光纤环路动态寻址方法、装置及电子设备与流程

本公开涉及光存储与数据寻址，尤其涉及一种光纤环路动态寻址方法、装置及电子设备。

背景技术：

1、随着人工智能技术的快速发展，海量ai训练数据、推理中间结果及模型参数的高效存储与快速访问成为制约系统性能的关键瓶颈。传统的基于磁盘或固态硬盘的存储系统存在读写延迟高、i/o瓶颈明显等问题，而基于内存的存储方案虽延迟较低，但成本高昂且易失。例如，在分布式ai训练中，参数服务器需要频繁读取和更新模型参数，若采用nvmessd，平均延迟约50微秒，难以满足千亿参数大模型的同步需求。

2、近年来，光存储技术因其高带宽、低功耗、抗电磁干扰等优势受到广泛关注。光纤环路作为一种闭合的光信号传输通道，可以使光信号在其中持续循环传播。若将数据以光数据包的形式注入光纤环路并使其不断循环，则理论上可以实现数据的“流动存储”——数据不再固定于某一物理地址，而是在环路中持续运动。这种存储方式消除了传统存储介质的机械寻道时间，有望大幅降低数据访问延迟。

3、然而，光数据包在环路中持续运动的特点也带来了新的技术挑战：如何快速、准确地定位并提取特定数据包？由于数据包位置随时间不断变化，传统的基于固定地址的寻址方法不再适用。现有技术中，基于光纤延迟线（fdl）的光缓存方案（如us20050271391a1）通常仅支持先进先出（fifo）存取，无法实现随机寻址，且缓存深度受限于延迟线长度，难以扩展。另一种方案是基于固定时间戳推算的光包循环存储（如us20190341995a1），该方案在数据注入时记录时间戳，读取时根据当前时间与注入时间差推算数据包位置，再在预测时刻激活捕获装置。但该方案存在以下严重缺陷：未考虑环路中光放大器增益饱和导致的光速微小变化，在多次循环后时间误差累积可达数微秒；未考虑多个数据包同时注入引起的冲突重传，重传会导致数据包实际位置偏离理论推算值；未考虑放大器自发辐射（ase）噪声引起的时间抖动，实测中在高负载（注入速率>5000 pps）下捕获失败率高达30%以上。因此，需要一种能够动态感知环路负载变化、自适应预测光数据包位置、并精确控制捕获时机的智能寻址方法。

技术实现思路

1、本公开提供一种光纤环路动态寻址方法、装置及电子设备，通过将数据持续存储于光纤环路并配合智能寻址，实现了极低延迟的数据访问与高效的环路带宽利用。

2、第一方面，一种光纤环路动态寻址方法，应用于光纤环路动态寻址系统的控制器，所述光纤环路动态寻址系统还包括光纤环路、数据注入模块、光监测节点以及光捕获模块，在所述光纤环路上设置至少一个所述光监测节点、至少一个所述数据注入模块以及至少一个光捕获模块，所述控制器与所述光监测节点、所述数据注入模块、所述光捕获模块连接，所述方法包括：

3、响应于数据读取请求，查询维护的全局动态映射表，获取所述数据读取请求对应的目标数据包在所述光监测节点的节点最近观测信息；

4、基于预设的动态寻址算法，根据所述节点最近观测信息确定所述目标数据包到达所述光捕获模块的预期到达时间窗口；

5、在所述时间窗口内激活所述光捕获模块，从所述光纤环路中匹配并提取所述目标数据包。

6、以上光纤环路动态寻址方法，通过将数据持续存储于光纤环路并配合智能寻址，实现了极低延迟的数据访问与高效的环路带宽利用。光信号在光纤中以近光速传播，消除了机械寻道时间，平均数据访问延迟可低至亚微秒级。

7、可选地，步骤响应于数据读取请求，查询维护的全局动态映射表，获取所述数据读取请求对应的目标数据包的节点最近观测信息之前，还包括：

8、获取所述光纤环路的物理参数和所述数据注入模块的数据包注入参数；

9、根据所述物理参数和所述数据包注入参数，建立描述光数据包在所述光纤环路中位置分布与时间关系的状态空间模型，所述状态空间模型用于确定任意时刻所述目标数据包的位置信息。

10、可选地，步骤响应于数据读取请求，查询维护的全局动态映射表，获取所述数据读取请求对应的目标数据包的节点最近观测信息之前，还包括：

11、所述光监测节点持续检测经过其位置的光数据包，得到所述光数据包的监测信息；

12、控制器根据所述监测信息更新所述全局动态映射表中所述光数据包对应条目；

13、当任意数据包的状态信息符合预设删除状态时，控制器从所述全局动态映射表中删除所述任意数据包对应条目。

14、可选地，步骤基于预设的动态寻址算法，根据所述节点最近观测信息确定所述目标数据包到达所述光捕获模块的预期到达时间窗口，包括：

15、控制智能体根据所述节点最近观测信息观测当前状态信息；

16、根据所述动态寻址算法和所述当前状态信息，确定所述目标数据包到达所述光捕获模块的预期到达时间窗口。

17、可选地，步骤在所述时间窗口内激活所述光捕获模块，从所述光纤环路中匹配并提取所述目标数据包，包括：

18、在所述时间窗口内发送激活信号给所述光捕获模块；

19、控制所述光捕获模块在所述时间窗口内持续监测经过的光信号；

20、若所述光信号中匹配到所述目标数据包的目标标识符，则控制所述光捕获模块从所述光纤环路中获取所述目标数据包，并更新全局动态映射表。

21、可选地，步骤在所述时间窗口内激活所述光捕获模块，从所述光纤环路中匹配并提取所述目标数据包之后，还包括：

22、若在所述时间窗口内未能捕获到目标数据包时，重新查询所述全局动态映射表并再次调用所述动态寻址算法进行预测，直到超时或达到最大重试次数；

23、根据所述光捕获模块针对所述目标数据的捕获结果信息，反馈奖励信息和下一状态信息至所述动态寻址算法。

24、可选地，所述光纤环路中不同波长的光载波独立承载数据包流，所述方法还包括：

25、当多个读请求同时访问不同数据包时，采用时间片轮转或多线程并行预测策略调整各捕获装置的时间窗口；

26、当不同目标数据包的时间窗口重叠时，采用预设的优先级抢占策略一次执行。

27、可选地，所述动态寻址算法采用深度q网络或近端策略优化进行训练；所述控制器采用现场可编程门阵列或嵌入式处理器实现，所述全局动态映射表模块采用静态随机存取存储器实现；所述光捕获模块为基于半导体光放大器的光开关或微环谐振器。

28、第二方面，提供一种光纤环路动态寻址装置，所述装置包括控制器、光纤环路、数据注入模块、光监测节点以及光捕获模块，在所述光纤环路上设置至少一个所述光监测节点、至少一个所述数据注入模块以及至少一个光捕获模块，所述控制器与所述光监测节点、所述数据注入模块、所述光捕获模块连接，所述控制器包括：

29、数据获取模块，用于响应于数据读取请求，查询维护的全局动态映射表，获取所述数据读取请求对应的目标数据包的节点最近观测信息；

30、数据分析模块，用于基于预设的动态寻址算法，根据所述节点最近观测信息确定所述目标数据包到达所述光捕获模块的预期到达时间窗口；

31、数据提取模块，用于在所述时间窗口内激活所述光捕获模块，从所述光纤环路中匹配并提取所述目标数据包。

32、第三方面，提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如以上第一方面提供的光纤环路动态寻址方法。