CN101783974A - 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，该方法采用OCDM技术生成路由路径中每个节点所需的光码标记，该光码标记由光正交码进行频域及时域两级编码生成，时域编码使用的码字用于指示路由路径中的不同核心节点，而频域编码使用的码字用于指示每个核心节点内的交换输出端口。光分组在传输中携带路由路径中需要的所有光码标记，核心节点通过时域解码从光分组携带的所有光码标记中取出与自身对应的光码标记，并进一步通过对取出的光码标记进行频域解码，确定将光分组交换到哪个输出端口输出，从而完成光分组的交换；该方法可以完全使用光器件实现，在实现全光交换的同时避免了标记交换，实现简单。

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，在电域中存储该电信号，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频域编码，得到路由路径上各核心节点进行分组交换所需要的光码标记；

源边缘节点根据路由信息对所述光码标记进行时域编码；

将经时域编码的所有光码标记耦合形成标记栈，并将标记栈与所述净荷进行耦合，形成光分组并向核心节点发送；

接收到光分组的核心节点根据自身的标识码对该光分组中的标记进行时域解码，从标记栈中提取并恢复与其对应的光码标记；

核心节点对提取并恢复的光码标记进行频域解码；

核心节点根据频域解码结果控制所述光分组从与提取并恢复的光码标记对应的端口输出；

从所述端口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：

每个核心节点对应的标识码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；

所述源边缘节点根据路由信息进行频域编码包括：源边缘节点根据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进行频域编码；

所述源边缘节点根据路由信息进行时域编码包括：源边缘节点根据每个核心节点对应的标识码对所述光码标记进行时域编码。

较佳地，所述光码标记耦合为标记栈，以及标记栈与净荷耦合成光分组是同时进行的；其中，标记栈信号的波长范围在净荷所用波长范围之外。

较佳地，所述时域解码和频域解码使用光学相关算法。

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；根据路由信息进行频域编码，得到路由路径上各核心节点中进行分组交换所需要的光码标记；根据路由信息对光码标记进行时域编码；

该系统还包括耦合器，与源边缘节点相连，用于将生成的净荷和经时域编码的光码标记进行耦合，形成光分组并向核心节点发送；

所述核心节点，用于根据自身的标识码对接收到的光分组中的标记进行时域解码，从标记栈中提取并恢复与自身对应的光码标记；对提取并恢复的光码标记进行频域解码，根据频域解码结果控制光分组从与提取并恢复的光码标记对应的端口输出。

较佳地，所述耦合器集成于源边缘节点中。

较佳地，所述核心节点之间以及核心节点与边缘节点之间还包括光放大器，用于放大光分组信号。

一种边缘节点，该边缘节点包括：由激光器和激光调制器组成的净荷生成部分以及至少一组由宽带光源、调制器、频域编码器和时域编码器组成的标记生成部分；

其中标记生成部分包括：

宽带光源，用于产生光信号；

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；

频域编码器，与所述调制器相连，用于对调制后的光信号进行频域编码，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；

时域编码器，与频域编码器相连，用于对光码标记进行时域编码，使该标记对应的核心节点能从多个光码标记中将该标记提取出来；

净荷生成部分包括：

激光器，用于产生光信号，且产生的光信号波长在所述宽带光源产生的光信号的波长带宽范围之外；

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。

较佳地，该节点进一步包括：耦合器，与所述时域编码器和所述激光调制器连接，用于将所述净荷和经时域编码的光码标记进行耦合，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缓存器，而标记栈将被反射回光环行器；

光缓存器，与带阻滤波器连接，用于对光分组中的净荷进行全光缓存，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时域解码器；

耦合器，与光缓存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，并输出至交换单元；

时域解码器，与分光器相连，用于对标记栈进行时域解码，将标记栈中所有标记的解码结果输出至限幅器；

限幅器，与时域解码器相连，用于对标记栈中所有标记的解码结果进行限幅处理，保留输出为高强度自相关值的标记，消除输出为低强度互相关值的标记；保留的标记将被输出至标记识别单元。

标记识别单元，与限幅器相连，用于将输入的标记进行频域解码，并将频域解码结果发送到阈值判决单元；

阈值判决单元，与标记识别单元相连，用于对频域解码结果进行阈值判决，并将阈值判决结果输出至光交换单元；

光交换单元，与阈值判决单元相连，根据阈值判决单元输出的判决结果控制光分组从与提取并恢复的光码标记对应的端口输出。

较佳地，所述标记识别单元包括至少一个相关解码器，每个相关解码器对应光交换单元的一个输出端口；所述阈值判决单元包括至少一个阈值判决器；所述阈值判决器与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，所述光缓存器采用光纤延迟线或其它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，采用了光码分复用(OCDM)技术生成路由路径中每个节点所需的光码标记，该光码标记由光正交码进行频域及时域两级编码生成，时域编码使用的码字用于指示路由路径中的不同核心节点，而频域编码使用的码字用于指示每个核心节点内的交换输出端口。光分组在传输中携带路由路径中需要的所有光码标记，核心节点通过时域解码从光分组携带的所有光码标记中取出与自身对应的光码标记，并进一步通过对取出的光码标记进行频域解码，确定将光分组交换到哪个输出端口输出，从而完成光分组的交换，由于在进行时域和频域解码时可以全部使用光学器件完成，因此实现了光分组的全光交换，并且在核心交换节点中无需进行复杂的标记替换操作，实现简单。

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为本发明实施例的频域和时域两级编码方法示意图；

图3为本发明实施例中的光分组结构示意图；

图4为本发明实施例的相关运算解码原理示意图；

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，该光码标记由光正交码进行频域及时域两级编码生成，时域编码使用的码字用于指示路由路径中的不同核心节点，而频域编码使用的码字用于指示每个核心节点内的交换输出端口。光分组在传输中携带路由路径中需要的所有光码标记，核心节点通过时域解码从光分组携带的所有光码标记中取出与自身对应的光码标记，并进一步通过对取出的光码标记进行频域解码，确定将光分组交换到哪个输出端口输出，从而完成光分组的交换，由于在进行时域和频域解码时可以全部使用光学器件完成，因此实现了光分组的全光交换，并且在核心交换节点中无需进行复杂的标记替换操作，实现简单。

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。其中路由信息包括每个核心节点对应的标识码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。每个核心节点的标识码，以及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频域编码，得到路由路径上各核心节点中进行分组交换所需要的光码标记。

在进行频域编码时，可以采用波长编码方式，预先设置的不同波长与OCDM码字的对应关系，利用多种不同的特征波长组合，表示不同的OCDM码字，对路由路径上各核心节点进行输出交换时所需要的OCDM码字进行编码，生成光码标记。该光码标记与核心节点中的光交换输出端口对应，用于指示核心节点从哪个输出端口输出光分组。

步骤104，源边缘节点根据路由信息对光码标记进行时域编码。

在进行时域编码时，可采用时隙编码的方式，将一个光分组的长度在时域上划分为多个时隙，预先设置的不同特征时隙与OCDM码字的对应关系，通过将光码标记占据的多个不同时隙位置的组合，表示不同的核心节点的标识码，对光码标记进行编码，从而将多个光码标记在时域上分开，以使核心节点能从多个标记中将与自身标识码对应的光码标记提取出来。

图2为本发明实施例的频域和时域两级编码方法示意图，如图2所示：

一、首先进行频域编码：预先设定频域编码使用的码字码长为9位，对应作为信号源的宽带光源中λ₁～λ₉共9个不同的波长，如编码时选取的应于某核心节点中的某一个输出端口码字为100100100，则可根据该码字中“1”的位置进行编码。例如该码字中第1、4、7位为“1”，则频域编码后的生成的光脉冲的特征波长为(λ₁，λ₄，λ₇)，即波长为λ₁，λ₄，λ₇的强度高，其它波长强度低，这个拥有特征波长为(λ₁，λ₄，λ₇)的光脉冲就是经一级频域编码后生成的光码标记，当然也可以根据码字中“0”的位置进行频域编码，具体的编码方法很多，可以根据需要而定，这里就不再赘述了。

二、再进行时域编码：预先表示将一个光分组的长度分为0～24，共25个时隙，如路由路径中某节点的标识码为码长25、码重为3的正交码(0，1，6)，则可将经一级频域编码后生成的光脉冲插入码字(0，1，6)对应的时隙位置中，例如插入第0，1，6时隙位置，编码后，该光脉冲在强度方向的特征波长为(λ₁，λ₄，λ₇)，在时间方向占据0、1、6时隙。当然标识码所对应的时隙位置也可以根据需要而定，这里就不再赘述了。

步骤105，经时域编码的所有光码标记耦合形成标记栈，并将标记栈与所述净荷进行耦合，形成光分组并向核心节点发送。

所有经过时域编码后的光码标记将通过耦合器同步耦合，形成标记栈，并进一步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，净荷和标记同步地传输，发送至与源边缘核心节点连接的所有核心节点。另外，光码标记耦合为标记栈，以及标记栈与净荷耦合成光分组在逻辑上可以是分开进行的，也可以是同时进行的，但具体实现上一般是同时进行的。这一耦合步骤可以由源边缘节点完成，也可以由独立的耦合器完成。

图3为本发明实施例中形成的光分组结构示意图，如图3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经两级编码后的标记。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。图3中，标记1的特征波长为(λ₁，λ₄，λ₇)，占据时隙为(0，1，6)(图3中的斜线部分)；标记2的特征波长为(λ₁，λ₅，λ₉)，占据时隙为(0，2，9)(图3中的网格线部分)。

步骤106，接收到光分组的核心节点根据自身的标识码对该光分组中的标记进行时域解码。若解码成功，则执行步骤107，否则，结束流程。

时域解码的目的是从标记栈中提取并恢复与其对应的光码标记，具体来说，接收到光分组的核心节点首先通过滤波将光分组中耦合的净荷和标记栈分开，并通过时域解码器对光分组的标记栈进行时域解码。时域解码器的内部结构与核心节点的标识码对应，采用光学相关运算方法进行时域解码。在进行时域解码时，标记栈中与该核心节点的时域解码器不匹配的光码标记在经过时域解码器后会输出低强度的互相关值，再经限幅器后将被消除，而匹配的光码标记在经过时域解码器后会输出高强度的自相关值，再经限幅器后将被保留；这一过程使核心节点从标记栈中提取并恢复出与其对应的光码标记，解码成功，若没有一个光码标记被恢复出来，则解码失败。时域解码器可以使用光学器件实现，其具体解码过程和解码原理属于现有成熟技术，这里就不再赘述了。

步骤107，核心节点对提取并恢复的光码标记进行频域解码。

图4为本发明实施例的相关运算解码原理示意图，如图4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。频域解码和时域解码都可以使用相关解码器进行相关预算实现。

步骤108，核心节点根据频域解码结果控制光分组从与提取并恢复的光码标记对应的端口输出。

由于知道了光码标记与哪个频域解码器匹配，就可以根据已知的频域解码器与输出端口的对应关系，控制光分组从与该频域解码器所对应的输出端口输出，向下一跳发送。具体哪个频域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109，接收到该光分组的核心节点从步骤106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106～109，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102～104是生成光码标记以及编码的过程，而步骤101是生成净荷的过程，实际上，这两个过程之间是没有先后次序关系的，可以同时进行，对这两个过程的步骤编号只是为了便于描述，而并不代表净荷的生成过程先于光码标记的生成。

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，一般可以包括源边缘节点、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；根据路由信息进行频域编码，得到路由路径上各核心节点中进行分组交换所需要的光码标记；根据路由信息对光码标记进行时域编码。

第三耦合器515，与源边缘节点501相连，将生成的净荷和经时域编码的光码标记进行耦合，形成完整光分组并发送出去。

第一核心节点502，与第三耦合器515相连，用于根据自身的标识码对接收到的光分组中的标记进行时域解码，从标记栈中提取并恢复与自身对应的光码标记；对提取并恢复的光码标记进行频域解码，根据频域解码结果控制光分组从与提取并恢复的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，用于根据自身的标识码对接收到的光分组中的标记进行时域解码，从标记栈中提取并恢复与自身对应的光码标记；对提取并恢复的光码标记进行频域解码，根据频域解码结果控制光分组从与提取并恢复的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、第一频域编码器507、第一时域编码器508组成的第一标记生成部分；由第二宽带光源509、第二调制器510、第二频域编码器511、第二时域编码器512组成的第二标记生成部分；由激光器513和第三调制器514组成的净荷生成部分。两个标记生成部分分别生成路由路径中的两个核心节点所需的光码标记，净荷生成部分用于生成净荷。

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。

第一频域编码器507与第一调制器506相连，用于对调制后的光信号进行频域编码，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。

第一时域编码器508与第一频域编码器507相连，用于对光码标记进行时域编码，使该标记对应的核心节点能从多个光码标记中将该标记提取出来。

第二标记生成部分的功能和连接关系与第一标记生成部分相同，只是生成的是另一个核心节点所需的光码标记。

激光器513用于产生光信号。

激光器513产生的光信号波长应在第一宽带光源505及第二宽带光源509产生的光信号的波长带宽范围之外。

第三调制器514与所述激光器513相连，用于将接收到的IP网数据调制到激光器513产生的光信号上，形成净荷。

第一时域编码器508和第二域编码器512输出的经时域编码后的光码标记需要通过第三耦合器515进行同步耦合，形成标记栈，并进一步与第三调制器514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，传输路径中，为保证信号质量，还可以通过光放大器516进行放大。另外，耦合器515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517、第一带阻滤波器518、第一光缓存器519、第一耦合器520、第一分光器521、第一时域解码器522、第一限幅器523、第一标记识别单元524、第一阈值判决单元525和第一光交换单元526。

其中，第一光环行器517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518，接收第一带阻滤波器518发射回的标记栈，并发送到第一分光器521；

第一带阻滤波器518与第一光环行器517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缓存器519，而标记栈将被反射回第一光环行器；

第一光缓存器519，与第一带阻滤波器518连接，用于对光分组中的净荷进行全光缓存，并输出至第一耦合器520，一般使用光线延迟线或其它能够实现光信号延迟的器件实现。

第一分光器521，与第一光环行器517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520和第一时域解码器522；

第一耦合器520，与第一光缓存器519和第一分光器521分别相连，用于将标记栈和净荷耦合形成光分组，并输出至第一光交换单元526。

第一时域解码器522，与第一分光器521相连，用于对标记栈进行时域解码，将标记栈中所有标记的解码结果输出至第一限幅器523。标记栈中与第一时域解码器522匹配的标记将输出高强度的自相关值，不匹配的标记将输出低强度的互相关值。

第一限幅器523，与时域解码器522相连，用于对标记栈中所有标记的解码结果进行限幅处理，输出为高强度自相关值的标记将被保留，输出为低强度互相关值的标记将被消除；保留的标记将被输出至第一标记识别单元524。

第一标记识别单元524与第一限幅器523相连，其中可以包括至少一个频域解码器，在本实施例中，包括频域解码器1和频域解码器2，分别对应第一光交换单元526的输出1和输出2。输入的标记被分光到每个频域解码器进行相关运算，与标记匹配的频域解码器输出高强度的自相关值，与标记不匹配的频域解码器输出低强度的互相关值；频域解码器的输出值将发送到第一阈值判决单元525。

第一阈值判决单元525，与第一标记识别单元524相连，用于对频域解码结果进行阈值判决，并将阈值判决结果输出至第一光交换单元526。其中可以包括至少一个阈值判决器，在本实施例中，包括阈值判决器1和阈值判决器2，分别对应于频域解码器1和频域解码器2；高强度的自相关值经阈值判决器后输出为“1”，低强度的互相关值经阈值判决器后输出为“0”，并将输出值发送至第一光交换单元526。

第一光交换单元526，与第一阈值判决单元525相连，根据第一阈值判决单元525输出的判决结果控制光分组从与提取并恢复的光码标记对应的端口输出，即当与某个频域解码器对应的阈值判决器输出为“1”时，将光分组交换到与该频域解码器对应的输出端口。在本实施例中，光交换单元526包括输出端口1和输出端口2，输出端口1对应于频域解码器1，输出端口2对应于频域解码器2，若频域解码器1解码并经阈值判决器输出为“1”时，将光分组交换到输出端口1。

第二核心节点502中包括第二光环行器527、第二带阻滤波器528、第二光缓存器529、第二耦合器530、第二分光器531、第二时域解码器532、第二限幅器533、第二标记识别单元534、第二阈值判决单元435和第二光交换单元436；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对应的标识码为(0，1，6)，第二核心节点503对应的标识码为(0，2，9)，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，其中，第一标记生成部分用于编码第一核心节点502的光码标记1，第二标记生成部分用于编码第二核心节点503的光码标记2。当然，第一标记生成部分用于编码第二核心节点503的光码标记，第二标记生成部分用于编码第一核心节点502的光码标记也是可以的，可根据需要而定。编码后的光码标记和净荷通过第三耦合器515进行耦合，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，经第一带阻滤波器518后，光分组被分为净荷和标记栈两部分。净荷在第一光缓存器519中全光缓存。标记栈进入第一分光器521并被分成两路，一路输入第一时域解码522器进行解码。第一时域解码器522与光码标记1匹配，光码标记1输出高强度的自相关值，经第一限幅器523后被保留，光码标记1得到恢复，包含的频域码为(λ₁，λ₄，λ₇)；光码标记2与第一时域解码器522不匹配，输出低强度的互相关值，经过第一限幅器523后被消除。恢复的光码标记1与第一标记识别单元524的频域解码器1匹配输出高的自相关值，再经阈值判决器后输出为“1”；与频域解码器2不匹配输出低的互相关值，再经阈值判决器后输出为“0”。另外一路光码标记1与净荷耦合形成新的光分组输入到第一光交换单元526。经频域解码器1及阈值判决器后输出的“1”将控制第一光交换单元526将光分组交换至输出端口1，并进一步传输到第二核心节点503。在第二核心节点503中，同样地，标记2得到恢复并与频域解码器3匹配，指示第二光交换单元536将光分组交换至输出端口3，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，该光码标记由光正交码进行频域及时域两级编码生成，时域编码使用的码字用于指示路由路径中的不同核心节点，而频域编码使用的码字用于指示每个核心节点内的交换输出端口。光分组在传输中携带路由路径中需要的所有光码标记，核心节点通过时域解码从光分组携带的所有光码标记中取出与自身对应的光码标记，并进一步通过对取出的光码标记进行频域解码，确定将光分组交换到哪个输出端口输出，从而完成光分组的交换，由于在进行时域和频域解码时可以全部使用光学器件完成，因此实现了光分组的全光交换，并且在核心交换节点中无需进行复杂的标记替换操作，实现简单。

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 (13)

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频域编码，得到路由路径上各核心节点进行分组交换所需要的光码标记；

源边缘节点根据路由信息对所述光码标记进行时域编码；

将经时域编码的所有光码标记耦合形成标记栈，并将标记栈与所述净荷进行耦合，形成光分组并向核心节点发送；

接收到光分组的核心节点根据自身的标识码对该光分组中的标记进行时域解码，从标记栈中提取并恢复与其对应的光码标记；

核心节点对提取并恢复的光码标记进行频域解码；

核心节点根据频域解码结果控制所述光分组从与提取并恢复的光码标记对应的端口输出；

从所述端口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：

每个核心节点对应的标识码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；

所述源边缘节点根据路由信息进行频域编码包括：源边缘节点根据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进行频域编码；

所述源边缘节点根据路由信息进行时域编码包括：源边缘节点根据每个核心节点对应的标识码对所述光码标记进行时域编码。

3.如权利要求1所述的光分组全光交换方法，其特征在于，所述光码标记耦合为标记栈，以及标记栈与净荷耦合成光分组是同时进行的；其中，标记栈信号的波长范围在净荷所用波长范围之外。

4.如权利要求1所述的光分组全光交换方法，其特征在于，所述时域解码和频域解码使用光学相关算法。

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；根据路由信息进行频域编码，得到路由路径上各核心节点中进行分组交换所需要的光码标记；根据路由信息对光码标记进行时域编码；

该系统还包括耦合器，与源边缘节点相连，用于将生成的净荷和经时域编码的光码标记进行耦合，形成光分组并向核心节点发送；

所述核心节点，用于根据自身的标识码对接收到的光分组中的标记进行时域解码，从标记栈中提取并恢复与自身对应的光码标记；对提取并恢复的光码标记进行频域解码，根据频域解码结果控制光分组从与提取并恢复的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，所述耦合器集成于源边缘节点中。

7.如权利要求5或6所述的一种光分组全光交换系统，其特征在于，所述核心节点之间以及核心节点与边缘节点之间还包括光放大器，用于放大光分组信号。

8.一种边缘节点，其特征在于，该边缘节点包括：由激光器和激光调制器组成的净荷生成部分以及至少一组由宽带光源、调制器、频域编码器和时域编码器组成的标记生成部分；

其中标记生成部分包括：

宽带光源，用于产生光信号；

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；

频域编码器，与所述调制器相连，用于对调制后的光信号进行频域编码，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；

时域编码器，与频域编码器相连，用于对光码标记进行时域编码，使该标记对应的核心节点能从多个光码标记中将该标记提取出来；

净荷生成部分包括：

激光器，用于产生光信号，且产生的光信号波长在所述宽带光源产生的光信号的波长带宽范围之外；

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。

9.如权利要求8所述的边缘节点，其特征在于，该节点进一步包括：耦合器，与所述时域编码器和所述激光调制器连接，用于将所述净荷和经时域编码的光码标记进行耦合，形成光分组并向核心节点发送。

10.一种核心节点，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缓存器，而标记栈将被反射回光环行器；

光缓存器，与带阻滤波器连接，用于对光分组中的净荷进行全光缓存，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时域解码器；

耦合器，与光缓存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，并输出至交换单元；

时域解码器，与分光器相连，用于对标记栈进行时域解码，将标记栈中所有标记的解码结果输出至限幅器；

限幅器，与时域解码器相连，用于对标记栈中所有标记的解码结果进行限幅处理，保留输出为高强度自相关值的标记，消除输出为低强度互相关值的标记；保留的标记将被输出至标记识别单元；

标记识别单元，与限幅器相连，用于将输入的标记进行频域解码，并将频域解码结果发送到阈值判决单元；

阈值判决单元，与标记识别单元相连，用于对频域解码结果进行阈值判决，并将阈值判决结果输出至光交换单元；

光交换单元，与阈值判决单元相连，根据阈值判决单元输出的判决结果控制光分组从与提取并恢复的光码标记对应的端口输出。

11.如权利要求10所述的核心节点，其特征在于，所述标记识别单元包括至少一个相关解码器，每个相关解码器对应光交换单元的一个输出端口；所述阈值判决单元包括至少一个阈值判决器；所述阈值判决器与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。

12.如权利要求10或11所述的核心节点，其特征在于，所述光缓存器采用光纤延迟线或其它能够实现光信号延迟的器件实现。

13.如权利要求10或11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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