分布式交换系统的时分复用通信方法、系统、设备及介质

技术领域

本申请属于通信技术领域，特别是涉及一种分布式交换系统的时分复用通信方法、系统、设备及介质。

背景技术

目前，为了提供更大的带宽、更高的分光比、更长的传输距离、以及更大的接入容量，现有技术中分布式交换系统往往采用时分及波分复用光网络来提高数据传输速率。在时分复用网络中，在进行带宽的保证的情况下，以预先规定的间隔周期性地进行通信，将1个周期内分割为预先规定的期间的时隙，将进行带宽保证的各通信分配给各时隙。但是，现有的时分复用方案不能高效、精准的实现时间同步并划分时隙。

发明内容

本申请提供一种分布式交换系统的时分复用通信方法、系统、设备及介质，用于解决现有技术不能高效、精准的实现时间同步并划分时隙的技术问题。

第一方面，本申请提供一种分布式交换系统的时分复用通信方法，包括向光网络单元发送时间信标以使所述光网络单元时钟同步；对同步后的所述光网络单元进行时隙配置；基于所述时间信标和所述时隙配置确定对应的所述光网络单元发送数据。

在第一方面的一种实现方式中，所述向光网络单元发送时间信标以使所述光网络单元时钟同步包括：基于单向时钟同步机制向所述光网络单元发送时间信标以使所述光网络单元时钟同步；所述时间信标包括初始时间信标与周期时间信标。

在第一方面的一种实现方式中，对同步后的所述光网络单元进行时隙配置包括：基于所述光网络单元的最大报文长度配置时隙的时间长度；基于所述光网络单元的所需带宽确定时隙编号和时隙个数。

在第一方面的一种实现方式中，基于所述光网络单元的数量进行时隙配置还包括：对每一所述光网络单元分配所述时隙编号以使每一所述光网络单元对应单个或多个所述时隙编号；当所述光网络单元对应多个所述时隙编号时，多个所述时隙编号连续或不连续。

在第一方面的一种实现方式中，基于所述时间信标和所述时隙配置确定对应的所述光网络单元发送数据包括：基于当前时间、所述初始时间信标确定发送时隙；基于所述发送时隙确定对应的所述光网络单元以发送数据。

第二方面，本申请提供一种分布式交换系统的时分复用通信系统，包括同步模块，用于向光网络单元发送时间信标以使所述光网络单元时钟同步；配置模块，用于对同步后的所述光网络单元进行时隙配置；发送模块，用于基于所述时间信标和所述时隙配置确定对应的所述光网络单元发送数据。

在第二方面的一种实现方式中，所述配置模块包括：第一配置子模块，用于基于所述光网络单元的最大报文长度配置时隙的时间长度；第二配置子模块，用于基于所述光网络单元的所需带宽确定时隙编号和时隙个数。

在第二方面的一种实现方式中，所述配置模块还包括分配子模块：所述分配子模块，用于对每一所述光网络单元分配所述时隙编号以使每一所述光网络单元对应单个或多个所述时隙编号；当所述光网络单元对应多个所述时隙编号时，多个所述时隙编号连续或不连续。

第三方面，本申请提供一种电子设备，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器与所述存储器通信连接，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以执行本申请第一方面所述的分布式交换系统的时分复用通信方法。

第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请第一方面所述的分布式交换系统的时分复用通信方法。

如上所述，本申请所述的一种分布式交换系统的时分复用通信方法、系统、电子设备及介质，具有以下有益效果：能够为分布式交换系统的通信提供高精度的时间同步，为每个光网络单元进行时隙配置，从而避免光网络单元发送数据产生冲突。

附图说明

图1显示为本申请一实施例提供的一种无源光网络应用场景架构示意图。

图2显示为本申请一实施例所述的一种分布式交换系统的时分复用通信方法的流程示意图。

图3显示为本申请一实施例所述的一种分布式交换系统的时分复用通信方法的流程示意图。

图4显示为本申请一实施例所述的一种分布式交换系统的时分复用通信方法的流程示意图。

图5显示为本申请一实施例所述的一种分布式交换系统的时分复用通信系统的架构示意图。

图6显示为本申请一实施例所述的一种配置模块的架构示意图。

图7显示为本申请一实施例所述的一种电子设备的架构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，遂图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

此外，还应当理解的是，除非有特别说明或者指出，否则说明书中出现的术语“第一”、“第二”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等，也不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

本申请实施例提供了一种分布式交换系统的时分复用通信方法、系统、设备及介质，能够为交换系统提供高精度的时间同步，为每个光网络单元进行时隙配置，从而避免光网络单元发送数据产生冲突。

以下将以无源光网络的应用场景为例对本申请进行描述。

如图1所示，本实施例提供一种无源光网络应用场景架构图。所述无源光网络包括光线路终端、无源光分路器、光路控制器、光网络单元。

具体的，光线路终端包括核心交换机c001。光线路终端周期性发送高精度的时间信标以实现光网络单元的时间同步。其中，高精度的时间信标通过FPGA实现。

具体的，无源光分路器包括1xn光分路器，将一路输入光信号等比分成n路输出光信号，并在n个不同的通道内进行传输。

具体的，光路控制器通过FPGA实现，用于初始化配置光网络单元的数量、编号，并计算光网络单元的时隙槽的时间偏移量。

在数据下行的过程中，根据业务需求，核心交换机的所有数据均以广播形式下行转发到光网络单元。核心交换根据与光网络单元之间的链路协商速率实现全速发送，不考虑时隙等因素，只要有数据就可以随时发送。而光网络单元接收到所有核心交换下发的数据后，解析分组协议，根据协议字段提取与过滤规则(支持用户指定过滤规则或增加流表匹配模块)，将无效数据丢弃，并将有效数据继续向下转发(基于目的地址转发)。

需要说明的是，光路控制器下行链路聚合带宽为800Gbps/n，当超过聚合带宽时，将向下游分布式交换机发送pause帧。

在数据上行的过程中，数据上行共享带宽。此时需要考虑多个光网络单元可能存在数据冲突，需要所有光网络单元分时共享使用，故需要将所有光网络单元进行高精度时钟同步，在全局统一精准时钟控制下，划分纳秒级时隙单元，各光网络单元分时使用。此时，便由核心交换机发送高精度初始时间信标T0和周期性时间信标Tc，光路控制器采用被动式高精度时间同步方式，进行时间同步。之后，基于所述光网络单元的最大报文长度配置时隙的时间长度，并基于所述光网络单元的所需带宽确定时隙编号和时隙个数，再对每一所述光网络单元分配所述时隙编号，使得各光网络单元只在自己对应的时隙内发送数据，其他时刻均保持输出队列关闭(允许数据写人，但不输出)状态。只有当到达自己的时隙槽时，才打开输出队列，抽取报文进行转发。

需要说明的是，u为光网络单元对应的时隙的时间长度。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行详细描述。

如图2所示，本实施例提供一种分布式交换系统的时分复用通信方法，其包括以下步骤S1～S3：

S1：向光网络单元发送时间信标以使所述光网络单元时钟同步。

在一些实施例中，核心交换机作为光线路终端，必须为下游的光网络单元周期性通告高精度的时间信标，使各光网络单元全部同步到一个高精度参考时钟，为各光网络单元的时隙划分的时钟同步提供必要条件。而光网络单元会周期性的接收到核心交换机的时钟通告消息，根据消息与周期接收时间等信息恢复出与核心交换机一致的统一时钟，以此实现与核心交换机的时钟同步。

具体的，基于单向时钟同步机制向所述光网络单元发送时间信标以使所述光网络单元时钟同步。

具体的，单向时钟同步机制是指时间信标的发送机制采用以固定时间周期T为间隔，周期循环发送时间通告的方式实现，核心交换机仅需发送自己当前时钟信息给光网络单元即可。

需要说明的是，核心交换机发送的时间信标包括初始时间信标T0和周期时间信标Tc。其中，首次发送的时间信标即为初始时间信标T0，而在初始时间信标T0之后，以周期T为间隔发送的时间信标，记为周期时间信标Tc。

需要说明的是，在一些实施例中，通过光路控制器采用的被动式的高精度时间同步方式，实现光网络单元的时钟同步。由于光路控制器上行链路为800Gbps，最大报文(1518B)发送时间只需要15ns，光路控制器的最小时隙为20ns，因此，光路控制器的被动式时间同步精度需要优于5ns。即光网络单元实现的时钟同步的时间误差优于5ns。

S2：对同步后的所述光网络单元进行时隙配置。

具体的，如图3所示，步骤S2包括步骤S21和S22。

S21：基于所述光网络单元的最大报文长度配置时隙的时间长度。

具体的，通过光路控制器配置时隙的时间长度。

在一些实施例中，光路控制器控制的最小时隙为20ns。因此时隙的时间长度默认为20ns。在另一些实施例中，可以根据光网络的单元的数量及周期T来配置时隙的时间长度。

具体的，光网络的单元的数量及编号通过光路控制器进行初始化配置。

S22：基于所述光网络单元的所需带宽确定时隙编号和时隙个数。

具体的，将预先规定的周期T根据预先配置的时隙的时间长度来确定时隙个数，并对时隙进行编号，以此将进行带宽保证的各通信分配给各时隙。

具体的，对每一所述光网络单元分配所述时隙编号以使每一所述光网络单元对应单个或多个所述时隙编号；当所述光网络单元对应多个所述时隙编号时，多个所述时隙编号连续或不连续。

在一些实施例中，时隙的时间长度为20ns，周期T为1s，则时隙个数为50000000，编号从1～50000000，则可以对编号为1的光网络单元分配的时隙编号1～300。

具体的，光网络单元分配的时隙的时间偏移量为：T0+i*u。

其中，T0为光线路终端发送的初始时间信标；i为时隙编号；u为时隙的时间长度。

S3：基于所述时间信标和所述时隙配置确定对应的所述光网络单元发送数据。

具体的，如图4所示，步骤S3包括步骤S31和S32。

S31：基于当前时间、所述初始时间信标确定发送时隙。

具体的，将所述初始时间信标T0作为基时钟，即所有光网络单元参考的全局起始时钟。该时钟可以使用一个统一的时钟数字，如2000年0时0分0秒作为起始时刻，各光网络模块均以该时间开始为准。设模数为1，获取当前时钟和基时钟的时间差，对该时间差进行取模，便可以将时间差映射到周期性时间窗口内，再除以时隙的时间长度，则可以确定在当前周期窗口的时隙编号，以此确定发送时隙槽，实现由对应的光网络单元发送数据，避免数据发送冲突。

在一些实施例中，时隙的时间长度为20ns，假设初始时间信标T0为2000年0时0分0秒，当前时间为2000年0时1分1秒50ns，此时当前时钟减去基时钟再取模操作，所获结果再除以时隙的时间长度，即61s50ns取模为50ns，50ns/20ns＝2.5，即当前时隙编号应为3，此时由分配到编号为3的时隙的光网络单元发送数据。

需要说明的是，在实际应用中，需要考虑更加实际的时间差和模数，并且时隙的时间长度也可进行配置。上述实施例仅作为说明。

S32：基于所述发送时隙确定对应的所述光网络单元以发送数据。

具体的，各光网络单元只有当到达自己被分配的时隙时，才打开输出队列，抽取报文进行转发。

本申请实施例所述的分布式交换系统的时分复用通信方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本申请的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本申请的保护范围内。

本申请实施例还提供一种分布式交换系统的时分复用通信系统，所述分布式交换系统的时分复用通信系统可以实现本申请所述的分布式交换系统的时分复用通信方法，但本申请所述的分布式交换系统的时分复用通信方法的实现装置包括但不限于本实施例列举的分布式交换系统的时分复用通信系统的结构，凡是根据本申请的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本申请的保护范围内。

如图5所示，本实施例提供一种分布式交换系统的时分复用通信系统，包括同步模块20、配置模块21和发送模块22。

同步模块20用于向光网络单元发送时间信标以使所述光网络单元时钟同步；配置模块21用于对同步后的所述光网络单元进行时隙配置；发送模块22用于基于所述时间信标和所述时隙配置确定对应的所述光网络单元发送数据。

其中，同步模块20基于单向时钟同步机制向所述光网络单元发送时间信标以使所述光网络单元时钟同步。

需要说明的是，核心交换机发送的时间信标包括初始时间信标T0和周期时间信标Tc。其中，首次发送的时间信标即为初始时间信标T0，而在初始时间信标T0之后，以周期T为间隔发送的时间信标，记为周期时间信标Tc。

其中，如图6所示，配置模块21包括第一配置子模块211和第二配置子模块212。第一配置子模块211，用于基于所述光网络单元的最大报文长度配置时隙的时间长度；第二配置子模块212，用于基于所述光网络单元的所需带宽确定时隙编号和时隙个数。

如图6所示，配置模块21还包括分配子模块213。所述分配子模块213用于对每一所述光网络单元分配所述时隙编号以使每一所述光网络单元对应单个或多个所述时隙编号；当所述光网络单元对应多个所述时隙编号时，多个所述时隙编号连续或不连续。

具体的，同步模块20为下游光网络单元通告高精度的初始时间信标T0和周期性时间信标Tc，使各光网络单元全部同步到一个高精度参考时钟。第一配置子模块211配置时隙的时间长度，第二配置子模块212确定时隙编号和个数，再由分配模块213对每一光网络单元分配时隙编号。之后，发送模块22基于当前时间和初始时间信标的时间差，确定在周期性时间窗口中的时隙编号，以此确定数据发送的光网络单元。

需要说明的是，在一些实施例中，同步模块20和配置模块21均可通过FPGA实现，不需要软件参与，大大增加了业务处理能力。

本申请还提供一种电子设备。如图7所示，本实施例提供一种电子设备90，所述电子设备90包括：存储器901，被配置为存储计算机程序；以及处理器902，与所述存储器901通信相连，并且被配置为调用所述计算机程序以执行所述的分布式交换系统的时分复用通信方法。

所述存储器901包括：ROM(Read Only Memory image)、RAM(Random AccessMemory)、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

所述处理器902与所述存储器901相连，用于执行所述存储器901存储的计算机程序，以使所述电子设备执行上述的分布式交换系统的时分复用通信方法。

优选地，所述处理器902可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field ProgrammableGate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置或方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅是示意性的，例如，模块/单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或单元可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的模块/单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块/单元显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块/单元来实现本申请实施例的目的。例如，在本申请各个实施例中的各功能模块/单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块/单元单独物理存在，也可以两个或两个以上模块/单元集成在一个模块/单元中。

本领域普通技术人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令处理器完成，所述的程序可以存储于计算机可读存储介质中，所述存储介质是非短暂性(non-transitory)介质，例如随机存取存储器，只读存储器，快闪存储器，硬盘，固态硬盘，磁带(magnetictape)，软盘(floppy disk)，光盘(optical disc)及其任意组合。上述存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。该可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如数字视频光盘(digital video disc，DVD))、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。

本申请实施例还可以提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算设备上加载和执行所述计算机指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机或数据中心进行传输。

所述计算机程序产品被计算机执行时，所述计算机执行前述方法实施例所述的方法。该计算机程序产品可以为一个软件安装包，在需要使用前述方法的情况下，可以下载该计算机程序产品并在计算机上执行该计算机程序产品。

本申清所提供的分布式交换系统的时分复用通信方法、系统、电子设备及介质，能够为分布式交换系统的通信提供高精度的时间同步，为每个光网络单元进行时隙配置，从而避免光网络单元发送数据产生冲突。此外，本申请可基于FPGA实现，不需要软件参与，提高了业务处理能力。

上述各个附图对应的流程或结构的描述各有侧重，某个流程或结构中没有详述的部分，可以参见其他流程或结构的相关描述。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。