数据校验一致，则将以太网帧存入与其目的地址对应的数据块，并开启与数据块对应的、预设固定的汇聚时间的第一定时器；若运算结果与数据校验不一致，则丢弃该以太网帧；

2.3、当定时器到达汇聚时间时，将数据块中的以太帧按照BDP突发包的协议格式组装成BDP突发包，形成BDP列表；根据BDP突发包的信息，按照BCP突发包的协议格式组装成BCP突发包；

2.4、将BDP突发包和对应的BCP突发包发送给队列管理单元。

8.如权利要求7所述的用于连接以太网与光突发交换网络的边缘节点的实现方法，其特征在于：步骤3)中队列管理单元执行以下步骤：

3.1、对于每一个到达队列管理单元的BDP突发包，按照公式avgQ(t)＝(1-W_q)×avgQ(t-1)+W_q×q计算当前的平均队列长度avgQ(t)，

其中，avgQ(t-1)表示上一时刻计算得出的平均队列长度；

q表示当前队列长度的测量值；

W_q表示权重；

3.2、将当前的平均队列长度与所述的计算子单元中预设的突发包的长度上限和长度下限比对，当平均队列长度小于长度下限时，新到达的突发包均存入存储列表中，存储列表与突发包的目的地址一一对应；当平均队列长度大于长度上限时，新到达的突发包标号均记录至丢包子单元中；当平均队列长度大于长度下限、且小于长度上限时，根据预设的概率值将新到来的突发包标号记录至丢包子单元；长度上限为20，长度下限为10；概率值根据经验设定。

9.如权利要求8所述的用于连接以太网与光突发交换网络的边缘节点的实现方法，其特征在于：步骤4)中，调度单元执行以下步骤：

4.1、查询控制信道和数据信道的空闲波长，将控制信道和数据信道的各个波长的空闲时隙写入与波长对应的资源列表中；

4.2、向队列管理单元的存储列表发出调度信号；收到调度信号的存储列表将其储存的BDP突发包和BCP突发包发送至调度单元；

4.3、接收BCP突发包；

4.4、将BCP突发包的到达时间和控制信道的各资源列表的空闲时间进行比较，若到达时间与空闲时间一致，根据BCP突发包的到达时间和控制信道的资源列表的可用时间得出BCP突发包的发送时间；并将BCP突发包的发送时间和BCP突发包的偏置时间相加得到BDP的发送时间；

4.5、若BCP突发包的到达时间与空闲时间不一致，则将BDP的发送时间与数据信道的各资源列表的空闲时间进行比较，若发送时间与空闲时间一致，则将BCP突发包发送至边缘节点的光电接口，并将BDP突发包放入缓冲区，并开启缓冲器的第二定时器，将第二定时器的时间设定为BCP突发包的偏置时间；

4.6、当第二定时器到达偏置时间时，将BDP突发包发送至边缘节点的光电接口。

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