一种光分组交换的方法和装置与流程

1.本发明涉及一种光分组交换的方法和装置，属于光通信的光分组交换技术领域。


背景技术：

2.光通信是现代通信方式的重要基石，超过90％的数据流量都需要通过光纤进行传播。光通信领域最主要的两个方向包括光传输技术和光交换技术。光传输技术用于实现光纤信道中的信息高效传输；而光交换技术用于实现信号的灵活转发。目前光网络以一个波长为最小的信道颗粒度，光纤支持的波长数量有限，所以一个节点无法与所有其他节点都建立一条传输通道。因此，依赖于光交换技术在有限的光纤连接中实现任意两个节点之间的信息交换。光交换技术决定了光信号传输的灵活性和交换的颗粒度。
3.根据光交换的颗粒度，光交换技术分为光电路交换(ocs)、光突发交换(obs)，以及光分组交换(ops)。ocs的最小带宽分配颗粒度为波长，常用于骨干网等领域，其特点是传输信道配置好之后，不会短时间拆除，使用时间较长，交换的频率低。obs和ops的交换颗粒度较小，分别为光突发/光分组。一个光突发维持在微秒到毫秒量级，光突发的长度不固定，由流量到达的时间决定；光分组采用固定长度的方式，一个光分组包含的信息数据量是固定的。两者区别在于，obs采用异步交换，光交换不同输出端口之间可以是异步的；ops的边缘节点必须是同步的，保证数据分组同时到达光交换节点。
4.在目前的ops光交换节点
‑
边缘节点的相关技术中，如果边缘节点采用一个队列来缓存光分组。则不同目的地址的分组将会产生头阻塞(head
‑
of
‑
block,hob)的问题。hob问题描述如下，对于只有一个队列的缓存，队列头部的数据包只有一个目的端口，由于在端口竞争中没有被发送，导致队列后面的数据包不能占用可用端口，最后导致每个端口的吞吐量只能达到线速度的58％，严重降低了光交换装置的传输效率。
5.针对头阻塞问题：两个边缘节点都要发往端口2，而且该分组如不被成功转发，队列后面的数据分组无法获得端口，只能处于阻塞状态。头部数据决定了该边缘节点必须获得的端口，如果无法获得该端口的转发授权，队列永远处于阻塞状态。为了解决头阻塞hob问题,普遍采用虚拟输出队列(virtual output queue,voq队列)的缓存组织方式。voq队列将输出缓存化分为多个队列，光交换机的每个输出端口都有一个单独的队列来保证数据分组不会出现头阻塞的问题。然而，由于每个时隙只能选择一个voq队列的数据形成数据分组，并发往交换节点的对应的端口，因此如何选择voq队列就成为所述装置一个重要问题。选择不同的voq队列，将在光开关阵列中造成不同数量的端口冲突，导致不同的交换性能。因此在voq队列中，如何选择缓存来降低阻塞率就成为了解决端口冲突的核心思路。voq队列选择问题的出现，需要边缘节点进行合理的缓存选择，才能降低端口冲突的概率，提高吞吐量。
6.ops系统的端口冲突问题：ops技术区别于传统电域的交换技术，光交换机没有任何缓存，来自边缘节点的数据透明的穿过光交换机不会被缓存。因此，光交换技术相比于电交换机，其最大的技术难点就在于如何在不缓存数据分组的情况下将输入光信号导出到输
出端口；其次，同一个时刻可能有多个输入端的流量具有相同的输出端口，称为端口冲突(或端口竞争)。如：端口1和端口3的数据分组都发往端口2，则两者产生的端口冲突，导致其中一个数据分组被阻塞掉。由于缺乏光缓存，如何处理端口的争用而不会发生数据丢失就成为了光交换机的另一个主要问题，称之为端口冲突问题。由于边缘节点到光交换节点的距离差异性较大，如何保证所有边缘节点的光分组同时到达光交换节点并实现同步交换就成为ops技术的一个重要瓶颈。
7.非等距边缘节点的定时问题：面对ops系统中边缘节点到光交换节点距离差异较大的情况，传统端口冲突解决方法存在较大问题。其一，由于光分组持续时间较短，不同边缘节点同时发出的数据分组经过不同长度的光纤信道之后，到达光交换节点会存在时间差异。这种时间差异导致光交换节点无法进行同步的端口切换，因此传统处理同步系统的端口冲突算法无法应用于距离差异大的ops系统。其二，如何保证所有非等距边缘节点的精确同步是目前面临的一个难题。不仅仅光交换节点要感知边缘节点的距离，边缘节点也要同时感知到达光交换节点的距离，从而保证不同边缘节点上报信息的准确性。在距离较远的情况下，边缘节点到交换节点的链路中可能同时存在多个“报告消息”。授权消息的计算都是基于已接收到的“报告消息”，然而由于距离差异，光交换节点在计算端口授权的时候需要把消息的滞后性因素考虑进去。因此，在长距离传输的光ops系统中，现有技术面临着诸多问题。
8.ops光纤老化的定位问题：在长距离的ops系统中，边缘节点到光交换节点存在数百米至数公里的光纤信道。ops的时隙的颗粒度较小，所以对定时定位的要求很高。由于光纤老化以及光纤维护、更换等原因，会造成边缘节点到交换节点的距离逐渐变化。因此，如何对边缘节点的距离实现持续的准确测量和跟踪是目前一个主要问题。现有方案交换系统的测距方案中，普遍在初始化阶段进行光纤信道的测距，现有方案不能很好的对距离和光程进行跟踪，在应用于需要精确定时的ops系统存在较大缺陷。而且，ops系统必须保证光交换节点各个端口同时接收到标签和光分组数据。因此，必须对边缘节点进行精确定位和实时跟踪。
9.本发明主要针对ops技术的端口冲突、非等距定时同步、定位校准等问题，提出了一种解决光分组交换的方法和装置，用于实现非距离条件下的ops系统的端口冲突和数据同步传输问题。
10.在ops的端口冲突方面，已有的研究有多种方式来解决冲突，其中最典型的方式就是通过给光交换节点增加光纤延迟线等类光缓存器件来存储端口竞争失败的光分组，在以后的周期中进行转发，通过光纤延迟线来增加解决端口冲突的能力；另一种类似方法可采用波长转换器，将冲突的端口的多个同波长信号转换到不同的波长上，然后再汇聚发送到目的端口。以上两种解决冲突的方式，都需要在光交换机增加额外的硬件结构来处理分组冲突。另一种方式是通过流控制(flow control)的方式来解决冲突，每个时隙，边缘节点都会向光交换节点发送数据，然后光交换节点会根据数据分组是否被成功转发向边缘节点反馈一个消息，边缘节点根据反馈消息的状态来决定是否重传该数据包。这种方式不需要增加额外的硬件，通过重传的方式来避免数据分组的丢失。然而，该方法仍然存在缺陷，大量的重传造成了吞吐量的下降。因此，目前还没有一种方法，可以在不增加系统额外硬件、不降低系统性能情况下来解决端口冲突问题。


技术实现要素：

11.本发明的目的是为了在不增加系统额外硬件、不降低系统性能情况下来解决端口冲突问题，提出了一种光分组交换的方法和装置。
12.为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案。
13.所述光分组交换的方法和装置，包括一种光分组交换装置以及一种光分组交换方法；
14.其中，光分组交换装置包括光交换节点以及边缘节点；
15.其中，光交换节点包括交换控制器、光开关阵列、每个输入端的交换解复用器以及每个输出端的交换复用器；
16.其中，交换控制器具有高速信号处理功能的逻辑单元，包含端口冲突处理模块，能处理控制分组并控制光开关阵列；光开关阵列包含n个快速切换的光开关模块；
17.其中，每个快速切换的光开关模块，连接一个输入端和n个输出端，可以将输入端和任意一个输出端进行切换，且光开关的切换时延范围为3～5纳秒；
18.边缘节点包含包头处理器、voq队列、一个控制器、一个控制缓存、两对光收发器、发射端的边缘复用器及接收端的边缘解复用器；边缘节点具有ops信号处理功能；
19.其中，包头处理器包括电交换机，两对光收发器包括发射机tx1、tx2以及接收机rx1、rx2；包头处理器处理所有到达边缘节点的数据流量，具体包括来自流量源节点的上行流量和光交换机的下行流量；电交换机转发该边缘节点内部交换的流量，需要通过光交换的流量发送到voq队列中；在voq队列中，针对每个光交换节点的输出端口都有一个对应的队列；控制器处理授权消息、voq队列的选择、控制缓存及负责两个发射机的定时发送，控制缓存用于存储边缘节点的报告消息；边缘解复用器将来自光交换节点的授权消息和数据分组分离开，授权消息发往控制器，数据分组发往包头处理器；控制器中包含一个端口冲突处理模块来处理授权信息并控制发送机的定时发送；控制分组和数据分组分别发送到边缘复用器的输入端口，边缘复用器将控制分组和数据分组汇聚到边缘复用器的输出端口；
20.所述光分组交换装置的连接关系为：光交换节点中的交换控制器分别与交换复用器及交换解复用器相连，交换解复用器与光开关阵列相连，光开关阵列与交换复用器相连；边缘节点中的包头处理器与voq队列相连，voq队列与tx1以及控制器相连；复用器分别与tx1和tx2相连，tx2与控制缓存相连；控制器与rx2相连；rx1和rx2分别与解复用器相连；rx1与包头处理器和解复用器相连；
21.所述光分组交换装置的工作过程为：控制消息和数据分组分别通过控制信道和数据信道发送到交换解复用器后，控制消息通过交换解复用器发送到交换控制器，数据分组通过交换解复用器发送到光开关阵列；交换控制器中的端口冲突处理模块解决端口冲突后将授权结果放入到授权列表中；数据分组和授权消息通过交换复用器后通过两个独立的信道发送到边缘节点的边缘复用器中；授权消息通过边缘解复用器后发送到边缘接收机rx2，数据分组通过边缘解复用器后发送到边缘接收机rx1；
22.其中，控制信道占用光纤通信中一个独立的波长，数据信道占用光纤通信中的另一个独立的波长。
23.所述光分组交换的方法，包括定时定位、报告、授权列表更新及授权过程；
24.其中，定时定位过程，包括粗定时定位过程以及定时校准过程，包括如下步骤：
25.步骤1、对所述光分组交换装置进行初始化，具体为：一个边缘节点刚接入到光交换节点，边缘节点首先要和光交换节点互发握手消息，建立通信连接，具体包括如下子步骤：
26.步骤1.1边缘节点首先发出握手消息到光交换节点；
27.其中，握手消息包含了节点支持的协议以及mac地址物理属性；
28.步骤1.2光交换节点收到握手消息之后，也发送一个握手反馈消息到边缘节点，这样就完成了初始化阶段，两者建立了通信连接的建立；
29.步骤2、经步骤1完成初始化后，进行粗定时定位，遍历边缘节点进行时钟校准及定位测量；
30.其中，一个边缘节点的时钟校准及定位测量，包括如下子步骤：
31.步骤2.1边缘节点首先发送一个定时消息到光交换节点，消息包含当时的时刻；
32.步骤2.2光交换节点接收到该定时消息后，把当前时刻写入到该消息，并更新定时消息为两时刻定时消息；
33.步骤2.3从当前时刻开始计时，经过一个固定时间发出两时刻定时消息，而这个固定时间是已知的；
34.其中，固定时间的范围为2到20ns；
35.步骤2.3边缘节点接收到两时刻定时消息后将当前的接收时刻记录下来，计算出得到光纤传输时延；
36.其中，光纤传输时延等于当前的接收时刻减去步骤2.1的当时的时刻，再减去固定时间得到的时间除以2；
37.步骤2.4基于步骤2.3计算的光纤传输时延，将边缘节点时钟校准为光交换节点的时钟；
38.至此，经过步骤2.1到步骤2.4，完成了一个边缘节点的时钟校准及定位测量；
39.步骤3、基于光纤传输时延，获取边缘节点的时隙延迟和相位延迟，具体为：
40.将光纤传输时延除以装置时间切片，所得到的余数，即边缘节点的相位延迟；光纤传输时延除以装置时间切片并向下取整所得的整数为边缘节点的时隙延迟；
41.其中，该边缘节点的时隙延迟，即光纤传输时延包含的装置时间切片的数量；
42.步骤4、边缘节点的控制器将时隙延迟和相位延迟写入到定时校准消息，并发送到光交换节点，光交换节点获得时隙延迟和相位延迟后并记录下来；
43.步骤5、经步骤4后，每隔一个固定周期，光交换节点记录当前记录时刻并加上固定时间、时隙延迟和相位延迟，形成定时校准消息，然后基于定时校准消息的当前记录时刻，再经固定时间之后发送到边缘节点；
44.边缘节点接收到定时校准消息后完成时钟的精确校准；
45.其中，固定周期的范围为5毫秒到10秒；
46.至此，从步骤1到步骤5，完成了所述光分组交换方法的定时定位过程；
47.在完成定时定位过程之后，所述装置实现了所有非等距边缘节点的时钟同步和距离测量，进而开始进行数据交换，所述装置进入报告过程；
48.所述装置的每个时隙都触发一个报告过程，包括如下步骤：
49.步骤6、边缘节点将voq队列的大小写入到报告消息，等待该时隙结束；
50.步骤7、进入第二个时隙，继续等待一个等待时间，然后tx2将报告消息通过控制信道发送到光交换节点，同时tx1将数据分组通过数据信道发送到光交换节点；
51.其中，等待时间的大小为时隙减去该边缘节点的相位时延；
52.步骤8、交换节点接收到报告消息后，交换解复用器将报告消息发送到交换控制器，交换解复用器将数据分组发送到光开关阵列完成数据交换；了
53.至此，从步骤6到步骤8完成了边缘节点的报告过程，交换控制器接收到所有边缘节点的报告消息后完成报告过程，该报告过程保证所有边缘节点的报告消息可以同步到达光交换节点，然后所述装置进入授权列表的维护过程；
54.所述授权列表的维护过程，包括如下步骤：
55.步骤9、交换控制器首先处理报告消息，将该时刻边缘节点的报告消息减去前n个时隙该边缘节点授权的voq队列的流量之和，得到处理后的报告消息；
56.其中，n为该边缘节点的时隙延迟；
57.步骤10、将处理后的报告消息进行二分图匹配，得到端口授权结果；
58.步骤11、调整端口授权结果的发送时序，首先计算每个边缘节点的时隙延迟到所有边缘节点时隙时延最大值的差值，然后将端口授权结果发送时间确定为延后两倍该差值的时隙；
59.其中，记每个边缘节点的时隙延迟到所有边缘节点时隙时延最大值的差值为d；
60.步骤12、将发送时序调整后的端口授权结果插入到授权列表中与发送时间对应的时隙位置中，然后等待进入下一时隙；
61.至此，从步骤9到步骤12，实现了报告消息到端口授权结果的转换，完成了授权列表的维护过程，然后进入授权过程；
62.授权过程，包括如下步骤：
63.步骤13、下一时隙开始时，交换控制器将当前光开关阵列配置为第2d 2个时隙前计算的端口授权结果；同时，下一时隙开始时，判断授权列表是否存在完整端口授权结果，并依据完整端口授权结果是否存在决定是否将授权消息下发到边缘节点，具体为：
64.13.a若存在完整端口授权结果，交换控制器从授权列表中取出时间位置最靠前且完整的端口授权结果，并形成授权消息，然后将授权消息下发到边缘节点，跳至步骤14；
65.13.b否则，若不存在完整的端口授权结果，则不下发授权消息，跳至步骤13；
66.步骤14、边缘复用器接收到授权消息后执行一个等待时间；
67.步骤15、边缘节点进入授权过程的第二时隙，该时隙边缘节点将数据流量汇聚成光分组，然后等待进入授权过程的第三时隙；
68.步骤16、边缘节点在授权过程的第三时隙后，继续执行一个等待时间；
69.步骤17、将数据分组和报告消息一同时发送到光交换节点；
70.至此，从步骤13到步骤17完成了所述装置的授权过程，实现了非等距边缘节点之间的数据分组交换；
71.至此，从步骤1到步骤17，所述装置经定时定位、报告、授权列表更新及授权过程，完成了非等距边缘节点之间的光分组交换方法。
72.有益效果
73.本发明涉及一种解决光分组交换的方法和装置，与现有光分组交换方法和装置相
比，具有以下有益效果：
74.1.所述方法针对光分组交换的端口冲突、非等距定时同步、定位校准等问题，通过报告
‑
授权的过程避免了光开关阵列的端口冲突，提前计算端口匹配再给边缘节点授权端口避免了端口冲突造成的吞吐量下降，通过定位跟踪的过程和同步逻辑过程实现了非等距边缘节点之间的分组交换，因此所述装置和方法可以实现10km内任意距离边缘节点的数据分组交换；
75.2.所述装置和方法仅仅改变了数据分组和报告消息的控制逻辑，未增加额外的硬件模块来存储冲突的光分组，通过报告
‑
授权的逻辑过程来实现对光分组的信息交换，所述装置在不增加系统额外硬件、不降低系统性能情况下来解决了端口冲突问题；
76.3.所述装置降低了光分组之间的空闲时间，现有公开方案中，光分组之间的间距在200纳秒左右，而所述装置和方法可将光分组间距减小到50纳秒左右，并且光开关阵列不会产生端口冲，将链路的使用效率大幅提高，与已有光分组交换装置和方法相比，例如都采用时隙为1微秒的快速光分组交换技术，在相同数据速率的情况下可将吞吐量提高11.9％；
77.3.所述方法和装置解决了现有交换装置或方法不能很好的对距离和光程进行跟踪，由于线路老化等因素使光纤距离产生变化，而现有技术缺乏对光纤距离的精确跟踪，而光程变化对ops系统的定时定位影响较大，所述装置和方法通过粗定时定位和精确定时跟踪两个过程，将线路光程的变化进行了实时监控和调整，实现了对边缘节点的精确定位和实时跟踪。
附图说明
78.图1为本发明一种光分组交换的方法和装置致力于解决的头阻塞问题的过程示意图；
79.图2为本发明一种光分组交换的方法和装置致力于解决的voq队列端口冲突产生的示意图；
80.图3为本发明一种光分组交换方法和装置的总体流程图；
81.图4为本发明一种光分组交换方法和装置致力于解决光节点冲突的交换节点装置图；
82.图5为本发明一种光分组交换方法和装置致力于解决光节点冲突的边缘节点装置图；
83.图6为本发明一种光分组交换方法和装置致力于解决定时定位的定时定位阶段过程示意图；
84.图7为本发明一种光分组交换方法和装置边缘节点与光交换节点的数据交换流程图；
85.图8为本发明一种光分组交换方法和装置一个四节点光交换装置授权过程图。
具体实施方式
86.下面结合附图及实施例对本发明所述的一种光分组交换方法和装置进行详细阐述。
87.实施例1
88.本发明所述的装置和方法可以应用于数据中心网、城域网等对数据交换速率要求较高的场景，尤其是在中长距离光网络下的交换装置，如大规模数据中心互联网络、城域网之间的细粒度交换场景；该装置和方法可以为非等距边缘节点提供速率透明、调制格式透明的高速信息交换。在多个非等距边缘节点条件下，所述装置可以为城域网提供光分组级别的信息交换功能，大大提高了城域网信道资源的利用率和灵活性。
89.如图1所示为头阻塞问题的过程，两个边缘节点都要发往端口2，而且该分组如不被成功转发，队列后面的数据分组无法获得端口，只能处于阻塞状态。头部数据决定了该边缘节点必须获得的端口，如果无法获得该端口的转发授权，队列永远处于阻塞状态；
90.图2所示为voq队列端口冲突的产生，端口1和端口3的数据分组都发往端口2，则两者产生的端口冲突，导致其中一个数据分组被阻塞掉。由于缺乏光缓存，如何处理端口的争用而不会发生数据丢失就成为了光交换机的另一个主要问题，称之为端口冲突问题。由于边缘节点到光交换节点的距离差异性较大，如何保证所有边缘节点的光分组同时到达光交换节点并实现同步交换就成为ops技术的一个重要瓶颈。
91.为解决上述问题提出了一种光分组交换方法和装置。
92.其中，所述装置具体实施时，每个快速切换的光开关的典型实例如半导体光放大器(semiconductor optical amplifier，soa)，其切换时延在3～5纳秒左右；复用器和解复用器是通用光学器件；复用器和解复用器为阵列波导光栅(array waveguide grating,awg)；交换控制器的典型实例如现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array，fpga)。具体实施时，边缘节点为一个包含光收发机的以太网交换机，包头处理器的典型实例就是通用交换芯片；
93.控制器的典型实例就是fpga、或者专用集成电路(application
‑
specific integrated circuit，asic)。
94.步骤1具体实施时，包括如下子步骤：
95.步骤1.1边缘节点(a)首先发出握手消息(h
a
)到光交换节点(b)，消息内容包含了节点支持的协议、端口数量以及mac地址物理属性；
96.步骤1.2光交换节点收到h
a
之后，也发送一个握手消息(h
b
)到边缘节点，这样就完成了初始化阶段，两者建立了通信连接的建立；
97.步骤2.2具体实施时，由于消息的处理过程需要消息一定的时间，现有方法均忽略了该消息的处理时间导致算法精度较差；
98.图3所示为一种光分组交换方法和装置的总体流程，光交换节点与边缘节点首先互发握手消息建立链接，然后互发定位消息对边缘节点的距离进行测量；然后进入通信阶段，每个时隙中，光交换节点接收边缘节点发来的队列长度的报告消息，然后光交换节点处理端口冲突，将处理结果加入到授权列表中；授权列表根据边缘节点的距离调整发送时间；光交换节点将授权列表中授权消息下发到边缘节点进行处理，边缘节点接收到授权消息后再进行数据分组的汇聚和发送。
99.由于每个边缘节点到光交换节点存在相位偏差，为保证所有光交换节点的报告消息和数据分组能同时到达光交换节点，每个边缘节点的发送时间需要调整。假设边缘节点到光交换节点的相位偏差为dt，dt取值为0到3微妙，一个时隙ts的取值为1微秒到3微秒，则边缘节点的发送时间需要延后(ts
‑
dt)的时间，从而保证了边缘节点的报告消息和数据分
组同时到达光交换节点；在完成报告过程的同步之后，边缘节点开始向光交换节点发送报告消息和数据分组；光交换节点收到报告消息后处理端口冲突，即输入
‑
输出端口的匹配需要满足每个输出端口至多和一个输入端口匹配，且每个输入端口至多和一个输出端口匹配；然后将匹配结果插入到“授权列表”中；每个时隙结束之后，交换控制器重置交换开关，然后从授权列表中取出授权消息然后下发到各个边缘节点；如果当前光交换节点接收到报告消息为r0，则往返链路上分别有n个完整的时隙，n取值为0到30的整数(每个时隙包含一个控制消息和一个数据分组，n与时隙延迟ds相同)；假设该时隙之前n个时隙的授权消息为g
‑
n
,之后m个时隙产生的报告消息为r
m
。
100.对于4端口光交换装置，r可以为一个4维向量[0，30，10，50]，表明voq队列的流量，10表示10kb的流量，取值为0～300；g
‑
n
可以为一个4维向量，如[0,0,10,0]表明授权的端口为3，10表示授权时隙中可以发送的流量10kb。
[0101]
光分组交换方法，总体过程包括如下步骤：
[0102]
步骤1、初始化，光交换节点和边缘节点互发握手消息，报告对方支持的协议、端口数量和mac等节点属性；
[0103]
步骤2、已知对方支持的协议和mac节点属性后，发送“定时消息”到光交换节点；
[0104]
步骤2.1、光交换节点根据接收到的“定时消息”对边缘节点进行时钟校准和定位距离测量，并根据距离计算光路的时隙延迟和相位偏离；
[0105]
然后进入数据分组交换阶段，每个时隙都经历一个上报过程和授权过程；
[0106]
步骤3、边缘节点根据相位偏离调整“队列消息”的上报时间，并定时将“队列消息”发送到光交换节点；
[0107]
步骤4、光交换节点将该时隙计算得到的端口分配结果加入到授权列表中，然后授权列表根据边缘节点的时隙时延和相位偏离对发送时间进行调整；
[0108]
步骤5、每个时隙中，光交换机根据授权列表下发“授权消息”[0109]
步骤5.1、边缘节点在收到授权消息后将对应voq队列的流量聚合成为光分组格式；
[0110]
步骤5.2、聚合为光分组格式后，等待下一时隙进行发送。
[0111]
至此，经过步骤1至步骤5.2，完成了光分组交换。
[0112]
图4所示为光分组冲突解决方案的交换节点装置，控制消息和数据分组通过两个独立的信道发送到光交换节点解复用器，控制消息通过解复用器发送到交换控制器，数据分组通过解复用器发送到光开关阵列的端口冲突处理模块；端口冲突处理模块解决端口冲突后将授权结果放入到授权列表中。
[0113]
图5所示为光分组冲突解决方案的边缘节点装置，该边缘节点结构中，所有到达边缘节点的数据流量都需要经过包头处理器处理，包括来自流量源节点的上行流量和光交换机的下行流量；在该边缘节点内部交换的流量通过电交换机转发，需要通过光交换的流量发送到voq队列中；控制器处理授权消息、voq队列的选择、控制缓存，以及负责两个发射机的定时发送；控制缓存用于存储边缘节点的报告消息；解复用器将来自光交换节点的授权消息和数据分组分离开，授权消息发往控制器，数据分组发往包头处理器；处理器中包含一个端口冲突处理模块来处理授权信息并控制发送机的定时发送；在voq队列中，针对每个光交换节点的输出端口都有一个对应的队列。
[0114]
图6所示为定时定位阶段过程，边缘节点(a)首先发出握手消息(h
a
)到光交换节点(b)，消息内容包含了节点支持的协议、端口数量、mac地址等物理属性。光交换节点收到h
a
之后，也发送一个握手消息(h
b
)到边缘节点。这样就完成了初始化阶段，两者建立了通信连接的建立。完成握手过程后，进入定时定位过程。节点a首先发送一个定时消息(l(t1))到节点b，消息包含当时的时刻t1；光交换接收到l(t1)后，把当前时刻t2写入到该消息，即变为l(t1，t2)；之后，a节点接收到l(t1，t2)并将接收时刻t3记录下来。则最终可得到光纤传输时延δt为：δt＝(t3‑
t1‑
t’)/2，δt取值可以为0到33微秒；然后将a节点时钟(t1)校准为b节点的时钟，即：t1＝t2 (t3‑
t1 t’)/2。
[0115]
假设所述装置一个时间切片ts的取值为1微秒到3微秒，则该边缘节点的时隙延迟ds可以为0到30的整数，即δt包含的整个时隙切片的数量，δt除以ts并向下取整；相位偏差dt为：dt＝δt
‑
ds*ts，可以为0到1微秒；基于得到的ds和dt，边缘节点将ds和dt插入到消息中形成l(ds,dt)然后发送到光交换节点来报告测量结果，完成所述装置的粗校准；之后，所述装置调整报告消息和授权消息的发送时间来完成远距离的系统交换；
[0116]
在数据转发过程中，每隔一个固定周期，光交换节点会将当前时间加上固定时间(t’，取值为3到10纳秒)和光纤时延(δt，取值为0到33微秒)，然后放入第四光信号；然后经过一个时间t’后将消息发送到边缘节点；边缘节点接收到第四光信号后对边缘节点的时钟进行细校准。完成光路时变情况下的时钟和距离的精确定时校准。
[0117]
图7所示为边缘节点与光交换节点的数据交换流程，每个开始时，边缘节点发送数据分组，同时将报告消息通过控制信道发送到光交换机，例如边缘节点到光交换节点的相位偏差为dt为200纳秒，时延偏差为2，一个时隙的时间ts为1微秒,则边缘节点的发送时间需要延后800纳秒的时间，在完成报告过程的同步之后，边缘节点开始向光交换节点发送报告消息和数据分组，光交换节点收到报告消息后处理端口冲突，系统采用传统的二分图匹配算法，如lpf、mwm，来解决端口冲突，然后将匹配结果插入到“授权列表”中，等待系统进入新的时隙后，交换控制器重置交换开关为6个时隙之前的端口授权结果，同时从授权列表中取出授权消息然后下发到各个边缘节点，边缘节点接收到授权消息后，等待800纳秒的时间再开始处理标签并聚合数据分组，完成数据分组的聚合之后，等待第三个时隙进行发送；进入第三个时隙后，首先等待800纳秒的时间，然后发送数据分组；
[0118]
图8所示为一个四节点光交换装置的授权过程，假设一个光交换装置有四个边缘节点(用1，2，3，4表示)，到光交换节点的时隙延迟分别为2，1，4，3个时隙，则接收到报告消息后，由于链路中存在已授权但未被转发的流量，所以需要对现有报告消息进行处理。g
‑1到g
‑
n
中已授权了部分流量的转发，但是由于光纤延迟，仍未及时转发。如果采用该报告消息进行端口授权的计算，容易造成重复授权从而浪费带宽。因此，该方案所提出的装置首先对报告消息进行处理。假设当前时隙标号为0，节点1的报告消息为r0(1)＝{q
i,j
，i∈[1,n]}，q
i,j
表示该边缘节点1中第i个voq队列的长度。授权消息记为：
[0119]
g0＝{g0(j)},j∈[1,n]
[0120]
表示时刻0的授权消息，g0(1)表示授权给边缘节点1的流量，则得到r’:
[0121]
[0122]
根据图8所示过程报告消息被处理为r
’0(1)，然后再通过匹配算法得到原始授权列表；因为授权列表需要根据时隙延迟进行时序的调整，经过二分图匹配算法，得到一组授权结果g0，由于边缘节点时隙延迟的不同，在插入授权列表之前，交换控制器要对授权消息的发送时隙进行调整。首先，所述装置找到ds(i),i∈[1,n]中时延最大的值，即节点3，ds最大为4；然后将所有授权消息的发送时间延后2*(ds(i)
‑
max{ds(i)})，即6个时隙后，插入到授权列表中。所以四个节点的授权序列分别被延迟4，6，0，2。因此，如图可知下一时隙下发的授权消息为g
‑4(1)、g
‑6(2)、g0(3)、g
‑2(4)。授权列表中虚线元素表示已经发送过的授权消息，每次下发完授权消息后，列表中不存在一个完成的授权消息，即距离最远的边缘节点在列表中队列长度为0，通过此方法实现了非等距边缘节点的同步分组交换。
[0123]
以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。