CN106209686B - 一种光突发环网动态带宽分配方法及装置 - Google Patents
一种光突发环网动态带宽分配方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种光突发环网动态带宽分配方法及装置，包括在光突发环网中，根据外界输入的关于每个节点对的带宽请求，生成每个节点对的以字节为单位的固定带宽请求、保证带宽请求和非保证带宽请求，并将所述每个节点对的以字节为单位的固定带宽请求、保证带宽请求和非保证带宽请求分别转换成以时隙为单位的固定时隙请求、保证时隙请求和非保证时隙请求；通过对每个节点对的非保证时隙请求进行调度，确定实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求；根据固定时隙请求、保证时隙请求和实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求，为每个节点对分配固定时隙、保证时隙和非保证时隙，并根据分配给每个节点对的固定时隙、保证时隙和非保证时隙生成带宽地图。
Description
技术领域
本发明涉及一种子波长全光交换网络，特别涉及一种光突发环网动态带宽分配方法及装置。
背景技术
全球范围内数据业务的迅猛增长，对核心骨干网的传输能力提出了更高的要求。随着密集波分复用技术的进一步成熟，单根光纤上的带宽越来越大，现有的基于电处理的分组交换速度与单根光纤上的带宽相比显得很低，为了提高交换速度和带宽利用率，光分组交换是必然的发展方向。但由于光缓存技术不成熟，在全光域无法采用存储转发机制，使得全光分组交换难以实现，光分组交换在短期内不可能有大的发展。光突发环网采用全光时隙交换技术和全网同步控制机制，不需要光缓存，且具备解决资源竞争问题的潜力，是下一代城域网的有力竞争者。
光突发传送网(Optical Burst Transport Network，OBTN)采用基于光突发(Optical Burst，OB)的全光交换技术，具备网络任意节点对间光层带宽按需提供和快速调度能力，可实现对各种流量(如南北向突发流量、东西向突发流量等)场景的动态适应和良好支持，能够提升资源利用效率和网络灵活性，同时保留光层高速大容量和低成本的优点，且适用于星形/树形/环形各种网络拓扑。图1是现有技术提供的OBTN环网基本结构示意图，如图1所示，具体是一种4节点OBTN单向环形网络，每个节点配置一对快速可调谐突发发射机和快速可调谐突发接收机(可扩展为多个)，整网有两个波长λ0和λ1作为数据通道，一个波长λc作为控制通道，节点A为主节点。
所述OBTN技术具有如下特征：
(1)数据通道中最基本的传输单元为OB。OB间有保护时间作为间隔，若干OB组成一个数据帧，不同波长通道的相应OB帧和OB时隙起始位置需要对齐。数据通道采用突发光接收机/发射机，光突发数据从源节点发送到目的节点是光层直传，不需要中间节点作电层转发。源端需要将客户侧数据包汇聚并封装至OB发送。
(2)控制通道与数据通道相分离。OBTN采用独立的波长通道承载控制信息，其中包括操作维护管理(Operations Administration and Maintenance，OAM)信息、用于搜集各节点带宽请求的带宽报告和指示各节点发送/接收数据的带宽地图。控制帧由主节点发送到各个从节点，指示各节点发送/接收数据的带宽地图，再从各个从节点返回到主节点，带有各个从节点的带宽请求报告和从节点的OAM信息。控制帧在主节点先于对应的数据帧发送，也先于对应的数据帧到达每个从节点。控制通道可以采用普通的光接收机/发射机作为收发设备，在每个节点都进行电域处理，以接收和更新相应控制信息。OBTN环网中控制帧与数据帧的时序关系如图2所示。
(3)采用快速可调谐光器件实现基于OB的全光交换。OBTN节点可以快速调节(纳秒级)发射机/接收机的发射/接收波长，以根据带宽地图选择相应的波长和OB时隙进行突发数据发送/接收，以实现基于OB的全光交换。
(4)流量感知的实时光层资源调度。OBTN采用集中式控制方式，各从节点通过控制帧周期性上报带宽请求至主节点，主节点根据当前资源状态和带宽分配策略进行波长和OB时隙分配，并将分配结果记入带宽地图，再由控制帧分发至各从节点，以根据流量需求实现光层资源快速调度。
然而，由于突发数据包在源目的节点对间光层直传，而不进行电处理，因此受到波长一致性和时隙一致性的约束。如图1所示，节点A发往节点D的一个突发数据包，在节点A由带宽地图指定在波长λ0相应数据帧的第3个OB时隙上路，由于光层直传，且没有波长变换器和光缓存(波长变换器成本高昂，对信号质量有严重影响；光缓存技术未突破)，在经过节点B、节点C至节点D下路时，此突发数据包必须也占用波长λ0相应数据帧的第3个OB时隙，而不能更改波长和时隙位置。更进一步，由于波长时隙分配受到上述多重约束，且带宽资源有限，因此，如分配不当，会导致资源冲突，引起大量丢包，严重降低网络性能。OBTN中资源冲突主要包括下列三种：
(1)发射机资源冲突。一个源端发射机于任意时隙位置能且仅能在一个波长上发送突发数据。如图1，节点A在波长λ0相应数据帧的第3个OB时隙发送一个A-->D的突发数据包；此时，如果带宽地图中还有一个以A节点为源节点的业务在波长λ1相应数据帧的第3个OB时隙上，则产生发射机资源冲突。
(2)接收机资源冲突。一个目的端接收机于任意时隙位置能且仅能在一个波长上接收突发数据。如图，节点D在波长λ0相应数据帧的第3个OB时隙接收一个A-->D的突发数据包；此时，如果带宽地图中还有一个以D节点为目的节点的业务在波长λ1相应数据帧的第3个OB时隙上，则产生接收机资源冲突。
(3)链路资源冲突。同一链路上任意波长相应数据帧的任意时隙能且仅能被分配一次。如图1，业务A-->D占用波长λ0相应数据帧的第3个OB时隙；此时，如果带宽地图中还有业务B-->A占用波长λ0相应数据帧的第3个OB时隙，则在链路BC和链路CD上将产生链路资源冲突。
为了防止资源冲突，每个OB时隙的带宽分配，都需要查询上述三类资源的使用状态。目前业界采用主节点对环网的每个节点分配带宽，在主节点设立资源状态表来记录上述三类资源的使用状态，资源表包含：1)源/目的资源状态表Src_state[S][m]/Dst_state[D][m],表示源节点S/目的节点D的第m个发送/接收时隙的使用状态。2)链路资源状态表Link_state[(i,j)][w][m],表示链路(i,j)上波长通道w的第m个时隙的占用状态，占用置0，反之置1。3)路由表Route_state[(S,D)][(i,j)]表示源节点为S目的节点为D的节点对(S,D)的路由是否经过链路(i,j),经过置1，反之置0，如图5所示。
对于一个具有M个节点，数据通道有N个波长，每个波长支持L个OB时隙的环网，环网每次供分配的OB时隙数最多为M*N*L个。每为一个节点对AB分配一个时隙最多的时间复杂度为：查询一次发射机资源使用状态Ο(1)，查询一次接收机资源使用状态Ο(1)，查询一次路由表Ο(M-1)，遍历所有波长的链路资源使用状态Ο(N*(M-1))。因此，最大时间复杂度为：Ο(1+1+(M-1)+N*(M-1))，也就是说，节点对之间一个OB时隙分配的时间复杂度为Ο((N+1)*(M-1)+2)。综合上述叙述，可以知道，完成一次环网的所有OB时隙分配的时间复杂度为Ο(((N+1)*(M-1)+2)*M*N*L)。因此，很显然动态带宽分配算法是实现光层带宽按需提供的关键技术,为了实现动态带宽按需分配，动态带宽分配(Dynamic Bandwidth Allocation，DBA)必需在流量变化时，进行快速响应，即具备快速计算能力，使得每次环网带宽分配时间，也就是每个DBA周期的时间很短，以防止算法延时导致的响应延时及时延、抖动和丢包等负面影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光突发环网动态带宽分配方法及装置，能更好地解决在光突发环网中分配动态带宽期间减小DBA周期的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种光突发环网动态带宽分配方法，包括：
在光突发环网中，根据外界输入的关于每个节点对的带宽请求，生成每个节点对的以字节为单位的固定带宽请求、保证带宽请求和非保证带宽请求，并将所述每个节点对的以字节为单位的固定带宽请求、保证带宽请求和非保证带宽请求分别转换成以时隙为单位的固定时隙请求、保证时隙请求和非保证时隙请求；
通过对每个节点对的非保证时隙请求进行调度，确定实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求；
根据固定时隙请求、保证时隙请求和实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求，为每个节点对分配固定时隙、保证时隙和非保证时隙，并根据分配给每个节点对的固定时隙、保证时隙和非保证时隙生成带宽地图。
优选地，为每个节点对分配固定时隙的步骤包括：
对于某一节点对，根据固定时隙分配请求，查找所述节点对的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态；
按照波长进行区分，将所找到的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态的状态值进行按位逻辑与操作，得到对应于不同波长的状态值；
根据对应于不同波长的状态值，确定波长编号最小/最大的且时隙资源未全部占用的某个波长，并计算其未占用时隙的比特位和未占用时隙数量；
比较所述未占用时隙数量与所述节点对的待分配固定时隙数量a；
若所述未占用时隙数量大于或等于所述节点对的待分配固定时隙数量a，则按照未占用时隙的比特位由低至高/由高至低的顺序，确定参与固定时隙分配的a个未占用时隙；
否则，按照波长编号由小至大/或由大至小的顺序，依次取出后续时隙资源未全部占用的波长，直至未占用时隙数量的累加结果大于或等于a，然后再确定参与固定时隙分配的a个未占用时隙。
优选地，按照波长进行区分，将所确定的a个未占用时隙作为固定时隙保存至相应波长编号的固定时隙分配结果随机存储器中。
优选地，所述的为每个节点对分配保证时隙的步骤包括：
根据某一节点对的保证时隙请求，查找所述节点对的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态；
按照波长进行区分，将所找到的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态的状态值进行按位逻辑与操作，得到对应于不同波长的状态值；
根据对应于不同波长的状态值，确定波长编号最小/最大的且时隙资源未全部占用的某个波长，并计算其未占用时隙的比特位和未占用时隙数量；
比较所述未占用时隙数量与所述节点对的待分配保证时隙数量b；
若所述未占用时隙数量大于或等于待分配给所述节点对的待分配保证时隙数量b，则按照未占用时隙的比特位由低至高/由高至低的顺序，确定参与保证时隙分配的b个未占用时隙；
否则，按照波长编号由小至大/由大至小的顺序，依次取出后续时隙资源未全部占用的波长，直至未占用时隙数量的累加结果大于或等于b，然后再确定参与保证时隙分配的b个未占用时隙。
优选地，所述的确定实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求的步骤包括：
根据每个节点对的优先级或权重，选取实际参与非保证时隙分配的节点对，并将所选取的实际参与非保证时隙分配的节点对所对应的非保证时隙请求作为实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求。
优选地，所述的为每个节点对分配非保证时隙的步骤包括：
根据某一实际参与非保证时隙分配的节点对的非保证时隙请求，查找所述节点对的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态；
按照波长进行区分，将所找到的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态的状态值进行按位逻辑与操作，得到对应于不同波长的状态值；
根据对应于不同波长的状态值，确定波长编号最小/最大的且时隙资源未全部占用的某个波长，并将比特位最低/最高的未占用时隙作为非保证时隙。
优选地，设置两个保证时隙请求随机存储器，分别保存两个不同动态带宽分配周期的保证时隙请求。
优选地，设置两个非保证时隙请求先入先出存储器，分别保存两个不同动态带宽分配周期的非保证时隙请求。
优选地，设置两组用来分别保存两个不同动态带宽分配周期的保证和非保证时隙分配结果的保证和非保证时隙分配结果随机存储器，其每组具有对应于不同波长编号的多个保证和非保证时隙分配结果随机存储器，从而按照动态带宽分配周期和不同的波长，将为每个节点对分配保证时隙和非保证时隙保存至相应组的保证和非保证时隙分配结果随机存储器。
优选地，设置一个用来保存源节点资源状态表的源节点资源状态表寄存器、用来保存目的节点资源状态表的目的节点资源状态表寄存器、用来保存每段链路每个波长的资源状态表的链路资源状态表寄存器、用来保存路由表的路由表双端口随机存储器，通过查询源节点资源状态表寄存器得到所述节点对的源节点资源状态、通过查找目的节点资源状态表寄存器得到所述节点对的目的节点资源状态、通过查找路由表得到所述节点对经过的每个链路，通过查找每段链路每个波长的链路资源状态表寄存器得到路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态。
优选地，为某个节点对分配固定时隙和保证时隙之后或一次分配一个非保证时隙之后，根据资源使用情况，更新并保存源节点资源状态、目的节点资源状态、每段链路每个波长资源状态的状态值。
优选地，每个节点对的固定时隙分配在初始化阶段完成，以后一直保持不变，每个动态带宽分配周期根据每个节点对的带宽请求，为其分配保证带宽时隙和非保证带宽时隙。
优选地，每个动态带宽分配周期的起始阶段，每个源节点资源状态、目的节点资源状态、每段链路每个波长的链路资源状态恢复到初始化阶段固定时隙分配完成之后相应的状态值。
根据本发明的另一方面，提供了一种光突发环网动态带宽分配装置，包括：
带宽请求生成模块，用于在光突发环网中，根据外界输入的关于每个节点对的带宽请求，生成每个节点对的以字节为单位的固定带宽请求、保证带宽请求和非保证带宽请求，将所生成的每个节点对的以字节为单位的固定带宽请求、保证带宽请求和非保证带宽请求分别转换成以时隙为单位的固定时隙请求、保证时隙请求和非保证时隙请求；
非保证带宽调度模块，用于通过对每个节点对的非保证时隙请求进行调度，确定实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求；
带宽地图生成模块，用于根据固定时隙请求、保证时隙请求和实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求，为每个节点对分配固定时隙、保证时隙和非保证时隙，并根据分配给每个节点对的固定时隙、保证时隙和非保证时隙生成带宽地图。
优选地，对于某一节点对，根据固定时隙请求，所述带宽地图生成模块查找所述节点对的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态，并按照波长进行区分，将所找到的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态的状态值进行按位逻辑与操作，得到对应于不同波长的状态值；根据对应于不同波长的状态值，确定波长编号最小/最大的且时隙资源未全部占用的某个波长，并计算其未占用时隙的比特位和未占用时隙数量，比较所述未占用时隙数量与所述节点对的待分配固定时隙数量a，若所述未占用时隙数量大于或等于所述节点对的待分配固定时隙数量a，则按照未占用时隙的比特位由低至高/由高至低的顺序，确定参与固定时隙分配的a个未占用时隙，否则，按照波长编号由小至大/由大至小的顺序，依次取出后续时隙资源未全部占用的波长，直至未占用时隙数量的累加结果大于或等于a，然后再确定参与固定时隙分配的a个未占用时隙。
优选地，所述带宽地图生成模块具有多个分别对应于不同波长编号的固定时隙分配结果随机存储器，所述带宽地图生成模块按照波长进行区分，将所确定的a个未占用时隙作为固定时隙保存至相应波长编号的固定时隙分配结果随机存储器中。
优选地，所述带宽地图生成模块根据某一节点对的保证时隙请求，查找所述节点对的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态，按照波长进行区分，将所找到的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态的状态值进行按位逻辑与操作，得到对应于不同波长的状态值，根据对应于不同波长的状态值，确定波长编号最小/最大的且时隙资源未全部占用的某个波长，并计算其未占用时隙的比特位和未占用时隙数量，比较所述未占用时隙数量与所述节点对的待分配保证时隙数量b，若所述未占用时隙数量大于或等于待分配给所述节点对的待分配保证时隙数量b，则按照未占用时隙的比特位由低至高/由高至低的顺序，确定参与保证时隙分配的b个未占用时隙，否则，按照波长编号由小至大/由大至小的顺序，依次取出后续时隙资源未全部占用的波长，直至未占用时隙数量的累加结果大于或等于b，然后再确定参与保证时隙分配的b个未占用时隙。
优选地，所述非保证带宽调度模块根据每个节点对的优先级或权重，选取实际参与非保证时隙分配的节点对，并将所选取的实际参与非保证时隙分配的节点对所对应的非保证时隙请求作为实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求。
优选地，所述带宽地图生成模块根据某一实际参与非保证时隙分配的节点对的非保证时隙请求，查找所述节点对的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态，按照波长进行区分，将所找到的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态的状态值进行按位逻辑与操作，得到对应于不同波长的状态值，根据对应于不同波长的状态值，确定波长编号最小/最大的且时隙资源未全部占用的某个波长，并将比特位最低/最高的未占用时隙作为非保证时隙。
优选地，所述带宽地图生成模块具有两个保证时隙请求随机存储器，分别保存两个不同动态带宽分配周期的保证时隙请求。
优选地，所述带宽地图生成模块具有两个非保证时隙请求先入先出存储器，分别保存两个不同动态带宽分配周期的非保证时隙请求。
优选地，所述带宽地图生成模块具有两组用来分别保存两个不同动态带宽分配周期的保证和非保证时隙分配结果的保证和非保证时隙分配结果随机存储器，其每组具有对应于不同波长编号的多个保证和非保证时隙分配结果随机存储器，从而按照动态带宽分配周期和不同的波长，将为每个节点对分配的保证时隙和非保证时隙保存至相应组的保证和非保证时隙分配结果随机存储器。
优选地，所述带宽地图生成模块具有一个用来保存源节点资源状态表的源节点资源状态表寄存器、用来保存目的节点资源状态表的目的节点资源状态表寄存器、用来保存每段链路每个波长的链路资源状态表的链路资源状态表寄存器、用来保存路由表的路由表双端口随机存储器，通过查询源节点资源状态表寄存器得到所述节点对的源节点资源状态、通过查找目的节点资源状态表寄存器得到所述节点对的目的节点资源状态、通过查找路由表得到所述节点对经过的每个链路，通过查找每段链路每个波长的链路资源状态表寄存器得到路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态。
优选地，为某个节点对分配固定时隙和保证时隙之后或一次分配一个非保证时隙之后，根据资源使用情况，更新并保存源节点资源状态、目的节点资源状态、按照波长区分的每段链路每个波长资源状态的状态值。
优选地，每个节点对的固定时隙分配在初始化阶段完成，以后一直保持不变，每个动态带宽分配周期根据每个节点对的带宽请求，为其分配保证带宽时隙和非保证带宽时隙。
优选地，每个动态带宽分配周期的起始阶段，每个源节点资源状态、目的节点资源状态、按照波长区分的每段链路每个波长资源状态恢复到初始化阶段固定时隙分配完成之后相应的状态值。
与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：
1、现有技术为每个节点对分配固定带宽和保证带宽时，一次源节点资源状态、目的节点资源状态、链路资源状态和路由表查询之后只分配一个固定时隙或一个保证时隙给相应的节点对，如果每个节点对分配的固定时隙或保证时隙数为N，就需要进行N次上述资源和路由查询，而本发明提供的方法和装置，在为任何一个节点对分配所需的固定带宽和保证带宽时，一次源节点资源状态、目的节点资源状态、链路资源状态和路由表查询之后，就将其所需的所有固定时隙或保证时隙全部一次性分配给相应的节点对，不再需要进行第二次资源和路由查询，因而大大减少了资源状态查询的次数，大大缩短了动态带宽分配的时钟周期，能够快速响应各个节点对的带宽请求。
2、由于每次资源和路由查询都需要消耗能量，本发明通过减少资源和路由查询次数，降低了功耗。
3、由于分别采用两个保证时隙请求随机存储器、两个非保证时隙请求先入先出存储器和两组保证和非保证时隙分配结果随机存储器，使得两个动态带宽分配周期能够实现流水切换，大大地缩短了动态带宽分配周期。
附图说明
图1是现有技术提供的OBTN环网基本结构的示意图；
图2是现有技术提供的OBTN环网中控制帧与数据帧相对时序的示意图；
图3是本发明实施例提供的光突发环网动态带宽分配方法原理框图；
图4是本发明实施例提供的光突发环网动态带宽分配装置结构框图；
图5是图4中带宽地图生成模块的结构框图；
图6a本发明实施例提供的带宽地图生成模块中路由表的初始化示意图；
图6b本发明实施例提供的带宽地图生成模块中源节点资源状态表的初始化示意图；
图6c本发明实施例提供的带宽地图生成模块中目的节点资源状态表的初始化示意图；
图6d本发明实施例提供的带宽地图生成模块中波长0链路资源状态表初始化示意图；
图6e本发明实施例提供的带宽地图生成模块中波长1链路资源状态表初始化示意图；
图7a本发明实施例提供的带宽请求模块输入的带宽请求报告示意图；
图7b本发明实施例提供的带宽请求模块输出的固定时隙请求示意图；
图7c本发明实施例提供的带宽请求模块输出的保证时隙请求示意图；
图7d本发明实施例提供的带宽请求模块输出的非保证时隙请求示意图；
图8a本发明实施例提供的带宽地图生成模块生成的波长0固定时隙带宽地图示意图；
图8b本发明实施例提供的带宽地图生成模块生成的波长1固定时隙带宽地图示意图；
图8c本发明实施例提供的带宽地图生成模块生成的波长0保证和非保证时隙带宽地图示意图；
图8d本发明实施例提供的带宽地图生成模块生成的波长1保证和非保证时隙带宽地图示意图；
图9a本发明实施例提供的带宽地图生成模块生成带宽地图之后的源节点资源状态表；
图9b本发明实施例提供的带宽地图生成模块生成带宽地图之后的目的节点资源状态表；
图9c本发明实施例提供的带宽地图生成模块生成带宽地图之后的波长0链路资源状态表；
图9d本发明实施例提供的带宽地图生成模块生成带宽地图之后的波长1链路资源状态表。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
光突发环网具有一个主节点和一个或一个以上的从节点，主节点根据收集到的包括自己在内的每个节点的带宽请求，负责动态带宽分配。在光突发环网中，在系统初始化阶段，系统管理员在主节点为每个节点对配置固定带宽字节数和每个时隙的负载长度，系统将以字节为单位的带宽请求，转换为以时隙为单位的带宽请求，并为每个节点对分配相应的时隙。
图3是本发明实施例提供的光突发环网动态带宽分配方法原理框图，如图3所示，步骤包括：
步骤S101：在光突发环网中，根据外界输入的关于每个节点对的带宽请求，生成每个节点对的以字节为单位的固定带宽请求、保证带宽请求和非保证带宽请求，并将所述每个节点对的以字节为单位的固定带宽请求、保证带宽请求和非保证带宽请求分别转换成以时隙为单位的固定时隙请求、保证时隙请求和非保证时隙请求。
步骤S102：通过对每个节点对的非保证时隙请求进行调度，确定实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求。
具体地说，若节点对有非保证时隙请求，则根据每个节点对的优先级或权重，选取实际参与非保证时隙分配的节点对，并将所选取的实际参与非保证时隙分配的节点对所对应的非保证时隙请求作为实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求。
步骤S103：根据固定时隙请求、保证时隙请求和实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求，为每个节点对分配固定时隙、保证时隙和非保证时隙，并根据分配给每个节点对的固定时隙、保证时隙和非保证时隙，生成带宽地图。
本发明是关于子波长全光交换网络，光突发传送网的动态带宽分配技术，三类资源使用状态的查询是带宽动态分配算法的关键，具体包括对源节点资源状态表、目的节点资源状态表、链路资源状态表、路由表的查询。
运行商为用户提供的带宽通常区分成三类，一类是固定带宽，一类是保证带宽，一类是非保证带宽。固定带宽和保证带宽具有高优先级，由于采用规划和接入控制机制，能确保固定带宽和保证带宽完全分配；非保证带宽为共享带宽，优先级较低，在分配阶段各节点对存在资源冲突的情况下，需要考虑分配的公平性问题。一般情况下，固定带宽在系统初始化阶段就完成分配，之后一直保持不变，保证带宽和非保证带宽都需要根据网络运行情况进行实时分配，消耗的时间比较多。
具体地说，在初始化阶段，为每个节点对分配并记录固定时隙，具体步骤包括：对于某一节点对的固定时隙分配请求，查找所述节点对的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态；按照波长进行区分，将所找到的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态的状态值进行按位逻辑与操作，得到对应于不同波长的状态值；根据对应于不同波长的状态值，确定波长编号最小/最大的且时隙资源未全部占用的某个波长，并计算其未占用时隙的比特位和未占用时隙数量；比较所述未占用时隙数量与所述节点对的待分配固定时隙数量a；若所述未占用时隙数量大于或等于所述节点对的待分配固定时隙数量a，则按照未占用时隙的比特位由低至高/由高至低的顺序，确定参与固定时隙分配的a个未占用时隙；否则，按照波长编号由小至大/由大至小的顺序，依次取出后续时隙资源未全部占用的波长，直至未占用时隙数量的累加结果大于或等于a，然后再确定参与固定时隙分配的a个未占用时隙。其中，按照波长进行区分，将所确定的a个未占用时隙作为已分配的固定时隙保存至相应波长编号的固定时隙分配结果随机存储器中。
具体地说，为每个节点对分配保证时隙的步骤包括：根据某一节点对的保证时隙请求，查找所述节点对的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态；按照波长进行区分，将所找到的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态的状态值进行按位逻辑与操作，得到对应于不同波长的状态值；根据对应于不同波长的状态值，确定波长编号最小/最大的且时隙资源未全部占用的某个波长，并计算其未占用时隙的比特位和未占用时隙数量；比较所述未占用时隙数量与所述节点对的待分配保证时隙数量b；若所述未占用时隙数量大于或等于待分配给所述节点对的待分配保证时隙数量b，则按照未占用时隙的比特位由低至高/由高至低的顺序，确定参与保证时隙分配的b个未占用时隙；否则，按照波长编号由小至大/由大至小的顺序，依次取出后续时隙资源未全部占用的波长，直至未占用时隙数量的累加结果大于或等于b，然后再确定参与保证时隙分配的b个未占用时隙，将其作为保证时隙分配给该节点对。其中，设置两个保证时隙请求随机存储器，分别保存两个不同动态带宽分配周期的保证时隙请求，设置两个保证时隙请求随机存储器，是为了从上一次动态带宽分配切换到下一次动态带宽分配的时候，能形成流水操作，缩短每次动态带宽分配所需的时间。此外，为了节约资源，在初始化阶段，每个节点对的固定带宽时隙分配请求也保存在一个保证时隙请求随机存储器中。
具体地说，为每个节点对分配非保证时隙的步骤包括：根据某一实际参与非保证时隙分配的节点对的非保证时隙请求，查找所述节点对的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态；按照波长进行区分，将所找到的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态的状态值进行按位逻辑与操作，得到对应于不同波长的状态值；根据对应于不同波长的状态值，确定波长编号最小/最大的且时隙资源未全部占用的某个波长，并将比特位最低/最高的未占用时隙作为非保证时隙，将其分配给该节点对，如果根据所有的波长状态值都找不到未占用时隙，则该节点此次非保证时隙分配没有成功。其中，设置两个非保证时隙请求先入先出存储器，分别保存两个不同动态带宽分配周期的非保证时隙请求。
具体地说，设置两组用来分别保存两个不同动态带宽分配周期的保证和非保证时隙分配结果的保证和非保证时隙分配结果随机存储器，其每组具有对应于不同波长编号的多个保证和非保证时隙分配结果随机存储器，(即每组中具有多个保证和非保证时隙分配结果随机存储器，其每个保证和非保证时隙分配结果随机存储器与一个波长编号相对应)从而按照动态带宽分配周期和不同的波长，将为每个节点对分配的作为保证时隙的b个时隙和非保证时隙保存至相应组的保证和非保证时隙分配结果随机存储器。
具体地说，设置一个用来保存源节点资源状态表的源节点资源状态表寄存器、用来保存目的节点资源状态表的目的节点资源状态表寄存器、按照波长进行区分的用来保存每段链路每个波长的链路资源状态表的链路资源状态表寄存器、用来保存路由表的路由表双端口随机存储器，通过查询源节点资源状态表寄存器得到所述节点对的源节点资源状态、通过查找目的节点资源状态表寄存器得到所述节点对的目的节点资源状态、通过查找路由表得到所述节点对经过的每个链路，通过查找每段链路每个波长对应的链路资源状态表寄存器得到路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态。
图4是本发明实施例提供的光突发环网动态带宽分配装置结构框图，如图4所示，包括带宽请求生成模块10、非保证带宽调度模块20、带宽地图生成模块30，以及CPU接口模块40。
带宽请求生成模块10用于在光突发环网中，根据外界输入的关于每个节点对的带宽请求，生成每个节点对的以字节为单位的固定带宽请求、保证带宽请求、和非保证带宽请求，将所生成的每个节点对的以字节为单位的固定带宽请求、保证带宽请求、和非保证带宽请求分别转换成以时隙为单位的固定时隙请求、保证时隙请求和非保证时隙请求，并将所述固定时隙请求和保证时隙请求发送至带宽地图生成模块，将所述非保证时隙请求发送至非保证带宽调度模块。
非保证带宽调度模块20用于通过对每个节点对的非保证时隙请求进行调度，确定实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求。具体地说，非保证带宽调度模块20在节点对有非时隙分配请求时，根据每个节点对的优先级或权重，选取实际参与非保证时隙分配的节点对，并将所选取的实际参与非保证时隙分配的节点对所对应的非保证时隙请求作为实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求。
带宽地图生成模块30用于根据固定时隙请求、保证时隙请求和实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求，为每个节点对分配固定时隙、保证时隙和非保证时隙，并根据分配给每个节点对的固定时隙、保证时隙和非保证时隙生成带宽地图。具体地说，在初始化阶段，对于某一节点对，根据固定时隙请求，带宽地图生成模块30查找所述节点对的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态，并按照波长进行区分，将所找到的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态的状态值进行按位逻辑与操作，得到对应于不同波长的状态值；根据对应于不同波长的状态值，确定波长编号最小/最大的且时隙资源未全部占用的某个波长，并计算其未占用时隙的比特位和未占用时隙数量，比较所述未占用时隙数量与所述节点对的待分配固定时隙数量a，若所述未占用时隙数量大于或等于所述节点对的待分配固定时隙数量a，则按照未占用时隙的比特位由低至高/由高至低的顺序，确定参与固定时隙分配的a个未占用时隙，否则，按照波长编号由小至大/由大至小的顺序，依次取出后续时隙资源未全部占用的波长，直至未占用时隙数量的累加结果大于或等于a，然后再确定参与固定时隙分配的a个未占用时隙，将其作为固定时隙分配给该节点对。在初始化阶段结束之后，启动系统正常运行，每个节点将自己的带宽请求发送至主节点，主节点利用带宽请求生成模块10生存保证时隙请求，主节点利用带宽请求生成模块10和非保证带宽调度模块20生成实际参与非保证时隙分配的请求。带宽地图生成模块30根据某一节点对的保证时隙请求，查找所述节点对的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态，按照波长进行区分，将所找到的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态的状态值进行按位逻辑与操作，得到对应于不同波长的状态值，根据对应于不同波长的状态值，确定波长编号最小/最大的且时隙资源未全部占用的某个波长，并计算其未占用时隙的比特位和未占用时隙数量，比较所述未占用时隙数量与所述节点对的待分配保证时隙数量b，若所述未占用时隙数量大于或等于待分配给所述节点对的待分配保证时隙数量b，则按照未占用时隙的比特位由低至高/由高至低的顺序，确定参与保证时隙分配的b个未占用时隙，否则，按照波长编号由小至大/由大至小的顺序，依次取出后续时隙资源未全部占用的波长，直至未占用时隙数量的累加结果大于或等于b，然后再确定参与保证时隙分配的b个未占用时隙。带宽地图生成模块30根据某一实际参与非保证时隙分配的节点对的非保证时隙请求，查找所述节点对的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态，按照波长进行区分，将所找到的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态的状态值进行按位逻辑与操作，得到对应于不同波长的状态值，根据对应于不同波长的状态值，确定波长编号最小/最大的且时隙资源未全部占用的某个波长，并将比特位最低/最高的未占用时隙作为非保证时隙，如果根据所有的波长状态值都找不到未占用时隙，则该节点此次非保证时隙分配没有成功。进一步地，带宽地图生成模块30具有多个分别对应于不同波长编号的固定时隙分配结果随机存储器(即对应于每个波长编号，具有一个固定时隙分配结果随机存储器)，所述带宽地图生成模块按照波长进行区分，将所确定的a个未占用时隙作为固定时隙保存至相应波长编号的固定时隙分配结果随机存储器中。带宽地图生成模块30还具有两个保证时隙请求随机存储器，分别保存两个不同动态带宽分配周期的保证时隙请求。带宽地图生成模块30还具有两个非保证时隙请求先入先出存储器，分别保存两个不同动态带宽分配周期的非保证时隙请求。带宽地图生成模块30还具有两组用来分别保存两个不同动态带宽分配周期的保证和非保证时隙分配结果的保证和非保证时隙分配结果随机存储器，其每组具有对应于不同波长编号的多个保证和非保证时隙分配结果随机存储器(即对应于每个波长编号，具有一个保证和非保证时隙分配结果随机存储器)，从而按照动态带宽分配周期和不同的波长，将为每个节点对分配的作为保证时隙的b个时隙和非保证时隙保存至相应组的保证和非保证时隙分配结果随机存储器。带宽地图生成模块30还具有一个用来保存源节点资源状态表的源节点资源状态表寄存器、用来保存目的节点资源状态表的目的节点资源状态表寄存器、用来保存每段链路每个波长的链路资源状态表的链路资源状态表寄存器、用来保存路由表的路由表双端口随机存储器，通过查询源节点资源状态表寄存器得到所述节点对的源节点资源状态、通过查找目的节点资源状态表寄存器得到所述节点对的目的节点资源状态、通过查找路由表得到所述节点对经过的每个链路，通过查找每段链路每个波长对应的链路资源状态表寄存器得到路由经过的每段链路每个波长资源状态。
为某个节点对分配固定时隙和保证时隙之后或一次分配一个非保证时隙之后，根据资源使用情况，更新并保存源节点资源状态、目的节点资源状态、按照波长区分的每段链路每个波长资源状态的状态值。也就是说，每为一个节点对完成一次时隙分配，不管分配的是固定时隙、保证时隙还是非保证时隙，都要更新源节点资源状态表寄存器、目的节点资源状态表寄存器和每段链路每个波长链路资源状态表寄存器，以反应每个资源的使用状态。
每个动态带宽分配周期的起始阶段，每个源节点资源状态、目的节点资源状态、按照波长区分的每段链路每个波长资源状态恢复到初始化阶段固定时隙分配完成之后相应的状态值。也就是说，每次动态带宽分配周期开始阶段，源节点资源状态表寄存器、目的节点资源状态表寄存器和每段链路每个波长链路资源状态表寄存器，他们的状态值都要恢复到初始化阶段固定时隙分配完成之后的状态值。
所述光突发环网动态带宽分配装置结构简单，不论一个光突发环形网络支持多少个时隙，只需要8个时钟周期主节点就能完成一个节点对的固定带宽或保证带宽分配，只需要5个时钟周期能为一个节点对分配一个非保证时隙，大大地减少了保证带宽和非保证带宽分配所消耗的时间，减少了每个动态带宽分配周期消耗的状态查询时间，确保光突发环形网络带宽实时分配。
本发明的带宽分配实际上是根据每个(S，D)节点对实时请求的带宽，为它们分配需要的时隙，其中S为数据出发的源节点，D为数据需要到达的目的节点。对于节点对(S,D)，带宽请求生成模块10将外界输入的(S,D)节点对带宽请求分为三类：固定带宽请求、保证带宽请求和非保证带宽请求。以字节为单位的固定带宽请求和保证带宽请求又被换算成以时隙为单位的固定时隙请求和保证时隙请求，一个时隙可以传输若干个字节，每个时隙以字节为单位的负载长度通过CPU接口模块40配置，固定时隙请求和保证时隙请求发送给带宽地图生成模块30。以字节为单位的非保证带宽请求被换算成以时隙为单位的非保证时隙请求，非保证时隙请求必须发送给非保证带宽调度模块20。非保证带宽调度模块20在确保公平性的情况下，将非保证时隙带宽请求转化为实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求，并发送到带宽地图生成模块30。带宽地图生成模块30根据接收的每个(S，D)节点对的固定时隙请求、保证时隙请求和非保证时隙请求，对光突发环形网络的时隙资源进行查询和选择，分配实际的时隙，生成带宽地图，并根据主节点的要求将生成的带宽地图输出给主节点使用。
图5是图4中带宽地图生成模块30的结构框图，带宽地图生成模块30具体包括：源节点资源状态表、目的节点资源状态表、路由表、链路资源状态表、保证时隙请求随机存储器0、保证时隙请求随机存储器1、非保证时隙请求先进先出FIFO存储器0、非保证时隙请求先进先出FIFO存储器1、固定时隙分配结果随机存储器组、保证和非保证时隙分配结果随机存储器组以及时隙分配与运行控制模块组成。
进一步说，源节点资源状态表和目的节点资源状态表都采用寄存器实现，每个源节点资源状态Src_State采用一个寄存器(即源节点资源状态表寄存器)保存，每个目的节点资源状态Dst_State也采用一个寄存器(即目的节点资源状态表寄存器)保存，寄存器的位宽为W，W为正整数，表示每次带宽分配的最大时隙数。
进一步说，在主节点，节点与节点之间的链路资源状态表采用寄存器(即链路资源状态表寄存器)保存，数据通道每个波长的每一段链路资源状态Wave_n_Link_State采用一个位宽为W的寄存器保存，n为相应的波长编号，对于有N个波长的光突发环形网络来说，其值为[0，N-1]之间的整数，下文n的定义也一样。
进一步说，路由表采用一个双端口随机存储器(即路由表双端口随机存储器)保存，每个存储单元表示从某一个源节点到某一个目的节点需要经过的链路集，对于一个节点数为M的光突发环形网络，路由表的存储单元数为M2，存储单元的位宽为M。存储单元的每一位对应数据从源节点到目的节点需要经过的一段链路，数据从源节点到目的节点经过相应链路时置1，不经过时置0。任意一个(S,D)节点对在路由表中的存储地址由源节点S编号和目的节点D编号组合而成，路由表存储地址高位为源节点S的二进行编号，地址低位为目的节点D的二进制编号。
图6a本发明实施例提供的带宽地图生成模块中路由表的初始化示意图，如图6a所示，由4个节点A0、A1、A2和A3组成的光突发环形光网络的路由表，任意一个(S,D)节点对路由的存储地址ADDR[3:0]由源节点S的节点编号和目的节点D的节点编号组合而成，其中ADDR[3:2]等于源节点S的编号，ADDR[1:0]是目的节点D的编号，其中(A0,A0)的路由存储地址为0，(A0,A1)的路由存储地址为1；路由表每个存储单元中的bit0表示(A0,A1)路径，bit1表示(A1,A2)路径，bit2表示(A2,A3)路径，bit3表示(A3,A0)路径。
保证时隙请求利用两个双端口存储器保存，双端口存储器，一个端口供写入数据，一个端口供读出数据。这两个存储器分别称为保证时隙请求随机存储器0和保证时隙请求随机存储器1，它们的存储器地址线根数以及地址数据结构和路由表完全一样。之所以采用两个保证时隙请求随机存储器，是为了确保时隙分配一个DBA周期接着一个DBA周期流水进行：一个保存了所有节点对保证时隙带宽请求的存储器在供时隙分配与运行控制模块在当前DBA周期使用时，另一个没有保存任何节点对保证时隙带宽请求，或保存的所有节点对的保证时隙带宽请求已经被时隙分配与运行控制模块在上一个DBA周期遍历，并且分配了相应的时隙，当下一个DBA时隙分配周期各个节点对的保证时隙请求数据到来时，就用后者来保存。
非保证时隙请求采用二个先入先出FIFO存储器保存，它们分别为非保证时隙请求FIFO存储器0和非保证时隙请求FIFO存储器1，FIFO存储器保存的是每个(S，D)节点对的二进制编码，每个存储单元高位为源节点S的二进行编号，低位为目的节点D的二进制编号。之所以采用两个非保证时隙请求FIFO存储器，是为了确保时隙分配一个DBA周期接着一个DBA周期流水进行，一个供时隙分配与运行控制模块进行当前DBA周期非保证时隙分配使用的时候，另一空闲的非保证时隙请求FIFO存储器可以用来保存下一个DBA周期时隙分配所需的非保证时隙请求数据。带宽地图生成模块在写入一次DBA周期非保证时隙请求数据之前，先将准备用来保存数据的FIFO清空，然后才写入当前DBA周期所有节点对的非保证时隙请求数据。
固定时隙分配结果采用一组双端口随机存储器(即固定时隙分配结果随机存储器0,1，…，N-1)保存，存储器的位宽为W，存储器地址线根数以及地址数据结构和路由表完全一样。数据通道有N个波长的光突发环形网，需要N个此类存储器来保存固定带宽分配结果，一个波长对应一个，波长0对应固定时隙分配结果随机存储器0，波长n对应固定时隙分配结果随机存储器n。
保证时隙和非保证时隙分配结果采用双端口随机存储器保存，该类存储器的位宽为W，存储器地址线根数以及地址数据结构和路由表完全一样。数据通道有N个波长的光突发环形网，需要N组双端口随机存储器来保存保证时隙和非保证时隙分配结果，一个波长对应一组双端口存储器。每组利用两个存储器来保存，它们分别为保证和非保证时隙分配结果随机存储器n0和保证和非保证时隙分配结果随机存储器n1。之所以每组采用两个保证和非保证时隙分配结果随机存储器，是为了确保时隙分配一个DBA周期接着一个DBA周期流水进行：一个保存了所有节点对保证和非保证时隙分配结果的随机存储器供主节点在当前DBA带宽分配周期中读取带宽地图，另一个没有保存保证和非保证时隙分配结果或虽然保存有保证和非保证时隙分配结果，但该分配结果已经被主节点在前一个DBA周期中完全读取，后者用来保存下一个DBA时隙分配周期保证和非保证时隙分配结果。换句话说，数据通道有N个波长的光突发环形网需要两组用来分别保存两个不同动态带宽分配周期的保证和非保证时隙分配结果的双端口随机存储器来保存保证时隙和非保证时隙分配结果，每组双端口随机存储器具有对应于不同N个波长的N个双端口随机存储器。
结合图4和图5，动态带宽分配过程如下：
系统启动的时候，首先对所有的寄存器进行复位，然后通过CPU接口模块40对装置的各组成模块进行初始化工作。
在初始化阶段，首先通过CPU接口模块40对带宽请求生成模块10进行配置，为每个(S，D)节点对配置以字节为单位的固定带宽，配置每个时隙以字节为单位的负载长度。此时，带宽请求生成10模块输出给主节点的固定带宽分配完成信号无效，主节点因而不会给光突发环网动态带宽分配装置输入带宽请求。
在初始化阶段，通过CPU接口模块40为非保证带宽调度模块20配置必要的参数，例如优先级、权重等，使得非保证带宽调度模块20能够在初始化完成后按照要求进行非保证带宽调度工作。
本实施例以4节点光突发环形网络为例。
在初始化阶段，对带宽地图生成模块30也需要进行初始化，将每个源节点资源状态寄存器和目的节点资源状态寄存器的每一位都置为1，表示相应的时隙都空闲，如图图6b所示的本发明实施例提供的带宽地图生成模块30中源节点资源状态表的初始化示意图和图6c所示的本发明实施例提供的带宽地图生成模块30中目的节点资源状态表的初始化示意图；将每个波长的每段链路对应的链路资源状态寄存器的每一位都置1，表示相应链路相关时隙也空闲，如图6d所示的本发明实施例提供的带宽地图生成模块30中波长0链路资源状态表初始化示意图和图6e所示的本发明实施例提供的带宽地图生成模块30中波长1链路资源状态表初始化示意图。此外，对路由表进行初始化，路由表每个存储单元对应一个(S，D)节点对的路由，存储单元的每一位对应数据从源节点S到目的节点D需要经过的每一段链路，经过的链路置1，不经过的链路置0，如图6a所示的本发明实施例提供的带宽地图生成模块30中路由表的初始化示意图。
在初始化配置完成之后，CPU接口模块40向带宽请求生成模块10发出指示，启动固定带宽时隙分配工作。带宽请求生成模块10将CPU配置的以字节为单位的固定带宽换算为以时隙为单位的固定时隙请求数据，如图7b所示的本发明实施例提供的带宽请求模块输出的固定时隙请求示意图(其中的数字以16进制表示)，并将该请求数据发送给带宽地图生成模块30，带宽地图生成模块30将该数据保存在保证时隙请求随机存储器0，一个(S，D)节点对占用一个存储单元。带宽地图生成模块30接收完所有(S，D)节点对的固定时隙请求之后，启动固定时隙的分配工作。固定时隙分配的结果，也就是固定带宽地图以波长分组，分别保存在固定时隙分配结果随机存储器0至固定带宽时隙分配结果随机存储器N-1中。
固定带宽时隙分配完成之后，系统的初始化就完成了。此时，带宽地图生成模块30告知带宽请求生成模块10，带宽请求生成模块10将固定带宽分配完成指示信号置为有效。主节点将各个(S，D)节点对以字节为单位的带宽请求报告发送到带宽请求生成模块10，带宽请求报告如图7a所示(其中的数字以10进制表示)。带宽请求生成模块10根据每个节点对的带宽请求生成保证时隙请求和非保证时隙请求，保证时隙请求如图7c所示(其中的数字以16进制表示)，非保证时隙请求如图7d所示(其中的数字以16进制表示)。保证时隙请求直接发送到带宽地图生成模块30的保证时隙请求随机存储器0，非保证时隙请求发送到非保证带宽调度模块20，非保证带宽请求模块10根据初始化配置的参数，按照公平性原则，对所有(S，D)节点对非保证时隙请求进行调度，选取参加非保证时隙分配的节点对，每次给予某个选中的节点对一个非保证时隙请求机会，由于每个机会只代表某个(S,D)节点对的一个非保证时隙请求，所以FIFO存储器保存的是该节点对的二进制编号组合成的二进制数据{S,D}，非保证带宽调度模块20先将非保证时隙请求FIFO存储器0清空，然后将每个调度得到的二进制数据{S,D}发送到带宽地图生成模块30的非保证时隙请求FIFO存储器0中。
当光突发环形网络的所有(S，D)节点对的保证时隙请求保存到带宽地图生成模块30之后，带宽请求生成模块10向带宽地图生成模块30发出带宽地图生成启动信号，带宽地图生成模块30的时隙分配与运行控制模块收到带宽地图生成启动信号之后，启动保证时隙分配。为了缩短运行时间，保证时隙采用批量分配的方法，一次调度就按照需求将某个节点对请求的保证时隙分配给该节点对，并将分配的结果按照波长保存在保证和非保证时隙分配结果随机存储器n0中，其中，n代表所分配到的时隙占用的波长编号，所有节点对的保证时隙分配完毕之后，时隙分配与运行控制模块读取非保证时隙请求FIFO存储器，一次从该FIFO存储器中读取一个节点对的一个非保证时隙请求，然后时隙分配与运行控制模块进行资源状态查询，如果找到合适的时隙就给该节点对分配一个时隙，并将相应的时隙按照波长保存在保证和非保证时隙分配结果存储器n0中，如果找不到合适的时隙给请求的节点对，分配就失败。不管某个节点对的非保证时隙分配成功还是失败，如果非保证时隙请求FIFO不为空，时隙分配与运行控制模块会继续读取该FIFO，为别的节点对分配非保证时隙。时隙分配与运行控制模块按照上述方式继续非保证时隙的分配，只有两种情况才完成或停止非保证时隙的分配，一种情况是是FIFO为空，该种情况是所有的非保证时隙已经分配完毕了；一种情况是保证时隙请求随机存储器1已经接收到所有(S，D)节点对下一个DBA周期带宽分配的保证时隙请求数据，这种情况说明下一个DBA分配的时间到了，当前DBA周期被强行结束。一次带宽分配结果实例如图8a至图8d所示(其中的数字以16进制表示)，一次DBA带宽分配之后各状态寄存器值如图9a至图9d所示。非保证时隙分配完毕之后，时隙分配与运行控制模块发出带宽地图准备好信号，主节点接收到该信号之后，读取固定时隙分配结果存储器0至固定时隙分配结果存储器N-1的数据，取走固定带宽分配结果，读取保证时隙和非保证时隙分配结果存储器00至保证时隙和非保证时隙分配结果存储器(N-1)0的数据，取走保证时隙和非保证时隙分配结果。
下一个DBA周期的带宽分配在保证时隙请求随机存储器1已经接收到所有(S，D)节点对下一个DBA周期带宽分配的保证时隙请求数据之后启动，时隙分配与运行控制模块先读取保证时隙请求随机存储器1启动保证时隙的分配，并将分配的结果按照波长区分保存在保证时隙和非保证时隙分配结果存储器n1中(n为波长编号)。在保证时隙分配完毕之后，读取非保证时隙请求FIFO存储器1，启动非保证时隙分配，同样也将分配的结果按照波长区分保存在保证时隙和非保证时隙分配结果存储器n1中(n为波长编号)。时隙分配与运行控制模块只有两种情况下才会停止非保证时隙分配，一种是FIFO为空，一种是保证时隙请求随机存储器0已经接收到所有(S，D)节点对下一个DBA周期带宽分配的保证时隙请求数据。按照上述规则，本装置为光突发环形网络循环进行带宽分配工作。
每个(S,D)节点对的分配时隙分成三类：固定带宽、保证带宽和非保证带宽。固定带宽和保证带宽采用批量分配的方式，一次分配就将所有需求的时隙分配完。非保证带宽时隙分配，为了确保公平性，一次只给请求的(S,D)节点对分配一个请求的时隙，非保证带宽需要多次分配才能分配完。固定带宽在初始化阶段完成，以后系统在运行过程中不再进行固定带宽的分配工作。
带宽地图生成模块30的时隙分配采用流水线工作，不论是固定带宽、保证带宽还是非保证带宽，一个(S，D)节点对的一次带宽分配都分成六个步骤，但由于保证带宽和非保证带宽每次分配的时隙数不一样，运行需要的时钟周期不一样，为任意一个(S,D)节点对一次分配num_slots(num_slots大于1)个固定带宽或保证带宽时隙需要花费八个时钟周期，为任意一个(S,D)节点对分配一个非保证带宽时隙只需要花费五个时钟周期。
对于固定带宽和保证带宽来说，每次带宽请求num_slots个时隙，带宽地图生成模块30的固定带宽或保证带宽时隙分配过程包括如下六个步骤：
步骤一：查询路由表，得到(S，D)节点对经过的所有链路。
步骤二:首先，查询源/目的节点资源状态寄存器，得到源节点S的资源状态Src_State，和目的节点D的资源状态Dst_State。查询链路资源状态表，查询到(S，D)节点对经过的每一段链路(i,j)的资源状态。
步骤三：对于(S,D)节点对路由经过的每一段链路(i,j)的资源状态、源节点S的资源状态Src_State和目的节点D的资源状态Dst_State，按照波长进行区分，依次分别进行按位与操作并将结果分别保存。
也就是说，上述波长0的按位与操作结果保存在Wave_0_State，波长1的按位与操作结果保存在Wave_1_State，波长n的按位逻辑与操作结果保存在Wave_n_State，n为非负整数。
步骤四：判断波长编号最小/最大的波长对应的状态值是否为0，为便于叙述，假设该波长为a，它的状态值为Wave_a_State。如果Wave_a_State大于0，从Wave_a_State最高位开始，寻找所有为1的比特位，并记下它们的序列号，同时计算为1的位的个数N。
(1)如果N等于(S,D)的num_slots，则确保时隙分配结束，否则，如果N大于(S,D)的num_slots，转向(2)，否则转向(3)。
(2)若N大于(S,D)的num_slots，从最低/最高比特位开始的num_slots个为1的位表示的时隙参与时隙分配，其它的所有位代表的时隙都不参与时隙分配，时隙分配成功，转向步骤五。
也就是说，若所述未占用时隙数量大于或等于待分配给所述节点对的待分配时隙数量，则按照未占用时隙的比特位由低至高/由高至低的顺序，确定参与保证时隙分配的num_slots个未占用时隙；
(3)令num_slots＝num_slots-N。
取波长编号比上一个可用波长序号大/小的下一个波长对应的状态值，如果它的状态值等于0，就再取下一个编号更大的波长对应的状态值，如果取不到状态值不为0的波长，则该(S,D)时隙分配结束，转向步骤五，否则将取到下一个状态值不为0的波长b进行下列运算，为了便于描述，假设其状态值为Wave_b_State，令：
State_temp＝Wave_a_State^1111…1；
State＝State_temp&Wave_b_State；
即，将Wave_a_State与二进制数1111…1进行按位逻辑异或运算，得到State_temp，然后将State_temp与Wave_b_State进行按位逻辑与运算，得到State。
上式中每位都为1的二进制数1111…1中1的个数为W。从所得到的State的最高位开始，寻找所有为1的位，并记下它们的序列号，同时计算为1的位的个数M，M就是该波长可以为本次的(S，D)节点对时隙分配贡献的最大时隙数。令N＝M，Wave_a_State＝Wave_a_State+State,转向(1)。
也就是说，如果所述未占用时隙数量小于待分配给所述节点对的待分配时隙数量，就需要按照波长编号由小至大/由小至大的顺序，依次取出后续时隙资源未全部占用的波长，直至未占用时隙数量的累加结果满足所请求的固定带宽或保证带宽时隙的时隙数量num_slots。
步骤五：将(S，D)节点对时隙分配的结果更新到随机存储器中，即对于固定时隙分配结果，按照波长保存至固定时隙分配结果随机存储器中；对于保证时隙分配结果，按照波长保存至保证和非保证时隙分配结果随机存储器中。
进一步地，当某个波长参与时隙分配成功，贡献了时隙时，更新源节点资源状态寄存器、目的节点资源状态寄存器和该波长相应的链路资源状态寄存器，将使用的时隙置0，表示该时隙已经被占用，使之不能在下次时隙分配时再次被分配，从而避免资源冲突。本次(S，D)节点对的时隙分配结束。
步骤六：分配失败，没有一个波长成功参与时隙分配，不需要更新带宽地图，不需要更新(S，D)节点对的源节点资源状态寄存器、目的节点资源状态寄存器和所有波长的链路资源状态寄存器。本次(S，D)节点对的时隙分配结束。
对于非保证带宽来说，每次费保证时隙请求为一个时隙，带宽地图生成模块30的非保证时隙分配过程包括如下六个步骤：
步骤一：查询路由表，得到(S，D)节点对经过的所有链路。
步骤二：查询源/目的节点资源状态寄存器，得到源节点S的资源状态Src_State，和目的节点D的资源状态Dst_State。查询链路资源状态表，查询到(S，D)节点对经过的每一段链路(i,j)的资源状态。
步骤三：对于(S,D)节点对路由经过的每一段链路(i,j)的资源状态、源节点S资源状态Src_State和目的节点D资源状态Dst_State，按照波长进行区分，依次分别进行按位与操作并将结果分别保存。
也就是说，上述波长0的按位与操作结果保存在Wave_0_State，波长1的按位与操作结果保存在Wave_1_State，波长n的按位逻辑与操作结果保存在Wave_n_State，n为非负整数。
步骤四：判断波长编号最小/最大的波长对应的状态值是否为0，为便于叙述，假设该波长为a，它的状态值为Wave_a_State。如果Wave_a_State大于0，从Wave_a_State最低/最高位开始，寻找数据为1的第一个数据的位置，并记下它的序列号，它对应的时隙就是本次非保证时隙带宽分配到的时隙，转向步骤五。如果Wave_a_State等于0，就取波长编号比上一个可用波长序号大/小的下一个波长对应的状态值，如果没有波长可供选择了，则转向步骤六，否则重复本步骤。
步骤五：将(S，D)节点对时隙分配的结果更新到保证和非保证时隙分配结果随机存储器中，如果有某个波长参与时隙分配成功，贡献了时隙，就更新源节点资源状态寄存器、目的节点资源状态寄存器和该波长相应的链路资源状态寄存器，将使用的时隙置0，表示该时隙已经被占用，使之不能在下次时隙分配再次被分配。本次(S，D)节点对的时隙分配结束。
步骤六：分配失败，没有一个波长成功参与时隙分配，不需要更新带宽地图，不需要更新(S，D)节点对的源节点资源状态寄存器、目的节点资源状态寄存器和所有波长的链路资源状态寄存器。本次(S，D)节点对的时隙分配结束。
本发明具有以下技术效果：
本发明在光突发环网的动态带宽按需分配时，具备快速计算能力，响应快速，减少了每次环网带宽分配时间，也就是每个DBA周期的时间很短，避免了算法延时导致的响应延时及时延、抖动和丢包等负面影响。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。
Claims (20)
1.一种光突发环网动态带宽分配方法，其特征在于，包括：
光突发环网动态带宽分配装置在光突发环网中，根据主节点发送的每个节点对的带宽请求，生成每个节点对的以字节为单位的固定带宽请求、保证带宽请求和非保证带宽请求，并将所述每个节点对的以字节为单位的固定带宽请求、保证带宽请求和非保证带宽请求分别转换成以时隙为单位的固定时隙请求、保证时隙请求和非保证时隙请求；
所述光突发环网动态带宽分配装置通过对每个节点对的非保证时隙请求进行调度，确定实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求；
所述光突发环网动态带宽分配装置根据固定时隙请求、保证时隙请求和实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求，为每个节点对分配固定时隙、保证时隙和非保证时隙，并根据分配给每个节点对的固定时隙、保证时隙和非保证时隙生成带宽地图，将所述带宽地图输出给所述主节点使用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为每个节点对分配固定时隙的步骤包括：
对于某一节点对，根据固定时隙请求，查找所述节点对的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态；
按照波长进行区分，将所找到的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态的状态值进行按位逻辑与操作，得到对应于不同波长的状态值；
根据对应于不同波长的状态值，确定波长编号最小/最大的且时隙资源未全部占用的某个波长，并计算其未占用时隙的比特位和未占用时隙数量；
比较所述未占用时隙数量与所述节点对的待分配固定时隙数量a；
若所述未占用时隙数量大于或等于所述节点对的待分配固定时隙数量a，则按照未占用时隙的比特位由低至高/由高至低的顺序，确定参与固定时隙分配的a个未占用时隙；
否则，按照波长编号由小至大/由大至小的顺序，依次取出后续时隙资源未全部占用的波长，直至未占用时隙数量的累加结果大于或等于a，然后再确定参与固定时隙分配的a个未占用时隙。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，按照波长进行区分，将所确定的a个未占用时隙作为固定时隙保存至相应波长编号的固定时隙分配结果随机存储器中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的为每个节点对分配保证时隙的步骤包括：
根据某一节点对的保证时隙请求，查找所述节点对的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态；
按照波长进行区分，将所找到的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态的状态值进行按位逻辑与操作，得到对应于不同波长的状态值；
根据对应于不同波长的状态值，确定波长编号最小/最大的且时隙资源未全部占用的某个波长，并计算其未占用时隙的比特位和未占用时隙数量；
比较所述未占用时隙数量与所述节点对的待分配保证时隙数量b；
若所述未占用时隙数量大于或等于待分配给所述节点对的待分配保证时隙数量b，则按照未占用时隙的比特位由低至高/由高至低的顺序，确定参与保证时隙分配的b个未占用时隙；
否则，按照波长编号由小至大/由大至小的顺序，依次取出后续时隙资源未全部占用的波长，直至未占用时隙数量的累加结果大于或等于b，然后再确定参与保证时隙分配的b个未占用时隙。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的确定实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求的步骤包括：
根据每个节点对的优先级或权重，选取实际参与非保证时隙分配的节点对，并将所选取的实际参与非保证时隙分配的节点对所对应的非保证时隙请求作为实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的为每个节点对分配非保证时隙的步骤包括：
根据某一实际参与非保证时隙分配的节点对的非保证时隙请求，查找所述节点对的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态；
按照波长进行区分，将所找到的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态的状态值进行按位逻辑与操作，得到对应于不同波长的状态值；
根据对应于不同波长的状态值，确定波长编号最小/最大的且时隙资源未全部占用的某个波长，并将比特位最低/最高的未占用时隙作为非保证时隙。
7.根据权利要求4-6任意一项所述的方法，其特征在于，设置两个保证时隙请求随机存储器，分别保存两个不同动态带宽分配周期的保证时隙请求。
8.根据权利要求4-6任意一项所述的方法，其特征在于，设置两个非保证时隙请求先入先出存储器，分别保存两个不同动态带宽分配周期的非保证时隙请求。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，设置两组用来分别保存两个不同动态带宽分配周期的保证和非保证时隙分配结果的保证和非保证时隙分配结果随机存储器，其每组具有对应于不同波长编号的多个保证和非保证时隙分配结果随机存储器，从而按照动态带宽分配周期和不同的波长，将为每个节点对分配的保证时隙和非保证时隙保存至相应组的保证和非保证时隙分配结果随机存储器。
10.根据权利要求2、4、6任意一项所述的方法，其特征在于，设置一个用来保存源节点资源状态表的源节点资源状态表寄存器、用来保存目的节点资源状态表的目的节点资源状态表寄存器、用来保存每段链路每个波长的链路资源状态表的链路资源状态表寄存器、用来保存路由表的路由表双端口随机存储器，通过查询源节点资源状态表寄存器得到所述节点对的源节点资源状态、通过查找目的节点资源状态表寄存器得到所述节点对的目的节点资源状态、通过查找路由表得到所述节点对经过的每个链路，通过查找每段链路每个波长的链路资源状态表寄存器得到路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态。
11.一种光突发环网动态带宽分配装置，其特征在于，包括：
带宽请求生成模块，用于在光突发环网中，根据主节点发送的每个节点对的带宽请求，生成每个节点对的以字节为单位的固定带宽请求、保证带宽请求和非保证带宽请求，将所生成的每个节点对的以字节为单位的固定带宽请求、保证带宽请求和非保证带宽请求分别转换成以时隙为单位的固定时隙请求、保证时隙请求和非保证时隙请求；
非保证带宽调度模块，用于通过对每个节点对的非保证时隙请求进行调度，确定实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求；
带宽地图生成模块，用于根据固定时隙请求、保证时隙请求和实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求，为每个节点对分配固定时隙、保证时隙和非保证时隙，并根据分配给每个节点对的固定时隙、保证时隙和非保证时隙生成带宽地图，将所述带宽地图输出给所述主节点使用。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，对于某一节点对，根据固定时隙请求所述带宽地图生成模块查找所述节点对的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态，并按照波长进行区分，将所找到的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态的状态值进行按位逻辑与操作，得到对应于不同波长的状态值；根据对应于不同波长的状态值，确定波长编号最小/最大的且时隙资源未全部占用的某个波长，并计算其未占用时隙的比特位和未占用时隙数量，比较所述未占用时隙数量与所述节点对的待分配固定时隙数量a，若所述未占用时隙数量大于或等于所述节点对的待分配固定时隙数量a，则按照未占用时隙的比特位由低至高/由高至低的顺序，确定参与固定时隙分配的a个未占用时隙，否则，按照波长编号由小至大/由大至小的顺序，依次取出后续时隙资源未全部占用的波长，直至未占用时隙数量的累加结果大于或等于a，然后再确定参与固定时隙分配的a个未占用时隙。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述带宽地图生成模块具有多个分别对应于不同波长编号的固定时隙分配结果随机存储器，所述带宽地图生成模块按照波长进行区分，将所确定的a个未占用时隙作为固定时隙保存至相应波长编号的固定时隙分配结果随机存储器中。
14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述带宽地图生成模块根据某一节点对的保证时隙请求，查找所述节点对的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态，按照波长进行区分，将所找到的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态的状态值进行按位逻辑与操作，得到对应于不同波长的状态值，根据对应于不同波长的状态值，确定波长编号最小/最大的且时隙资源未全部占用的某个波长，并计算其未占用时隙的比特位和未占用时隙数量，比较所述未占用时隙数量与所述节点对的待分配保证时隙数量b，若所述未占用时隙数量大于或等于待分配给所述节点对的待分配保证时隙数量b，则按照未占用时隙的比特位由低至高/由高至低的顺序，确定参与保证时隙分配的b个未占用时隙，否则，按照波长编号由小至大/由大至小的顺序，依次取出后续时隙资源未全部占用的波长，直至未占用时隙数量的累加结果大于或等于b，然后再确定参与保证时隙分配的b个未占用时隙。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述非保证带宽调度模块根据每个节点对的优先级或权重，选取实际参与非保证时隙分配的节点对，并将所选取的实际参与非保证时隙分配的节点对所对应的非保证时隙请求作为实际参与非保证时隙分配的非保证时隙请求。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述带宽地图生成模块根据某一实际参与非保证时隙分配的节点对的非保证时隙请求，查找所述节点对的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态，按照波长进行区分，将所找到的源节点资源状态、目的节点资源状态、路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态的状态值进行按位逻辑与操作，得到对应于不同波长的状态值，根据对应于不同波长的状态值，确定波长编号最小/最大的且时隙资源未全部占用的某个波长，并将比特位最低/最高的未占用时隙作为非保证时隙。
17.根据权利要求14-16任意一项所述的装置，其特征在于，所述带宽地图生成模块具有两个保证时隙请求随机存储器，分别保存两个不同动态带宽分配周期的保证时隙请求。
18.根据权利要求14-16任意一项所述的装置，其特征在于，所述带宽地图生成模块具有两个非保证时隙请求先入先出存储器，分别保存两个不同动态带宽分配周期的非保证时隙请求。
19.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述带宽地图生成模块具有两组用来分别保存两个不同动态带宽分配周期的保证和非保证时隙分配结果的保证和非保证时隙分配结果随机存储器，其每组具有对应于不同波长编号的多个保证和非保证时隙分配结果随机存储器，从而按照动态带宽分配周期和不同的波长，将为每个节点对分配的保证时隙和非保证时隙保存至相应组的保证和非保证时隙分配结果随机存储器。
20.根据权利要求12、14、16任意一项所述的装置，其特征在于，所述带宽地图生成模块具有一个用来保存源节点资源状态表的源节点资源状态表寄存器、用来保存目的节点资源状态表的目的节点资源状态表寄存器、用来保存每段链路每个波长的链路资源状态表的链路资源状态表寄存器、用来保存路由表的路由表双端口随机存储器，通过查询源节点资源状态表寄存器得到所述节点对的源节点资源状态、通过查找目的节点资源状态表寄存器得到所述节点对的目的节点资源状态、通过查找路由表得到所述节点对经过的每个链路，通过查找每段链路每个波长对应的链路资源状态表寄存器得到路由经过的每段链路每个波长的链路资源状态。
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