CN101783973B - 一种光分组全光交换方法、边缘节点及核心节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光分组全光交换方法、系统、边缘节点及核心节点，采用OCDM技术生成路由路径中每个节点所需的光码标记，各光码标记按延迟时间先后串行排列形成基于时间的光码标记栈，再和净荷组成光分组进入到光网络中传输。核心节点对标记栈中的首个标记进行识别得到路由信息，同时通过对净荷进行延迟，并再次与标记栈耦合形成新的光分组，新的光分组中与净荷同步的首个标记变为首个标记之后的下一个标记，从而将标记栈中首个标记从标记栈中去除，同时根据路由信息控制新的光分组的交换，将新光分组发送至下一个节点。由于核心节点中对光分组的交换全部采用光器件完成，可以实现全光交换，且不需要进行标记的替换。

Description

一种光分组全光交换方法、边缘节点及核心节点

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种光分组全光交换方法、边缘节点及核心节点。

背景技术

随着互联网的迅猛发展，以突发性为显著标志的IP业务呈爆炸性增长，对网络带宽的需求不断的扩大。随着密集波分复用(DWDM：Dense WavelengthDivision Multiplexing)技术的不断发展，光通信的传输容量大大增加，其已达到每秒兆兆字节(Tb/s)的数量级，大大满足了数据信息在传输方面的需求。因此，核心交换网络大多采用了光通信技术实现。

目前，光通信技术中不可缺少的交换方法仍是传统的进行光-电-光转换的光交换方法，该光交换方法具体可包括：核心路由器接收到来自源边缘路由器的DWDM光信号后，将该DWDM光信号转换为对应的电信号，并在电域中存储该电信号，其中，该源边缘路由器用于汇聚来自IP层的数据。这里，DWDM光信号由包头和净荷两部分组成，其中，包头中包含光信号的目的地址，而净荷中包含到达该目的地址的通信数据。之后，核心路由器读取该电信号所包含的目的地址，并在预先存储的路由表中查找下一跳路由；当查找到下一跳路由时，将上述电信号再转换为对应的DWDM光信号，并将该光信号发送给下一跳，若该下一跳还为核心路由器，则该核心路由器继续按上述操作执行，直至到达目的边缘路由器为止，该目的边缘路由器用于将光信号发送给目的地址的用户终端。

可见，上述光交换方法中，核心路由器每次接收到DWDM光信号后，都需要对接收的DWDM光信号中所包含的包头和净荷进行光-电-光转换，这样，大大浪费了光信号传输的时间。

随着光通信技术的发展，目前还出现了一种光分组交换(OPS：OpticalPacket Switching)技术，其中，光标记交换(OLS：Optical Label Switching)是目前光分组交换中最典型的一种交换方法，该光标记交换方法无需对DWDM光信号中的净荷进行光-电-光转换，在该光标记交换方法中，利用光信号传输时的最小单位光分组来传输光信号，该光分组中携带净荷和光标记，其中，光标记中包含净荷要到达的目的地址，净荷中包含到达该目的地址的通信数据。当核心路由器接收到来自源边缘路由器的光分组后，由于目前核心路由器的发展还不成熟，核心路由器还不能识别出该光分组中的光标记信息，因此，需要将光标记转换为电信号，在电阈中存储该电信号，而利用光缓存器暂时在光域中缓存光分组中的净荷，之后，读取该电信号中所包含的目的地址，在自身所存储的路由表查找到下一跳路由；之后，将上述电信号再转换为光标记，并将该净荷和该光标记携带在光分组中发送出去，若该下一跳还为核心路由器，则该核心路由器按上述操作继续执行，直至到达目的边缘路由器为止。

可见，上述光标记交换方法中，虽然实现了不对净荷进行光-电-光转换，但由于还需要将光标记进行光-电-光转换，所以，现有的光标记交换方法只是光电混合型分组交换，仍然没有实现核心交换网中的全光交换，也会由于对光标记进行光-电-光转换而导致光信号传输的时间增加。

为了充分发挥光通信的优势，避免进行光-电-光转换，目前出现了一种有利于向全光通信过渡的多波长标记方式的光分组交换方法，该方法中，无需上述对光标记进行光-电-光转换。具体地，在该光分组交换方法中，光分组携带了光分组头(相当于光标记)和净荷，其中，光分组头和净荷在时域上有先后次序，是分开的，光分组头由若干具有不同波长的光脉冲组成，波长的不同组合代表不同的路由信息，当接收到光分组头时，解读该光分组头中的路由信息，并根据下一条路由产生新的光分组头替换上一个光分组头，之后，将净荷和新的光分组头发送出去，若下一跳还为核心路由器，则该核心路由器按上述操作继续执行，直至到达目的边缘路由器为止。

可见，上述光分组交换方法中，虽然不需要对光标记进行光-电-光转换，但是该方法在每个核心节点都要进行光标记的替换操作，即用下个节点需要的光标记替换本节点的光标记，这需要复杂的硬件和精确的控制来实现，在设计和操作上难度较大。

发明内容

本发明实施例提供一种光分组全光交换方法、在实现全光交换的同时，无须进行光标记的替换，实现简单；

本发明实施例提供一种光分组全光交换系统、在实现全光交换的同时，无须进行光标记的替换，实现简单；

本发明实施例提供一种边缘节点，在实现全光交换的同时，无须进行光标记的替换，实现简单。

本发明实施例提供一种核心节点，在实现全光交换的同时，无须进行光标记的替换，实现简单。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种光分组全光交换方法，该方法包括：

源边缘节点将来自IP网的数据转换为光分组的净荷，并确定来自IP网的数据在光网络中的路由路径，获得路由信息；

源边缘节点根据路由信息进行光码分复用OCDM编码，生成路由路径上每个核心节点中进行分组交换所需要的光码标记，将所有光码标记在时域上按时隙分开并按路由顺序排列组成标记栈；

将标记栈与净荷耦合形成光分组并向核心节点发送；

核心节点对接收到的光分组的标记栈中的首个光码标记进行光学相关解码；并将光分组的净荷部分延迟一个时隙，再与标记栈耦合形成新的光分组；

核心节点根据光码标记的解码结果控制所述新生成的光分组从与所述首个光码标记对应的端口输出；

所述从核心节点输出的光分组被继续传输至下一跳核心节点，直至到达目的边缘节点为止。

较佳地，所述路由信息包括：

路由路径中经过的所有核心节点的先后顺序以及每个核心节点中具体的交换输出端口对应的光正交码码字。

较佳地，所述OCDM编码可以采用时域、频域或多维编码方式。

较佳地，所述将生成的所有光码标记在时域上按路由顺序排列组成标记栈，包括：

将光分组的持续时间划分为N个时隙，N等于该光分组在路由路径上需要经过的核心节点数目，将光码标记按照路由顺序排列组成标记栈，其中每个光码标记对应一个核心节点，并占用一个时隙；其中N≥1。

一种光分组全光交换系统，包括源边缘节点、目的边缘节点以及源边缘节点和目的边缘节点之间的至少一个核心节点；来自IP网的数据通过源边缘节点和核心节点传输到目的边缘节点，并通过目的边缘节点将IP网数据发送到最终目的地址；

所述源边缘节点，用于将来自IP网的数据转换为光分组的净荷；确定来自IP网的数据在光网络中的路由路径，获得路由信息；根据路由信息进行OCDM编码，生成路由路径上每个核心节点中进行分组交换所需要的光码标记，并在时域上按路由顺序排列组成标记栈；

所述光分组全光交换系统还包括：光分组耦合器，与所述源边缘节点相连，用于耦合净荷和标记栈，形成光分组并向核心节点发送；

所述核心节点，与光分组耦合器相连，用于对光分组的标记栈中的首个光码标记进行光学相关解码；将光分组的净荷延迟一个时隙，再与标记栈耦合形成新的光分组；根据光码标记的解码结果控制所述新生成的光分组从与光码标记对应的端口输出。

较佳地，所述光分组耦合器集成于源边缘节点中。

一种边缘节点，该边缘节点包括：激光器、激光调制器以及由宽带光源、调制器和OCDM编码器组成的标记生成部分；

所述宽带光源，用于产生光信号；

所述调制器，与宽带光源相连，用于对所述宽带光源产生的光信号进行调制；

所述OCDM编码器，与所述调制器相连，用于对调制后的光信号进行OCDM编码，生成路由路径中某个核心节点进行光分组交换所需要的光码标记；

所述激光器，用于产生光信号；

所述激光调制器，与所述激光器相连，用于将接收到的IP网数据调制到激光器产生的光信号上，形成净荷；

当标记生成部分多于一组时，对应于该一组以外的每一组标记生成部分，该边缘节点还包括标记延迟器与所述该一组以外的每一组标记生成部分中的OCDM编码器相连，用于按照路由顺序对生成的光码标记按时隙进行延迟，使生成的所有光码标记在时域上按时隙分开。

较佳地，该节点进一步包括：耦合器，与所述OCDM编码器和所述激光调制器分别相连，用于将所述净荷和由所有光码标记组成的标记栈进行耦合，形成光分组并向核心节点发送。

一种核心节点，该核心节点包括：

光环行器，用于将进入核心节点的光分组发送到带阻滤波器，接收带阻滤波器反射回的标记栈，并发送到分光器；

带阻滤波器与所述光环行器连接，用于对光分组进行带阻滤波，光分组中的净荷部分将透射至光延迟器，而标记栈将被反射回光环行器；

光延迟器，与带阻滤波器连接，用于对光分组中的净荷延迟一个时隙，并输出至耦合器；

分光器，与光环行器相连，用于将标记栈的光信号分为两路，分别输出到耦合器和相关解码阵列；

耦合器，与光延迟器和分光器分别相连，用于将标记栈和净荷耦合形成光分组，并输出至光交换单元；

相关解码阵列，与分光器相连，用于对标记栈中的首个标记进行光学相关解码，并将解码结果输出阈值判决单元；

阈值判决单元，与相关解码器相连，用于对相关解码阵列输出的解码结果进行阈值判决，并将判决结果发送至光交换单元；

光交换单元，与阈值判决单元相连，根据阈值判决单元的判决结果控制所述从耦合器输入的光分组从与首个光码标记对应的端口输出。

较佳地，所述相关解码阵列包括至少一个相关解码器，每一个相关解码器与光交换单元中的一个输出端口对应；所述阈值判决单元包括至少一个阈值判决器；阈值判决器与所述相关解码器一一对应，每一个相关解码器和与其对应的阈值判决器相连。

较佳地，所述光延迟器采用光纤延迟线或其他能够实现光信号延迟的器件实现。

较佳地，所述光交换单元采用光控开关阵列实现。

由上述的技术方案可见，本发明的这种光分组全光交换方法和用于实现该方法的光分组全光交换系统、边缘节点及核心节点，采用了OCDM技术生成路由路径中每个节点所需的光码标记。各光码标记按时间先后串行排列形成基于时间的光码标记栈，再和净荷组成光分组进入到光网络中传输。核心节点对标记栈中的首个标记进行光学相关解码，确定光分组的输出端口，同时通过对净荷进行延迟，并再次与标记栈耦合形成新的光分组，新的光分组中与净荷同步的首个标记变为首个标记之后的下一个标记，从而达到将标记栈中首个标记从标记栈中去除的目的，同时控制新的光分组从首个光码标记指示的输出端口输出，将新光分组发送至下一个节点。光分组的识别和交换可以全部使用光学器件，实现全光交换，且由于不需要进行标记的替换，系统设计和实现非常简单。

附图说明

图1为本发明实施例的全光交换方法流程图；

图2为本发明实施例中的光分组结构示意图；

图3为本发明实施例中光学相关运算解码原理示意图；

图4为本发明实施例中净荷延迟一个时隙后形成的新光分组结构示意图；

图5为本发明实施例的光分组全光交换系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明主要是采用了OCDM技术生成路由路径中每个节点所需的光码标记，各光码标记按时间先后串行排列形成基于时间的光码标记栈，再和净荷组成光分组进入到光网络中传输。光分组中，净荷和标记栈在频域范围分开。核心节点对标记栈中的首个标记进行识别得到路由信息，同时通过对净荷进行延迟，并再次与标记栈耦合形成新的光分组，新的光分组中与净荷同步的首个标记变为被提取标记之后的下一个标记，从而达到将标记栈中首个标记从标记栈中去除的目的，同时根据路由信息控制新的光分组的交换，将新光分组发送至下一个节点。由于不需要进行标记的替换，光分组交换的实现将非常简单。

本发明实施例适用于由边缘节点与核心节点组成的光分组交换网络，其中每一个核心节点都拥有一个唯一的光正交码作为标识码，不同核心节点的标识码彼此正交，属于同一个正交码集。同样，在每个核心节点内，每个输出端口也对应一个唯一的光正交码。边缘节点是光网络与IP网络的交界点，用于光、电数据的转换，核心节点用于光分组的路由和交换。光分组交换网的网络拓扑是现有成熟技术，这里就不再赘述了。

图1为本发明实施例的光分组全光交换方法流程图，如图1所示，该方法包括：

步骤101，源边缘节点将来自IP网的数据转换为光分组的净荷。

源边缘节点对来自IP网的数据通过合适的算法进行汇聚，即将拥有相同目的地址的数据汇聚到一起，再通过激光器产生的光信号经数据调制器调制后形成净荷，具体的汇聚过程和算法以及将数据转换为净荷是现有成熟技术，这里就不再赘述了。当然，不进行数据汇聚也是可以的，也可以直接将来自IP网络的数据转换为净荷。

步骤102，源边缘节点确定来自IP网的数据在光网络中的路由路径，获得路由信息。

源边缘节点根据IP网的数据的目的地址选择合适的光网络的路由路径，确定完整的光网络的路由路径中需要经过的所有核心节点，以及每个核心节点中具体的交换输出端口。其中路由信息包括路由路径中经过的所有核心节点的先后顺序以及每个核心节点中具体的交换输出端口对应的光正交码码字。每个核心节点的交换输出端口所对应的光正交码码字都是已知的，确定路由路径后，路由信息就确定了。具体路由算法和路由选择的过程属于现有成熟技术，这里就不再赘述了。

步骤103，源边缘节点根据路由信息进行OCDM编码，依次生成路由路径上每个核心节点中进行光分组交换所需要的光码标记，将所有光码标记在时域上分开并按路由顺序排列组成标记栈。

每个光码标记由一个OCDM码字编码而成，在进行OCDM编码时，可以采用任意的适用于OCDM的编码方式，例如时域、频域或多维编码方式。选用的OCDM码字可以是相干或非相干的，本发明并不限定具体的OCDM编码方式。OCDM编码及其具体实现方式是现有成熟技术，这里就不再赘述了。

光码标记可以按照路由路径上各核心节点的顺序依次生成，每个核心节点对应一个光码标记。每个光码标记在时域上占用一个时隙，N个光码标记共占用N个时隙，且这N个时隙的总时间与一个光分组的持续时间相同；即光分组的持续时间被划分成N个时隙，N等于该分组在光域路径上需要经过的核心节点数目，其中N≥1。如路由路径中需要经过两个核心节点，则生成两个标记，并将光分组持续时间划分两个相等的时隙，光分组路由路径上的第一个核心节点使用的标记占用时隙1；第二个核心节点使用的标记占用时隙2，每个标记独立占用一个时隙，各个标记之间在时间上互不重叠，并按照路由顺序排列，形成了基于时间的标记栈。具体来说，生成标记时可以按照路由顺序，依次生成，即在第一个标记生成后，延迟一个时隙再生成第二个标记，将生成的两个标记直接进行耦合，组成标记栈；也可以是同时生成两个标记，将第二个标记延迟一个时隙之后再与第一个标记耦合，形成标记栈；如果还有第三个标记，则将第三个标记延迟两个时隙，再与前两个标记耦合形成标记栈；更多标记的情况依此类推，这里就不再赘述了。

步骤104，将标记栈与净荷耦合形成光分组并向核心节点发送。

将标记栈与净荷耦合形成光分组。调制净荷使用的光源的波长在标记使用的光源的波长带宽之外，以保证净荷和标记之间互不干扰，净荷和标记栈中的首个标记同步对齐地传输，发送至核心节点。标记栈与净荷的耦合可以在光码标记耦合成标记栈的同时进行，这里并不限定具体的耦合顺序。

图2为本发明实施例中形成的光分组结构示意图，如图2所示，光分组中分为净荷和标记栈，其中标记栈包括至少两个在时域上分开的光码标记。图中是以标记1和标记2两个标记为例，实际应用时可以更多，且调制净荷使用的光源的波长与标记使用的光源的波长范围不重叠，以保证净荷和标记栈在频域上可以被区分开。

步骤105，核心节点对光分组的标记栈中的首个光码标记进行光学相关解码。

核心节点从标记栈中读取与净荷对齐的首个标记，并进行光学相关解码。

图3为本发明实施例的光学相关运算解码原理示意图，如图3所示，光码标记先经过分光分为多路，分别输入多个相关解码器中，分光的个数与相关解码器个数相同，每个相关解码器对应一种多波长组合，如果光码标记与某个相关解码器的特征波长匹配，则经过相关解码器后会有较高强度的自相关输出，表现为一个强度较高的波峰波形，否则，将会有较低强度的互相关输出，表现为一个较为平缓的波形。根据相关解码器的输出情况，就可以获知光码标记与哪个相关解码器匹配。相关解码器实际上执行的是光学相关运算，光学相关运算可以使用无源光器件完成，具体光学相关运算的方法属于现有成熟技术，这里就不再赘述了。

步骤106，核心节点将光分组的净荷部分延迟一个时隙，再与标记栈耦合形成新的光分组。

核心节点将净荷部分延迟一个时隙后再次与标记栈耦合，形成新的光分组，此时在该光分组中，净荷将与下一个时隙中的标记对齐，也就是说，与净荷对齐的首个标记将变为第二时隙中的标记，由于核心节点提取标记时都是提取与净荷对齐的首个标记，因此，将净荷延迟一个时隙后，相当于将原先的首个标记从光分组中除去，新的光分组的首个标记变为下一跳的核心节点所需要的标记。

图4为本发明实施例中净荷延迟一个时隙后形成的新光分组结构示意图，如图4所示，还以两个光码标记为例，原先与净荷部分对齐的标记是标记1，由于净荷部分延迟了一个时隙，所以新的光分组中，净荷将与标记2对齐，标记1将超前净荷一个时隙，而核心节点中，超前净荷的时隙将被忽略。

步骤107，核心节点根据光码标记的解码结果控制所述新生成的光分组从与首个光码标记对应的端口输出。

对光码标记进行解码后将得知首个光码标记与哪个相关解码器匹配，此时，就可以根据已知的相关解码器与输出端口的对应关系，控制光分组从与该相关解码器所对应的输出端口输出，向下一跳发送。具体哪个相关解码器对应哪个输出端口，可以是根据实际需要预先设置的。对光分组输出端口的控制可以使用光控开关阵列的方式实现，属于现有成熟技术，这里就不再赘述了。

步骤108，接收到该光分组的核心节点从步骤105开始继续执行，直至到达目的边缘节点为止。

所有接收到光分组的核心节点都同样执行步骤105～108，直到光分组被传输到目的边缘节点上，至此，完成了在光网络中的光分组全光交换。而目的边缘节点接收到光分组后，会将光分组转换为IP网数据包，并通过IP网络发送到最终目的地址。

其中，步骤105和106中对首个光码标记进行光学相关解码和将净荷部分延迟一个时隙的过程之间并不存在特定的执行顺序关系，它们可以是同时执行的，对这两个过程的步骤编号只是为了便于描述。

以上是对本发明所提供的全光交换方法进行的详细描述，下面对本发明提供的光分组交换系统进行详细描述。光分组交换网络中，一般包括源边缘节点、目的边缘节点以及源边缘节点和目的边缘节点之间的至少一个核心节点；来自IP网的数据通过源边缘节点和核心节点传输到目的边缘节点，并通过目的边缘节点将IP网数据发送到最终目的地址；为便于描述，下面以路由路径中经过两个核心节点为例进行描述。

图5为本发明实施例的光分组全光交换系统结构示意图，如图5所示，该系统包括：源边缘节点501、第一核心节点502、第二核心节点503、光分组耦合器514和目的边缘节点504。

源边缘节点501用于将来自IP网的数据转换为光分组的净荷；确定来自IP网的数据在光网络中的路由路径，获得路由信息；根据路由信息进行OCDM编码，生成路由路径上每个核心节点中进行光分组交换所需要的光码标记，并在时域上按路由路径的到达顺序排列组成标记栈。

光分组耦合器514，与源边缘节点501相连，将净荷和标记栈进行耦合，形成光分组并向核心节点发送。

第一核心节点502，与光分组耦合器514相连，用于将接收到的光分组的净荷和标记栈分开，从标记栈中提取首个光码标记，进行光学相关解码；将净荷部分延迟一个时隙，再与标记栈耦合形成新的光分组；根据光码标记的解码结果控制所述新生成的光分组从与原先识别出的首个光码标记对应的端口输出。

第二核心节点503，与第一核心节点502相连，用于将接收到的光分组的净荷和标记栈分开，从标记栈中提取首个光码标记，进行光学相关解码；将净荷部分延迟一个时隙，再与标记栈耦合形成新的光分组；根据光码标记的解码结果控制所述新生成的光分组从与首个光码标记对应的端口输出。

目的边缘路由器504，与第二核心节点503相连，用于将接收到的光分组转换为IP网数据包，并通过IP网络发送到最终目的地址。

其中，源边缘节点501中包括：由第一宽带光源505、第一调制器506、第一OCDM编码器507组成的第一标记生成部分；由第二宽带光源508、第二调制器509、第二OCDM编码器510、标记延迟器511组成的第二标记生成部分；由激光器512和激光调制器513组成的净荷生成部分。其中第一标记生成部分用于生成路由路径中经过的第一个核心节点进行光分组交换所需的光码标记；第二标记生成部分用于生成路由路径中经过的第二个核心节点进行光分组交换所需的光码标记；净荷生成部分用于将IP网数据转换为净荷。

第一宽带光源505用于产生光信号。

第一调制器506与第一宽带光源505相连，用于对光源505产生的光信号进行调制。

第一OCDM编码器507与第一调制器506相连，用于对调制后的光信号进行OCDM编码，生成路由路径中第一个核心节点进行光分组交换所需要的光码标记。

第二标记生成部分中，第二宽带光源508、第二调制器509、第二OCDM编码器510的功能和连接关系与第一标记生成部分中的第一宽带光源505、第一调制器506、第一OCDM编码器507相同，区别在于边缘节点501中还包括一个标记延迟器511，与所述第二OCDM编码器510相连，用于将生成的光码标记延迟一个时隙，这样生成的光码标记在耦合时将会在时域上比第一标记生成部分生成的标记延迟一个时隙，使得标记栈中的标记可以在时域上分开。

上述是需要生成两个光码标记的情形，当需要生成更多标记时，可以增加更多的标记生成部分，当标记生成部分多于一组时，对应于该一组以外的每一组标记生成部分，该边缘节点还包括一个标记延迟器与该一组以外的每一组标记生成部分中的OCDM编码器相连，用于按照路由顺序对生成的光码标记进行延迟，使生成的所有光码标记在时域上分开，保证使每个光码标记占用一个时隙，互不重叠。

激光器512用于产生光信号。激光器512产生的光信号波长应在第一宽带光源505及第二宽带光源508产生的光信号的波长带宽范围之外。

激光调制器513与所述激光器512相连，用于将接收到的IP网数据调制到激光器512产生的光信号上，形成净荷。

经第一OCDM编码器507和第二OCDM编码器510编码生成的光码标记通过光分组耦合器514进行耦合，形成标记栈，并进一步与激光调制器513输出的净荷进行耦合，形成完整的光分组。净荷和标记栈同步地传输，发送至核心节点。另外，为保证信号质量，在传输路径中，还可以通过光放大器进行放大，例如在光分组耦合器514及第一核心节点之间，以及第一核心节点与第二核心节点之间通过光放大器515进行信号放大。另外，光分组耦合器514也可以集成在源边缘节点501中。

第一核心节点502中包括：第一光环行器516、第一带阻滤波器517、第一光延迟器518、第一耦合器519、第一分光器520、第一相关解码阵列521、第一阈值判决单元522和第一光交换单元523。

其中，第一光环行器516用于将进入第一核心节点的光分组发送到第一带阻滤波器517，接收第一带阻滤波器517反射回的标记栈，并发送到第一分光器520；

第一带阻滤波器517与第一光环行器516连接，用于对光分组进行带阻滤波，光分组中的净荷部分将透射至第一光延迟器518，而标记栈将被反射回第一光环行器516；

由于净荷和标记栈在频域上是分开的，即净荷和标记栈可使用不同波长范围的光源进行载波，因此核心节点可以使用如带阻滤波器等光器件将光分组中的净荷和标记栈分开，带阻滤波器可以使满足一定波长范围的信号透射，而其他信号反射，从而分开净荷和标记栈，当然采用其他方式区分净荷和标记栈也是可以的。

第一光延迟器518，与第一带阻滤波器517连接，用于对光分组中的净荷延迟一个时隙，并输出至第一耦合器519，一般使用光线延迟线或其他能够实现光信号延迟的器件实现。

第一分光器520，与第一光环行器516相连，用于将标记栈的光信号分为两路，分别输出到第一耦合器519和第一相关解码阵列521；

第一耦合器519，与第一光延迟器518和第一分光器520分别相连，用于将标记栈和经第一光延迟器518延迟后的净荷耦合形成新的光分组，并输出至第一交换单元523。

第一相关解码阵列521，与第一分光器520相连，用于对标记栈中的首个标记进行光学相关解码，其中可以包括至少一个相关解码器；输入的光码标记被分光到每个相关解码器进行光学相关运算，与标记匹配的相关解码器输出高强度的自相关值，与标记不匹配的相关解码器输出低强度的互相关值；相关解码器的输出值将发送到第一阈值判决单元522。

第一阈值判决单元522，与第一相关解码阵列521相连，用于对第一相关解码阵列521输出的解码结果进行阈值判决，并将判决结果发送至第一光交换单元523；其中包括至少一个阈值判决器，阈值判决器与相关解码阵列521中的相关解码器一一对应相连，相关解码器输出的高强度自相关值经阈值判决器后输出的判决结果为“1”，低强度的互相关值经阈值判决器后输出的判决结果为“0”。

第一光交换单元523，与第一阈值判决单元522相连，根据第一阈值判决单元522中各判决器的判决结果控制光控开关将第一耦合器519输入的光分组交换到相应的输出端口，例如当与某个相关解码器对应的阈值判决器输出的判决结果为“1”时，将光分组交换到与该相关解码器对应的输出端口。

第二核心节点502中包括第二光环行器524、第二带阻滤波器525、第二光延迟器526、第二耦合器527、第二分光器528、第二相关解码阵列529、第二阈值判决单元530和第二光交换单元531；这些器件的连接关系和功能与第一核心节点502相同，这里就不再赘述了。

下面举个具体例子，例如源边缘节点501根据路由算法确定光分组在路由路径上需要经过两个核心节点，即第一核心节点502和第二核心节点503，光分组须从第一核心节点502的输出端口1输出，从第二核心节点502的输出端口3输出，最终到达目的边缘节点504。其中，第一核心节点502中与输出端口1对应的光码标记所对应的码字为100100100，第二核心节点503中与输出端口3对应的光码标记所对应的码字为100010001。确定这些路由信息后，即可根据这些路由信息进行编码，第一标记生成部分选用码字100100100编码第一核心节点502中与输出端口1对应的光码标记1，第二标记生成部分选用码字100010001编码第二核心节点503中与输出端口3对应的光码标记2。光码标记2通过标记延迟器511延迟一个时隙后与光码标记1及净荷通过光分组耦合器514进行耦合，组成完整的光分组，并同步输出至第一核心节点502。

光分组到达第一核心节点502后进入第一光环行器516，第一光环行器516将光分组输出到第一带阻滤波器517，经第一带阻滤波器517后，光分组被分为净荷和标记栈两部分。净荷部分透射穿过第一带阻滤波器517至第一光延迟器518中被延迟一个时隙后输出至第一耦合器519。光码标记1和光码标记2组成的标记栈被第一带阻滤波器517反射回第一光环行器516，并被第一光环行器516输出到第一分光器520，标记栈被第一分光器520分成两路，一路输入第一相关解码器阵列521进行光学相关解码，另一路输入第一耦合器519与延迟一个时隙的净荷耦合成新的光分组后输入第一光交换单元523。输入第一相关解码器阵列521的标记栈中的首个标记，也就是标记1将与第一相关解码器阵列521中与输出端口1对应的某个相关解码器匹配，输出高强度的自相关值，再经第一阈值判决单元522判决后输出“1”，光码标记2由于落后于光码标记1，则被忽略。第一光交换单元523根据第一阈值判决单元522输出结果，将新生成的光分组交换至与输出为“1”的相关解码器所对应的输出端口1，新生成的光分组中，光码标记1在时间上领先净荷一个时隙，此时与净荷同步的是光码标记2，因此实现了将本节点使用的标记从标记栈中去除的目的。新生成的光分组传输到第二核心节点503后，第二核心节点503将会执行与第一核心节点502相同的步骤，去除光码标记2并控制新的光分组从输出端口3中输出，最终传输到目的边缘节点504。

由上述的实施例可见，本发明的这种光分组全光交换方法和用于实现该方法的光分组全光交换系统、边缘节点及核心节点，采用了OCDM技术生成路由路径中每个节点所需的光码标记。各光码标记按时间先后串行排列形成基于时间的光码标记栈，再和净荷组成光分组进入到光网络中传输。核心节点对标记栈中的首个标记进行光学相关解码，确定光分组的输出端口，同时通过对净荷进行延迟，并再次与标记栈耦合形成新的光分组，新的光分组中与净荷同步的首个标记变为首个标记之后的下一个标记，从而达到将标记栈中首个标记从标记栈中去除的目的，同时控制新的光分组从首个光码标记指示的输出端口输出，将新光分组发送至下一个节点。光分组的识别和交换可以全部使用光学器件，实现全光交换，且由于不需要进行标记的替换，系统设计和实现非常简单。

所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种光分组全光交换方法，其特征在于，该方法包括：

源边缘节点将来自IP网的数据转换为光分组的净荷，并确定来自IP网的数据在光网络中的路由路径，获得路由信息；

源边缘节点根据路由信息进行光码分复用OCDM编码，生成路由路径上每个核心节点中进行分组交换所需要的光码标记，将所有光码标记在时域上按时隙分开并按路由顺序排列组成标记栈；

将标记栈与净荷耦合形成光分组并向核心节点发送；

核心节点对接收到的光分组的标记栈中的首个光码标记进行光学相关解码；并将光分组的净荷部分延迟一个时隙，再与标记栈耦合形成新的光分组；

核心节点根据光码标记的解码结果控制所述新的光分组从与所述首个光码标记对应的端口输出；

所述从核心节点输出的光分组被继续传输至下一跳核心节点，直至到达目的边缘节点为止。

2.如权利要求1所述的光分组全光交换方法，其特征在于，所述路由信息包括：

路由路径中经过的所有核心节点的先后顺序以及每个核心节点中具体的交换输出端口对应的光正交码码字。

3.如权利要求1所述的光分组全光交换方法，其特征在于，所述OCDM编码采用时域、频域或多维编码方式。

4.如权利要求1所述的光分组全光交换方法，其特征在于，所述将所有光码标记在时域上按时隙分开按路由顺序排列组成标记栈，包括：

将光分组的持续时间划分为N个时隙，N等于该光分组在路由路径上需要经过的核心节点数目，将光码标记按照路由顺序排列组成标记栈，其中每个光码标记对应一个核心节点，并占用一个时隙；其中N≥1。

5.一种光分组全光交换系统，包括源边缘节点、目的边缘节点以及源边缘节点和目的边缘节点之间的至少一个核心节点；来自IP网的数据通过源边缘节点和核心节点传输到目的边缘节点，并通过目的边缘节点将IP网数据发送到最终目的地址，其特征在于：

所述源边缘节点，用于将来自IP网的数据转换为光分组的净荷；确定来自IP网的数据在光网络中的路由路径，获得路由信息；根据路由信息进行OCDM编码，生成路由路径上每个核心节点中进行分组交换所需要的光码标记，并在时域上按路由顺序排列组成标记栈；

所述光分组全光交换系统还包括：光分组耦合器，与所述源边缘节点相连，用于耦合净荷和标记栈，形成光分组并向核心节点发送；

所述核心节点，与光分组耦合器相连，用于对光分组的标记栈中的首个光码标记进行光学相关解码；将光分组的净荷延迟一个时隙，再与标记栈耦合形成新的光分组；根据光码标记的解码结果控制所述新的光分组从与光码标记对应的端口输出。

6.如权利要求5所述的一种光分组全光交换系统，其特征在于，所述光分组耦合器集成于源边缘节点中。

7.一种边缘节点，其特征在于，该边缘节点包括：激光器、激光调制器以及由宽带光源、调制器和OCDM编码器组成的标记生成部分；

所述宽带光源，用于产生光信号；

所述调制器，与宽带光源相连，用于对所述宽带光源产生的光信号进行调制；

所述OCDM编码器，与所述调制器相连，用于对调制后的光信号进行OCDM编码，生成路由路径中某个核心节点进行光分组交换所需要的光码标记；

所述激光器，用于产生光信号；

所述激光调制器，与所述激光器相连，用于将接收到的IP网数据调制到激光器产生的光信号上，形成净荷；

当标记生成部分多于一组时，对应于该一组以外的每一组标记生成部分，该边缘节点还包括标记延迟器与所述该一组以外的每一组标记生成部分中的OCDM编码器相连，用于按照路由顺序对生成的光码标记按时隙进行延迟，使生成的所有光码标记在时域上按时隙分开；

该节点进一步包括：耦合器，与所述OCDM编码器和所述激光调制器分别相连，用于将所述净荷和由所有光码标记组成的标记栈进行耦合，形成光分组并向核心节点发送。

8.一种核心节点，其特征在于，该核心节点包括：

光环行器，用于将进入核心节点的光分组发送到带阻滤波器，接收带阻滤波器反射回的标记栈，并发送到分光器；

带阻滤波器与所述光环行器连接，用于对光分组进行带阻滤波，光分组中的净荷部分将透射至光延迟器，而标记栈将被反射回光环行器；

光延迟器，与带阻滤波器连接，用于对光分组中的净荷延迟一个时隙，并输出至耦合器；

分光器，与光环行器相连，用于将标记栈的光信号分为两路，分别输出到耦合器和相关解码阵列；

耦合器，与光延迟器和分光器分别相连，用于将标记栈和净荷耦合形成光分组，并输出至光交换单元；

相关解码阵列，与分光器相连，用于对标记栈中的首个光码标记进行光学相关解码，并将解码结果输出阈值判决单元；

阈值判决单元，与相关解码阵列相连，用于对相关解码阵列输出的解码结果进行阈值判决，并将判决结果发送至光交换单元；

光交换单元，与阈值判决单元相连，根据阈值判决单元的判决结果控制所述从耦合器输入的光分组从与首个光码标记对应的端口输出。

9.如权利要求8所述的核心节点，其特征在于，所述相关解码阵列包括至少一个相关解码器，每一个相关解码器与光交换单元中的一个输出端口对应；所述阈值判决单元包括至少一个阈值判决器；阈值判决器与所述相关解码器一一对应，每一个相关解码器和与其对应的阈值判决器相连。

10.如权利要求8或9所述的核心节点，其特征在于，所述光延迟器采用光纤延迟线或其他能够实现光信号延迟的器件实现。

11.如权利要求8或9所述的核心节点，其特征在于，所述光交换单元采用光控开关阵列实现。

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