CN100521656C - 基于地址控制的光选路装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于地址控制的光选路装置，属于光选路装置技术领域，其特征在于，含有：分光装置，把光报文分为两路；光电转换装置，把分光装置输出的一路光报文转换为电报文及相应的时钟信号；选路逻辑控制模块，从接收到的电报文中提取地址，并根据本装置的地址映射关系产生各光通路的控制信号；光电同步装置，接收分光装置的另一路光报文，通过控制光纤长度使光报文与进入光通道的控制信号同步；光选路模块，受所述选路逻辑控制模块产生的控制信号控制，当该地址不属于当前通道指向端口时，使光信号折射至其它地方，否则使光信号顺利通过。本发明具有节约载波波长资源、避免数据出错、结构简单、选路速度快的优点。

Description

基于地址控制的光选路装置

技术领域

本发明涉及光选路装置，并且特别涉及基于互联网络协议IP路由系统。

背景技术

在Internet中，各国家和地区的网络是通过路由器连接起来的，路由器是整个Internet的核心设备。近年来，随着话音、图象业务在Internet中的出现和应用，Internet的业务量正在以指数级的速率增长，这对已有的网络带宽提出了新的要求。

当前的核心路由器工作原理是：首先将光报文信号转换为电报文信号，通过查找本地路由表，对电报文信号进行选路，完成选路后由路由器内的交换结构将电报文信号分发到不同的输出端口，最后由电光转换模块将电报文信号转换为光报文信号，传递给下一级路由器，或者直接由自己接收。这种过程需要经过两次光电、电光转换，复杂的内存操作以及交换阵列的交换，报文转发的速度将受到多方面限制。因此需要一种光路由装置，尽量减少光电、电光转换的开销，降低甚至消除转发过程对内存与交换阵列的依赖，使报文转发更加容易。

现有的不同光数据交换结构可以提供快速数据分组交换的有三种光解决方案。第一种方案是利用广播和选择交换技术的方案；第二种方案是基于多协议波长交换(MPLms)技术的方案；第二种方案是利用光技术替代电子交换系统的。但第一种和第二种方案都是基于波长地址进行路由，当前广播和选择交换不能直接将每个端口迁移为WDM输出/输入，而且波长资源是有限的，无法满足IP地址的数量要求。第三种方案中光学器件的限制已经极大地限制了光交换在设施管理上的应用。因此需要一种光路由装置，转发与载波波长不直接相关，不受其限制。

发明内容

本发明提供一种新型光选路装置的结构，提出通过晶体的电光效应，来实现光报文信息的光选路。

本发明的特征在于，基于地址控制的光选路装置，其特征在于，全局分光装置1，光电转接及时钟提取装置2，选路逻辑控制模块3，光电同步装置4，光选路装置5，其中：

分光装置1是一个半透半返镜，光报文经过该分光装置1后，分为两路，一路进入各光电同步装置4，另一路进入光电转换及时钟提取装置2，所述光报文由一个定界符作为起始标志，随后是它的地址码和净符；

光电转换及时钟提取装置2，含有依次串接的光电转换器6、前置放大器7、主放大器8、均衡器9、判决器10、解码、解扰、编码电路14，依次串接的峰值检波器12和AGC放大器12，以及时钟恢复电路13，所述均衡器9的输出端在与所述判决器10的输入端相连的同时，还与时钟恢电路13的输入端、峰值检测器12的输入端相连，所述时钟恢复电路13的输出端同时与所述解码、解扰、编码电路14的输入端相连，所述AGC放大器11的输出端与主放大器8的输入端相连，；所述时钟恢复电路13含有：依次串接的判决电路16和码形成电路组成17的判决器10，依次串接的钳位整形18、非线性处理19、调谐放大20、限幅21、整形22及移相电路23组成的时钟恢复电路13，其中非线性处理电路19可采用RC微分电路串接一个非门来实现，移相电路23向判决电路16和码形成电路17输出移相信号；以及输出端分别与判决器和整形电路的输入端相连的均衡器；所述光电转换及时钟提取装置2把光报文转换为电报文及相应的时钟信号，并输出到选路逻辑控制模块3；

选路逻辑控制模块3，由地址提取电路和组合逻辑控制信号生成电路串接拼成，其中：

地址提取电路含有：四位地址产生电路、报文定界时钟产生电路以及报文定界控制信号产生电路，其中：

四位地址产生电路，由4个依次串接的D触发器及分别连接在所述各D触发器的Q输出端**产生4位地址的4个D触发器组成，由单比特数据流data及其时钟信号组成的报文流输入到4个依次串接的D触发器中的第1个D触发器输入端，以逐个时钟周期地产生4位地址，

以01111110为定界符的报文分界时钟产生电路由8个依次串接的D触发器以及一个输入端连接在第2——第7个D触发器Q输出端的6输入与门电路拼成，所述单比特数据流data及另一个控制报文分界的复位用时钟信号输入到8个依次串接的D触发器的输入端，每检测到定界符01111110时，6输入与门就产生一个报文分界的时钟信号；

所述报文定界控制信号产生电路，含有：4个依次串接的D触发器，且最后一个D触发器输出接反相器组成的复位电路，一个D端始终置“1”的D复位触发器及连接于其输出的两输入与门电路组成的定界控制信号产生电路，所述6输入与门的输出信号及所述时钟信号送入作为复位电路的输入，而该复位电路的输出送往所述一个D端始终置“1”的D复位触发器时钟端，而该D复位触发器的输入连接到所述的一个两输入与门，其另一个输入为所述时钟信号，该两输入与门的输出则作为所述控制报文分界的复位用时钟信号送往所述四位地址产生电路中相互串接的4个D触发器中的时钟端；

组合逻辑控制信号形成电路按不同的逻辑设计，本装置中假设选路装置有4个端口，光报文有4位地址，除去0000和1111的其它14个地址的分布如下：地址0001，0100，0101，1010映射端口0，地址0010、0111、1000映射到端口1，地址0011、1001、1011、1100映射到端口2，地址0110、1101、1110映射到端口3，组合逻辑控制信号形电路包含：4个输入端分别与4位地址add0——add3相连的非门，4组共12个输入端与4位地址信号或其对应的非门的输出端相连4输入与非门；以及4个与门，每个与门的输入端与所述某一组与非门的输出端相连，输出端即为对应光选路模块的5的控制信号；当光报文地址属于对应光选路模块5指向端口时，传向该光选路模块5控制信号为0，否则为1；

所述选路逻辑控制模块3提取的电信号报文流中的4位目标地址信号通过所述选路装置的映射将控制信号control0——control3中的一个传递给各光选路模块5；

光电同步装置4是光纤，其长度l＝c₀t/n，其中c₀为真空中的光速，t为所述控制信号延时，n为载波在光纤介质中的折射率；

光选路模块5，它由起偏器24，DKDP光晶体25，即磷酸二氘钾晶体，和双折射晶体26组成，起偏器24使载有光报文信息的激光成为单偏振光，DKDP晶体25在外部未加电压，即控制信号为‘0’时，保持各向同性，入射光在通过DKDP晶体25时振动方向不变，即平行于双折射晶体26的o光振动方向，信号顺利通过，当外部加上电压V₀，即控制信号输出为‘1’时，入射光通过DKDP晶体25后偏振方向偏转90°，平行于双折射晶体26的e光偏振方向，通过它时发生折射，偏离原路径，不能通过光通路。

本发明的优点在于：与光报文的载波波长无关，克服了资源不足的问题；对光学器件的要求不高；由地址信息产生控制信号直接控制各选路通道，避免了数据处理过程中的丢失和出错，提高了选路速度。

附图说明

图1为本发明中光报文信息的编码方式。包括分界符，地址码，净荷。

图2为本发明基于地址控制的光选路装置结构示意图。

如图2所示，光选路装置主要由分光装置1，光电转换及时钟提取装置2，选路逻辑控制模块3，光电同步装置4和光选路模块5组成。

图3为本发明光电转换与时钟提取装置结构示意图。

如图3所示，光电转换与时钟提取装置由光电检测器6，前置放大器7，主放大器8，均衡器9，判决器10，AGC放大器11，峰值检波器12，时钟恢复电路13以及解码解扰编码电路14组成。

图4为本发明时钟提取装置结构示意图。

如图4所示，时钟提取装置由判决电路16，码形成电路17，钳位整形电路18，非线性处理电路19，调谐放大电路20，限幅电路21，整形电路22和移相电路23形成。

图5为本发明选路逻辑控制模块提取地址部分电路的一种实现，该电路适用于4位地址，根据光报文中地址位数的不同，该电路可以有不同的实现。

图6为本发明控制信号生成电路的一种实现，该电路适用于假设选路装置有4个端口，光报文有4位地址，除去0000和1111的其它14个地址的分布如下：地址0001，0100，0101，1010映射端口0，地址0010、0111、1000映射到端口1，地址0011、1001、1011、1100映射到端口2，地址0110、1101、1110映射到端口3。图中：add0——add3是从低到高4位地址，control0——control3是产生的4个端口的控制信号，当光报文地址属于对应通路指向端口时，该通路控制信号为0，否则为1。

图7为本发明光选路模块结构示意图。

如图7所示，光选路模块由起偏器24，DKDP(磷酸二氘钾晶体)25和双折射晶体26组成。

图8为本发明光电转换及时钟提取装置2中的光电检测器6和前置放大器的一种硬件实现。

图9为本发明分光装置的一种实现，使用的是半透半反镜。

图10为本发明分光后的光报文的选路过程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明技术方案的具体实现方式作详细描述。

本发明基于如图1所示编码方式。每个光报文由一个定界符作为起始标志，其目标地址在报文的最前端。

如图2所示，光选路装置主要由分光装置1，光电转换及时钟提取装置2，选路逻辑控制模块3，光电同步装置4和光选路模块5。光信号经过分光装置1进入选路装置，分为两路，一路进入各光电同步装置4，另一路进入光电转换及时钟提取装置2。光电转换及时钟提取装置2将光信号转换为电信号及相应的时钟，并将信号转给选路逻辑控制模块3。选路逻辑控制模块3提取出电信号流中报文的目标地址，根据选路装置的地址映射产生控制信号，传递给各光选路模块5。此时，另一路光信号经过光电同步装置4与控制信号一起到达各光选路模块5。光选路模块5中各通路根据控制信号对通道外加或撤消外部电场，当光报文目标地址属于本通路通向的端口时，不对DKDP晶体25外加电场，使光信号顺利通过，否则对DKDP晶体25外加电场，使光信号传播方向发生偏转，从而滤除本非本通路中的光信号。

本发明光选路装置的各个部件可以采用现有技术。

图2中分光装置1采用半透半反镜。如图9所示。

图2中光电转换模块2采用如图3所示经典电路。该电路由光电检测器6，前置放大器7，主放大器8，均衡器9，判决器10，AGC放大器11，峰值检波器12，时钟恢复电路13以及解码解扰编码电路14组成。光电检测器6与前置放大器7采用如图8所示经典PIN-PET电路。主放大器8采用集成放大电路。时钟恢复电路采用如图4所示结构电路。

图2中选路逻辑控制模块3包括时序逻辑的提取地址模块和组合逻辑生成控制信号模块。4位提取地址电路如图5：输入为单比特数据流data及其时钟信号clock，光报文以01111110为定界符，地址位为4位，数据采用按位填充方式，即01111110只出现在报文的分界处，发送端在发报文时发现数据中出现连续5个1则自动添一个0，接收端在接收到5个连续的1时，如下一位是0，则忽略这个0，如下一位是1，则表明是另一个报文的开始。如图5电路在检测到01111110后，再经过4个时钟周期，输出口add0，add1，add2，add3就会输出正确地址，直到下一个01111110出现4周期后。

图2中光电同步装置4可采用控制模块中光纤长度及其环境的方式实现。若控制信号产生延迟为t，载波在光纤介质中的折射率为n，真空中光速为c₀，则所需光纤长度为l＝c₀t/n.。

图2中光选路模块结构如图7所示，它由起偏器24，DKDP晶体25和双折射晶体26组成。在外电场作用下晶体折射率分布发生变化的现象，称为电光效应。晶体折射率分布的各向异性是由构成晶体的原子分子排列以及它们之间相互作用的各向异性引起的。如果外电场的作用大到足以影响这种排列或相互作用时，必然使晶体发生内在的变化。这种变化在宏观上表现为：本来就存在自然双折射的晶体产生附加双折射；有时也会使各向同性晶体(比如DKDP晶体产生各向异性)。起偏器24使载有光报文信息的激光成为单偏振光。DKDP晶体25在外部未加电压即控制信号为‘0’时，保持各向同性，入射光在通过DKDP晶体25时振动方向不变，即平行于双折射晶体26的。光振动方向，信号顺利通过，如图7中实线所示。当外部加上电压V₀即控制信号输出为‘1’时，入射光通过DKDP晶体后偏振方向偏转90°，平行于双折射晶体26的e光偏振方向，通过它时发生折射，偏离原路径，不能通过光通路，如图7中虚线所示。

上述光选路模块实例如图10所示，图中三个光报文白色小块分别属于三个不同的光通路，载有3个报文的激光束照射到所有的光通路上，控制信号控制每个光通路里的数字偏转器，使非本通路的激光转向到通路以外，只剩下目标地址是本通路的光报文信号。本发明通过上述模块的协调工作，达到将光报文分发到目标通道上的，而不会出现在非目标通路的目的。同时，整个过程只涉及到一次光电转换的过程，不涉电信号交换时需要的内存读写与的以及之后的交换回路，大大降低了报文转发受到的限制。使转发速率的提高更加可行。

Claims (1)

1、基于地址控制的光选路装置，其特征在于，包含：全局分光装置(1)，光电转换及时钟提取装置(2)，选路逻辑控制模块(3)，光电同步装置(4)，光选路装置(5)，其中：

分光装置(1)是一个半透半返镜，光报文经过该分光装置(1)后，分为两路，一路进入各光电同步装置(4)，另一路进入光电转换及时钟提取装置(2)，所述光报文由一个定界符作为起始标志，随后是它的地址码和净符；

光电转换及时钟提取装置(2)，含有依次串接的光电转换器(6)、前置放大器(7)、主放大器(8)、均衡器(9)、判决器(10)、解码、解扰、编码电路(14)，依次串接的峰值检波器(12)和AGC放大器(11)，以及时钟恢复电路(13)，所述均衡器(9)的输出端在与所述判决器(10)的输入端相连的同时，还与时钟恢复电路(13)的输入端、峰值检波器(12)的输入端相连，所述时钟恢复电路(13)的输出端同时与所述解码、解扰、编码电路(14)的输入端相连，所述AGC放大器(11)的输出端与主放大器(8)的输入端相连；所述时钟恢复电路(13)含有：依次串接的钳位整形(18)、非线性处理(19)、调谐放大(20)、限幅(21)、整形(22)及移相电路(23)，其中非线性处理电路(19)采用RC微分电路串接一个非门来实现，移相电路(23)向判决电路(16)和码形成电路(17)输出移相信号；以及输出端分别与判决器和钳位整形电路(18)的输入端相连的均衡器；所述光电转换及时钟提取装置(2)把光报文转换为电报文及相应的时钟信号，并输出到选路逻辑控制模块(3)；

选路逻辑控制模块(3)，由地址提取电路和组合逻辑控制信号生成电路串接拼成，其中：

地址提取电路含有：四位地址产生电路、报文定界时钟产生电路以及报文定界控制信号产生电路，其中：

四位地址产生电路，由4个依次串接的D触发器及分别连接在所述各D触发器的Q输出端的产生4位地址的4个D触发器组成，由单比特数据流data及其时钟信号组成的报文流输入到4个依次串接的D触发器中的第1个D触发器输入端，以逐个时钟周期地产生4位地址，

以01111110为定界符的报文定界时钟产生电路由8个依次串接的D触发器以及一个输入端连接在第2——第7个D触发器Q输出端的6输入与门电路拼成，所述单比特数据流data及时钟信号clock输入到8个依次串接的D触发器的输入端，每检测到定界符01111110时，6输入与门就产生一个报文分界的时钟信号；

所述报文定界控制信号产生电路含有：4个依次串接的D触发器，且最后一个D触发器输出接反相器组成的复位电路，一个D端始终置“1”的D复位触发器及连接于其输出的两输入与门电路，所述6输入与门的输出信号及时钟信号clock送入作为复位电路的输入，而该复位电路的输出送往所述一个D端始终置“1”的D复位触发器复位端，而该D复位触发器的输出连接到所述的一个两输入与门，其另一个输入为所述时钟信号clock，该两输入与门的输出则作为所述控制报文分界的复位用时钟信号送往所述四位地址产生电路中相互串接的4个D触发器中的时钟端；

组合逻辑控制信号生成电路按不同的逻辑设计，本装置中假设选路装置有4个端口，光报文有4位地址，除去0000和1111的其它14个地址的分布如下：地址0001，0100，0101，1010映射端口0，地址0010、0111、1000映射到端口1，地址0011、1001、1011、1100映射到端口2，地址0110、1101、1110映射到端口3，组合逻辑控制信号生成电路包含：4个输入端分别与4位地址add0——add3相连的非门，4组共12个输入端与4位地址信号或其对应的非门的输出端相连的4输入与非门；以及4个与门，每个与门的输入端与所述某一组与非门的输出端相连，每个与门的输出端即为对应光选路装置(5)的控制信号；当光报文地址属于对应光选路装置(5)指向端口时，传向该光选路装置(5)控制信号为0，否则为1；

所述选路逻辑控制模块(3)提取的电信号报文流中的4位目标地址信号通过所述选路装置的映射将控制信号control0——control3中的一个传递给各光选路模块(5)，另一路经过光电同步装置(4)的光报文与控制信号一起到达各光选路装置(5)；

光电同步装置(4)是光纤，其长度l＝c₀t/n，其中c₀为真空中的光速，t为所述控制信号延时，n为载波在光纤介质中的折射率；

光选路模块(5)，它由起偏器(24)，DKDP光晶体(25)，即磷酸二氘钾晶体，和双折射晶体(26)组成，起偏器(24)使载有光报文信息的激光成为单偏振光，DKDP光晶体(25)在外部未加电压，即控制信号为‘0’时，保持各向同性，入射光在通过DKDP光晶体(25)时振动方向不变，即平行于双折射晶体(26)的。光振动方向，信号顺利通过，当外部加上电压V₀，即控制信号输出为‘1’时，入射光通过DKDP光晶体(25)后偏振方向偏转90°，平行于双折射晶体(26)的e光偏振方向，通过双折射晶体(26)时发生折射，偏离原路径，不能通过光通路。

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