CN101677416B

CN101677416B - 一种超高速光突发交换网的组包和解包方法及其系统

Info

Publication number: CN101677416B
Application number: CN 200810151032
Authority: CN
Inventors: 张建国; 解宜原
Original assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Current assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2028-09-19
Also published as: CN101677416A

Abstract

本发明涉及一种超高速光突发交换网的新型组包和解包方法及其系统，该组包方法包括以下步骤：1)将电域的IP数据包进行汇聚；2)将汇聚后的IP数据包进行路由分析后生成偏置时间，并形成光控制包；3)将IP数据包调制成光信号，并将调制后的光信号进行速率倍增，形成光数据包；4)将光控制包和光数据包形成包光突发包，并发出包光突发包。本发明提供了一种可使OBS网络的传输速率高、结构简单且成本低廉的超高速光突发交换网的新型组包和解包方法及其系统。

Description

一种超高速光突发交换网的组包和解包方法及其系统

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种超高速光突发交换网的新型组包和解包方法及其系统。

背景技术

过去十年，互联网传输的急剧增长和光子技术的长足进步推动了光网络的革命。按照复用方式的不同光交换技术可以分为一下几种：

1、光时分交换技术。时分复用是通信网中普遍采用的一种复用方式，时分光交换就是在时间轴上将复用的光信号的时间位置t1转换成另一个时间位置t2。

2、光波分交换技术。光波分交换是指光信号在网络节点中不经过光/电转换，直接将所携带的信息从一个波长转移到另一个波长上。

3、光空分交换技术。光空分交换技术是根据需要在两个或多个点之间建立物理通道，这个通道可以是光波导也可以是自由空间的波束，信息交换通过改变传输路径来完成。

4、光码分交换技术。光码分复用(OCDMA)是一种扩频通信技术，不同户的信号用互成正交的不同码序列填充，接受时只要用与发送方相同的法序列进行相关接受，即可恢复原用户信息。光码分交换的原理就是将某个正交码上的光信号交换到另一个正交码上，实现不同码子之间的交换。

由于未来光网络要求支持多粒度的业务，业务的多样性使用户对带宽有不同的需求。按照这一要求，光交换技术又可以分为以下几种：

1：光路交换(OCS：Optical Circuit Switching)技术，在光子层面的最小交换单元是一个波长通道上的业务流量。

2：光分组交换(OPS：Optical Packet Switching)技术，它以光分组作为最小的交换颗粒，数据包的格式为固定长度的光分组头、净荷和保护时间三部分。在交换系统的输入接口完成光分组读取和同步功能，同时用光纤分束器将一小部分光功率分出送入控制单元，用于完成如光分组头识别、恢复和净荷定位等功能。光交换矩阵为经过同步的光分组选择路由，并解决输出端口竞争。最后输出接口通过输出同步和再生模块，降低光分组的相位抖动，同时完成光分组头的重写和光分组再生。它在光子层面的最小交换单元是光分组(包)里的业务流量。

3：光突发交换(OBS：Optical Burst Switching)技术，它的特点是数据分组和控制分组独立传送，在时间上和信道上都是分离的，它采用单向资源预留机制，以光突发作为最小的交换单元。OBS克服了OPS的缺点，对光开关和光缓存的要求降低，并能够很好的支持突发性的分组业务，同时与OCS相比，它又大大提高了资源分配的灵活性和资源的利用率。被认为很有可能在未来互联网中扮演关键角色。在光子层面的最小交换单元是光突发包里的业务流量。

光路交换虽然比较成熟，但并不适合于承载具有突发性的IP数据业务，而光分组交换有些关键技术(尤其是核心光子器件)仍有待解决。考虑到OCS和OPS的局限，光突发交换(OBS)作为未来光互联骨干网的一种可选方案，受到越来越多的关注，是当前最具广泛应用前景和技术优势的一种交换方式，相对传统的电路交换方式OBS网络具有更大的灵活性和带宽利用效率和更短的网络时延，而相对于未来网络的发展趋势光分组交换，光突发交换交换颗粒较粗，因而处理开销大为减少，且对光子器件具有较低的要求，所以具备更现实的可行性。同时，OBS网络也面临着一些技术难点有待解决，突发汇聚是OBS中很关键的技术，它对OBS网络的性能有着重要的影响，现有的汇聚算法主要有An GE和FrancoCallegati提出的一种基于时间门限控制的组装方法(Fixed—Assembly—Time，简称FAT方法)，Xiong提出的一种基于时间和定长双门限的组装方法(Fixed-Assembly-Time&Length，简称FAT—L方法)，以及后来诸多文章中报道的智能组装方发，这些方法的共同点是数据的汇集都在电域中完成，再将电域中汇集成的突发序列调制成光信号。其缺点是由于调制器调制速率的限制使得OBS网络的传输速率不可能太高，同时由于高速的调制器价格昂贵且在目的端需要高速的探测器，限制了OBS的进一步应用。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可使OBS网络的传输速率高、结构简单且成本低廉的超高速光突发交换网的新型组包和解包方法及其系统。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种超高速光突发交换网的新型组包方法，其特殊之处在于：所述超高速光突发交换网的新型组包方法包括以下步骤：

1)将电域的IP数据包进行汇聚；

2)将汇聚后的IP数据包进行路由分析后生成偏置时间，并形成光控制包；

3)将IP数据包调制成光信号，并将调制后的光信号进行速率倍增，形成光数据包；

4)将光控制包和光数据包形成包光突发包，并发出包光突发包。

上述步骤3)中调制成光信号的具体实现步骤如下：

3.1)判断各IP数据包长度是否相等？

3.2)若是，则直接进行调制；若否，则在短长度的IP数据包尾部补零至和最长IP数据包长度相等后再进行调制。

上述电域的IP数据包的个数是两个或两个以上。

一种超高速光突发交换网的新型解包方法，其特殊之处在于：该方法包括以下步骤：

1)光控制包与光数据包形成的光突发包信号到达目的节点后，光控制包直接进行探测，得到原来在电域的IP数据包；光数据包经过放大并分为多路光数据包信号；

2)每一路光数据包信号和本地时钟进行信号提取，提取出低速光信号；

3)对提取出的低速光信号进行探测，得到的是原来在电域的IP数据包。

一种超高速光突发交换网的新型组包方法的组包系统，其特殊之处在于：所述超高速光突发交换网的新型组包系统包括第一放大器、第一光开关、汇聚单元、调制器、第一分路器以及压缩模块；所述第一放大器和第一分路器通过第一光开关相连；所述汇聚单元通过调制器和第一光开关相连；所述第一分路器和压缩模块相连。

上述压缩模块，可以是光纤延迟线阵列和合路器组成或者空间延迟和采用反射镜组成。

一种超高速光突发交换网的新型解包方法的解包系统，其特殊之处在于：所述解包系统还包括第二放大器、第二光开关、第二分路器、信号提取模块以及探测器；所述第二放大器通过第二光开关和第二分路器相连；所述第二分路器和探测器通过信号提取模块相连。

上述信号提取模块，可以是半导体光放大器(SOA)的四波混频效应形成的与门、赫兹光非对称解复用器(TOAD)的全光与门、周期极化铌酸锂晶体(PPLN)的全光与门、复式波导结构的全光与门、1550nm Laser Amplifiers(Fabry-Perotand Distributed Feedback Laser Amplifiers)的全光与门或者SOA-MZI结构的全光与门。

本发明的优点是：

1、可使OBS网络的传输速率高。本发明使低速率的光包在光域中进行了间插复用，使得相同时隙中传输的信息量增加，从而使得OBS网络的传输速率提高。

2、压缩率可变、易于升级。本发明所提供的组包模块由光延时阵列和合路器组成或者空间延迟和采用反射镜组成，则只需要延时阵列的大小以及相应的每一路的光延时就可以改变输出的突发包地速率。只需要增加延时阵列的大小就可以升级该组包模块，非常易于升级。

3、可适用于各种速率的网络系统中。本发明对电域的IP数据包速率没有任何特定的要求，而且随着组包模块每一路的延时不同，可以输出不同速率的光突发包，所以该方案适用于各种速率的网络系统中。

4、不需要高速的调制器和探测器。本发明中所采用的调制器只需要将低速的IP数据包信号调制到光载频上，探测器也只用于解压缩后的低速率光IP数据包信号转换为电信号，所以不需要高速的调制器和探测器。

5、成本低廉。本发明所提供的组包模块结构简单，解压缩器技术比较成熟，因此整体成本低廉。

6、易于制造，可光学集成。本发明所提供的组包模块由延时阵列和合路器组成，解压缩器由SOA等光学与门实现，这些器件都可以光学集成，且技术成熟，易于制造。

附图说明

图1为本发明所述组包方法流程示意图；

图2为本发明所述解包方法流程示意图；

图3为本发明的突发包汇聚示意图；

图4为本发明光突发包组包过程示意图；

图5为本发明光突发包解包过程示意图；

图6为本发明所述组包系统结构示意图；

图7为本发明所述解包系统结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明提供了一种超高速光突发交换网的新型组包方法，该方法包括以下步骤：

1)将电域的IP数据包进行汇聚；

4)将光控制包和光数据一起通过光纤耦合器形成光突发包，并发出光突发包。

上述步骤3)中调制成光信号的具体实现步骤如下：

3.1)判断各IP数据包长度是否相等？

上述IP数据包的个数是两个或两个以上。

光控制包和光数据包用的是同一波长的光，但是他们分为两个步骤完成，且速率不一样。

参见图2，本发明提供了一种超高速光突发交换网的新型解包方法，该方法包括以下步骤：

1)光控制包与光数据包形成的光突发包信号到达目的节点后，低速的光控制包经过光开关后直接被探测器探测，光数据包经过放大并分为多路光数据包信号；

3)对提取出的低速光信号进行探测。

参见图3，上述IP数据包的个数可变，IP数据包的数量越多则压缩率越高。

参见图4，将到达边缘节点的IP数据流进入汇聚单元6，当达到汇聚门限后，进行路由信息分析，生成偏置时间，并控制光开关，使产生的控制信息和光脉冲同时进入调制器7进行调制并发出控制包。在偏置时间后光脉冲源产生10Gbps光脉冲经过EDFA放大后经过第一分路器8被分为8路，分别进入10G的调制器中，和时到达的IP数据包进入调制器调制成10G光信号。调制后的光信号进入光线延迟线阵列和合路器组成的压缩模块9进行数据压缩，压缩后的数据包变为80Gbps光信号。

2)光突发包信号到达目的节点后低速的光控制包经过光开关后直接被探测器探测，光数据包经过EDFA放大后，通过第二分路器12分为多路光数据包信号，路的数量和IP数据包的数量一致，每一路光包信号和本地时钟注入利用SOA四波混频效应形成的与门进行信号提取，对提取出的低速光信号进行探测，完成解包。

参见图5，将到达的控制分组(BCP)经过放大器放大后进入光开关后进入探测器探测，得到控制包，数据包到达后，经过EDFA放大在经过分路器被分为8路，同时本地10Gbps光脉冲源触发，经过EDFA放大后经过第二分路器12被分为9路，分别经过脉冲对准后和光包信号一同注入信号提取模块，利用四波混频效应进行信号解压缩，解压缩后的10Gbps信号经过脉冲整形进入探测器原始信号被恢复。

参见图6，本发明所提供的超高速光突发交换网的新型组包系统2，该系统包括第一放大器4、第一光开关5、汇聚单元6、调制器7、第一分路器8以及压缩模块9；第一放大器4和第一分路器8通过第一光开关5相连；汇聚单元6通过调制器7和第一光开关5相连；第一分路器8和压缩模块9相连。压缩模块9可以是光纤延迟线阵列和合路器组成或者现有的空间延迟方式和采用反射镜组成。

参见图7，一种实现超高速光突发交换网的新型解包方法的解包系统3，该系统还包括第二放大器10、第二光开关11、第二分路器12、信号提取模块13以及探测器14；第二放大器10通过第二光开关11和第二分路器12相连；第二分路器12和探测器14通过信号提取模块13相连。

在解包单元3中的信号提取模块13，可以是SOA的四波混频效应形成的与门、赫兹光非对称解复用器(TOAD)的全光与门、周期极化铌酸锂晶体(PPLN)的全光与门、复式波导结构的全光与门、1550nm Laser Amplifiers(Fabry-Perot andDi stributed Feedback Laser Amplifiers)的全光与门或者SOA-MZI结构的全光与门。

Claims

1.一种超高速光突发交换网的新型组包方法，其特征在于：所述超高速光突发交换网的新型组包方法包括以下步骤：

1）将电域的IP数据包进行汇聚；

2）将汇聚后的IP数据包进行路由分析后生成偏置时间，并形成光控制包；

3）将IP数据包调制成光信号，并将调制后的光信号进行速率倍增，形成光数据包；

其中：将IP数据包调制成光信号的具体实现步骤是：

3.1）判断各IP数据包长度是否相等；

3.2）若是，则直接进行调制；若否，则在短长度的IP数据包尾部补零至和最长IP数据包长度相等后再进行调制；

4）将光控制包和光数据包形成光突发包，并发出光突发包。

2.根据权利要求1所述的超高速光突发交换网的新型组包方法，其特征在于：所述电域的IP数据包的个数是两个或两个以上。

3.一种采用如权利要求1所述的超高速光突发交换网的新型组包方法的超高速光突发交换网的新型解包方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1）光控制包与光数据包形成的光突发包信号到达目的节点后，光控制包直接进行探测，得到原来在电域的IP数据包；光数据包经过放大并分为多路光数据包信号；

2）每一路光数据包信号和本地时钟进行信号提取，提取出低速光信号；

3）对提取出的低速光信号进行探测，得到的是原来在电域的IP数据包。

4.一种实现权利要求1所述的超高速光突发交换网的新型组包方法的组包系统，其特征在于：所述超高速光突发交换网的新型组包系统包括第一放大器、第一光开关、汇聚单元、调制器、第一分路器以及压缩模块；所述第一放大器和第一分路器通过第一光开关相连；所述汇聚单元通过调制器和第一光开关相连；所述第一分路器和压缩模块相连。

5.根据权利要求4所述的组包系统，其特征在于：所述压缩模块，由光纤延迟线阵列和合路器组成，或者由空间延迟和反射镜组成。

6.一种实现权利要求3所述的超高速光突发交换网的新型解包方法的解包系统，其特征在于：所述解包系统包括第二放大器、第二光开关、第二分路器、信号提取模块以及探测器；所述第二放大器通过第二光开关和第二分路器相连；所述第二分路器和探测器通过信号提取模块相连。

7.根据权利要求6所述的解包系统，其特征在于：所述信号提取模块采用半导体光放大器（SOA）的四波混频效应形成的与门、太赫兹光非对称解复用器(TOAD)的全光与门、周期极化铌酸锂晶体（PPLN）的全光与门、复式波导结构的全光与门、1550nm激光放大器的全光与门或者SOA-MZI结构的全光与门实现。