[發明專利]一種基于FPGA交叉的改進三級CLOS路由方法

有效

• 申請號: 201811496643.4
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109327410B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 張鵬泉;幸娟;王東鋒
• 申請（專利權）人: 天津光電通信技術有限公司
• 主分類號: H04L12/933
• 分類號: H04L12/933;H04Q11/00
• 代理公司: 天津中環專利商標代理有限公司 12105
• 代理人: 胡京生

1.一種基于FPGA交叉的改進三級CLOS路由方法，其特征在于，本路由方法運行平臺是大容量TBits級交叉設備，包括15塊板卡，其中12塊板卡為業務板，2塊板卡為交換板，1塊主控板，主控板中運行控制調度程序以及本架構的三級CLOS路由方法，業務板上配有SOC芯片zynq7030以及FPGA芯片，交換板上配有交叉芯片，每個業務板上的FPGA都具有48*48輸入輸出交叉能力，該交叉能力劃分為第一層的三級CLOS網絡架構里的輸入級16*32交叉矩陣和輸出級32*16的交叉矩陣，中間級由兩塊交換板實現，每塊交換板上具有4個48*48的交叉能力，每個48*48的交叉能力由4片交叉芯片組合實現，因為每個交叉芯片具有12*12的交叉能力，12塊業務板分了一部分交叉能力16*32作為輸入級，一部分交叉能力32*16作為輸出級，中間級則由8個48*48的單元組成，因此第一層三級CLOS網絡架構輸入級有12個16*32的交叉開關，中間級有8個48*48的交叉開關，輸出級有12個32*16的交叉開關，其中輸入級和中間級每個單元都有四條連接鏈路，輸出級和中間級每個單元同樣都有四條連接鏈路，故輸入級每個單元中的32個輸出分別是4條連接鏈路與8個中間級單元的乘積，輸出級每個單元的32個輸入也是同樣計算得來；

具有中間級合并的三級CLOS架構計算輸入輸出192*192交叉矩陣的三級路由通路時，根據用戶指定的輸入或輸出單元編號即12個輸入或輸出級的哪個單元，每個單元中選擇16個光纖通道的哪個通道，若所實現的不是通道交叉而需要實現時隙交叉，則用戶還需指定需要把該通道中64個時隙的哪些時隙進行交叉切換，可選時隙顆粒度包括VC-12/VC-4/VC-16c/VC-64c；

三級CLOS路由方法則通過用戶指定的輸入輸出交叉對，根據網絡架構計算出輸入/輸出/中間級的路由表；

第一層三級CLOS路由方法的新建交叉邏輯實現流程為當用戶給出了需要新建的交叉列表，方法首先判斷當前新建的交叉是否與已有交叉存在輸出端口或時隙的重復，如果重復則刪除原來的交叉對，然后開始新建當前交叉列表，首先判斷輸入輸出單元的編號是否一樣，如果一樣則認為交叉在同一個業務板上進行，則該交叉直接由FPGA來實現，直接計算第二層CLOS網絡路由，不使用第一層CLOS網絡的中間級資源，如果編號不一樣則首先判斷是否存在輸出級復制，即存在需要新建的輸入信號已經有路由輸出到對應輸出單元則復用該路由，只在輸出單元那新建一條輸出級的路由表即可，更新所有路由信息；如果不存在輸出級復制則判斷是否存在中間級復制，即是否存在需要新建的輸入信號已經有路由輸出到所選擇的中間級單元，如果存在則新增中間級和輸出級路由信息，如果不存在則判斷是否有中間級復用，即是否存在已經建立一條中間級的路由但其通道未用滿，并且剩余空間能容納當前所建交叉時隙大小，存在則更新中間級和輸入級路由表，否則計算出一條空閑的路由提供給當前交叉使用；

第一層三級CLOS路由方法的刪除交叉邏輯實現流程為當用戶給出了需要刪除的交叉列表，方法首先判斷當前刪除交叉的輸入輸出單元編號是否一樣，一樣則直接在第二層三級CLOS路由方法中更新輸入輸出交叉列表進行中間路由計算，不一樣則先刪除輸出級路由表，然后判斷中間級路由是否被多次使用，如果被多次使用則不刪除該中間級路由，判斷輸入級路由是否被多次使用，如果被多次使用則不刪除該輸入級路由，完成該交叉的刪除操作；

路由方法計算完第一層的三級CLOS網絡的三級路由表之后，由于輸入輸出級單元編號相同的路由其實是在同一塊業務板上完成的交叉，將同一輸入輸出的路由進行合并，當業務板上的路由表中有10GE的交叉路由時，將10GE的通道交叉路由提取出來作為第二層三級CLOS網絡路由方法的輸入，來計算每個業務板上的三級CLOS網絡的三級路由表，第二層的三級CLOS網絡的架構，輸入級有12個4*8的交叉開關，中間級有8個12*12的交叉開關，輸出級有12個8*4的交叉開關，輸入級輸出級與中間級都有且僅有一條連接鏈路，該三級CLOS網絡是傳統的三級CLOS網絡，并且嚴格無阻塞，方法需要計算出第二層三級CLOS網絡的10GE通道交叉的路由表，根據路由表配置FPGA提供的交叉配置寄存器進行交叉配置；

第二層三級CLOS網絡的通道交叉的路由方法邏輯為將同一業務板上的輸入輸出路由作為方法的輸入，首先判斷是否存在輸出級復制，即所建立的同一輸入交叉已經有一條路由通路到達輸出級單元，此時直接復用該通路，只需在輸出級建立一條路由表即完成此次新建，如果不存在輸出級復制則判斷是否存在中間級復制，即所建立的同一輸入交叉已經有一條通路到達中間級，此時直接復用該通路，只需在中間級和輸出級建立路由表即完成此次新建，如果不存在中間級復制，則計算出一條空閑的路由通路供本條交叉使用，同時更新三級路由表，完成本次新建；

本路由方法框架其中第一層三級CLOS網絡路由通路的計算使用python語言來實現，通過利用python的numpy/pandas語言的矩陣運算和數據處理的能力實現方法的復雜邏輯以及數據的存儲和查詢；

計算的路由數據提供獲取接口，供C++調用，第二層三級CLOS網絡路由通路的計算使用C++實現，封裝成C++算法功能模塊類來供業務控制流程代碼的調用。