CN101079680B - 基于多级缓存共享的全光串行组播模块及其组播方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用多级光纤延迟线和光分路器实现的、能够完成全光网络中组播数据包的存储转发过程的全光串行组播模块及其组播实现方法。它以串行输出的方式规避了组播数据在组播树分支节点处的多端口并行输出时存在的一些问题，进而实现组播业务中的服务质量保证，可以应用于环型、星型、网孔型等任何形式的网络中。

Description

基于多级缓存共享的全光串行组播模块及其组播方法 

技术领域

本发明涉及一种全光串行组播模块及该组播模块实现组播服务的方法，尤其涉及一种基于多极缓存共享机制的全光串行组播模块及其实现组播的方法，属于光通信技术领域。 

背景技术

随着网络技术的飞速发展，人们对于宽带业务的需求正在不断增加，业内人士普遍预计：在可以预见的未来，包括视频点播(VOD)、远程教学、新闻发布、网络电视等业务在内的多媒体数据业务将成为电信运营商新一轮竞争的焦点所在。 

上述多媒体数据业务都具有一个共同点，就是由一个服务器(媒体流服务器)发布信息，若干个接收端接收并显示信息。接收端的数量很大，而且具体数目不固定。另外，多媒体数据业务要求网络利用率高、传输速度快、实时性强，要尽可能用最少时间、最小空间来实现数据传输，因此，传统的单播、广播等技术已经不能满足这样的要求，只有组播技术才能为解决这些问题提供可能。 

组播(也称多址广播或多播)技术，是一种允许一台或多台主机(组播源)发送单一数据包到多台主机的网络技术。组播作为一点对多点的通信方式，是节省网络带宽的有效方法。在网络音频/视频广播的应用中，当需要将一个节点的信号传送到多个节点时，无论是采用重复点对点通信方式，还是采用广播方式，都会严重浪费网络带宽，只有组播才是最好的选择。 

在全光网络中，信号只在进出网络时才进行电/光和光/电的变换，在网络中传输和交换的过程中始终以光的形式存在，整个传输过程中没有电域的处理。因此，在现有的各种传输技术中，全光网络技术成为人们研究的热点所在。如果能够在全光网络中很好地实现组播业务，无疑将大大节省底层的带宽资源，同时也可以降低上层业务的控制复杂度。但是，通常情况下组播数据在分支节点处的转发过程为：存储-＞复制-＞转发，而对于现有的全光网络技术而言，由于其缺少成熟的光存储机制，因此实现组播数据包的转发存在相当的难度。

对于上述的问题，目前通常采用单端口入对多端口出的一次性转发方法。但这种方法不仅无法获得组播业务的服务质量保证，而且因功率分配等问题在硬件实现上也存在一定的难度。 

发明内容

鉴于以上问题的存在，本发明的首要目的在于提供一种基于多极缓存共享机制的全光串行组播模块。 

本发明的另外一个目的在于提供上述全光串行组播模块实现组播的方法。 

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案： 

一种基于多级缓存共享的全光串行组播模块，其特征在于： 

所述全光串行组播模块包括光分路器、第一光纤延迟线和第二光纤延迟线、1×3光开关、两个密集波分复用器、两个解复用器以及功率补偿器件； 

所述1×3光开关的第一输入端接入射光束，第二输入端经第一解复用器连接所述第一光纤延迟线，第三输入端经第二解复用器连接所述第二光纤延迟线，输出端对应连接所述光分路器； 

所述光分路器将光线分为三路，第一路光线作为输出光线，第二路光线经过第一密集波分复用器后进入所述第一光纤延迟线，第三路光线经过第二密集波分复用器后进入所述第二光纤延迟线；其中， 

所述第二光纤延迟线的长度是所述第一光纤延迟线长度的两倍，且所述第一光纤延迟线的最大延迟时间大于所应用的光网络中的最大数据包的发送时间与所述组播模块处理时间之和； 

在密集波分复用器与光纤延迟线之间连接有功率补偿器件，所述功率补偿器件为参铒光纤放大器。 

其中，所述入射光束经全光波长变换器之后进入所述1×3光开关，所述输出光线经全光波长变换器后对外输出。 

一种利用上述的基于多级缓存共享的全光串行组播模块实现组播的方法，其特征在于： 

(1)通过1×3光开关将光分路器的输入端与全光波长变换器的输出端连接； 

(2)当组播数据包输入时，所述全光波长变换器将其波长进行转换， 然后经由所述1×3光开关进入相应的环路； 

(3)利用光纤延迟线的存储以及所述1×3光开关的控制实现循环，以串行方式每次输出一个组播数据包； 

(4)重复步骤(3)，顺序输出以实现单端口对多端口的输出。 

其中，所述步骤(3)中，当组播数据包通过所述光分路器时，产生三个副本，其中第一副本直接输出，第二副本和第三副本分别进入第一光纤延迟线和第二光纤延迟线； 

所述1×3光开关在所述组播数据包通过后，在所述第一光纤延迟线中的第二副本输出之前，将所述光分路器的输入端与所述第一光纤延迟线的输出端连接，以使所述第二副本通过光分路器。 

另外，所述步骤(3)中，当所述第二副本通过所述光分路器时，再次产生三个副本，其中一个副本被输出，另外两个副本分别进入所述第一光纤延迟线和所述第二光纤延迟线； 

在所述第二副本通过所述光分路器时，所述第三副本仍然缓存在所述第二光纤延迟线中。 

所述1×3光开关通过所述第二副本以后，在所述第二光纤延迟线中的所述第三副本输出之前，将光分路器的输入端与所述第二光纤延迟线的输出端连接，以使所述第三副本通过所述光分路器。 

至此，利用第二光纤延迟线中的两个副本，以及它们在光环路中的循环和光分路器的复制，后续组播副本逐个输出。直至光开关将光分路器的输入端与全光波长变换器的输出端连接，拆除环路。 

本发明所提供的基于多级缓存共享的全光串行组播模块通过多级缓存机制减少组播数据包在环路中的循环次数，从而降低噪音和信号损伤；同时，利用缓存共享机制实现了组播模块的复用，解决了对输入数据包的间隔时间限制问题。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。 

图1为基于多级缓存共享的全光串行组播模块的结构示意图。 

图2(a)～图2(c)为基于多级缓存共享的全光串行组播模块的组播实现流程示意图。 

具体实施方式

本发明所提供的基于多级缓存共享的全光串行组播模块的硬件结构 如图1所示。它主要由2n个全光波长变换器、n个具有“一分三”功能的光分路器、两根光纤延迟线(FDL1和FDL2)、n个1×3光开关、两对密集波分复用器和解复用器(DWDM MUX/DEMUX)以及功率补偿器件(图中示例为参铒光纤放大器)等几部分构成，其中n为正整数。入射光束分为n个组播数据包λ₁～λ_n，分别经过1个全光波长变换器之后进入相应的光开关。1×3光开关具有三个输入端，其中一个输入端接上述的全光波长变换器，另外两个输入端分别经解复用器连接上述的两根光纤延迟线FDL1和FDL2。n个1×3光开关的输出端分别对应连接n个光分路器。该光分路器将入射光线分为三路，一路经全光波长变换器之后对外输出，另外两路分别连接一对密集波分复用器，再经作为功率补偿器件的参铒光纤放大器后进入上述的两根光纤延迟线FDL₁和FDL₂。 

其中，光分路器用于实现光信号的复制，它将入射光信号按功率一分为三。光纤延迟线用于光信号的缓存，其中FDL₂的长度是FDL₁的两倍。FDL₁的最大延迟时间必须大于所应用的光交换网络中的最大数据包的发送时间(这里的发送时间是指数据包从发送第一个bit开始至最后一个bit发完的时间)与组播模块处理时间之和。也就是说，在最大数据包光信号的第一个bit离开光纤延迟线之前，其最后一个bit已进入光纤延迟线。1×3的光开关用于实现光分路器的输入端与两根光纤延迟线的输出端和整个模块的光信号输入端之间的选择连接。功率补偿器件用于弥补光信号经光分路器之后的功率损失。两对密集波分复用器和解复用器(DWDM MUX/DEMUX)以及2n个全光波长变换器用于实现两根光纤延迟线的共享。利用它们，在本串行组播模块中可以同时实现n个环路，也就是说，这种基于波长的复用方式使该组播模块可以最多同时处理n个组播数据包λ₁～λ_n。 

本全光串行组播模块实现组播的工作原理是这样的：利用光纤延迟线的存储以及1×3光开关的控制实现循环，以串行方式每次输出一个组播数据包，并采用顺序输出的方式实现单端口对多端口的输出。 

具体而言，当环路空闲时，光开关(OSW)将光分路器(OPSP)的输入端与全光波长变换器(AOWC)的输出端连接，以便于组播数据包的输入。当组播数据包输入到该组播模块时，它将被输入端口处的全光波长变换器转换到一个特定的波长上，然后经由光开关进入相应的环路。当组播数据包通过光分路器时，它将产生三个副本。如图2(a)所示，其 中一个(COPY₁)直接输出，另外两个(COPYa和COPYb)分别进入FDL₁和FDL₂。在1×3光开关通过该组播数据包以后，并且在FDL₁中的COPYa输出之前，1×3光开关须将光分路器的输入端与FDL₁的输出端连接，以便让COPYa通过光分路器。如图2(b)所示，当COPYa通过光分路器时，再次产生三个副本，分别是COPY₂、COPYx和COPYc。其中COPY₂被输出，同时另外两个副本(COPYx和COPYc)分别进入FDL₁和FDL₂。由于FDL₂的长度是FDL₁的两倍，所以当COPYa通过光分路器时，COPYb仍然缓存在FDL₂中。也就是说，此时在FDL2中有两个副本(COPYb和COPYc)存在，如图2(b)所示。接着，在COPYa通过1×3光开关以后并且在FDL₂中的COPYb输出之前，该光开关须将光分路器的输入端与FDL₂的输出端连接，以便让COPYb通过光分路器。至此，由1×3光开关、光分路器以及FDL₂构成的环路搭建完成。利用FDL2中缓存的两个副本的循环，就可以实现后续组播数据包的输出，从而实现组播服务，如图2(c)所示。至于FDL₁中缓存的副本，由于其出口无任何光路连接，因此，每次它输出的时候都被丢弃。 

以上对本发明进行了详细的说明，但显然本发明的具体实现形式并不局限于此。对于本技术领域的一般技术人员来说，在不背离本发明所述方法的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种基于多级缓存共享的全光串行组播模块，其特征在于：

所述全光串行组播模块包括光分路器、第一光纤延迟线和第二光纤延迟线、1×3光开关、两个密集波分复用器、两个解复用器以及功率补偿器件；

所述1×3光开关的第一输入端接入射光束，第二输入端经第一解复用器连接所述第一光纤延迟线，第三输入端经第二解复用器连接所述第二光纤延迟线，输出端对应连接所述光分路器；

所述光分路器将光线分为三路，第一路光线作为输出光线，第二路光线经过第一密集波分复用器后进入所述第一光纤延迟线，第三路光线经过第二密集波分复用器后进入所述第二光纤延迟线；其中，

所述第二光纤延迟线的长度是所述第一光纤延迟线长度的两倍，且所述第一光纤延迟线的最大延迟时间大于所应用的光网络中的最大数据包的发送时间与所述组播模块处理时间之和；

在密集波分复用器与光纤延迟线之间连接有功率补偿器件，所述功率补偿器件为参铒光纤放大器。

2.如权利要求1所述的基于多级缓存共享的全光串行组播模块，其特征在于：

所述入射光束经全光波长变换器之后进入所述1×3光开关，所述输出光线经全光波长变换器后对外输出。

3.一种利用如权利要求1所述的基于多级缓存共享的全光串行组播模块实现组播的方法，其特征在于：

(1)通过1×3光开关将光分路器的输入端与全光波长变换器的输出端连接；

(2)当组播数据包输入时，所述全光波长变换器将其波长进行转换，然后经由所述1×3光开关进入相应的环路；

(3)利用光纤延迟线的存储以及所述1×3光开关的控制实现循环，以串行方式每次输出一个组播数据包；

(4)重复步骤(3)，顺序输出以实现单端口对多端口的输出。

4.如权利要求3所述的全光串行组播模块实现组播的方法，其特征在于：

所述步骤(3)中，当组播数据包通过所述光分路器时，产生三个副本，其中第一副本直接输出，第二副本和第三副本分别进入第一光纤延迟线和第二光纤延迟线；

所述1×3光开关在所述组播数据包通过后，在所述第一光纤延迟线中的第二副本输出之前，将所述光分路器的输入端与所述第一光纤延迟线的输出端连接，以使所述第二副本通过光分路器。

5.如权利要求4所述的全光串行组播模块实现组播的方法，其特征在于：

所述步骤(3)中，当所述第二副本通过所述光分路器时，再次产生三个副本，其中一个副本被输出，另外两个副本分别进入所述第一光纤延迟线和所述第二光纤延迟线；

在所述第二副本通过所述光分路器时，所述第三副本仍然缓存在所述第二光纤延迟线中。

6.如权利要求5所述的全光串行组播模块实现组播的方法，其特征在于：

所述1×3光开关通过所述第二副本以后，在所述第二光纤延迟线中的所述第三副本输出之前，将光分路器的输入端与所述第二光纤延迟线的输出端连接，以使所述第三副本通过所述光分路器。

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