[发明专利]基于光纤延时线的FIFO共享缓存路由器及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光FIFO共享缓存队列，具体利用光纤延时线实现光分组动态缓存，通过feedback结构实现光缓存共享，进而通过基于排序的调度策略保障分组FIFO调度并充分利用光纤延时线存储资源，实现了一种基于光纤延时线的全光FIFO共享缓存队列。 

背景技术

在光传输网络中，由于没有物理上的光存储器，在以存储转发（store-and-forward）方式传送信息的网络节点，人们通常先将到达的光信号转换为电信号，进而通过电存储器（如RAM）存储，然后在端口空闲时再转换为光信号发送到光通路。但是，这种“光-电-光”转换的方法严重地限制了光数据包处理的速度，同时带来了大量的能量消耗。另一方面，光纤延时线（fiber delay line，FDL）被认为是目前唯一可行的不需要其它介质转换实现光信号“存储”的方法。FDL主要利用光信号在光纤中传播时存在延时的特性，用不同长度光纤作为介质来延迟输入光信号，从而模拟光缓存功能。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在光交换网络中实现全光FIFO共享缓存的路由器及其工作方法。 

所述的FIFO共享缓存路由器包括N个输入链路，N个输出链路和N个丢弃链路，一个（N+M）×（N+M）的无阻塞光交换矩阵，N个1×2的交换模块，M条光纤延时线以及一个逻辑控制单元； 

无阻塞光交换矩阵的N个输入端口连接N个输入链路，N个输出端口通过N个1×2的交换模块连接N个输出链路和N个丢弃链路，剩余的M个输出端口通过M条光纤延时线连接回M个输入端口；逻辑控制单元连接无阻塞光交换矩阵的控制端。 

进一步改进，光纤延时线长度r_i设置为组成大小为B的共享缓存队列，并允许所有输入输出端口访问，其中

本发明还提供了一种基于光纤延时线的FIFO共享缓存路由器的工作方法，包括光分组缓存及光分组交换；其特征在于具体包括以下步骤：当光分组需要被缓存时，由外部输入端口按FIFO队列送入光纤延时线，经由光纤延时线产生传输时延，再由交换矩 阵送入光纤延时线，实现多次循环动态存储光信号；之后各光分组按FIFO队列离开或当缓存溢出时，将由交换矩阵直接转发到输出端口，经由1×2的交换模块分别转发到输出链路或丢弃链路。 

上述的FIFO队列设置过程为： 

1）所有到达分组根据其输出端口分为N个流，控制器为属于同一个流的分组分配唯一的值K来表示该分组的离开顺序，当有分组离开，属于同一个流的所有分组的离开值减1； 

2）将M条延时线均分为N组，每组延时线属于一个流，长度按照线性规则增长，1，2，3...。 

FIFO队列共享缓存的过程为： 

离开值为k的分组总是被发送到长度不大于k的光纤延时线。 

FIFO缓存队列分组调度的流程为： 

控制逻辑c_j(t)，j|[0，N|1]表示输出链路状态，如果c_j(t)＝1表示输出链路j允许分组离开，否则输出链路关闭，在每个时隙，对于所有出现在交换矩阵M+N个输入端口的分组: 

1）将所有已存储分组的离开值K减1，将离开值为0的分组发送到相应输出链路； 

2）将在交换矩阵M+N个输出端口的分组根据其离开端口分为N个流； 

3）对出现在交换矩阵输入端的属于第i个流的分组，i＝1,...,N，根据分组离开顺序值排序，排序过的分组将根据其离开顺序被依次发送到属于第i个流组的最短延时线到最长延时线，重复执行该过程，直到第N个流； 

4）对于每个流没有被分配到延时线的分组，依次按照其离开值K的逆序依次发送到空闲的最长延时线到最短延时线； 

5）如果没有空闲延时线，将剩余分组经由空闲输出端口丢弃。 

本发明有益效果在于： 

1、实现高资源利用率的共享光缓存。共享缓存队列路由器结构所有输入输出端口共有，不限制单个流的缓存大小，具有最优的缓存利用率。 

2、采用feedback结构和光纤延时线实现共享缓存。光纤延时线利用光信号在媒体的传输时延来避免路由器端口冲突问题。同时，基于feedback结构的光纤延时线可以使光信号在延时线中多次循环，实现光存储的目的。该策略是目前唯一物理可实现的光 缓存的方式。 

3、支持抢占式优先级调度。通过实现基于排序的调度策略，保障到达光分组可以根据FIFO顺序无延时地发送到相应输出端口。