obs边缘节点突发收发卡的设计与实现

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1、第八届中国光电通信论坛会议论文集OBS边缘节点突发收发卡的设计与实现陆敏贵吴龟灵李新碗陈建平(上海交通大学“区域光纤通信网与新型光通信系统”国家重点实验室)摘要：本文研究光突发交换(OBS)网络中边缘节点收发卡的设计与实现，在FPGA内部设计实现了基于空间过采样技术的百兆光突发数据的恢复与接收，同时通过控制激光器驱动电路实现了光路数据的突发发送。实验结果表明，该方案可以实现突发数据的正确发送和接收，并可以避开相位锁定、时钟恢复所需的等待时间。从而减少突发包头的同步码开销，提高了带宽利用率。关键词：突发发送；突发接收；

2、空间过采样技术；时钟数据恢复l、引青光突发收发是光接入网、光突发交换和光分组交换网络中的关键技术⋯。在这些光通信系统中，与传统的连续模式光发射机不同，数据的发送和接收都是突发模式的。在突发模式的数据发送中，当没有突发数据包到来时，激光器是关闭的；当接收到突发数据包时，要求激光器迅速恢复至工作状态。由于激光器从关闭状态恢复到工作状态时，需要经历一定的延迟时间，因此，必须使用支持突发模式的光发送模块，以加快激光器阈值电流的恢复，减小延迟时间。另一方面，在突发接收中，要接收来自多个节点的比特流，由于不同节点的发送时钟的频率

3、和相位不同，所以接收突发数据包时，要求接收模块利用数据包中的同步码，快速地提取内嵌在比特流中的发送端时钟。传统的恢复时钟都是用锁相环来完成。锁相环的捕捉时间越短，所需的同步码就越少，带宽利用率也就越高。目前锁相环的锁定时间在微秒量级，不能满足高速通信中的突发时钟数据恢复(CDR)的要求。国内外已经开始了对支持突发模式的CDR的研究l。l。本文研究利用空问过采样技术来实现光路数据的突发接收，同时通过控制激光器驱动电路来实现光路数据的突发发送。2、百兆光突发收发的总体结构百兆光突发收发物理层的功能如图1所示，主要由发送和

4、接收两部分组成。发送部分先对来自于MAC层的半位元组进行4B／5B编码，接着分别进行并串转换和NRZI编码，最后由光突发发送模块完成电光转换后发送到光纤上。接收部分的光接收．-48．-第八届中国光电通信论坛会议论文集模块把光信号转换成电信号，然后进行突发时钟数据恢复，串并转换和NRZI解码，在完成码字对齐后进行4B／5B解码，最后把收到的半位元组送至MAC层131l帧发送模块1r并4：转换NRZI编码上突发发送控制占E／OI帧接懒块T码字对齐NRZI解码串并转换t突发数据恢复tE／O图1百兆光突发收发物理层的功能结构

5、图2为设计的光突发收发卡的结构框图，FPGA／丑来实现百兆光突发收发的帧发送和接收状态机、并串转换、串并转换和NRZl编解码、突发发送控制和突发数据恢复等功能模块，光收发模块用来完成电光转换和光电转换。其中，burst—en用来控制光模块的发送使能端。T"ixP∞争二-接口转换"pc：BO一■：=；接口转换：：；傀：：I酬：接口转换二瞄；aB1图2光突发收发卡的结构框图3、发送部分的设计与实现3．1数据帧发送．49．第八届中国光电通信论坛会议论文集图3为帧发送状态机流程图。当MAC层向物理层发送数据包时，MTxEn(

6、MAC层发送使能信号)跳变为高电平，直到数据包发送结束。此时帧组装状态机由IDLE状态进入SENDJ，输出J的5B码，同时将burst—start信号置为“1"，通知突发控制状态机“数据发送开始”。随后，帧组装状态机进入SENDK状态，输出K的5B码。接着状态机进入DATA状态，把从MAC层接收到的数据转换为5B码发送出去。当MTxEn变为低电平时，状态机依次进入SENDR和SENDT状态，分另U输出数据帧的结束标志R、T的5B码，并将burst—end信号置为“l”，通知突发控制状态机“数据发送结束”。最后回到ID

7、LE状态等到下一个数据包的发送。oEL3E厂、@EtSErj／瞪日，撩图3帧发送状态机流程图图4突发发送控制状态机流程图3．2突发发送的控制我们采用武汉正源光电子公司的光突发发送模块PNF．S73D79Dl‘’，它的激光器驱动电路具有良好的突发特性，能在30ns的时间内完成激光器从全暗到完全打开的切换a为了保证在阈值电压恢复的时间段内用户数据不会丢失，需在突发数据包发送—-50．．／第八届中国光电通信论坛会议论文集前使能光发送模块控制端。提前量与驱动电路的开关延迟时间和激光器的性能有关。突发发送控制状态机流程如图4所

8、示。当burst—start信号为“1一时，burst—en跳变为高电平，使能激光器的驱动电路，打开激光器的输出；当burst—end信号为“l”时，进入等待状态，等待物理层串行信号发送结束，然后再屏蔽激光器的驱动电路，关闭激光器的输出。这样就实现了数据的突发发送。4、接收部分的设计与实现4．1突发数据恢复过采样是在一个比特位宽度内多次采样，然