OBS核心控制器结构设计与硬件化实现

帧解析模块的状态转移图如图2所示。上电后首先进入Idle状态，在Idle状态下检查接收缓存是否有新的数据包，有的话则进入ReadMAC状态，读取MAC头信息，判断MAC帧类型，非IP数据包则将其丢弃，否则进入ReadIP状态，这个状态下读取IP数据包的长度，以及类型，TTL等信息，如果是不是BCP包，进入Route状态，进行路由选择，如果是本地包，则上传到网管模块中，否则进入Update状态；如果是BCP包，则进入RouteSchedule状态，启动路由和调度模块的工作。如果调度不成功，则要将该BCP包丢弃，如果成功，也进入Update状态；在Update状态下，对TTL进行更新，如果调度出来的波长号发生改变，也要更新相应信息。之后，就进入Forward状态，将已更新好的数据包发送到输出缓存中，进行下一帧的处理。
1．2．2 路由和调度模块
图3所示为路由表和信道资源库的结构示意图。路由表包含多条路由表项，每条表项包括目的网络地址及输出端口号两部分信息。查找路由的过程为：从首条表项开始，将目的网络地址依次与各表项中网络地址进行匹配，匹配成功即输出端口号。Ptr用来指向当前的匹配表项，如需二次查找，只需从Ptr指向的表项开始继续查找。

信道资源库包含所有端口的信道分配信息，每个端口作为一组，包含一个控制单元CU及一组定时器，每个定时器对应于一个信道。信道空闲时定时器也处于空闲状态，每次为BCP成功分配信道以后，就需要打开光开关控制信号，同时肩动相应定时器，时间设置为偏置时间+预留时间，定时结束，关闭光开关控制信号。控制单元可根据各定时器的工作状态确定各信道的使用状态，进行信道分配。
图3路由表和信道资源库的结构示意图路由和调度功能的实现过程如下：首先检测各帧解析模块的调度请求信号，如果有效，读取目的网络地址，同时启动路由和调度过程，先到路由表查找到第一个与目的网络地址匹配的路由表项，得到输出端口；再到信道资源库里检查该端口是否有空闲的数据信道，有的话预留该信道，设置光开关矩阵，启动相应定时器，调度成功，返回给帧解析模块输出端口和数据信道的信息；如果不存在空闲信道，则需要继续到路由表中查找匹配表项，找到后再次到信道资源库中搜索空闲信道，如此继续；如果搜索完路由表中所有表项后仍无法找到空闲信道，则返回调度失败信号给帧解析模块。

2 实验测试
我们对本设计进行了硬件化实现。图4为用QuartusII工具得到的电路时序仿真图。图中1、2、3、4、5为状态指示信号，依次对应帧接收完成信号、读取状态信号，协议处理状态信号，路由和调度状态信号，转发状态信号；6，7为输出信号，分别对应调度完成信号和光开关设置信号。

图2 BCP包接收处理过程的工作时序(参见结尾)由图4可见，在一个OBS包的处理过程中，依次经历了帧数据的读取、协议处理、路由和调度、转发等多个状态，其中从BCP包接收完成到发出光开关设置信号仅用了lOOns，相比于现有的实现方案，有了很大的提高。完全可以满足现有OBS网络对核心节点开关速度的要求。

3 总结
本文提出了一种将路由选择和信道调度整合在一个模块中处理的OBS核心节点控制系统的结构，并在FPGA平台上验证了本设计的可行性和有效性。测试结果表明：接收完BCP包到发出光开关设置信号的最短时间为lOOns。显著缩短了控制包在核心节点的处理时间。