CN1996799B - 利用光电混合缓存结构实现的光分组存取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用光电混合缓存结构实现的光分组存取方法，由环状的光纤延迟线缓存结构和电缓存结构组成光电混合缓存结构。进行缓存时，从光分组交换节点输入端口到达的光分组先选择进入环状的光纤延迟线缓存结构以循环队列的方式进行存取，若循环光分组队列满或电缓存内已有缓存的光分组信息，则根据到达光分组的优先级进行可选的电缓存。进行读取时，环状的光纤延迟线结构内的循环光分组队列依次输出光分组，电缓存内缓存的光分组信息在循环光分组队列只剩一个光分组时才开始向环状的光纤延迟线结构中输出，直至循环光分组队列满或电缓存内不再有光分组信息才停止。本发明能减少节点处光纤延迟线的总数目和总长度，提高光纤延迟线的利用率。

Description

利用光电混合缓存结构实现的光分组存取方法

技术领域

本发明涉及一种光分组交换中光信号的缓存技术，利用光电混合缓存结构来实现光分组的存取，解决目前光分组交换节点中光纤延迟线利用效率低下的问题，属于光通信技术领域。

背景技术

光纤通信正逐渐成为现代通信传输特别是干线传输的主要方式，其发展的主要方向是从光电混合，向三网合一的全光网络方向发展。全光网的核心包括两部分，一个是光的传输，另外一个是光的交换。近年来，无中继超长距离(数千公里)和超高速Tbit/s乃至10Tbit/s的光传输技术已见报导。光纤传输系统的速率提高也带来了一个新的问题，如果在网络节点处仍以电信号处理信息的速度进行交换，就会受到所谓“电子瓶颈”的限制，节点将变得庞大而复杂，超高速传输所带来的经济效益将被昂贵的光/电和电/光转换费用所抵消。此外，由于超大容量密集波分复用系统的发展，光传输链路的容量将被极大地发掘。因此未来全光网络的容量将不会受限于传输链路，焦点将集中在全光网络的节点上。为了有效地利用网络带宽和容量，光交换技术亟需大力发展。

近年来光交换技术越来越多成为国内外光通信领域新的研发热点，现已开展研究的光交换技术，按照交换粒度区分，光交换有三种方式：光线路交换(OpticalCircuit Switching)、光分组交换(Optical Packet Switching，OPS)与光突发交换(Optical Burst Switching)。光线路交换的基本交换单元是一次呼叫，其主要缺陷是，在数据传送之前必须为呼叫建立相应的波长路由通道，直到该呼叫完成才释放。光突发交换的基本交换单元是一组突发数据，它通过预先发送控制信息，在每个节点处，经过光/电变换、处理、预约资源后，节点再传送突发数据，数据可以始终保持在光域内，但是其控制信息需要占用额外的信道资源。光分组交换是一种更为理想的光交换技术，其基本交换粒度为高速传输的光分组，光信息在网络中被分成由具有固定长度的光载荷加上承载路由信息的光信头所构成的光分组进行传输。光分组交换要求节点的处理能力非常高。早先提出的全光交换，要求控制信号在光域处理。由于光逻辑器件到目前为止依然无法真正实用，因而是光电混合的办法越来越多地为光分组交换技术所采用。

在OPS网络中，当多个光分组同时到达同一个输出端口时就会产生竞争。光缓存是一种解决竞争的基本方法。由于在光域上没有可用的随机存取缓存(Random Access Memory，RAM)，因此不可能完全采用电域中的交换机制。光缓存的一种可选方案是用光纤延迟线(Fiber Delay Line)，其原理是利用光信号在光纤中的传输延时特性达到存储光信号的目的。光纤延迟线是无源器件，具有简单稳定的优点。目前，已经有多种形式的光纤延迟线缓存结构。David K.Hunter等人在Journal of Lightwave Technology，vol.16，no.10，pp.1725-1736，Oct.1998上发表的题为“SLOB：A Switch with Large Optical Buffers for Packet Switching”的文章中，提及一种大容量的光纤延迟线缓存结构SLOB。为了获得较好的丢包率，该结构需要很深的缓存深度，所需的光纤延迟线数目，总长都很大，使得光纤延迟线的利用率低下。R.Langenhorst等人在Journal of Lightwave Technology，vol.14，no.3，pp.324-335，Mar.1996上发表的题为“Fiber Loop Optical Buffer”的文章中提出了一种环状光纤延迟线缓存结构，光分组通过在光纤环内环回传输实现缓存。虽然该结构能节省光纤延迟线，但是每一个光纤环只能缓存一个光分组，所以光纤延迟线的利用率仍然不高。上述这些结构中的缺陷是由光纤延迟线本身的延时特性决定的。光纤延迟线的长度是固定的，无法实现随机存取。如果节点完全采用光纤延迟线进行缓存，为了较好处理网络负载突然增强的情况，势必要预留总长度，总数目巨大的光纤延迟线作为备用，此外还需要配备大量的光电器件(如光开关，电子控制器件)等，节点的体积将非常庞大，结构将非常复杂。然而，在通常的一般强度的网络负载条件下，上述装置的利用率是很低的。因此若完全采用光纤延迟线进行缓存并非一个很实用的方案。相反，如果完全采用电缓存，那么光分组交换网又遭受到了“电子瓶颈”的制约，根本无法体现其高速，灵活的优势。因此，光纤延迟线缓存的结构、配置、调度以及相应的光分组存取机制需要进行更为深入细致的研究。

发明内容

本发明的目的在于克服目前光分组交换节点中光纤延迟线利用效率低下的问题，提出一种利用光电混合缓存结构实现的光分组存取方法，不仅能够显著减少节点中光纤延迟线的总数和总长度，而且能够改善节点解决竞争光分组冲突的能力，从而提高光纤延迟线的利用效率。

为实现这一目的，本发明采用的光电混合缓存结构由环状的光纤延迟线缓存结构和电缓存结构两部分组成。其中环状的光纤延迟线缓存结构由若干条固定长度的光纤延迟线缓存单元串联连接组成，用于循环光分组队列存取。进行缓存时，从光分组交换节点输入端口到达的光分组首先选择进入环状的光纤延迟线缓存结构中以循环队列的方式进行存取，若循环光分组队列满或电缓存内已有缓存的光分组信息，则根据到达光分组的优先级进行可选的电缓存。进行读取时，环状的光纤延迟线结构内的循环光分组队列依次输出光分组，电缓存内缓存的光分组信息在循环光分组队列只剩一个光分组时才开始向环状的光纤延迟线结构中输出，直至循环光分组队列满或电缓存内不再有缓存的光分组信息才停止。如此，可以减少节点处光纤延迟线的总数目和总长度，提高光纤延迟线的利用率。

本发明的方法具体包括如下步骤：

1、将若干个相同的光纤延迟线缓存单元串联连接组成环状的光纤延迟线缓存结构，由环状的光纤延迟线缓存结构与电缓存结构共同构成混合缓存结构；其中，每个光纤延迟线缓存单元与交换节点相连，每个光纤延迟线缓存单元有输入端口与电缓存的输出端口相连。

2、进行缓存时，当循环光分组队列未满且尚未利用到电缓存时，竞争的光分组进入环状的光纤延迟线缓存结构，以循环光分组队列的方式进行缓存，并且成为循环光分组队列的新队尾；当循环光分组队列满或已经利用到电缓存时，竞争的光分组根据其优先级进行可选的电缓存，若该竞争光分组的优先级低，则选择丢弃，若该竞争光分组的优先级高，则选择采用光电变换将光信号转换为电信号后，以电缓存的方法进行缓存。

3、读取信号时，当交换节点的输出端口空闲时，若循环光分组队列非空，则循环光分组队列的队头在当前最近可用的光纤延迟线缓存单元出队列，离开交换节点，排在原循环光分组队列的队头之后的下一光分组成为循环光分组队列的新队头。循环光分组队列中的光分组按照这个过程依次输出队列。当循环光分组队列内只剩下一个光分组C_e时，如果电缓存内仍有缓存的光分组信息，则在τ′-t₀时刻通过电光变换，按照先进先出的方式从电缓存依次输出光分组进入环状的光纤延迟线缓存结构，其中，τ′为光分组C_e完全离开交换节点的时刻，t₀为光纤延迟线缓存单元在时域上的长度。在这个电缓存的输出过程中若循环光分组队列再满，则电缓存先暂停输出其存储的光分组信息，直至重新出现循环光分组队列内只剩下一个光分组的情形，才开始输出光分组进入环状的光纤延迟线缓存结构；在这个电缓存的输出过程中，若循环光分组队列始终未满，则电缓存无需暂停输出其存储的光分组信息。当循环光分组队列内只剩下一个光分组且电缓存内没有缓存的光分组信息时，则最后一个光分组输出，循环光分组队列清空。

在本发明中，所谓的“进入环状的光纤延迟线缓存结构”是指：如果在τ时刻有光分组C_n准备进入环状的光纤延迟线缓存结构，而且在该时刻循环光分组队列的队尾光分组C_e的尾部位于光纤延迟线缓存单元D_e内，则光分组C_n从光纤延迟线缓存单元D_e进入环状的光纤延迟线缓存结构。此外，所谓的“循环光分组队列满”是指：在τ时刻当光分组C_n欲从光纤延迟线缓存单元D_e进入环状的光纤延迟线缓存结构时，判断在(τ，τ+V₀]时间段内，原循环光分组队列中的队头光分组C_h是否会与光分组C_n在空间上发生重叠，若会发生重叠则认为在τ时刻循环队列满，其中V₀为光分组C_n在时域上的长度。

本发明提出的环状光纤延迟线缓存结构中，每条光纤延迟线每次可以对多个光分组进行时延，在相同光纤延迟线总数的情形下，本发明能提供更多缓存位置，因此能够显著减少节点处光纤延迟线的总数目和总长度，提高光纤延迟线的利用率，简化光纤延迟线的缓存结构。特别地，在重业务条件下，与传统缓存结构相比，本发明的优越性更加突出，能更加灵活地解决光分组冲突的问题。本发明结构简单，有助于光分组交换技术的实用化。

附图说明

图1为本发明的光电混合缓存结构示意图。

图2为本发明的光纤延迟线缓存单元结构示意图。

图3为本发明的电缓存结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

本发明利用光电混合缓存结构实现的光分组存取方法主要包括如下三个步骤：

1、建立光电混合缓存结构

本发明的光电混合缓存结构如图1所示，若干个相同的光纤延迟线缓存单元串联连接组成环状的光纤延迟线缓存结构，环状的光纤延迟线缓存结构与电缓存结构共同构成混合缓存结构，其中，每个光纤延迟线缓存单元与交换节点相连，每个光纤延迟线缓存单元有输入端口与电缓存的输出端口相连。

图2为本发明的光纤延迟线缓存单元的结构图。如图2所示，将每根光纤延迟线视作一个缓存单元，设每根光纤延迟线在空域上的长度为D，则在时域上的长度为t₀＝D/c，其中c是在光纤延迟线中的光速。对于任意一个单元(设共有M个单元)D_x(x＝0，1，2，...，M-1)，其输入和输出端口有三类。第一类为连接相邻缓存单元的输入端口I_x和输出端口O_x；第二类为连接交换节点的输入端口I_x ^s和输出端口O_x ^s；第三类为连接电缓存输出端口的输入端口I_x ^E。

光纤延迟线缓存单元的连接特征：环状的光纤延迟线缓存结构是由若干个(设为M个)相同的光纤延迟线缓存单元串联连接组成的。对于任意单元D_x(x＝0，1，2，...，M-1)，为确定起见，对其相邻的单元作如下定义：

●上一相邻单元：单元D_x在逆时针方向上相邻的光纤延迟线缓存单元，记为D_x-。其中x_＝F^(-1)(x)＝(M+x-1)mod M；

●下一相邻单元：单元D_x在顺时针方向上相邻的光纤延迟线缓存单元，记为D_x+。其中x₊＝F⁽¹⁾(x)＝(x+1)mod M。

上式给出了算符F的运算规则。

光纤延迟线缓存单元之间的连接特征是：光纤延迟线缓存单元D_x的第一类端口的输入端口I_x与上一相邻单元D_x-的第一类端口的输出端口O_x-相连接；第一类端口的输出端口O_x与下一相邻单元D_x-的第一类端口的输入端口I_x+相连接。光纤延迟线缓存单元D_x的第二类端口的输入端口I_x ^s与交换节点的输入端口相连接；第二类端口的输出端口O_x ^s与交换节点的输出端口相连接。光纤延迟线缓存单元D_x的第三类端口的输入端口I_x ^E与电缓存的输出端口相连接。

本发明的电缓存结构如图3所示，电缓存采用随机存取缓存RAM实现。该结构有1个带有光-电转换装置输入端口I^E，与交换节点的输入端口相连接。此外，该结构有M个带有电-光转换装置的输出端口O_x ^E(x＝0，1，2，...，M-1)，其中O_x ^E与光纤延迟线缓存单元D_x的第三类端口的输入端口I_x ^E相连接。

2、光分组的缓存

进行缓存时，当循环光分组队列未满且尚未利用到电缓存时，竞争的光分组进入环状的光纤延迟线缓存结构，以循环光分组队列的方式进行缓存，并且成为循环光分组队列的新队尾；当循环光分组队列满或已经利用到电缓存时，竞争的光分组根据其优先级进行可选的电缓存，若该竞争光分组的优先级低，则选择丢弃，若该竞争光分组的优先级高，则选择采用光电变换将光信号转换为电信号后，以电缓存的方法进行缓存。

(1)光分组在环状光纤延迟线缓存结构中的状态分类

假设光分组在时域上的长度为V₀，在空域上的长度为B₀＝cV₀。对于任意一个光分组C_n，如果它有任意一部分在某个光纤延迟线单元D_x(x＝0，1，...，M-1)内，就认为“C_n与D_x相交”，记为S(n，x)；反之，则认为“C_n与D_x相离”，记为S(n，x)。更进一步地考虑，可以将“C_n与D_x相交”的状态S(n，x)细分为下述七种互斥的子状态S(n，x；i)，其中i＝1，2，...，7是子状态序数：

1)准入状态S(n，x；1)：若光分组C_n在τ时刻经由I_x ^s或I_x ^E进入D_x，则认为C_n在(τ，τ+V₀]时间段内处于准入状态S(n，x；1)。

2)段间进入状态S(n，x；2)：若光分组C_n在τ时刻经由I_x进入D_x，则认为C_n在(τ，τ+V₀]时间段内处于段间进入状态S(n，x；2)。

3)已入状态S(n，x；3)：若光分组C_n在τ时刻经由I_x ^s，I_x ^E，I_x三者之一进入D_x，则认为C_n在(τ+V₀，τ+t₀-V₀]时间段内处于已入状态S(n，x；3)。

4)段间预输出状态S(n，x；4)：若光分组C_n在τ时刻经由I_x ^s，I_x ^E，I_x三者之一进入D_x，经过D_x延时后将从O_x进入到下一光纤延迟线缓存单元D_x+，则认为C_n在(τ+t₀-V₀，τ+t₀]时间段内处于段间预输出状态S(n，x；4)。

5)段间输出状态S(n，x；5)：若光分组C_n在τ时刻经由I_x ^s，I_x ^E，I_x三者之一进入D_x，经过D_x延时后将从O_x进入到下一光纤延迟线缓存单元D_x+，则认为C_n在(τ+t₀，τ+t₀+V₀]时间段内处于段间输出状态S(n，x；5)。

6)预准出状态S(n，x；6)：若光分组C_n在τ时刻经由I_x ^s，I_x ^E，I_x三者之一进入D_x，经过D_x延时后将从O_x ^s输出到节点输出端口，则认为C_n在(τ+t₀-V₀，τ+t₀]时间段内处于预准出状态S(n，x；6)。

7)准出状态S(n，x；7)：若光分组C_n在τ时刻经由I_x ^s，I_x ^E，I_x三者之一进入D_x，经过D_x延时后将从O_x ^s输出到节点输出端口，则认为C_n在(τ+t₀，τ+t₀+V₀]时间段内处于准出状态S(n，x；7)。

根据上述定义，为了在分析中不至混淆，我们作如下约定：

●若C_n处于子状态S(n，x；2)，那么也等价于C_n处于子状态S(n，F^(-1)(x)；5)。同理，若C_n处于子状态S(n，x；5)，那么也等价于C_n处于子状态S(n，F⁽¹⁾(x)；2)。为了方便分析，在下面的讨论中我们约定当C_n处于两个等价的子状态时，以子状态序数较小的那个表示。

●若C_n处于子状态S(n，x；1)或S(n，x；2)，则称C_n占用若C_n处于其他子状态S(n，x；j)(j≠1，2)，则称C_n占用D_x。

(2)循环光分组队列的基本概念

光分组在环状光纤延迟线缓存结构中是以循环队列的方式缓存的，下面描述这个基本概念：

1)判断光分组是否在循环光分组队列的标准：若任一个光分组C_n处于状态S(n，x)，则认为它已经在循环光分组队列中。反之，一个光分组C_n处于状态S(n，x)，则认为它不在循环光分组队列中。

2)循环光分组队列的入队：若任一个光分组C_n处于状态S(n，x；1)，则认为它正在入队。

3)循环光分组队列的出队：若任一个光分组C_n处于状态S(n，x；7)，则认为它正在出队。

4)循环光分组队列的队头：循环队列中最先入队的光分组为循环队列的队头，记为C_h。

5)循环光分组队列的队尾：循环队列中最后入队的光分组为循环队列的队尾，记为C_e。

6)循环光分组队列的队空：在环状光纤延迟线缓存结构中没有光分组，则认为循环队列队空。

7)循环光分组队列的队满：在τ时刻新到达一光分组C_n，在该时刻队尾C_e占用光纤延迟线缓存单元D_e。C_n欲从D_e进入环状的光纤延迟线缓存结构时，判断在(τ，τ+V₀]时间段内，原循环光分组队列中的队头光分组C_h是否会与光分组C_n在空间上发生重叠，若会发生重叠则认为在τ时刻循环队列满。

(3)缓存方法描述

设光分组C_n在τ_n时刻，由的或端口进入光纤延迟线，然后在τ_n′＝τ_n+M_nt₀时刻经

的

端口输出到节点输出端口。C_n使用的延迟线数目为M_n＝(M+n_o-n_I)mod M+1，在光纤延迟线中的延时为M_nt₀。因为M_n≤M，所以M_nt₀≤Mt₀，C_n在环状光纤延迟线缓存结构中经过任一个缓存单元的次数最多为1。令Ω_n定义为C_n所使用的光纤延迟线集合，则有Ω_n＝{D_m|m＝F⁽ⁱ⁾(x)，i＝0，1，2，...，M_n-1}。

设新到达的光分组C_n在τ_n时刻进入节点，准备经由节点输出端口转发至下一目的地，若节点输出端口未被占用，则循环光分组队列空，C_n直接从节点输出端口出节点。若节点输出端口被占用，则循环光分组队列不空。设队头为C_h，队尾为C_e，下面分情形讨论：

1)如果电缓存尚未利用：

当C_e状态为S(e，x；1)或S(e，x；2)时，若C_h状态为下述四个子状态S(h，F^(-2)(x)；2)，S(h，F^(-2)(x)；3)，S(h，F^(-2)(x)；6)，S(h，F^(-2)(x)；7)其中之一时，循环光分组队列未满，C_n可以由I_x- ^s口进入D_x-，其中x_-＝F^(-1)(x)。于是n_I＝x_-，n_o＝e_o，M_n＝(M+n_o-n_I)mod M+1，C_n入队并成为新队尾。若C_h状态为S(h，F^(-2)(x)；4)或S(h，F^(-1)(x)；2)时，循环光分组队列满。视分组C_n的优先级采取相应的措施，若优先级低，则可以丢弃；若优先级高，则经光-电变换后由电缓存的输入端口I^E进入电缓存进行存储。

当C_e状态为S(n，x；3)，S(n，x；4)，S(n，x；5)三个子状态之一时，若C_h状态为下述四个子状态S(h，F^(-1)(x)；2)，S(h，F^(-1)(x)；3)，S(h，F^(-1)(x)；6)，S(h，F^(-1)(x)；7)其中之一时，循环光分组队列未满，C_n可以由I_x ^s口进入D_x。于是n₁＝x，n_o＝e_o，M_n＝(M+n_o-n_I)mod M+1，C_n入队并成为新队尾。若C_h状态为S(h，F^(-1)(x)；4)或S(h，x；2)时，循环光分组队列满。视分组C_n的优先级采取相应的措施，若优先级低，则可以丢弃；若优先级高，则经光-电变换后由电缓存的输入端口I^E进入电缓存进行存储。

C_e处于状态S(n，x；6)或S(n，x；7)时，由于此时电缓存尚未使用，在该时刻出队的光分组必定是队头。这种情形说明C_e既是队头，又是队尾，循环队列中有且仅有光分组C_e。此时队列未满，C_n可以由I_x ^s口进入D_x。于是n_I＝x，n_o＝x，M_n＝1，C_n入队并成为新队尾。

2)如果电缓存已被利用：

光分组C_n经光-电变换后由电缓存的输入端口I^E进入电缓存进行存储。

3、光分组的读取

读取信号时，当交换节点的输出端口空闲时：若循环光分组队列非空，则循环光分组队列的队头在当前最近可用的光纤延迟线缓存单元出队列，离开交换节点，排在原循环光分组队列的队头之后的下一光分组成为循环光分组队列的新队头。循环光分组队列中的光分组按照这个过程依次输出队列。当循环光分组队列内只剩下一个光分组C_e时，如果电缓存内仍有缓存的光分组信息，则在τ′-t₀时刻通过电光变换，按照先进先出的方式从电缓存依次输出光分组进入环状的光纤延迟线缓存结构，其中，τ′为光分组C_e完全离开交换节点的时刻，t₀为光纤延迟线缓存单元在时域上的长度。在这个电缓存的输出过程中若循环光分组队列再满，则电缓存先暂停输出其存储的光分组信息，直至重新出现循环光分组队列内只剩下一个光分组的情形，才开始输出光分组进入环状的光纤延迟线缓存结构；在这个电缓存的输出过程中，若循环光分组队列始终未满，则电缓存无需暂停输出其存储的光分组信息。当循环光分组队列内只剩下一个光分组且电缓存内没有缓存的光分组信息时，则最后一个光分组输出，循环光分组队列清空。

下面对光分组的读取方法进行详细描述：

(1)如果电缓存尚未利用

当交换节点的输出端口空闲时，若循环光分组队列非空，则循环光分组队列的队头C_h在当前其最近可用的光纤延迟线缓存单元

的第二类端口的输出端口出队列，经由交换节点的输出端口离开交换节点，排在原循环光分组队列的队头C_h之后的下一光分组成为循环光分组队列的新队头。循环光分组队列中的光分组按照这个过程依次输出队列。

(2)如果电缓存已被利用

当循环光分组队列内只剩下一个光分组——队尾C_e时，电缓存才开始输出其缓存的光分组信息。设光分组C_e在τ时刻进入其最后一个光纤延迟线缓存单元

然后在τ′＝τ+t₀+V₀时刻完全离开交换节点。在τ′-t₀时刻，通过电-光变换，从电缓存依次输出(先进先出)光分组进入环状的光纤延迟线缓存结构。

在这个电缓存的输出过程中若循环光分组队列再满，则电缓存先暂停输出其存储的光分组信息，直至重新出现循环光分组队列内只剩下一个光分组的情形，才开始输出光分组进入环状的光纤延迟线缓存结构；

在这个电缓存的输出过程中，若循环光分组队列始终未满，则电缓存无需暂停输出其存储的光分组信息。

采用本发明的方法实现光分组存取具有以下优点。

第一，传统光纤延迟线缓存结构中，每条光纤延迟线每次只能对一个光分组进行时延，M根光纤延迟线最多只能提供M个缓存位置。而在本发明提出的环状光纤延迟线结构中，每条光纤延迟线每次可以对多个光分组进行时延，M根光纤延迟线实际上可以提供更多缓存位置。理想情况下本结构能提供M[t₀/V₀]([x]表示不超过x的最大整数)个缓存位置，可取作为保守估计值。一般情形下，t₀是10～100μs量级，V₀是1～10μs量级，t₀～10V₀。因此，在相同光纤延迟线总数的情形下，本发明提出的环状光纤延迟线结构能提供更多缓存位置。

第二，本发明提出的环状光纤延迟线缓存结构能够大大减小光纤延迟线的总长度。以典型的简并光纤延迟线缓存结构为例，设其缓存深度为M，粒度为D，该结构的光纤延迟线的总长度为

而环状光纤延迟线缓存结构的总长度仅为MD。总长度的数量级从M²D变到MD，可以看出这种环状光纤延迟线缓存结构是可以显著减小光纤延迟线总长度的。

第三，在重业务条件下，本发明所提出环状光纤延迟线结构的性能要比传统光纤延迟线缓存结构的性能优越。在重业务条件下，由于光分组需要延时的可能性增大，光分组获得长延时的可能性也增大。仍以典型的简并光纤延迟线缓存结构为例，若想此时漏包率不显著上升，在每个缓存位置需要配置的光纤延迟线的长度就要越长。设其缓存深度为M，在极端情形下，每个光分组都要延时Mt₀，则至少需要配置总长为M²D的光纤延迟线，如果仍采用原结构，漏包率将显著上升。但是，在此极端情形下，由于本发明所提出环状光纤延迟线缓存结构是采取循环队列的存取方式，仍然只要配置总长为MD的光纤延迟线即可，而且不会使漏包率上升。因此，在重业务条件下，本发明的优越性更加得以体现。

第四，传统光纤延迟线缓存结构中，竞争的光分组经过延时后，相互之间在时域上的间隔可能会大于基本时间粒度t₀，这实际上增加了额外的端口负担；而根据本发明所提出的存取方法可以发现，循环队列内每个光分组在时域上的间隔不会超过t₀，这样就避免了额外端口负担的增加。

第五，与传统的仅采用光纤延迟线缓存的结构相比，采用本发明所提出的循环光分组队列存取方法及相应的混合缓存结构能使光分组存取更加灵活，结构更加简化。对于长时间(≥Mt₀)的光分组延时，由于传统结构仍然采用光纤延迟线进行缓存，需要配置更多、更长的延时线，这样既降低了光分组存取的灵活性和延时线的利用率，又使得节点处光纤延迟线缓存的体积过于庞大。而且长时间的光纤延迟线延时使得透明光分组传输的优势无法体现，已经和采用光-电变换进行电缓存的效果相差不多了。据此，本发明提出了混合缓存的结构，对于这种长时间的光分组延时，按照其优先级采用可选的电缓存。若需缓存的光分组优先级较低，则丢弃；反之，则采用电缓存。这种混合缓存结构能大大减小节点内光纤延迟线总长度和体积，从而简化了光纤延迟线缓存结构。而且对于长时间的光分组延时，电缓存能提供比光纤延迟线更加灵活的存取，有利于改善节点此时解决光分组冲突的性能。

Claims (3)

1.一种利用光电混合缓存结构实现的光分组存取方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将若干个相同的光纤延迟线缓存单元串联连接组成环状的光纤延迟线缓存结构，由环状的光纤延迟线缓存结构与电缓存结构共同构成混合缓存结构；其中，每个光纤延迟线缓存单元与交换节点相连，每个光纤延迟线缓存单元有输入端口与电缓存的输出端口相连；

2)进行缓存时，当循环光分组队列未满且尚未利用到电缓存时，竞争的光分组进入环状的光纤延迟线缓存结构，以循环光分组队列的方式进行缓存，并且成为循环光分组队列的新队尾；当循环光分组队列满或已经利用到电缓存时，竞争的光分组根据其优先级进行可选的电缓存，若该竞争光分组的优先级低，则选择丢弃，若该竞争光分组的优先级高，则选择采用光电变换将光信号转换为电信号后，以电缓存的方法进行缓存；

3)读取信号时，当交换节点的输出端口空闲时，若循环光分组队列非空，则循环光分组队列的队头在当前最近可用的光纤延迟线缓存单元出队列，离开交换节点，排在原循环光分组队列的队头之后的下一光分组成为循环光分组队列的新队头，循环光分组队列中的光分组按照这个过程依次输出队列；当循环光分组队列内只剩下一个光分组C_e时，如果电缓存内仍有缓存的光分组信息，则在τ′-t₀时刻通过电光变换，按照先进先出的方式从电缓存依次输出光分组进入环状的光纤延迟线缓存结构，其中，τ′为光分组C_e完全离开交换节点的时刻，t₀为光纤延迟线缓存单元在时域上的长度；在这个电缓存的输出过程中若循环光分组队列再满，则电缓存先暂停输出其存储的光分组信息，直至重新出现循环光分组队列内只剩下一个光分组的情形，才开始输出光分组进入环状的光纤延迟线缓存结构；在这个电缓存的输出过程中，若循环光分组队列始终未满，则电缓存无需暂停输出其存储的光分组信息；当循环光分组队列内只剩下一个光分组且电缓存内没有缓存的光分组信息时，则最后一个光分组输出，循环光分组队列清空。

2.根据权利要求1的利用光电混合缓存结构实现的光分组存取方法，其特征在于在τ时刻有光分组C_n准备进入环状的光纤延迟线缓存结构时，若在该τ时刻循环光分组队列的队尾光分组C_e的尾部位于光纤延迟线缓存单元D_e内，则光分组C_n从光纤延迟线缓存单元D_e进入环状的光纤延迟线缓存结构。

3.根据权利要求2的利用光电混合缓存结构实现的光分组存取方法，其特征在于在τ时刻当光分组C_n欲从光纤延迟线缓存单元D_e进入环状的光纤延迟线缓存结构时，判断在(τ，τ+V₀]时间段内，原循环光分组队列中的队头光分组C_h是否会与光分组C_n在空间上发生重叠，若会发生重叠则认为在τ时刻循环光分组队列满，其中V₀为光分组C_n在时域上的长度。

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