CN1853439A - 具有准时信令的光突发交换网络系统和方法 - Google Patents

Abstract

具有准时(JIT)信令和先进数据传输和存储器访问和管理的光突发交换机网络系统和方法。系统和方法允许并具有诸如模拟和数字信号类型的任意信号类型的并发数据传输，其中JIT信令允许随后同时传输光信号，而不需要电－光变换。系统包括具有无源星形耦合器的光信号总线。提供了与光信号总线进行光通信和与网络终端设备进行网络通信的多个网络适配器。网络适配器包括接收机、发射机和控制逻辑块，允许数据信号作为突发在终端设备与网络系统之间双向移动。发射机和接收机可以是固定的或可调谐的。系统还包括与光信号总线通信的光总线控制器，处理来自光信号总线的信号，按照用户到网络协议把被请求网络适配器连接到请求网络适配器。网络系统实施准时信令协议，以便通知网络中的节点：突发通信即将来临。任选地，系统允许局域网(LAN)中的综合存储器访问。网络中的节点能够无缝地寻址包括网络的所有的其它节点的存储器。

Description

具有准时信令的光突发交换网络系统和方法

相关的专利申请

本专利申请要求来自以下专利申请的优先权：

题目为“OPTICAL BURST SWITCH LOCAL AREANETWORK ARCHITECTURE”的美国临时专利申请No.60/472,630；

题目为“METHODS FOR DATA TRANSMISSION ANDMEMORY STORAGE IN AN OPTICAL BURST SWITCH LOCALAREA NETWORK”的美国临时专利申请No.60/472,633；和

题目为“IMPLEMENTATION OF JUST-IN-TIME SIGNALINGPROTOCOL IN OPTICAL BURST SWITCH WIDE AND LOCALAREA NETWORK ARCHITECTURE”的美国临时专利申请No.60/472,634；

所有这些专利申请都是在2003年5月22日提交的。上述的专利申请的公开内容整体地在此引用以供参考。

技术领域

本公开内容涉及高级光通信网络的新架构，更具体地，涉及光突发交换(OBS)网络，诸如广域网(WAN)和/或局域网(LAN)，具有准时(just-in-time)信令和附加的高级数据访问特性。

背景技术

采用密集波分复用(dWDM)的光网络通过使用光媒体提供非常大的带宽容量用于数据传输。dWDM桥接在较低的电子交换速度与在光媒体内可得到的极高的带宽之间的间隙。dWDM把单模光纤的巨大的信息载送容量划分成多个信道，每个在载送模拟与数字数据的不同的波长上，使得有可能以每秒太拉(10¹²)比特的量级传递聚集的吞吐量。这样，dWDM能够提供更快速的联网基础结构。采用光网络和dWDM的当前的通信技术通常使用波长路由，具有用于数据转移的在端点之间建立的永久或静态提供的电路。然而，永久或静态提供的电路增加成本并缺乏灵活性。

虽然光通信链路在核心和城市网络中是普通的，但在局域数据传输和访问中，特别是在局域网(LAN)中进步是较慢的。结果，电信工业通常宁愿通过采用以太网的新的标准，如GigE(千兆比特以太网)和10GigE(10千兆比特以太网)标准，在诸如以太网的点对点网络的成功的基础上扩展。另外，在主机的限制条件内的通信是经由电子总线完成的，因为可用的带宽是有限的。工业困境是由许多因素带来的，包括全光的LAN需要完全新的元件组，诸如可调谐激光器、可调谐滤波器、放大无源星形耦合器等等。

因此，需要开发使用易于在全光局域网内的节点之间实行通信和减小在传统的光网络中需要的永久或静态配置电路的复杂性和非灵活性的交换技术的、用于局域网的全光结构。也需要开发提供数据透明性的包括光的局域网，即，能够并发地进行任意信号类型的传输，包括模拟信号(诸如，雷达、NTSC视频、传感器信号等等)，数字信号，信号调制和被使用来实施数据传输的任何其它类型的信号格式的网络。想要的网络还包括无缝存储器访问，由此网络中的节点能够无缝地寻址其它节点的存储器。

发明内容

本公开内容描述诸如局域网(LAN)或广域网(WAN)的光突发交换机(OBS)网络的先进的方法和结构，具有准时(JIT)信令和诸如任意信号数据传输、存储器访问、单波长发送/接收通信和统一全局地址缩放的附加的先进特性。光突发交换机(OBS)广域网(WAN)或局域网(LAN)提供低的延迟和与独立于载波的数据路径。另外，按照本公开内容的OBS网络对于信号类型与格式是不可知的。因此，网络可以并发地载送各种各样的模拟和数字格式。

光突发交换机(OBS)网络的示例性结构包括光信号总线，它包括诸如无源星形耦合器或阵列波导光栅的信号耦合器件，和与光信号总线进行光通信和与网络终端设备进行网络通信的多个网络适配器。网络适配器可包括可调谐的接收机、发射机和控制逻辑块，允许数据信号作为突发在终端设备与OBS网络之间双向移动。另外，OBS网络包括光总线控制器，经由在数据信道的频带以外的、单个或多个波长或信道与光信号总线进行通信，处理来自光信号总线的信号，以按照预定的用户到网络协议把被请求网络适配器连接到请求网络适配器。

在一个实施例中，光信号总线可被实施为LAN，以及网络适配器通过把LAN连接到客户或服务器计算机的内部总线而起到传统的网络接口卡(NIC)的作用。在终端主机的操作系统中的设备驱动器提供在传统的网络协议之间的链接，诸如TCP/IP和网络适配器，或可被用作为传统的网络协议的任何其它类型的协议。也可支持替换的协议堆栈，诸如Fiberchannel，或对于JIT网络定义的、新出现的传输层协议。

在另一个实施例中，光信号总线包括多个光滤波器，每个光滤波器具有输入端，接收输入的光信号；第一输出端，发送控制信道信号到光总线控制器；以及第二输出端，在单独的波长上传输数据信号。光数据信号总线包括信号耦合器件，诸如星形耦合器，用作为网络的中央集线器。星形耦合器具有多个数据输入端，与多个光滤波器的第二输出端进行光通信；以及多个输出端，在单独的波长上传输组合的数据信号。组合的数据信号被多个光耦合器的输入端接收，每个耦合器具有第一输入端，接收从光总线控制器发送的控制信道；第二输入端，接收从星形耦合器发送的组合的数据信号；以及输出端，发送输出的光信号。

按照再一个实施例，用于光突发交换机(OBS)网络中实施方案的光总线网络适配器包括光滤波器，具有输入端，接收输入的光信号；第一输出端，发送数据信号；以及第二输出端，发送控制信号。适配器还包括数据信道接收机，具有输入端，接收从光滤波器发送的数据信号，和输出端，发送数据信号；以及控制信道接收机，具有输入端，接收从光滤波器发送的控制信号；和输出端，发送数据信号。物理层接口被包括在适配器中，以及包括第一输入端，接收来自控制信道接收机的控制信号；第二输入端，接收来自数据信道接收机的数据信号；第一输出端，发送控制信号；以及第二输出端，发送数据信号。

适配器还包括控制消息处理器，具有第一输入端，接收来自物理层接口的控制信号；和输出端，发送控制消息，其中控制消息处理器与适配器控制处理器和缓存器存储器通信以确定控制准则，以及电子背面接口，具有第一输入端，接收来自物理层接口的数据信号；第二输入端，接收来自控制消息处理器的控制消息；和输出端，发送数据信号和控制消息。

在示例性光突发交换机(OBS)网络中实施的光总线控制器可包括多个光-电变换器，每个变换器具有输入端，接收光信号，和输出端，发送电信号到多个进入消息机，每个进入机具有输入端，接收光-电变换器的输出，其中进入消息机分析消息和根据当前的状态与协议响应来进行动作。总线控制器包括地址解析表，它与多个进入消息机通信，以便给进入消息机提供转发信息；以及信道仲裁逻辑块，它与多个进入机通信，以便根据来自进入机和地址解析表的输入确定转发调度。控制器还包括多个外出消息机，每个外出机具有输入端，接收来自信道  逻辑块的通信，和输出端，发送调度的数据，以及多个电-光变换器，每个变换器具有输入端，接收来自外出机的数据，和输出端，发送数据到光信号总线。

示例性方法管理通过任意信号类型的OBS网络的并发信号传输。例如，数字信号、模拟信号、调制的信号等等并发地通过OBS网络发送。该方法利用光交换总线(OBS)结构，结合准时信令协议一起，实现能够实现数据透明性的网络。

在公开内容的又一个实施例中，网络管理方法提供局域网(LAN)中的综合存储器访问。按照示例性方法，网络中的节点被配置成无缝地寻址包括网络的其它节点的存储器。管理方法允许OBS网络合并WAN/LAN应用和存储域网络(SAN)应用。

按照另一个实施例，网络管理方法被提供来允许在单个波长上发送和接收光信号，以消除网络架构中对于光信令元件的需要。例如，该方法可以通过每个网络适配器允许一个波长而被实施，这提供与有源交换元件相反的无源器件实施方案。当在OBS网络中实施时，无源星形耦合器或阵列波导光栅可用作为无源非阻塞交换机。示例性方法还可允许统一全局寻址缩放，从CPU地址空间到广域网(WAN)，与OBS结构相组合。与传统的固定长度寻址相反，这个方法提供网络寻址的更有效的装置。

从以下的详细说明，仅仅作为公开内容的说明而不是限制，将很容易明白本公开的方法和系统的另外的优点。正如可以看到的，容量规划方法和系统能够实现其它和不同的实施例，以及它们的几个细节能够在各种明显的方面修改，所有的修改都不背离公开内容的范围。因此，附图和说明被看作为说明性的而不是限制性的。

附图说明

在本技术说明书中引用的和构成技术说明书的一部分的附图显示示例性实施例。

图1是示例性光突发交换机(OBS)局域网(LAN)的框图。

图2显示在OBS LAN中使用的示例性光信号总线的框图。

图3显示示例性OBS LAN的示例性光总线适配器部件的框图。

图4是在OBS LAN中使用的示例性光总线信号控制器的框图。

图5是显示用于通过OBS LAN实施的JIT信令协议的任意信号类型的并发的数据传输的方法的流程图。

图6是按照本发明的实施例的、结合OBS LAN或WAN实施的准时(JIT)信令的信令方案图。

图7是用于在OBS LAN实施的JIT信令中在每个适配器一个单个波长上发送和接收光的数据的示例性方法的流程图。

图8是显示在OBS LAN实施的JIT信令下用于存储器访问的示例性方法的步骤的流程图。

图9显示结合JIT信令使用的示例性光总线交换的框图。

图10显示示例性存储器节点和相关联的存储器的框图。

图11是显示在OBS LAN实施的JIT信令下用于统一全局地址方案的方法的步骤的流程图。

具体实施方式

在以下的说明中，为了说明，阐述许多具体的细节，以便提供本公开内容的透彻的了解。然而，本领域技术人员将会看到，本方法和系统可以不用这些具体的细节被实施。在其它实例中，熟知的结构和装置以框图的形式被显示，以避免不必要地模糊本公开内容。

按照本公开内容的示例性网络利用先进的突发交换技术和准时信令协议来管理和实施网络，这允许交换网络在可变尺寸的数据包(parcel)中传递和交换数据，以及基本上消除永久或静态提供的电路的需要。突发交换不需要在网络内的缓冲。而是，可变的尺寸的突发的交换可以通过使用保留机制在进行中执行。中间交换机只被配置成在简短的时间间隔内正好足够传送突发，以及它可用于交换紧接在后面的其它突发。与分组交换范例的主要差别是缺乏缓冲以及宽得多的范围的突发长度，从非常短(即，“分组”)到非常长(即，“电路”)。

OBS LAN相对于信号类型与格式是不可知的，这样，网络可以并发地载送各种各样的模拟和数字格式。OBS LAN利用能够在光纤内输送的多个波长。光纤包含在单个光纤连接内多个数据路径。OBS LAN允许在这些波长上输送IP，iSCSI和其它协议到分别可寻址的网络适配器(NA)或广播到任何数目的网络适配器。网络适配器提供在网络与诸如电话、计算机、服务器、传统的网络接口等等的网络终端设备之间的接口。另外，网络适配器提供硬连线的控制逻辑块，允许在终端设备和网络之间的作为突发的数据信号的双向移动；以及数据信号缓存器，提供数据信号的突发控制(burstification control)和用于数据信号的发送和接收的时序。网络适配器还提供支持上层功能的逻辑块，包括向量映射直接存储器访问(DMA)和线路速度前向纠错(FEC)，以及网络接口，支持用户网络信令功能而同时提供用于数据信号发送和接收功能的分开的光信道。OBS LAN架构支持具有短于网络的直径的保持的时间的异步信号突发，和具有长于网络的直径的保持的时间的交换的光路径。架构提供在单个信道上带外的信令。信令信道在每个节点处经受电-光变换，使得信令信息对于中间交换机是可用的。在OBS LAN架构中，数据信道/路径对于中间的网络实体是透明的，即，在中间的节点处(诸如集线器，无源星形耦合器(PSC)阵列波导光栅)，不进行电-光变换，以及对于数据速率或信号调制不作假设。架构是使得大多数处理任务只在边缘节点处被支持，核心交换机、集线器和/或PCS保持为简单的。另外，架构的简单性还通过在节点之间不提供全局时间同步而达到。

准时信令是指作为突发的信息传送。突发长度按时间被确定，以及范围可以是从几纳秒到几小时或几天。JIT也没有作出关于突发内信息格式的假设，该信息格式可以是模拟或数字的。而且，关于调制方法或信息密度(比特速率或带宽)，没有作出假设。在网络实施的准时(JIT)信令协议中，信令消息刚好在数据之前被发送以通知中间交换机。公共线程(common thread)是消除信息被发送之前的来回等待时间。在JIT方法中(也称为告诉和进行方法)，一旦第一个接收的信令消息宣告接收到突发，在网络的交换机内的交换单元就被配置成用于进入的突发。

连同OBS LAN架构一起，JIT信令在带外被执行，数据对于中间的网络实体是透明的。这个透明性意味着在中间的节点，诸如无源星形耦合器(PSC)，阵列波导光栅，集线器或交换机中，没有完成电-光变换，以及在节点处没有作出关于数据速率或调制方法的假设。在JIT实施的网络中，信令消息被所有的中间节点处理，这样，执行了电-光变换。进行光通信，以使得对每个光纤分配单个高容量信令信道/波长。架构的基本设想是，聚集为突发的数据可以通过在数据到达之前建立光路径而从一个点被传送到另一个点。这个设想可以通过在数据前发送信令消息以建立光通信路径而达到。一旦数据传送的通信完成，或者连接过期，或者连接被协议释放。

基本交换机架构假设存在多个输入和输出数据和/或信令端口，每个载送多个波长。在每个这种端口上的分开的波长专用于载送JIT信令协议。在进入端口上的任何波长(不包括信令信道波长)可被切换到任何外出端口上相同的波长(无波长变换)，或任何外出端口上的任何的波长(部分或全部波长变换)。在这种架构中，试图建立用于突发从一个端点行进到另一个端点的路径的信令消息必须把突发的到达通知所有的中间交换机或WAN的部件，以便允许它们建立它们的光的交叉连接结构，在数据波长之一上传送数据。它也可以任选地把突发的持续时间通知它们。典型地，网络中每个交换机被配置以调度表，能够跟踪交换结构，诸如波长利用，以及按时分配它们，以便允许在各个节点之间的传送数据。

硬件架构

图1显示实施JIT信令协议的示例性OBS LAN。网络的特征在于是被折叠的(folded)，以及是全双工网络。OBS LAN 100包括光信号总线200、光总线控制器300和多个网络适配器400。光总线控制器300和光信号总线200合在一起被称为集线器。另外，光信号总线200典型地与一个或多个光网络接口设备500进行网络通信，该光网络接口设备500是在OBS LAN 100外部的以及提供到外部网络的网络接口。例如，网络适配器可以是UNI(用户到网络接口)设备，以及网络接口设备500可以是NNI(网络到网络接口)设备。

光信号总线200与光总线控制器300和多个网络适配器400进行网络通信。网络适配器400提供与诸如服务器系统、电话、计算机、传统网络接口等等的终端设备的网络连接性。包含发送和接收光纤的光纤对把多个网络适配器400与光信号总线200互联。在该光纤对中的每条光纤载送两个光信号：(1)数字控制信道，用于发送和/或接收控制信号，以及(2)数据信道，用于发送和/或接收数据，从网络内的一个节点到另一个节点。系统中的控制信道都使用同一个波长和提供在每个网络适配器400与光总线控制器300之间的专用路径。每个网络适配器400具有唯一的波长，它使用该波长在数据信道上发送。每个适配器的接收机能够电子地或光学地快速调谐到它希望与其通信的另一个适配器的发送波长。光信号总线200把来自发送适配器的光信号分发到被连接到总线200的所有的适配器。光总线控制器300提供竞争解决协议以使用适配器的接收信道。由于每个适配器具有独特的发送波长，如果每个发射机寻求不同的目的地，则所有的适配器同时使用总线200而不发生竞争是可行的。

(1)光信号总线

图1所示的示例性OBS LAN 100使用无源星形耦合器或阵列波导光栅作为中央集线器。图2显示用于按照本公开内容的实施例的OBSLAN 100的光信号总线200的结构的框图。光信号总线200的特征在于是展开的(unfolded)、全双工网络。光信号总线200包括星形耦合器210、多个光滤波器220、和多个光耦合器230。光总线控制器300生成和处理信令消息以及保持状态。数据连同状态信息一起被传送到主机。

多个光滤波器220和光耦合器230与相应的网络适配器400(在图2上未示出)是一一对应的关系。光纤240提供在多个网络适配器400的发射机(在图2上未示出)与多个光滤波器220之间的网络连接性。多个光滤波器220用来从适配器发送信号中分离出控制信道，即，具有专用波长的信令信道，以及把控制信道经由控制信道发送光纤250传送到光总线控制器300(在图2上未示出)。另外，多个光滤波器220用来分离出适配器发送信号的数据信号部分，以及把数据信号部分经由光纤260传送到星形耦合器210。

星形耦合器210用来组合从多个网络适配器400发送的数据信号，每个数据信号在分开的波长上被发送。一旦数据信号被组合，星形耦合器400就分离出组合的信号，以及把组合的信号经由光纤270分发到多个光耦合器230的每个。多个光耦合器230用来将从光总线控制器300经由光纤280发送的输出控制信道信号和相应的数据信道信号合成到在被连接到多个网络适配器之一的接收机的光纤290上。

星形耦合器210可以是无源装置，如果在OBS LAN 100中采用最小数目的网络适配器400的话。例如，如果8个或更少的网络适配器400被使用于网络100，限制所使用的信道的数目是8或更少，星形耦合器210可以是无源装置。如果使用更多的网络适配器400并因此使用更多的信道，则在星形耦合器210中可能需要光放大，以克服由于分离等等造成的信号的损耗。

(2)网络适配器

图3显示按照本公开内容的实施例的、在OBS LAN 100中实施的网络适配器400的框图。网络适配器400提供在网络与耦合到OBSLAN 100的网络终端设备，诸如电话、计算机、服务器、传统网络接口等等之间的接口。另外，网络适配器400提供硬连线的控制逻辑块，它允许数据信号作为突发在终端设备与网络之间的双向移动，以及数据信号缓存器，提供数据信号的发送和接收的时序。网络适配器400还包括支持包括向量映射直接存储器访问(DMA)和线路速度、前向纠错(FEC)的上层功能的逻辑块，以及网络接口，支持用户网络信令功能，而同时提供用于数据信号发送和接收功能的分开的光信道。

网络适配器400包括相应于控制信道发射机和接收机410以及数据信道发射机和接收机420的两组发射机和接收机。在发送端，光耦合器430组合控制信道信号与数据信道信号，以及在光纤240上发送组合的信号。在接收端，光滤波器440把控制信道信号与从光纤290接收的数据信道信号分离开。

控制信道和数据信道接收机可以是固定的或可调谐的接收机。作为例子，可调谐的接收机可包括波长滤波器装置，它把接收机对其执行OE变换的光波长输出到密集波分复用(dWDM)的阵列，并且接收机的输出被电切换。用于提供可调谐的接收机功能的其它装置也可被使用并属于本公开内容的范围。控制信道和数据信道发射机可以是固定的或可调谐的发射机。在有限的实施例中，发射机激光器可被调谐到固定的波长。然而，在大多数情形下，需要大规模联网的可调谐的激光器来管理在OBS LAN 100内的数据流。在一个例子中，控制信道接收机和发射机之一是可调谐的。类似地，数据信道接收机和发射机之一是可调谐的。

控制信道接收机和发射机410经由准时用户到网络协议控制通信的发送和接收的调谐。控制信道经由光路径被提供，以及典型地需要成帧结构。保证比特流的DC平衡的编码方案被使用来把数据比特变换成帧。在帧的开始端的前导信号被使用于在接收机端的帧同步。

例如，64/66B或8/10B编码方案可被使用来把数据比特变换成帧。64/66B方案是优选的，因为它提供较低带宽的附加开销的优点。为了保持链路同步，当没有在发送数据时，空闲模式可以从控制信道发送到光信号总线200。另外，数据八位位组典型地在发送之前通过使用已知的扰码方案被扰码。

控制信道典型地工作在大于约500MHz或1Gbps的频率，以使得信号吞吐量延时最小化。控制信道可以经由分开的光纤或作为在数据路径光纤内专用的国际电信联盟(ITU)dWDM波长被输送。当经由在数据路径光纤内的波长被输送时，控制信道被多路分解以及在到集线器的输入和输出端口接口经受光的到电的转换。

在操作时，一旦网络适配器400被连接到OBS LAN 100光信号总线200，网络适配器400就把帧发送到总线200，然后在控制信道上宣称节点存在分组。光信号总线200验证链路和分配地址给新的节点。网络适配器400使用这个地址用于所有的另外的通信。可以采用利用具有可变的地址长度寻址的分级节点的典型的寻址方案。

控制信道发射机和接收机410以及数据信道发射机和接收机420与物理层(PHY)接口450通信。物理层接口450提供在数据通信设备(DCE)和数据终端设备(DTE)之间的电的和机械的互联。PHY接口450包括一系列实施光发射机和接收机的模块。

从数据信道发射机和接收机420接收的数据经由物理层接口450被直接传送到电子背面接口460。控制信道发射机和接收机410经由物理层接口450与控制消息处理器470通信。控制处理器470实施预定的OBS LAN协议，典型地为准时(JIT)协议或能够进行光突发交换机通信的另一个适用的协议。控制消息处理器470与适配器控制处理器480和缓存器存储器490通信，它用来控制OBS LAN 100内数据通信的发送和接收的时序。需要缓存器存储器490来排队数据请求。

前向纠错(FEC)492任选地在本发明的网络适配器200的特定的实施例中被实施。希望对于在网络中检测到比特错误以及由于在核心网络中阻塞造成突发丢失时重发数据突发的需要最小化。例如，在芯片到芯片和板到板通信中，不一定必须进行前向纠错。另外，在其中误比特率(BER)变为很高的局域网和广域网的环境下可能需要FEC。

(3)光总线控制器

图4显示按照本公开内容的实施例的、在OBS LAN 100中实施的光总线控制器300的框图。总线控制器300利用硬件协议加速来处理信号信道。控制器300按照用户到网络协议处理信令信道来连接被请求的网络适配器400到请求的网络适配器400。光总线控制器300把发射机和接收机调谐信息转发到被请求的网络适配器400。根据调谐信息，被请求的网络适配器400调谐它的接收机，适当地接收由请求的网络适配器400发起的数据突发。总线控制器300还实施JIT网络到网络协议来支持LAN互联。

光总线控制器300包括多个进入机310(每个控制信道一个，或多个控制信道公用)、多个外出机320(每个控制信道一个，或多个控制信道公用)。光总线控制器300还包括仲裁电路330、电-光(E/O)变换器340、光-电(O/E)变换器350、转发数据表360、和嵌入的处理器370。

JIT协议消息在信号信道上从光信号总线300被接收，以及经由OE变换器350经受光的到电的变换。在变换过程完成后，进入机310按照JIT协议分析JIT消息并根据被存储在连接表(诸如散列表)中的当前的状态信息和如在有限的状态机中规定的协议响应采取行动。大多数消息将需要查找来自转发表360的转发信息，以及通过仲裁逻辑块330与一个或多个外出机320通信。某些消息不能被进入机310处理，被传送到嵌入的处理器370，以进行更多的复发的和时间密集的判决功能和行动。

仲裁逻辑块330是根据转发表360查找的结果把消息从进入机310传送到外出机320的电路。在多个请求同时进到同一个进入机320的情形下，信道仲裁逻辑块330判决服务于哪个请求。在被请求的外出机320正在繁忙服务于另一个请求的情况下，仲裁逻辑块330把繁忙信号输送到进入机310。

转发表360包括把逻辑系统地址映射到系统的物理端口的信息。这允许把系统地址任意分配到系统的物理端口。它也被使用来把目的地是直接连接到总线的的设备的外部的地址的信息引导到正确的位置。在这方面，转发表360典型地与在光总线控制器架构外面的软件控制器380通信。

JIT协议

如上所述，按照本公开内容的实施例，OBS LAN 100通过使用光突发，诸如准时控制协议，实施数据通信。准时是指所有的信息作为突发传送。突发长度根据时间被确定，它可以从几纳秒直到几小时或几天。JIT也没有作出关于在突发内的信息的格式的假设。所以，在突发内的信息可以是模拟或数字的。没有对调制方法或信息密度(比特率或带宽)作出假设。

使用总线的请求是通过由突发的发起者发送到光总线控制器300的SETUP消息发起的。SETUP消息载送与连接有关的参数。这些参数包括突发说明符、服务质量(QoS)说明符、端到端连接参数、连接标号、和允许沿路径的波长变换和与无线网的互操作性的波长。光总线控制器300根据目的地地址咨询延时估计机制，以及通过使用SETUPACK消息返回更新的延时信息到发起者，以及同时确认SETUP消息的接收。SETUP ACK消息也通知发起的节点，即，突发的发起者，在发送数据突发时使用哪个信道/波长。

发起者根据它知道的到光总线控制器300的来回时间等待需要的时间量，然后在它的发送波长上发送突发。同时SETUP消息正在通过总线控制信道行进，通知目的地突发到达。如果在路径上没有阻塞，则SETUP消息到达目的地节点，然后目的地节点此后不久接收进入的突发。在接收到SETUP消息后，目的地节点可以选择发送CONNECT消息以确认成功的连接。

图5显示按照本公开内容的实施例的、在实施JIT信令的示例性OBS网络中执行数据传输的示例性方法。在步骤1000，提供实施JIT信令协议的包括光的OBS LAN。JIT信令的特征在于，信令在带外执行，发送的数据对于中间网络实体是透明的。这种透明性意味着在中间节点不完成电-光变换。在步骤1010，JIT信令消息由OBS网络上的节点发送，以建立用于以后数据传输消息的光路径。在步骤1020，JIT信令消息被网络中的中间节点处理，执行电-光变换。在步骤1030，任意类型的数据传输消息通过OBS LAN架构被发送。任意消息可以是模拟数据传输、数字数据传输、调制等等。当数据传输通过网络进行通信时，电-光变换是不保证的，以及在包括中间节点的节点处不作出关于数据速率或调制方法的假设。与数据传输不同，信令消息由中间节点，诸如集线器和无源星形耦合器(PCS)或阵列波导光栅，进行处理，这样，进行电光转换。进行光通信，使得每个光纤被分配以高容量信令信道/波长。架构的基本假设是，聚集成突发的数据可以通过刚好在数据到达之前建立光通信路径而传送。这个假设可以通过在数据之前发送信令消息以建立光通信路径而实现。一旦完成数据传送的通信，连接就过期。

JIT信令利用具有可变的长度的分级寻址方案。每个地址字段由一个地址LV(长度、数值)元组代表。地址的长度(诸如以字节计)被分配8比特，因此允许最大2048比特地址长度。分级寻址的概念假设不同的管理实体可以负责分配一部分的地址分级，由长度和地址空间的另外的分级的再划分进行下一步判断。JIT信令与固定长度寻址方案相反，在后者中，地址块必须被分配给不同的实体，因此导致地址空间的不经济的使用。

图6显示按照本公开内容的实施例的、结合OBS LAN/WAN实施的准时(JIT)信令的信令方案图。在图6上，执行连接的明显的建立和断开。以由呼叫主机发送的SETUP消息的形式的信令消息触发中间的节点，诸如交换机或具有PSC的集线器，即，呼叫交换机和被呼叫交换机，以配置用于进入的连接的交叉连接。以RELEASE消息的形式的附加信令消息宣告交叉连接单元何时对于新的连接是可用的。

使用总线的请求由呼叫主机(诸如网络适配器400)发送的SETUP消息10发起，呼叫主机被调度来把嵌入在突发中的数据发出到光总线控制器300(诸如集线器)。光总线控制器300根据目的地地址咨询延时估计机制，诸如进入机和地址解析表，以及通过发送SETUP ACK消息20返回更新延时信息到呼叫主机，这确认SETUP消息的接收。SETUP ACK消息也通知发起节点：当发送数据突发时使用哪个信道/波长。

呼叫主机根据它知道的到光总线控制器的来回时间等待需要的传输延时时间量(XMT DELAY)40，然后在它的发送波长上发送光突发。SETUP消息12，14，16同时通过总线控制信道行进，通知目的地突发到达。

如果在路径上没有发生阻塞，则SETUP消息12到达被呼叫主机，然后它此后不久接收进入的光突发50。SETUP消息带有与光突发连接有关的它的参数。执行参数包括，但不限于，突发说明符；包括需要的连接带宽和优先权的服务质量(QoS)说明符；端到端连接参数，包括编码方案、调制方案、和信号类型；对于呼叫主机独特的连接标号；和允许沿路径的波长变换和与无线网的互操作性的分配的波长。

在接收SETUP消息12后，被呼叫主机可以选择发送CONNECT消息60，以确认连接的成功的完成。由被呼叫主机对SETUP的接收只表示连接被建立，而不保证它的成功的完成，因为连接可以在沿路径的任何地方被更高的优先权路径抢先占用。OBS LAN可以连接到WAN，以及支持具有保持时间短于网络的直径的异步单个突发，和具有保持时间长于网络的直径的交换的光路径。该结构提供在分开的信道上的带外信令。信令信道在每个节点处经受电-光变换，使得信令信息对于中间集线器是可用的。在OBS LAN架构中，数据对于中间的网络实体是透明的，即，在中间站处不进行电-光变换，以及关于数据速率或信号调制不作假设。大多数消息处理只在边缘节点处被支持，核心交换机保持为相对较简单的。另外，架构的简单性还通过在节点之间不提供全局时间同步而达到，因为全局时间同步需要在节点处快速的时钟恢复。

基本交换机架构假设提供多个输入和输出端口，每个端口载送多个波长。在每个端口上的分开的波长专用于载送JIT信令协议。在进入的端口上的任何波长可被切换到任何外出端口上相同的波长(无波长变换)，或任何外出端口上的任何的波长(部分或全部波长变换)。切换可以通过使用本领域技术人员已知的适当的交换技术，诸如MEMS(微电子机械系统)微反射镜阵列、SOA、TIR等等被执行。切换时间被假设为在亚微秒范围。在这种架构中，试图建立用于突发从一个端点行进到另一个端点的路径的信令消息必须把突发的到达通知所有的中间交换机，以便允许它们建立它们的配置，诸如反射镜结构，在数据波长之一上传送数据。它也可以任选地把突发的持续时间通知它们。典型地，网络中每个交换机被配置以调度表，能够跟踪交换配置，以及按时分配它们，以便允许传送数据。

在替换实施例中，用于单个光波长发送和接收的方法在图7上被描述。在步骤1100，提供实施JIT信令协议的OBS网络。在步骤1110，在OBS网络内提供多个网络适配器，每个适配器具有独特的和专用的波长用于光数据传输。在步骤1120，多个网络适配器之一在独特的和专用的波长上传送数据通信。在步骤1130，网络适配器被电调谐到另一个网络适配器的发送波长以用于接收来自其它网络适配器的数据传输。光总线能够把来自发送的适配器的光信号分发到网络中被连接到光总线的所有的适配器。光总线控制器提供竞争解决协议，供适配器的接收信道使用。由于每个适配器具有独特的发送波长，网络中所有的适配器可以不竞争地同时使用总线，如果每个发射机寻求独特的目的地的话。

在一个实施例中，上述的JIT协议结合OBS LAN一起被用作为光总线互联协议。这具有比起传统的总线架构提供更多的可用的存储器带宽的优点。另外，JIT信令协议使得大的存储器量可作为本地存储器对于不同的应用可用。结合OBS LAN架构一起使用JIT协议来提供LAN或WAN与存储区域网络(SAN)应用的无缝合并也是有利的。

按照本发明的另一个实施例，在实施JIT信令的OBS网络中用于存储器存取的方法在图8上被描述。在步骤1200，提供实施准时信令协议的光突发交换机网络。在步骤1210，网络节点配置JIT信令协议建立消息，包括目的地地址字段内存储器单元的地址。在步骤1220，网络节点发送建立消息到与存储器相关联的目的地网络节点。在步骤1230，与存储器有关的网络节点接收建立消息，以及分析存储器请求。在步骤1240，确定被请求的存储器当前是否可访问的。在步骤1250，如果存储器是可访问的，则从存储器读出相应的数据或把相应的数据写入存储器。

当前的JIT协议具有多达2048比特的地址字段，它能够支持对这些节点内的各个字节的访问。在一个实施例中，DRAMS被安排在库中，以及存储器请求只在相应的库是空闲时才可被访问。所以，对于包含4个库的1GB存储器芯片，目的地地址不需要包含30比特的字节级别地址。它只需要规定它需要访问的库，这可以通过仅仅使用2比特而完成。

图9显示实施JIT信令的光总线交换机网络的另一个实施例的框图。光总线控制器300与实施网络适配器400的多个节点进行信令信道通信。另外，星形耦合器210与多个网络适配器400进行数据信道通信。假设用于节点N3和N5的网络适配器400与大量存储器进行通信。例如，总线适配器节点N3和N5可包含大量传统的存储器600(例如，DDR DRAMS)，为LAN中某些或所有的网络节点服务。相应于节点N3和N5的目的地地址字段包括正在被参考的存储器单元的地址。其余的节点N1，N2，N4和N6是访问被存储在N3和N5中的存储器的网络适配器。网络适配器节点400发送信令消息，诸如SETUP，到存储器节点N3，N5，以便访问存储器。

示例性JIT协议具有多达2048比特的地址字段，它能够支持访问到节点N3，N5内的各个字节。在一个实施例中，DRAMS被安排在库中，以及存储器请求只在相应的库是空闲时才可被访问。所以，对于包含4个库的1GB存储器芯片，目的地地址不需要包含30比特的字节级别地址。它只需要规定它需要访问的库，这可以通过仅仅使用2比特而完成。用于节点N3和N5的控制器分析SETUP消息，以及取决于所请求的库是否繁忙，确定该请求是被拒绝还是被经受。如果请求被经受，则库被标记为繁忙，直至相应的数据被读出或被写入为止。换句话说，存储器库以与网络中其它节点完全相同的方式工作。

图10显示按照本公开内容的实施例的、存储器节点(图9的节点N3和N5)和相关的节点的框图。网络适配器400与把多个传统的总线信道连接到JIT光总线的总线接口402进行通信。总线接口402解析进入的JIT光总线请求，以访问相应的存储器库404。作为例子，为了读出/写入大的存储器块，首先发送SETUP消息到总线接口402，它检验被请求的库是否繁忙。如果该库是可用的，则总线接口402多路分解进入的数据流以及生成相应的地址，使能读出/写入到存储器库404。当被请求的块已被读出/写入时，该库再次成为空闲。

在本公开内容的另一个实施例中，在实施JIT信令处理的OBSLAN中用于统一请求寻址的方法由图11的流程图描述。在步骤1300，第一管理实体分配自由决定的(discretionary)长度的第一地址元组。在步骤1310，第二管理实体分配自由决定的长度的第二地址元组。这个处理过程在所有的管理实体处继续进行直至分级地址被分配给光信令消息为止。地址的长度被分配8比特，因此允许最大2048比特地址长度。这个方法与固定长度寻址方案不同，在后者中地址块必须分配用于不同的实体，因此导致地址空间的不经济的使用。

在本公开内容的另一个实施例中，光突发总线被用作为LAN，以及网络适配器起到传统的网络接口卡的作用，连接到客户或服务器计算机的内部总线。在终端的主机的操作系统中的设备驱动器提供在诸如TCP/IP的传统的网络协议与网络适配器之间的链接。替换的协议堆栈也可被支持，诸如Fiberchannel，或对于JIT网络规定的新出现的传输层协议。按照本公开内容的另一个实施例，使用如上所述的JIT协议的光突发网络通过使用卫星和/或无线网被整体地或部分地被实施。

从以上的说明和相关的附图给出的教导获益的、与本公开内容有关的领域的技术人员将想起本公开内容的许多修改和其它实施例。所以，将会看到，本公开内容不限于所公开的具体的实施例，以及修改和其它实施例打算被包括在所附权利要求的范围内。虽然这里采用特定的术语，但它们仅仅在一般和说明的意义上被使用，而不是为了限制的目的。

Claims (25)

1.一种光突发交换机(OBS)网络系统，包括：

光信号总线，包括信号耦合器件；

多个网络适配器，与光信号总线进行光通信和与网络终端设备进行网络通信，每个网络适配器被耦合到终端设备，以及包括接收机、发射机和控制逻辑块，允许数据信号作为突发在终端设备与网络系统之间双向移动；以及

光总线控制器，与光信号总线进行光通信，用于处理从光信号总线接收的信号，以便根据由请求光适配器发起的请求来建立在被请求网络适配器与请求网络适配器之间的信号通信。

2.权利要求1的系统，其中所述信号耦合系统是无源星形耦合器或阵列波导光栅。

3.权利要求1的系统，其中所述网络系统是局域网(LAN)。

4.权利要求1的系统，其中光适配器被耦合到计算机。

5.权利要求1的系统，还包括光网络接口，该接口被配置成与光信号总线进行光通信和与一个或多个外部网络进行网络通信。

6.权利要求1的系统，其中接收机和发射机是固定的或可调谐的。

7.权利要求6的系统，其中接收机和发射机的至少一个是可调谐的。

8.一种在光突发交换机(OBS)网络系统中使用的光信号总线，所述光信号总线包括：

多个光滤波器，每个光滤波器具有接收输入光信号的输入端；被配置来发送控制信道信号到光总线控制器的第一输出端；以及被配置来在单独的波长上发送数据信号的第二输出端；

信号耦合器件，包括：

多个输入端，与多个光滤波器的第二输出端进行光通信；以及

多个输出端，在单独的波长上发送组合的数据信号；以及

多个光耦合器，每个耦合器包括：

第一输入端，接收由光总线控制器发起的控制信道；

第二输入端，接收来自信号耦合器件的组合的数据信号；以及

输出端，被配置来发送输出的光信号。

9.权利要求8的总线，其中信号耦合器件是无源星形耦合器或阵列波导光栅。

10.一种在光突发交换机(OBS)网络系统中使用的光总线网络适配器，所述网络适配器包括：

光滤波器，包括：

输入端，用于接收输入的光信号；

第一输出端，用于发送数据信号；以及

第二输出端，用于发送控制信号；

数据信道接收机，具有输入端，用于接收来自光滤波器的数据信号；和输出端，用于发送数据信号；

控制信道接收机，具有输入端，用于接收来自光滤波器的控制信号；和输出端，用于发送数据信号；

物理层接口，包括：

第一输入端，用于接收来自控制信道接收机的控制信号；

第二输入端，用于接收来自数据信道接收机的数据信号；

第一输出端，用于发送控制信号；以及

第二输出端，用于发送数据信号；

控制消息处理器，具有第一输入端，用于接收来自物理层接口的控制信号；和输出端，用于发送控制消息，其中所述控制消息处理器与适配器控制处理器和缓存器存储器进行通信，以确定至少一个控制准则；以及

背面接口，包括：

第一输入端，用于接收来自物理层接口的数据信号；

第二输入端，用于接收来自控制消息处理器的控制消息；和

输出端，用于发送数据信号和控制消息。

11.一种在光突发交换机(OBS)网络系统中使用的光总线控制器，所述光总线控制器包括：

多个光-电变换器，每个变换器包括输入端，用于接收光信号；和输出端，用于发送电信号；

多个进入消息机，每个进入机具有输入端，用于接收光-电变换器中的一个的输出，其中所述进入消息机分析所述光-电变换器的所述一个的输出并根据当前的状态与协议响应进行动作；

地址解析表，被配置来与多个进入消息机通信，以便给进入消息机提供转发信息；

信道仲裁装置，用来与多个进入机通信，以便根据来自进入机的输入和地址解析表的确定转发调度；

多个外出消息机，每个外出机具有输入端，用于接收来自信道仲裁装置的通信；和输出端，用于发送调度数据；以及

多个电-光变换器，每个变换器具有输入端，用于接收来自外出机的数据；和输出端，用于发送数据到光信号总线。

12.一种光突发交换机(OBS)网络系统，包括：

光信号总线，包括信号耦合器件；

多个网络适配器，被配置来与光信号总线进行光通信和与网络终端设备进行网络通信，其中每个网络适配器被耦合到终端设备，以及包括接收机、发射机和控制逻辑块，允许数据信号作为突发在终端设备与OBS网络系统之间双向移动；以及

光总线控制器，与光信号总线进行光通信，用于处理来自光信号总线的信号，以便根据预定的通信协议建立在被请求网络适配器与请求网络适配器之间的通信，

其中所述网络系统实施准时信令协议，以通知被耦合到网络的网络适配器之一，表示突发通信即将来临。

13.权利要求12的系统，其中所述信号耦合器件是无源星形耦合器或阵列波导光栅。

14.权利要求12的系统，其中所述网络系统是局域网(LAN)。

15.权利要求12的系统，其中接收机和发射机是固定的或可调谐的。

16.权利要求15的系统，其中至少一个接收机和发射机是可调谐的。

17.一种用于在具有多个节点的光网络系统中的透明数据传输的方法，所述方法包括以下步骤：

提供包括光的局域网，其实现光突发交换机架构；

传输来自节点的信令消息，以建立用于随后的数据传输消息的光路径；

在网络中一个节点处理信令消息，其中执行电-光变换；以及

在局域网中通过光路径传输数据传输消息，其中所述数据传输消息包括任意类型的数据。

18.权利要求17的方法，还包括在局域网中实现准时(JIT)协议的步骤。

19.一种用于在包括光的网络中的单波长数据传输的方法，所述方法包括以下步骤：

提供光突发交换机网络；

在光突发交换机网络内提供多个网络适配器，其中每个多个网络适配器具有独特的和专用的波长，用于光数据传输；

在与多个网络适配器中的一个相关联的独特的和专用的波长上传输来自所述网络适配器中的所述一个的数据；以及

把该多个网络适配器之一电调谐到另一个网络适配器的发送波长，用于接收数据传输。

20.权利要求19的方法，还包括在光突发交换机网络中实施准时(JIT)协议的步骤。

21.一种用于在包括多个网络节点的光突发交换机网络中的存储器访问的方法，所述方法包括以下步骤：

提供光突发交换机网络；

在网络节点中的一个配置建立消息，该建立消息包括在目的地地址字段内的存储器的地址；

从所述网络节点的所述一个发送建立消息到与由存储器单元识别的存储器相关联的另一个网络节点；

在与存储器相关联的所述另一个网络节点接收建立消息以及分析该建立消息；

确定由所述建立消息请求的存储器当前是否可访问；以及

响应于表示存储器是可访问的确定步骤的结果，访问存储器。

22.权利要求21的方法，还包括在光突发交换机网络中实现准时(JIT)协议的步骤。

23.权利要求21的方法，其中所述访问存储器的步骤包括从存储器读出数据或者把数据写入到存储器。

24.一种用于光突发交换机网络中的分级寻址的方法，所述方法包括以下步骤：

在第一管理实体分配自由决定的长度的第一地址元组；以及

在第(n+1)管理实体分配自由决定的长度的第n地址元组。

25.权利要求24的方法，其中所述光突发交换机网络实施准时协议。

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