CN102291634A - 一种光分组交换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光分组交换装置，包括多个输入端口平面、多个端口交换平面、多个输出端口平面以及变换控制单元和多个竞争检测单元。当两个或两个以上具有相同光标签编码的光分组到达光分组交换装置后，由于这些光分组具有相同的光标签编码，都会交换到光分组交换装置的同一输出端口，这样便存在波长竞争，竞争检测单元将波长竞争信息反馈到交换控制单元。交换控制单元产生波长变换控制信号，使产生竞争光分组中的一路或多路的对应端口交换平面中接通的光开关同时进行波长变换，使这些输出到同一输出端口的光分组具有不同的波长，以避免波长竞争情况的发生。本发明的光分组交换装置，不依赖缓存器，且自行检测处理波长竞争并进行处理，因此，能够更加灵活地处理波长竞争问题。
Description
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种光分组交换装置。
背景技术
近年来，以互联网协议(IP)为基础的互联网业务，如远程教育、视频点播及高清晰电视持续增长，不但对现有网络的带宽容量提出了越来越高的要求，而且也导致了电信业务中以语音为主的电路交换业务向以数据为主的分组交换业务转移。由数据业务所引起的带宽需求快速增长，从而使电信网络从对语音业务最优网络向以IP业务为主的网络转移。
在这种情况下，传统的带有光电转换功能的电子交换和路由器将越来越显露出其功能上和成本上的缺陷。电子器件的处理速度将难以跟上光信息的传输速率。在关键的动态光交换/路由环节上，高比特率光子信息和数据必须通过光电转化器件被分解成低比特率数据，这不仅将导致器件和通信成本的增加，降低网络的传输效率和可靠性，甚至将有可能发生大容量光通信传输网络的路由堵塞和瘫痪。
为了解决电子瓶颈限制问题，研究人员开始在交换系统中引入光子技术，实现全光交换。因此光交叉连接(OXC)和光分插复用(OADM)设备成为建设大容量通信干线网络的主要设备。OXC及OADM网络节点是WDM全光网的核心技术，能够对多波长的光信号进行交叉连接，具有透明的传输格式和比特率，交叉连接容量大，交叉连接速率和接入速率范围宽，无需进行时钟同步和开销处理，监控维护参数少，没有光电转换，避免了电子信号造成的瓶颈。
OXC由光交叉连接矩阵、输入接口、输出接口、管理控制单元及其分插复用等部分组成。输入接口、输出接口直接与光纤链路相连，分别对输入/输出信号进行适配、放大，管理控制单元通过编程对光交叉连接矩阵和输入接口模块进行检测和控制，检测的内容包括：输入/输出信号的丢失，输出信号的劣化、激光器性能的劣化，激光器失效、OXC内部的运行状态等；控制的内容包括：交叉连接控制，主/备保护倒换等。光交换矩阵是OXC的核心部件，负责对光信号进行交叉连接，要求其无阻赛，低延时，宽带宽和高可靠性，并且具有单向，双向和广播形式的连接功能，因此，设计性能优良的光交换矩阵对于设计低串扰，高信噪比以及阻塞特性优良的光交叉节点是非常关键的。
在文献[Eramo，V.；Germoni，A.；Cianfrani，A.；Lo Buono，F.；“PerformanceEvaluation of a QoS Technique for Bufferless Optical Packet Switches”，TransparentOptical Networks，2009.ICTON 09.11th International Conference on June 282009-July 2 2009]中作者提出一种无缓存的光分组交换结构。虽然该结构能减少对光缓存器的依赖，但该光分组交换结构还保留有单独的竞争解决模块，这使得光分组交换结构在处理竞争问题时不够灵活，没有充分体现光分组交换的优势。
在2010年12月22日授权公告，公告号为CN101437178B，名称为“基于光码分复用的光分组交换结构”发明中，公布了一种光分组交换装置，但该专利没有竞争处理机制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种光分组交换装置，不依赖缓存器，且能够更加灵活地处理波长竞争问题。
为实现上述发明，本发明光分组交换装置，包括：
多个输入端口平面，输入端口平面由光分支器，多个光解码器，光开关和多个光编码器组成，基于光码分复用的光分组交换结构的各输入端口分别连接一个输入端口平面的光分支器，光分支器的输出端分别连接该输入端口平面的各光解码器的输入端，各光解码器的输出端分别连接该输入端口平面的光开关的输入端，光开关可以根据依据标签转发表产生的控制信号进行交换，光开关的输出端连接该输入端口平面的各光编码器的输入端，各光编码器的输出端构成该输入端口平面的输出端；光分组交换装置的各输入端口输入的光分组输入到各自的输入端口平面的光分支器，光分支器将光分组广播到该输入端口平面的各光解码器中，与输入光分组标签匹配的光解码器的输出端恢复出原净荷信号，并经依据标签转发表产生的控制信号进行交换的该输入端口平面的光开关交换，将恢复出的净荷信号输入到该输入端口平面的某光编码器附加上新光标签，得到标签更新后的光分组；
多个端口交换平面，每个端口交换平面多个输入端口分别连接多个输入端口平面中的具有相同编码的光编码器的输出端；依据光分组标签，查找标签转发表产生的开关控制信号对对应的端口交换平面中的光开关进行控制，使其接通或关断，使将输入端口平面输出的标签更新后的光分组交换到光分组标签对应的端口
多个输出端口平面，每个输出端口平面为一个光耦合器，每一个光耦合器的输入端口分别与多个端口交换平面连接，用于将不同端口交换平面输出的具有相同光标签的光分组耦合后从输出端口输出；
其特征在于，还包括：一变换控制单元、多个竞争检测单元；
每个竞争检测单元与各个输入端口平面相同光解码器连接，用于检测各个输入端口输入的光分组，如果存在两个或两个以上具有相同光标签编码的光分组，其也波长相同，则存在波长竞争，并将波长竞争信息反馈到交换控制单元；
当出现波长竞争时，交换控制单元产生波长变换控制信号，使产生竞争光分组中的一路或多路的对应端口交换平面中接通的光开关同时进行波长变换，使这些输出到同一输出端口的光分组具有不同的波长，以避免波长竞争情况的发生。
本发明的发明目的是这样实现的：
当两个或两个以上具有相同光标签编码的光分组到达光分组交换装置后，由不同的输入端口输入到不同的输入端口平面，每个光分组在各自的输入端口平面经光分支器广播到各光解码器中，与输入光分组标签匹配，即标签携带的路由信息相同的光解码器的输出端恢复出原净荷信号，经依据标签转发表产生的开关控制信号对该输入端口平面的光开关进行交换，将恢复出的净荷信号输入到该输入端口平面的某光编码器附加上新光标签，得到标签更新后的光分组；由于这些光分组具有相同的光标签编码，它们都由不同的输入端口平面的相同光解码器恢复出原净荷信号，与这些相同光解码器相连的竞争检测单元将检测恢复的净荷的波长，如果存在两个或两个以上具有相同光标签编码的光分组，其也波长相同，由于具有相同光标签编码的光分组都会交换到光分组交换装置的同一输出端口，这样便存在波长竞争，竞争检测单元将波长竞争信息反馈到交换控制单元。
经过标签更新后的光分组经过各自的端口交换平面交换到与光标签编码对应的同一输出端口平面，然后从同一输出端口输出。此时，如果存在两个或两个以上具有相同光标签编码的光分组，其也波长相同，则当出现波长竞争时，交换控制单元产生波长变换控制信号，使产生竞争光分组中的一路或多路的对应端口交换平面中接通的光开关同时进行波长变换，使这些输出到同一输出端口的光分组具有不同的波长，以避免波长竞争情况的发生。
本发明的光分组交换装置，不依赖缓存器，且自行检测处理波长竞争并进行处理，因此，能够更加灵活地处理波长竞争问题。
附图说明
图1是本发明光分组交换装置一具体实施结构图；
图2是本发明光分组交换装置中端口交换平面的一具体实施方式结构图；
图3是本发明光分组交换装置中端口交换平面的另一具体实施方式结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
图1是本发明光分组交换装置一具体实施结构图；
在本实施例中，如图1所示，本发明光分组交换装置包括由N个输入端口平面组成的输入端口级，M个端口交换平面组成的端口交换级，N个输出端口平面组成输出端口级。
在本实施例中，本发明光分组交换装置各输入端口1～N分别依次连接一个输入端口平面1～N，具体来讲，连接到输入端口平面1～N的各自的1×M光分支器输入端。
每个输入端口平面都由一1×M(M为光码字的数目)光分支器，M个光解码器，一M×M光开关和M个光编码器组成。1×M光分支器的输出端分别连接不同光码字的光解码器1，2，...，M的输入端，光解码器1，2，...，M的输出端分别连接M×M光开关的输入端，M×M光开关的输出端连接不同光码字的光编码器1，2，...，M的输入端，光编码器1，2，...，M的输出端构成输入端口平面的输出端。根据依据标签转发表产生的控制信号11～1N配置好M×M光开关的端口连接状态，实现不同光码字的光解码器1，2，...，M与不同光码字的光编码器1，2，...，M的连接。
当带有某标签，即进行了某光码字编码的光分组从一输入端口进入到输入端口平面后，经过光分支器，将光分组信号分配到各光解码器，与光分组标签匹配的光解码器将恢复出原光净荷信号，即实现了旧光标签的擦除，而不匹配的光解码器则将输入的光分组信号转化为噪声信号；恢复出的光净荷信号经过M×M光开关，被输入到某光编码器，经该光编码器进行某光码字的编码，即为光净荷附加上了光标签，也就实现了光标签的更新功能。
如图1所示，本发明光分组交换装置还包括一交换控制单元、M个竞争检测单元。每个竞争检测单元与各个输入端口平面相同光解码器连接，即竞争检测单元1各个输入端口平面的相同光解码器，即光解码器1相连接，竞争检测单元2各个输入端口平面的相同光解码器，即光解码器2相连接，以此类推。竞争检测单元用于检测各个输入端口输入的光分组，如果存在两个或两个以上具有相同光标签编码的光分组，其也波长相同，则存在波长竞争，并将波长竞争信息反馈到交换控制单元。具体来讲，竞争检测单元将检测恢复的净荷的波长，如竞争检测单元1检测到两个或两个以上恢复的净荷的波长相同，则存在波长竞争，将波长竞争信息，即这些产生竞争的光分组的端口以及光解码器信息反馈到交换控制单元。
每个端口交换平面由N×N个光开关构成。光开关可以根据依据标签转发表产生的开关控制信号进行开关，输入端口平面1～N的输出端连接端口交换平面1，2，…，M的输入端，即输入端口平面的一个光编码器1，2，…，M的输出端分别连接N×N个光开关组成的端口交换平面，这样一个输入端口平面的输出端分别连接了M个N×N个光开关组成的端口交换平面。在本实施例中，各输入端口平面1～N相同编码器的输出连接到同一个端口交换平面。N×N个光开关的输出端构成端口交换平面的输出端。
根据依据标签转发表产生的开关控制信号21～2M配置N×N个光开关的端口连接状态，实现将光分组交换到正确的输出端口。在N×N个光开关上交换的都是相同光码字编码的光分组信号。
每个输出端口平面由一个M×1光耦合器构成。端口交换平面的输出端连接输出端口平面的输入端，即N×N个光开关的输出端连接M×1光耦合器的输入端。在本实施例中，各端口交换平面中相同编号的输出端口连接到同一个输出端口平面，即M×1光耦合器上。M×1光耦合器的输出端作为输出端口平面的输出端口1～N，也是光分组交换装置的输出端，实现将来自不同端口交换平面的光分组信号耦合后输出。
如图1所示，交换控制单元接收到来自竞争检测单元1～M的波长竞争信息，当出现波长竞争时，交换控制单元产生波长变换控制信号，使产生竞争光分组中的一路或多路的对应端口交换平面中接通的光开关同时进行波长变换，使这些输出到同一输出端口的光分组具有不同的波长，以避免波长竞争情况的发生。
图2是本发明光分组交换装置中端口交换平面的一具体实施方式结构图
在本实施例中，如图2所示，端口交换平面由基于SOA(半导体光纤放大器)中XGM(交叉增益调制)效应的N×N个光开关构成，端口交换平面每个输入端口通过N个光开关与端口交换平面的N个输出端口，通过控制每个端口交换平面的开关控制信号可以是这N个光开关中的一个接通，使一个输入端口的光分组交换到端口交换平面的任意输出端口。
每个光开关由一个半导体光纤放大器SOA和一个光带通滤波器BPF组成。开关控制信号为半导体光纤放大器SOA的驱动电流信号，波长变换控制信号为泵浦信号。
为了方便说明，以2×2基于SOA中XGM效应的光开关为例进行说明。如图3所示，端口交换平面的两个输入端口1、2分别输入光分组即光分组1和光分组2，开关控制信号根据光标签中携带的路由信息以及波长竞争反馈信息来驱动半导体光纤放大器SOA1～SOA4实现开关功能以及波长变换功能。驱动电流信号通过对半导体光放大器SOA1～SOA4的驱动电流控制，实现光开关的通断功能。有驱动电流注入时，SOA处于“开”状态，反之，无驱动电流时，SOA处于“关”状态。泵浦信号用于控制SOA实现波长变换功能，当泵浦信号为高时，泵浦信号和输入信号同时进入SOA中，由于SOA中载流子密度迅速增大，放大器的增益很快饱和，此时SOA会将输入信号中携带的信息转化到泵浦信号中，从而实现波长变化功能。当泵浦信号为低时，则不执行波长变化功能。另外，在每个SOA的输出端需要一个光带通滤波器(BPF)用于去除泵浦光与输入信号之间的串扰。
例如，当无竞争产生时，输入端口1中的光分组需要从输出端口2中输出，输入端口2中的光分组需要从输出端口1中输出，则此时驱动电流信号2和驱动电流信号3为高，驱动电流信号1和驱动电流信号4为低，即SOA1和SOA4中无驱动电流，SOA2和SOA3中有驱动电流，即SOA1和SOA4处于“关”状态，SOA2和SOA3处于“开”状态，同时泵浦信号1～泵浦信号4都为低，即不执行波长变换功能。当竞争检测单元检测到波长竞争时，并需要将输入信号2中的信号进行波长变换并且从输出端口2中输出，同时输入端口1中的信息无竞争产生并且需要从输入端口1中输出时，则此时驱动电流信号2和驱动电流信号3为低，驱动电流信号1和驱动电流信号4为高，即SOA1和SOA4中有驱动电流，SOA2和SOA3中无驱动电流，即SOA1和SOA4处于“开”状态，SOA2和SOA3处于“关”状态，同时泵浦信号1～泵浦信号3都为低，即不执行波长变换功能，泵浦信号4为高，执行波长变换功能，将产生竞争的输入信号转换到空闲的波长上进行传输。从SOA中输出的波长信息将通过光带通滤波器(BPF)用于去除泵浦光与输入信号之间的串扰。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (2)
1.一种光分组交换装置，包括：
多个输入端口平面，输入端口平面由光分支器，多个光解码器，光开关和多个光编码器组成，基于光码分复用的光分组交换结构的各输入端口分别连接一个输入端口平面的光分支器，光分支器的输出端分别连接该输入端口平面的各光解码器的输入端，各光解码器的输出端分别连接该输入端口平面的光开关的输入端，光开关可以根据依据标签转发表产生的控制信号进行交换，光开关的输出端连接该输入端口平面的各光编码器的输入端，各光编码器的输出端构成该输入端口平面的输出端；光分组交换装置的各输入端口输入的光分组输入到各自的输入端口平面的光分支器，光分支器将光分组广播到该输入端口平面的各光解码器中，与输入光分组标签匹配的光解码器的输出端恢复出原净荷信号，并经依据标签转发表产生的控制信号进行交换的该输入端口平面的光开关交换，将恢复出的净荷信号输入到该输入端口平面的某光编码器附加上新光标签，得到标签更新后的光分组；
多个端口交换平面，每个端口交换平面多个输入端口分别连接多个输入端口平面中的具有相同编码的光编码器的输出端；依据光分组标签，查找标签转发表产生的开关控制信号对对应的端口交换平面中的光开关进行控制，使其接通或关断，使将输入端口平面输出的标签更新后的光分组交换到光分组标签对应的端口
多个输出端口平面，每个输出端口平面为一个光耦合器，每一个光耦合器的输入端口分别与多个端口交换平面连接，用于将不同端口交换平面输出的具有相同光标签的光分组耦合后从输出端口输出；
其特征在于，还包括：一变换控制单元、多个竞争检测单元；
每个竞争检测单元与各个输入端口平面相同光解码器连接，用于检测各个输入端口输入的光分组，如果存在两个或两个以上具有相同光标签编码的光分组，其也波长相同，则存在波长竞争，并将波长竞争信息反馈到交换控制单元；
当出现波长竞争时，交换控制单元产生波长变换控制信号，使产生竞争光分组中的一路或多路的对应端口交换平面中接通的光开关同时进行波长变换，使这些输出到同一输出端口的光分组具有不同的波长，以避免波长竞争情况的发生。
2.根据权利要求1所述的光分组交换装置，其特征在于，所述的端口交换平面中，每个输入端口通过N个光开关与端口交换平面的N个输出端口，通过控制每个端口交换平面的开关控制信号使这N个光开关中的一个接通，使一个输入端口的光分组交换到端口交换平面的任意输出端口；
端口交换平面中的光开关由一个半导体光纤放大器和一个光带通滤波器组成；开关控制信号为半导体光纤放大器的驱动电流信号，有驱动电流信号表示开，接通半导体光纤放大器，无驱动电流信号表示关，关断半导体光纤放大器；波长变换控制信号为泵浦信号，有泵浦信号进行波长变换，无泵浦信号不进行波长变换。
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