TWI381684B - 光封包交換網路之媒介存取控制裝置與方法以及此網路 - Google Patents

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Description

光封包交換網路之媒介存取控制裝置與方法以及此網路
本發明係關於一種光封包交換網路(Optical Packet－Switched Network)之媒介存取控制(Medium Access Control，MAC)裝置與方法以及此網路。
都會網路(Metro Network)主要以同步光纖網路(Synchronous Optical Network，SONET)或同步數位體系(Synchronous Digital Hierarchy，SDH)之環狀網路為主。環狀網路具備網路架構簡單、塞取多工器(Add－Drop Multiplexer，ADM)易於實現、以及高速錯誤保護(High一speed Protection switching)的能力可以滿足高存活性需求等，所以向來是都會網路的主要網路架構。SONET/SDH.網路本質上是以線路交換為基礎(Circuit，Switched Based)的網路，對於固定位元率(Constant Bit‘Rate，CBR)的應用，例如語音服務(Voice Service)，會有相當的優勢。然而對於以動態位元率(Variable Bit Rate，VBR)的應用，例如資料服務(Data Service)，可能會浪費網路資源。
在White,M.Rogge,K.Shrikhande,and L.Kazovsky等人於2003年發表的文獻“A Summary of the HORNET Project：A Next－Generation Metropolitan Area Network” 中，揭露了一種混合式光電環狀網路(Hybrid Optoelectronic Ring Network，HORNET)。HORNET採用光封包交換(Optical Packet Switching，OPS)的分波多工(Wavelength－Division Multiplexing，WDM)雙向時槽環狀網路架構，將網路節點進行分組，同組節點共用一個光波長，稱為此組節點的家用通道(Home Channel)。每一網路節點都各有一個可快速調變波長的發送器(Tunable Transmitter)和一個固定波長，即家用通道，的接收器(Fixed Receiver)，如第一圖所示之HORNET之拓璞的一個範例示意圖。
第一圖的範例中，例如節點1與節點4共用紫色波長λp ，節點2與節點5共用綠色波長λg ，節點3與節點6共用紅色波長λr 。此HORNET的網路架構下，其媒介存取控制技術係過獨立的控制通道來進行溝通協調，稱為分配式佇列雙向環(Distributed Queue Bidirectional Ring，DQBR)。DQBR使得都會環狀網路有了可接受的網路高使用率以及公平性，解決了環狀網路之規模成長的限制。
在HORNET的網路架構下，以靜態光波長分配方式，固定地分配給每一節點對應的家用通道(光波長)來接收封包。
美國專利6,925,259揭露一種封包交換環型網路(Packet Switched Ring Network)之媒介存取控制協定(MAC Protocol for Optical Packet－Switched Network)技術。第二圖的範例中，此MAC技術透過通道堆疊(Wavelength Stacking)的安排方式，將多個通道(Multiple Wavelengths)，例如波長1、波長2、波長3，上的多個封包堆疊，形成一個複合式的封包(Composite Packet)。透過堆疊安排與一種允許控制配額限制(Admission Control with Credit－Based)的方法來傳送資料封包，此MAC技術可以一次傳送多個封包(Multi－Packet Transmission)。每一節點預先向一中央允許控制節點要求傳送配額，當此要求通過時，此節點可以在每一時間格的週期(Per Frame Period)內傳送此配額數量的封包。
近年來，資料服務的訊務量(Flow size)已超過語音服務且差異持續增大中。因此有必要設計出一種適用於如暴增擁塞(BBurst Traffic)之封包交換都會網路的媒介存取控制技術，來取代既有的SONET/SDH網路之媒介存取控制技術。
根據本發明所揭露的實施範例中，可提供一種光封包交換網路之媒介存取控制裝置與方法，以及此光封包交換網路。
在一實施範例中，所揭露者是有關於一種媒介存取控制裝置，係應用在一光封包交換網路上。此媒介存取控制裝置可包含一頻寬分配模組(Bandwidth Allocatiion Module)與一媒介存取控制處理器(MAC Processor)。頻寬分配模組以一機率式傳輸額度與信用餘額的機制，來決定此網路上每一節點之資料的可傳輸額度量(Data Transmission Limit)，動態告知下游節點(Downstream Node)未使用完之傳輸額度，並容許具有信用餘額的下游節點使用上游節點(Upstream Node)的剩餘頻寬。媒介存取控制處理器透過一控制通道上所載送的控制訊息，決定多個資料通道之上傳、卸載、除訊，並且更新此控制訊息中相對應的內容。
在另一實施範例中，所揭露者是有關於一種媒介存取控制方法，係應用在一光封包交換網路上。此方法包含：以一機率式傳輸額度與信用餘額的方式，來決定該封包交換網路上每一節點之資料的可傳輸額度量，動態告知下游節點未使用完之傳輸額度，並容許具有信用餘額的下游節點使用上游節點的剩餘頻寬；以及透過一控制通道上所載送的控制訊息，決定多個資料通道之上傳、卸載、除訊，並且更新該控制訊息中相對應的內容。
在另一實施範例中，所揭露者是有關於一種光封包 交換網路，此光封包交換網路包含：多個一般節點、至少一伺服節點、以及至少一條光纖，此光纖連接此多個一般節點與此至少一個伺服節點，每一條光纖中載有一個用來傳送控制訊息的控制通道與多個用來傳送資料封包的資料通道。此網路透過一媒介存取控制裝置，以一機率式傳輸額度與信用餘額的方式，來決定該封包交換網路上每一節點之資料的可傳輸額度量，動態告知下游節點未使用完之傳輸額度，並容許具有信用餘額的下游節點使用上游節點的剩餘頻寬。
茲配合下列圖示、實施範例之詳細說明及申請專利範圍，將上述及本發明之其他特徵與優點詳述於後。
本發明以環型光封包交換網路為範例，來設計其網路拓樸與節點系統架構，並根據此環型網路範例，設計出適用的媒介存取控制機制。本揭露的實施範例中，可提供一媒介存取控制裝置，來控制光封包交換網路。
第三圖以一範例說明一環型光封包交換網路之網路拓樸與架構，並且與本發明之某些揭露的實施範例一致。參考第三圖，環型光封包交換網路300包含多個一般節點(Ordinary Node)以及至少一伺服節點(Server Node)，節點彼此之間是由光纖320進行連接，形成一個 環狀網路。一般節點以立方體來表示，例如節點301－304與節點306－309；而伺服節點以圓柱體來表示，例如節點305和310。換句話說，環型封包交換網路300包含兩種節點，一為一般節點，另一為伺服節點。光纖320內載有兩種光波道，其中一個光波道用來傳送控制訊息，餘下的光波道用來傳送資料封包。此傳送控制訊息的光波道稱為控制通道(Control Channel)，記為λ0 ；而餘下的W 個傳送資料封包的光波道稱為資料通道(Data Channel)，記為λ1 ,...,λ w ，W 為大於1的整數。通道被切分成同步的時槽(Slot)。
每一個一般節點備有一調變發送器與一調變接收器，可傳送和接收λ1 ,...,λ w 波長上的資料封包，且另有一發送器與一接收器，可固定傳送和接收λ0 波長上的控制訊號。每一個伺服節點備有一或多組調變發送與調變接收器(可傳送和接收λ1 ,...,λ w 波長上的資料封包)、一組發送與接收器(可傳送與接收λ0 波長上的控制訊號)、以及一個時槽除訊器(Slot Eraser)。如第四圖中，一般節點302與伺服節點305所示。
透過資料通道，調變發送器與調變接收器分別來發送與讀取封包。因此，節點可利用調變發送器/接收器直接於光層將資料封包進行塞入/取出環型網路的動作。伺服節點310上的光時槽除訊器可直接清除已被讀取過的 封包，如此，頻寬可以重複使用，因而提高頻寬利用率。
第五圖以一範例說明光纖320內多個通道的規範與通道的時槽、循環(Cycle)、和視窗(Window)的關係，並且與本發明之某些揭露的實施範例一致。參考第五圖的範例，光纖320內的每一個光波道上依照時間切割成數個固定長度的時槽。一個循環定義為固定數量的時槽，而固定數量的循環構成一個視窗。循環與視窗分別為系統參數，系統運行中此兩項參數為固定數量的常數值。此固定數量可以是系統事先決定好的。換句話說，在第k ＋1循環、或是第k 循環、或是第k －1循環中，每一循環都是固定數量的時槽，其中k 為自然數，類似地，每一視窗都擁有固定數量的循環。而每一循環中，W ＋1個通道λ0 ,λ1 .,..,λ w 皆被切分成多個同步時槽(Synchronou sTime Slot)。
每一資料通道上，於每一時槽可以包含一個資料封包；而控制通道λ0 上，每一時槽包含有W 個迷你時槽m 1 ,m 2 ,...,m w －1 ,m w 和一個標頭(Header)，此W 個迷你時槽分別記錄同一個時槽內W 個資料通道的狀況。如此，在此環型封包交換網路中，每一節點可透過控制通道λ0 上所載送的訊息，得知每一個資料通道上的時槽上有無承載資料封包以及資料封包的目的地資訊。控制通道λ0 之時槽的資料結構於第八圖中將再詳細說明。
承上述，第六圖以單環(Single Riing)光封包交換網路的架構為例，說明此網路之媒介存取控制協定，並且與本發明之某些揭露的實施範例一致。參考第六圖，單環光封包交換網路節點系統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λ0 ，經由接收器620將光訊號轉成電訊號，並透過一媒介存取控制處理器650來判讀控制訊息。當控制訊息的資訊被解析與處理時，資料封包仍然在光域上傳輸。在獲得這些控制資訊後，也就是獲得W 個資料通道λ1 ,...,λ w 的狀態資訊，媒介存取控制處理器650決定是否進行資料封包之上傳、卸載、除訊等操作，例如透過一可調式發送器680進行上傳、一可調式接收器670進行卸載、一時槽除訊器630進行除訊。新的控制訊息則記載於控制通道之對應之迷你時槽內並透過一發送器610進行上傳，並經過多工器660b將載於λ0 之控制訊號與資料通道λ1 ,...,λ w 多工於光纖上。
對於已經被接收端節點接收過之資料封包，不需要存留在網路上，伺服節點可透過時槽除訊器630清空此時槽以便再利用。
若是用於雙環(Double Ring)光封包交換網路的架構時，則可提供網路錯誤保護的能力，一環當作工作環， 另一環當成備用環。當工作環發生問題時，故障斷路處的相鄰兩個節點將訊號由其工作環切換至備用環即可，其餘節點不需任何動作，如此則邏輯上由兩環變做一環。一實施範例為僅需再包括一對光開關(Optical Switch)，例如一對的2×2光開關匣，一個置於濾波器660a之前與另一個置於多工器660b之後即可。對於鏈路故障的相鄰兩個節點，只需藉由光開關將訊號由工作環切至備用環即可。此網路之媒介存取控制協定的運作與前述雷同，不再重述。
藉由前述之網路架構與媒介存取控制，以及以下即將提出說明的公平頻寬分配的機制，根據本發明所揭露的媒介存取控制裝置可以滿足服務品質的保證，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組，此頻寬分配模組設計出的頻寬分配不僅要讓此環型封包交換網路的每一節點能夠滿足它的訊務需求量，也要滿足對時間延遲具高度敏感的服務的需求。並且網路上的節點能取得的網路頻寬不會隨著節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。
在決定如何進行資料通道的處理之前，需要先了解多波長環狀網路上資料存取的基本問題和限制，也就是接收衝突問題(Receiver－Contention Problem)與垂直存取 限制(Vertical－Access Constraint)。由於一個一般節點只有一個可調變接收器來接收資料，以及一個可調變傳送器來傳送資料，因此，當同一個時槽內有大於一個的資料封包是送至同一個目的地時，由於目的地的節點也是只有一個可調變接收器，無法同時接收兩組不同光波長的資料封包，此時就產生了接收衝突的問題。同樣地，由於只有一個可調變傳送器，每一個一般節點在同一個時槽只能傳送一個資料封包。換句話說，在多波長環狀網路上傳送與接收資料時，任何一個時間點雖然有W 個資料通道劃分成的W 個時槽可用(請參考第五圖屬於λ1 .,..,λ w 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點僅有一個調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W 個時槽。
接下來說明根據本發明所揭露之頻寬分配模組的設計範例。此頻寬分配模組的範例中，決定每一節點的可傳輸額度，來保證基本的頻寬。對於前一視窗(Window)內未用完可傳輸額度的節點，可以額外獲得一定量的額度稱做信用餘額(Credit)，如此一個節點於一個循環內可傳輸的最大封包數為除了基本保障的可傳輸額度外並外加其先前累積的信用餘額。此頻寬分配模組的設計範例稱之為機率式傳輸額度與信用餘額(Probabilistic Quota plus Credit，PQOC)機制。
承上述，第七圖是根據本發明之媒介存取控制裝置的一範例示意圖，並且與本發明之某些揭露的實施範例一致。參考第七圖的範例，媒介存取控制裝置700係應用在一光封包交換網路節點系統上，例如可應用在單環光封包交換網路節點系統600。
媒介存取控制裝置700可包括前述之媒介存取控制處理器650與一頻寬分配模組710。頻寬分配模組710以一機率式傳輸額度與信用餘額的機制710a，來決定此光封包交換網路上每一節點之資料的可傳輸額度量Q，並且動態調整此網路上每一節點的剩餘頻寬。媒介存取控制處理器650透過控制通道λ0 上所載送的控制訊息，決定多個資料通道λ1 ,...,λ w 之上傳、卸載、除訊，並且更新此控制訊息中相對應的內容。
承上述第五圖之循環與時槽結構範例，在第k ＋1循環、或是第k 循環、或是第k －1循環中，每一循環都是固定數量的時槽。基本上，PQOC機制對於每一節點，允許於一循環中可以傳送其最大傳輸量的資料。
理論上，若將所有的可用時槽均勻且公平的分給每一節點，會使整個系統達成最大的輸出。然而，若傳送 的節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生，尤其是當系統的負載很高時。主要的原因是在每一循環中，網路上游的節點若循序的攫取時槽進行傳送資料，會把該循環前面的空時槽先行用掉，使得剩下的未用空時槽出現於循環尾端且垂直地分布於不同波長。由於前述垂直存取限制的原因，使得網路下游的節點雖然有其可傳送額度卻無法送出其最大的資料數量，導致下游節點發生不公平輸出的情形。為了避免前述發生不公平輸出的情形，媒介存取控制器650要傳送資料時，不僅要看是否有剩餘的傳輸額度可以使用，並以機率來決定是否允許傳送資料於此空時槽上，藉此以打散循環內的空時槽的使用情形。
機率的設定方式例如可以是最大傳輸量除以一循環的長度。這樣的方式使得傳送的時間可以在整個循環內隨機傳送，不會再次循序傳送，如此，可以免除網路下游節點不公平的輸出問題，也可以讓空的頻寬任意分佈在整個循環內。至於可傳輸額度與信用餘額的計算會再詳細說明。
PQOC機制中，也考慮到當一個節點來到的資料量較少時，也就是少於其最大的資料數量時，可以把其剩餘未用完的的傳輸額度讓給其下游的節點使用。此讓出剩餘傳輸額度的節點就會得到前述的信用餘額。所以，信 用餘額的使用可以讓一個節點於一循環中可送出超出其傳輸額度的資料。信用餘額的實質用意是讓所有沒有被用的頻寬能夠不被浪費地被下游節點使用。在設定一循環的長度與信用餘額的視窗大小(Window Size)時，循環的長度越小，頻寬的分享就越好，而視窗大小的數量越大，越適合不同群聚的運送。
PQOC機制中，控制頻道之時槽的資料結構範例如第八圖所示。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一個標頭(Header)、以及W個迷你時槽。W個迷你時槽分別包含W個資料通道於該時槽的狀態與資料封包之目的地資訊。
在第八圖之資料格式範例中，標頭含有時槽同步訊息，以定位時槽之起始。PQOC機制中，設計了四種不同之資料通道的狀態訊息：承載資料中(BUSY)、承載封包已被讀取(BUSY/READ，BREAD)、閒置中(IDLE)、以及未用完時槽標記(Idle Marked，IMRKD)。
如前所述，當節點要傳送資料時，不僅要看是否有剩餘的傳輸額度可以使用，也要以機率來決定是否允許傳送資料。所以，PQOC機制中，如果一個節點被允許於一時槽傳送資料時，此節點必須發現有閒置中的時槽 (IDLE Slot)或者未用完時槽(IMRKD)可以使用。如果沒有發現閒置中的時槽(IDLE Slot)可以使用，此節點會在下一個時槽無條件被允許傳送資料，也就是說，不需要再一次以機率來決定是否被允許傳送資料。
當目標節點收下被傳送的資料時，BUSY的狀態訊息會被改為BREAD的狀態訊息。當遇到下一個伺服節點時，此伺服節點會清除所有的備有BREAD之狀態訊息的資料通道上的資料，並且將這些時槽上的狀態訊息由BREAD更改為IDLE。如此就可以享受頻寬重複使用的好處了。
當一個節點有使用不完之剩餘傳輸額度時，PQOC機制中，會找到同等數量之閒置中的時槽，並且將這些時槽上的狀態訊息由閒置(IDLE)改為IMRKD。有IMRKD標記的時槽表示這是上游節點未用完的頻寬，下游節點如果有先前的視窗中所累積的信用餘額，此下游節點就可以使用這些額外的未使用的多餘頻寬。當節點傳送資料後，其相對應之資料時槽的狀態訊息就會改為BUSY。
以下進一步說明機率式傳輸額度之計算範例。令網路中有S 個伺服節點S1 至S S ，此伺服節點S1 至S S 將網路分成S 個區段(Section)，稱之為區段1至區段S 。每一個區段有數個節點，包括一般節點與此區段對應的伺服 節點。為了解釋方便，令每一個區段的伺服節點為該區段的最下游的一個節點，如第九圖的資料流(Data Flow)範例所示，區段1有10個節點，包括9個一般節點，O1 至O9 ，與此區段1對應的伺服節點S1 。
如此，區段1起始於伺服節點S S 之後的節點至伺服節點S1 ，區段k 起始自伺服節點S k －1 之後的節點至伺服節點S k ，依此類推。所以，一個含有N 個節點的網路，有的關係式，其中N k 是區段k 中的節點數目。
節點O2 (傳送端)傳送資料給節點O5 (接收端)後，此已被讀取的資料封包(狀態記載為BREAD)來至伺服節點S1 時，直接於時槽除訊器630上被清除，並且將此資料時槽上的狀態訊息改為IDLE。
另一種情形為當節點O7 (傳送端)傳送資料給節點O1 (接收端)時，此傳送中的資料(狀態記載為BUSY)會先穿梭過伺服節點S1 ，由於此資料尚未被目的節點O1 讀取，因此伺服節點S1 並不會清除該資料封包。當此封包到達目的節點O1 後其封包狀態才會被改為BREAD，並繼續傳送，直到該封包第二次經過伺服節點S1 才會將此封包做清除的動作。
當資料頻寬上的狀態訊息被改為IDLE之後，就可空 出可使用的頻寬。所以，每個時槽對於一個伺服節點而言，可被分類為兩種，一為可用頻寬(Available Bandwidth，AB)，另一為佔用頻寬(Used Bandwidth，UB)。可用的頻寬係指此時槽是一個沒有被佔用的空槽，或者是一個已經被收端讀取過可被清除後重新利用的時槽；佔用頻寬係指此時槽是一個正在承載資料且還未通過目的地節點的時槽。其範例說明如第十圖所示。
第十圖的範例中，左邊是於區段i中，尚未經過最後一個節點(伺服節點Si )前，W 個資料通道λ1 ,...,λ w 的狀態。此W 個資料通道可被分類為空出的(狀態記載為IDLE,MMRKD)、將在伺服節點Si 被清除(狀態記載為BREAD)、以及穿梭過伺服節點Si (BUSY)，共三種。
右邊是經過最後一個節點(伺服節點Si )後，於區段i＋1中，此W 個資料通道λ1 ,...,λ w 的狀態。此W 個資料通道可被分類為可用頻寬與佔用頻寬，其中可使用的頻寬是區段i中空出的資料通道，加上被伺服節點Si 清除後可重新使用的資料通道。
PQOC機制中，決定每一節點的可傳輸額度的實施利為可以採用區段i＋1中所得的可使用頻寬的平均值(Mean)除以區段i＋1中的節點數目來當範例。換句話說，在區段b 中，每一節點的可傳輸額度Q b 的一個範例 為，其中為通過伺服節點S b －1 之可使用頻寬的平均值，N b 為區段b 中的節點數目。平均值的多寡與目的地節點的訊務分佈有關，可用W 個資料通道λ0 ,λ1 ,...,λ w 在一個循環裡的總時槽數CW 扣掉平均佔用頻寬來求得，C 是系統事先決定好的一個循環裡的時槽數目。
為易於說明起見，本揭露的實施範例中，假設封包到每個節點有相同的機率值p A (包含伺服節點)，而剩餘的1－p A (＝ps )為往包往其它伺服節點的機率。如果設ps ＝0則表示封包到伺服節點與一般節點相同，也就是此網路的所有節點皆有相同的訊務分佈。
值可由一個循環總時槽數扣掉平均UB 求得，接下來我們分析通過伺服節點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路中任何一個區段中的節點到該區段的其它節點的訊務，第二部分為從一個區段到其他不同區段的訊務。
就第一個部分而言，以區段k 對伺服節點b 的平均UB 貢獻為例，區段k 可用的時槽量為Q k ．N k ，因此訊務總量由區段k 到區段k 自己為(Q k ．N k ．p S /S )＋(Q k ．N k ．p A ．N k /N )，這些量當中有(Q k ．N k ．p S /S )＋(Q k ．N k p A ．N k /2N )的比例的量會被區段k 的 伺服節點(也就是伺服節點S k )清除，其中Q k ．N k ．p A ．N k /2N 乃源自於訊務由區段k 的上游送到區段k 中的下游節點，因此可被伺服節點S k 清除，至於餘下的Q k ．N k ．p A .N k /2N 乃是由區段k 中的下游節點往區段k 中的上游節點，這些封包將會通過整個環，因此會被區段b 將視其為UB 。
對於第二部分，以區段b ＋2為例，由區段b ＋2起始的封包若其目的地為區段b 和b ＋1則會被伺服節點S b －1 和區段b 視為是UB 的量。因此平均的UB 為Q b ＋2 ．N b ＋2 ．((p s /S )＋(p A ．N b /N ))＋Q b ＋2 ．N b ＋2 ．((p s /S )＋(p A ．N b ＋1 /N ))。
最後將所有區段計入考量，可得到下列結果：
其中，C 表示一個循環中的總時槽數目，W 為資料通道數。由於式子(1)中含有超過一個以上的變數，因此是無法被解，可是在最一般的網路節點安排下伺服節點是均勻的佈建於網路中，因此N 1 ＝N 2 ＝N 3 ＝...＝N S ＝N /S 。由此，可以得到相等的可傳輸額度量Q ，也就是對所有節點，，式子(1)因此可被寫成
依此，得到可傳輸額度量Q 的式子為
第十一圖、第十二A圖、與第十二B圖是透過模擬來分析PQOC機制的效能，其中模擬參數說明如下：環型網路設定共20個節點，包含19個一般節點以及一個伺服節點；8個資料通道和一個控制通道，共九種波長；一環為20個循環(1 ring＝20 cycles)；一循環為100個時槽(1 cycle＝100 slots)；信用餘額的視窗大小為10個循環。
第十一圖中，橫軸代表20個節點的識別碼，縱軸代表相對應節點的吞吐率(Throughput)。由第十一圖之不同負載(Load)(負載＝0.99、0.90、0.80、0.70)的吞吐率的曲線範例中，可以看出儘管有垂直存取限制問題，在系統負載低於0.9情況下，可以達到100%傳送，這是因為PQOC機制發揮了作用。當網路負載在接近100%的情況時，網路下游的節點在輸出上會稍微受到影響。
第十二A圖與第十二B圖是針對延遲問題來分析PQOC機制的效能，其中在負載分別等於0.70與0.90的情況下，訊務突波(Burstiness)的狀況由1、5、10、20、遞增到50，橫軸代表20個節點的識別碼，縱軸代表相對應節點的平均延遲(Meann Delay)，平均延遲的單位為循 環數(Cycles)。由第十二A圖與第十二B圖得知，儘管設定不同訊務突波的狀況，除了凸波導致封包在節點內之排隊(Queuing)延遲正常提升外，對於節點間延遲公平性表現之影響仍舊極微。
在系統負載未溢出(Non－saturated Load)之前，不僅整體延遲時間極低，在節點間之公平性也能滿足。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，本揭露的實施範例可提供一種多波長光封包交換網路的MAC機制與此光封包交換網路。此MAC機制決定網路中每一節點的可傳輸額度量，以保證基本的頻寬。本發明的實施範例也可以解決一般環型網路中因節點位置不同而引發的不公平性問題。根據驗證此MAC之效能的模擬結果顯示，藉由此MAC機制，此光封包交換網路可達到高頻寬使用率，低平均延遲時間，近似公平接取。根據本揭露的實施範例也完成硬體實驗原型機，證明了本發明的可行性。
惟，以上所述者僅為本發明之實施範例，當不能依此限定本發明實施之範圍。即大凡本發明申請專利範圍所 作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍。
λp ‧‧‧紫色波長
λg ‧‧‧綠色波長
λr ‧‧‧紅色波長
300‧‧‧環型光封包交換網路
320‧‧‧光纖
301－304、306－309‧‧‧一般節點
305、310‧‧‧伺服節點
λ1 ,...,λ w ‧‧‧資料通道
λ0 ‧‧‧控制通道
600‧‧‧單環光封包交換網路節點系統
610‧‧‧發送器
620‧‧‧接收器
630‧‧‧時槽除訊器
650‧‧‧媒介存取控制處理器
660a‧‧‧濾波器
660b‧‧‧多工器
670‧‧‧可調式接收器
680‧‧‧可調式發送器
700‧‧‧媒介存取控制裝置
710‧‧‧頻寬分配模組
710a‧‧‧機率式傳輸額度與信用餘額的機制
Q‧‧‧可傳輸額度量
BUSY‧‧‧承載資料中
BREAD‧‧‧承載資料已被讀取
IDLE‧‧‧閒置中
IMRKD‧‧‧未用完時槽標記
S1 至S S S ‧‧‧個伺服節點
O1 至O9 ‧‧‧一般節點
第一圖是HORNET之拓璞的一個範例示意圖。
第二圖是封包交換環型網路之媒介存取控制協定技術的一個範例示意圖。
第三圖是多波長環型光封包交換網路之網路拓樸與架構的一個範例示意圖，並且與本發明之某些揭露的實施範例一致。
第四圖是一個範例示意圖，說明第三圖中的一般節點與伺服節點，並且與本發明之某些揭露的實施範例一致。
第五圖以一範例說明光纖內多個通道的規範與通道的時槽、循環、和視窗的關係，並且與本發明之某些揭露的實施範例一致。
第六圖以單環光封包交換網路的架構為例，說明網路節點系統之媒介存取控制，並且與本發明之某些揭露的實施範例一致。
第七圖是根據本發明之媒介存取控制裝置的一範例示意圖，並且與本發明之某些揭露的實施範例一致。
第八圖是控制頻道之時槽的資料結構範例的一個範例示意圖，並且與本發明之某些揭露的實施範例一致。
第九圖是一個範例示意圖，說明網路節點的資料流，並且與本發明之某些揭露的實施範例一致。
第十圖說明經過一個伺服節點之前後，資料頻寬的變化，並且與本發明之某些揭露的實施範例一致。
第十一圖是PQOC機制於不同負載之傳輸量的模擬結果 的一個範例，並且與本發明之某些揭露的實施範例一致。
第十二A圖與第十二B圖是PQOC機制在負載分別等於0.70與0.9時，各節點之平均延遲的模擬結果的一個範例，其中訊務突波的狀況由1、5、10、20、遞增到50，並且與本發明之某些揭露的實施範例一致。
700‧‧‧媒介存取控制裝置
710‧‧‧頻寬分配模組
650‧‧‧媒介存取控制處理器
610‧‧‧發送器
620‧‧‧接收器
630‧‧‧時槽除訊器
710a‧‧‧機率式傳輸額度與信用餘額的機制
Q‧‧‧可傳輸額度量

Claims (20)

  1. 一種媒介存取控制裝置，係應用在一光封包交換網路上，該裝置包含：一頻寬分配模組，以一機率式傳輸額度與信用餘額的機制，來決定該光封包交換網路上每一節點之資料的一可傳輸額度量，動態告知下游節點未使用完之傳輸額度，並容許具有信用餘額的下游節點使用上游節點的剩餘頻寬；以及一媒介存取控制處理器，透過一控制通道上所載送的控制訊息，決定多個資料通道之上傳、卸載、除訊，並且更新該控制訊息中相對應的內容。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之媒介存取控制裝置，其中該光封包交換網路包括兩種節點，一種為一般節點，另一種為伺服節點，節點彼此之間是由至少一條光纖進行連接，每一條光纖內載有該控制通道與該多個資料通道。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之媒介存取控制裝置，其中該光封包交換網路的節點連結形成一種環型網路。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之媒介存取控制裝置，該裝置安排一種通道時槽結構，該時槽結構將載於該光纖內的每一通道上，依照時間切割成多個同步時槽，每一該資料通道上，於每一時槽包括一個資料封包，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該多個資料通道的頻 寬狀態訊息。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之媒介存取控制裝置，其中該媒介存取控制處理器透過一發送器進行上傳、一接收器進行卸載、一光時槽除訊器進行除訊。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之媒介存取控制裝置，其中在該光封包交換網路之每一個節點備有一個固定式發送器與一個固定式接收器來進行在該控制通道上的資訊傳收。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之媒介存取控制裝置，其中在該光封包交換網路之每一個節點備有至少一個可調變發送器與至少一個可調變接收器來進行在該多個資料通道上的資料傳收。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之媒介存取控制裝置，其中該控制通道上載送的控制訊息，至少包括該多個資料通道上承載資料封包的狀態資訊。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之媒介存取控制裝置，其中該頻寬分配模組將該多個資料通道的頻寬狀態訊息分為承載資料中、承載資料已被讀取、閒置中、以及未用完頻寬標記之四種不同的狀態訊息。
  10. 一種光封包交換網路，包含：多個一般節點；至少一個伺服節點；以及至少一條光纖，連接該多個一般節點與該至少一個伺服節點，每一條光纖中載有一個用來傳送控制訊息的 控制通道與多個用來傳送資料封包的資料通道；該網路的每一個節點透過一媒介存取控制裝置，以一機率式傳輸額度與信用餘額機制來決定每一該節點之資料的一可傳輸額度量，動態告知下游節點未使用完之傳輸額度，並容許具有信用餘額的下游節點使用上游節點的剩餘頻寬。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之光封包交換網路，其中該媒介存取控制裝置透過一控制通道上所載送的控制訊息，決定該多個資料通道之上傳、卸載、除訊，並且更新該控制訊息中相對應的內容。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之光封包交換網路，其中該媒介存取控制裝置透過一發送器進行上傳、一接收器進行卸載、一時槽除訊器進行除訊。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之光封包交換網路，其中該封包交換網路的節點連結形成一種環型網路。
  14. 一種媒介存取控制方法，係應用在一光封包交換網路上，該方法包含：以一機率式傳輸額度與信用餘額的方式，來決定該光封包交換網路上每一節點之資料的一可傳輸額度量，動態告知下游節點未使用完之傳輸額度，並容許具有信用餘額的下游節點使用上游節點的剩餘頻寬；以及透過一控制通道上所載送的控制訊息，決定多個資料通道之上傳、卸載、除訊，並且更新該控制訊息中相對應的內容。
  15. 如申請專利範圍第第14項所述之媒介存取控制方法，其中透過該控制通道上載送的控制訊息，獲得該多個資料通道上承載資料封包的狀態資訊。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之媒介存取控制方法，其中該機率式傳輸額度與信用餘額的方式至少包括：當該光封包網路之每一個節點要傳送資料時，不僅要看該節點是否有剩餘的傳輸額度可以使用，也要以機率來決定是否允許該節點傳送資料。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之媒介存取控制方法，其中該機率式傳輸額度與信用餘額的方式至少包括：當一個節點來到的資料量少於其最大的資料數量時，將其剩餘的傳輸額度讓給其下游的節點使用，並且該讓出剩餘傳輸額度的節點也獲得該讓出之剩餘傳輸額度的信用餘額。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之媒介存取控制方法，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路中每一節點的該可傳輸額度量，並且該可傳輸額度量與一個循環裡，可用頻寬的平均值以及該光封包交換網路中伺服節點的數目的數目有關，其中該光封包交換網路備有多個一般節點與至少一個伺服節點。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之媒介存取控制方法，其中一個循環是一固定數量的時槽。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之媒介存取控制方法，其 中每一該伺服節點備有一個時槽除訊器，將已經被接收端節點接收而不需要存留在該光封包交換網路上的資料清除。
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