CN102299866B

CN102299866B - 基于光时分复用技术的光包交换方法及节点汇聚装置

Info

Publication number: CN102299866B
Application number: CN201110305848.1A
Authority: CN
Inventors: 黄�俊; 宛鹏飞; 盛春旭; 曹铮; 徐沛; 刘燕霞; 宁柏隆; 澎湖; 张际生
Original assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Current assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority date: 2011-10-11
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2031-10-11
Also published as: CN102299866A

Abstract

本发明请求保护一种基于光时分复用技术的光包交换方法及网络节点的汇聚装置，涉及光通信技术领域。本发明使用缓冲区对本地业务数据按照实时与非实时进行分类，利用帧选择组装调度器对数据包按照不同的组装调度机制进行处理与转发，通过与光波的组合，实现光包的交换，本发明保证时钟的同步与精确性，避免使用多种波长的光源进行传输，有效的解决了波长稳定性，同时减小光纤非线性的不利影响，降低了网络管理的复杂性，节约了网络成本。

Description

基于光时分复用技术的光包交换方法及节点汇聚装置

技术领域：

本发明涉及光通信技术中的光子系统领域，尤其涉及一种基于光时分复用（OTDM）技术的光包交换网络节点的汇聚模块结构，适用于光包交换网络。

背景技术

随着社会的发展和科技的进步，宽带视频、多媒体业务、基于IP的实时/准实时业务等新兴宽带数据业务的社会需求不断增长。高速全光通信网络已成为通信网络的发展趋势。在众多的网络技术实现方案中，基于光纤波分复用（WDM）的全光网络方案能提供高速、大容量的传输及处理能力、良好的透明性、波长路由特性、兼容性和可扩展性，可以在很长的时间内适应高速宽带业务的带宽需求，成为下一代高速甚至超高速宽带网络的首选。

目前，在光纤交叉连接（OXC）和光分插复用设备（OADM）上的交换是基于波长的光交换，业务上的交换由下层的电路由器完成，交换速率受到核心路由器背板速率和数量的制约，且结构复杂、设备的成本高，成为电子瓶颈。为了解决电子瓶颈限制问题，实现全光交换，近几年在光交换中引入了光分组交换技术。光分组交换的引入被看作是与电分组系统的竞争，光分组交换适应了带宽需求增长的要求。光分组网络能在WDM的基础上提供统一的技术，支持高流量的骨干交换机与路由器以及互联的链路，具有可升级和灵活性等新一代光网络所应具备的关键的技术指标。文献：

（H.J.S.Dorren,M.T.Hill,Y.Liu,N.Calabretta,A.Srivatsa,F.M.Huijskens and G.D.Khoe；“Optical packet switching and buffering by using all-optical signal processing methods”，JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,VOL.21,NO.1,JANUARY2003），公开了基于光时分复用（OTDM）技术的光包交换网络节点的结构。如图1所示。

图1交换节点装置中包括：解复用器Demultiplexer、时钟同步器Synchronization、缓冲区Buffering、交换矩阵Switching、复用器Multiplexer，通过时钟同步器Synch和缓冲器Buffer实现数据包在交换节点的同步，再通过交换矩阵交换后到达复用器完成汇聚功能。但由于该节点通过缓冲器仅实现数据包同步，以及通过交换矩阵进行交换，因此网络的灵活性较差，无法对数据包实现路由功能。为了解决这个问题，本发明提出了一种基于OTDM的光包交换节点的汇聚模块的结构，可以有效的降低网络管理难度，提高网络性能。

发明内容

本发明所要解决的技术方案在于针对现有技术的上述不足，提出一种基于光时分复用（OTDM）技术的光包交换网络节点的汇聚模块,降低对光波波长稳定性的要求,能够实现波长稳定性并与光包路由功能的有机结合，减小光纤的非线性影响，降低网络管理难度，提高网络性能。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提出一种基于光时分复用技术的光包交换网络节点汇聚装置，包括：时钟发生器、连续波激光器、包头生成器、光纤延时线、分光器、光调制器、光合波器、光放大器、波长和时分复用帧选择组装调度器、数据缓冲器，连续波激光器根据时钟发生器的同步控制输出光波经过分光器到达光延时线；本地业务数据包在数据缓冲器内按照实时与非实时进行分类后转发至波长和时分复用帧选择组装调度器中，添加上时间戳并按照不同的调度转发机制输出至光调制器；光调制器将附有时间戳的本地业务数据包与延时线输出的光波进行调制后输出到光合波器中，数据包头与不同时隙接收的光包进行合波操作，得到时分复用帧经光放大器后输出。与数据包进行调制的光波可为唯一光源发出的波长等长的光波。

时钟发生器控制连续波激光器发出连续光波，从而达到时钟同步，光波经过分光器到达光延时线，先检查光纤延时线的状态，确定各延时线的光波到对应光调制器的时间，确定该光波可以使用的时隙，然后检查经过波长和时分复用帧选择组装调度器的数据包到达光调制器的状态，找到可以使用的时隙，通过波长和时分复用帧选择组装调度器控制将数据包添加上发往光调制器的时间戳，同时按照不同的转发调度机制（如优先级、路由等）转发至光调制器。光调制器将光波与带有时间戳的数据包进行调制后得到光包发往光合波器。

本发明还提出一种基于光时分复用技术的光包交换方法，其特征在于，连续波激光器根据时钟发生器的同步信号控制输出光波经过分光器到达光纤延时线，分别送入一系列光调制器，本地业务数据包在数据缓冲器内按照实时与非实时进行分类后转发至波长和时分复用帧选择组装调度器中，添加上时间戳并按照QoS等级高低依次将数据包调制到不同的光波通道，输出至对应的光调制器；光调制器将附有时间戳的数据包与延时线输出的光波进行调制后输出到光合波器，光合波器将不同时隙接收的数据包与包头产生器输出的数据包头进行合波操作，得到时分复用帧经光放大器输出。

本发明使用时分复用（TDM）技术构成波长和时分复用帧选择组装调度器，按照不同的组装调度方式对数据包进行处理与转发，如按照优先级的不同、路由的不同等，数据通过与光波的组合，实现光包的交换，使用数据缓冲器、波长和时分复用帧选择组装调度器、连续波激光器和光合波器及分光器与光延时线组合，避免了使用多种波长的光源进行传输，提高了波长稳定性。

本发明将实现波长稳定性问题解决和光包路由功能有机的结合起来，同时减小光纤的非线性的不利影响，降低了网络管理的复杂性，节约了网络成本。

附图说明

如图1所示为基于光时分复用（OTDM）技术的光包交换网络节点结构

图2为本发明涉及的光包交换网络节点汇聚模块的结构示意图

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，以下结合附图对实施方式作进一步的描述。如图2所示，本发明光包交换节点汇聚模块包括时钟发生器、连续波激光器、包头生成器、光纤延时线、分光器、一系列光调制器、光合波器、光放大器、波长和时分复用帧选择组装调度器、数据缓冲器。

连续波激光器通过光纤与分光器相连，激光器产生的激光通过分光器分成多路后分别通过光纤延时线输入一系列光调制器，分光器输出端每路光纤与等长的光纤延时线相连，每个光纤延时线的输出端再分别连接光调制器，同时数据缓冲器的输出端与波长和时分复用帧选择组装调度器输入端连接，波长和时分复用帧选择组装调度器输出端再与一系列光调制器并联，各个光调制器的输出连接光合波器，光合波器输出的时分复用帧通过光放大器后将光包输出到目的节点。上述各部件之间均通过光纤连接。

为保证生成的光包的精确同步，连续激光器产生的对数据包进行调制的光波为唯一光源发出的光波，即该光波是由同一连续波激光器在时钟发生器的精确控制下发出的。时钟发生器与连续波激光器、波长和时分复用帧选择组装调度器连接，为其提供标准时钟输入，时钟发生器按照时钟同步的要求控制连续波激光器输出光波，光波经过分光器到达光延时线。

本地业务数据包到达本地节点后，数据包缓冲器根据业务类型确定是否是实时数据后，按照实时与非实时数据包进行分类后送入数据缓冲器内的不同缓冲队列。对实时数据所在的缓冲队列，根据数据的实时性要求、QoS等级预设一个时间段，依据QoS等级从高到底依次发送。若实时数据能在预设时间段内发送，数据包缓冲器将该实时数据发送到网络传输，否则将其丢弃。对非实时数据所在缓冲队列，按照队列中数据包排列的顺序进行转发。

波长和时分复用帧选择组装调度器根据光包的QoS等级将各个缓冲队列中的数据添加上时间戳后按照QoS等级高低依次进行调度转发，输出至光调制器，数据包在调制器中与等长波长的光波进行调制，光调制器将已经添加了时间戳的本地业务数据包调制到延时线输出的光波上，在光合波器中将包头与不同时隙接收的光包进行合波操作，输出时分复用帧。

这样可解决不同波长光源的波长稳定性问题，同时使得本地业务数据包能够按照不同的分类和组装调度机制进行传输，这样大大降低了网络管理复杂度。光合波器将时分复用帧输出至光放大器，由放大器输出至光包的目的节点。

以一个1根光纤的光包交换网络节点为例对本发明的实施作进一步说明，假设输入端光纤数目用F表示，即F＝1，如使用的是单一光源的连续波激光器发射的光波，故经分光器后每根光纤的波长相等，假设每根光纤中的波长数目N=4,用λ1、λ2、λ3、λ4表示每个波长通道，其中波长值λ1=λ2=λ3=λ4，分光器输出端分别与长度为L、2L、3L、4L长度（假设L为光纤延时线长度的基本单位）的光延时线相连。本地业务数据包到达本地节点后，数据缓冲器根据业务类型将实时数据包或非实时数据包分别送入不同缓冲队列，如实时数据包送入COS1队列，非实时数据包送入SOS N队列。波长和时分复用帧选择组装调度器根据数据光包的QoS等级将各个缓冲队列中的数据包添加上时间戳后按照QoS等级高低依次进行调度转发，将数据包调制到不同的光波通道λ1、λ2、λ3、λ4上，λ1、λ2、λ3、λ4形成的波长通道中的光纤延时线延时长度不同，调制后的光数据包通过光合波器合波后形成在时间上按时隙排列的光数据包进入网络传送，每个时隙包含一个光数据包，数据包按时隙可以进行路由和交换。包头生成器根据本地数据包的路由信息形成光域的路由信息，通过光合波器后与调制器送出的光包形成时分复用帧。光合波器的输出端与光放大器连接，光放大器将得到的时分复用帧输出至光包的目的节点。

本发明提出的光包交换网络节点的汇聚模块的结构应用通过光纤互联，可以构成各种形式的光网络结构，如光环网、光多环网和光网格网等，可以应用于骨干光网络、城域光网络和光接入网络中。

Claims

1.一种基于光时分复用技术的光包交换网络节点汇聚装置，包括：时钟发生器、连续波激光器、包头生成器、光纤延时线、分光器、光调制器、光合波器、光放大器、波长和时分复用帧选择组装调度器、数据缓冲器，其特征在于，连续波激光器根据时钟发生器的同步信号控制输出光波经过分光器到达光纤延时线，分别送入一系列光调制器，本地业务数据包在数据缓冲器内按照实时与非实时进行分类后转发至波长和时分复用帧选择组装调度器中，添加上时间戳并按照QoS等级高低依次将数据包调制到不同的光波通道，输出至对应的光调制器；光调制器将附有时间戳的数据包与光纤延时线输出的光波进行调制后输出到光合波器，光合波器将不同时隙接收的数据包与包头生成器输出的数据包头进行合波操作，得到时分复用帧经光放大器输出。

2.根据权利要求1所述的光包交换网络节点汇聚装置，其特征在于，与数据包进行调制的光波为唯一光源发出的波长等长的光波。

3.根据权利要求1所述的光包交换网络节点汇聚装置，其特征在于，波长和时分复用帧选择组装调度器调制后的光包通过光合波器合波后形成在时间上按时隙排列的光包进入网络传送，每个时隙包含一个光包。

4.一种基于光时分复用技术的光包交换方法，其特征在于，连续波激光器根据时钟发生器的同步信号控制输出光波经过分光器到达光纤延时线，分别送入一系列光调制器，本地业务数据包在数据缓冲器内按照实时与非实时进行分类后转发至波长和时分复用帧选择组装调度器中，添加上时间戳并按照QoS等级高低依次将数据包调制到不同的光波通道，输出至对应的光调制器；光调制器将附有时间戳的数据包与光纤延时线输出的光波进行调制后输出到光合波器，光合波器将不同时隙接收的数据包与包头生成器输出的数据包头进行合波操作，得到时分复用帧经光放大器输出。

5.根据权利要求4所述的光包交换方法，其特征在于，与数据包进行调制的光波为唯一光源发出的波长等长的光波。

6.根据权利要求4所述的光包交换方法，其特征在于，波长和时分复用帧选择组装调度器调制后的光包通过光合波器合波后形成在时间上按时隙排列的光包进入网络传送，每个时隙包含一个光包。

7.根据权利要求4所述的光包交换方法，其特征在于，对实时数据所在的缓冲队列，根据数据的实时性要求、QoS等级预设一个时间段，依据QoS等级从高到低依次发送，若实时数据能在预设时间段内发送，数据包缓冲器将该实时数据发送到网络传输，否则将其丢弃；对非实时数据所在缓冲队列，按照队列中数据包排列的顺序进行转发。