CN102333250A - 实现光片上网络共享路径传输的低阻塞通信方法及路由器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种实现光片上网络共享路径传输的低阻塞通信方法及路由器，主要解决现有光片上网络Mesh结构中使用单一波长通信，网络阻塞严重的问题，本发明的路由器包括光波导，宽带微环谐振器和窄带微环谐振器组，用于构建片上网络的光传输网络，其通信方法是利用波分复用技术实现多对通信节点共享路径传输，并利用原有电控制网络执行路径共享的判定和波长的分配，当建链分组因输出端口锁定而阻塞时，将执行路径共享判定并为能共享路径的建链分组分配可用波长，然后继续转发该建链分组，最终由多个数据分组使用不同通信波长进行共享光路径传输。本发明能够有效支持片上网络Mesh结构实现多波长通信，降低网络阻塞，减小网络开销，提高网络性能。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及片上光互连网络(Optical-Network-On-Chip)通信系统中的低阻塞通信方法及路由器，用于确定IP核之间的通信方式及光通信网络的构建。
背景技术
随着超大规模集成电路工艺的发展，电子元件的尺寸将进一步缩小，同时芯片的工作频率会提升至G赫兹甚至更高。此时，片上网络采用的传统电互连构架会出现明显的技术瓶颈诸如寄生效应，电磁干扰，信号时延等，这些问题会严重限制片上电互连网络的工作带宽。同时，电互连构架的能耗也成为研究人员关注的焦点问题。与电互连技术相比，在片上网络引入光互连技术能够有效解决带宽、时延以及能耗等技术瓶颈。近年来随着纳米光技术的发展，与COMS兼容的光发射器，调制器，探测器取得了突破性进展，这使片上网络的光互连具有较高的技术可行性。尤其是基于绝缘硅的微环谐振器布局紧凑，开关时延极小，损耗和功耗较低，成为设计片上网络的光传输层路由器的主流器件。
由于复杂的光逻辑技术和光缓存技术尚未成熟，目前片上网络光互连架构所采用的交换方式多为光电路交换，其不利因素在于带宽的利用率较低，随着源节点注入率的增加，网络阻塞会比较严重。尤其在目前片上网络领域广泛使用的Mesh网络构架中，由于光路由器仅使用单波长通信，建链分组在预约光路径的过程中一旦发现输出端口占用，只能阻塞在当前节点等待端口释放，但该分组所预约的前一段链路并未释放。因此，在Mesh网络中，单一节点的阻塞可能会影响到其他节点的通信。
通过波分复用技术可实现多路片上光信号共享路径传输，有效解决Mesh网络的阻塞问题，但目前缺乏有效的通信方法和路由器支持Mesh网络实现共享路径的多波长通信。M.Briere等人在文章“System level assessment of an optical NoC inMPSoC”(Automation and Test in Europe Conference，2007)中提出一种支持多波长通信的路由器λ-router，若使用该路由器构建Mesh网络的光传输网络，则需要在每个路由节点额外设置波长转换器以保证片上光信号沿正确路径传输，同时需要设计复杂的调度算法和控制机制以避免波长冲突，这会增加片上网络的成本开销，控制开销和网络能耗。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种实现光片上网络共享路径传输的低阻塞通信方法及路由器，以解决光片上网络Mesh结构中光链路利用率较低，网络阻塞严重的问题，保证网络的开销和能耗较低，提高网络的吞吐和性能。
为实现上述目的，本发明的通信方法，包括如下步骤：
(1)将路由器的本地输入输出端口通过网络接口与IP核相连，将该路由器的东向、西向、南向和北向输入输出端口分别与相邻的路由器相连，以建立光传输网络；
(2)在电控制网络和光传输网络中，分别建立二维坐标系并根据电控制网络的二维坐标确定当前通信源节点位置(xsj，ysj)和目的节点位置(xdj，ydj)；
(3)源节点产生建链分组，该建链分组携带源节点、目的节点的位置信息，建链分组序号及初始分配的通信波长序号，通过电控制网络向目的节点传输，并在传输过程中预约沿途路径和标记通信波长；
(4)电控制网络的中间节点采用维序路由算法计算建链分组的输出端口，该输出端口为当前建链分组的申请端口，查询该端口是否锁定：若端口已经锁定，执行步骤(5)；否则，中间节点锁定端口，记录该锁定端口建链分组的路径信息，发送建链分组；
(5)判定路径共享
5a)读取中间节点记录中锁定端口建链分组的路径信息，其源节点和目的节点位置分别为(xsi，ysi)和(xdi，ydi)；
5b)若锁定端口的建链分组仅沿电控制网络X维方向传播，执行步骤5c)；若锁定端口的建链分组仅沿电控制网络Y维方向传播，执行步骤5d)；否则，执行步骤5e)；
5c)若锁定端口建链分组的目的节点(xdi，ydi)在申请端口建链分组的传播路径上，则申请端口的建链分组能共享路径，执行步骤(6)；否则，执行步骤(7)；
5d)若锁定端口建链分组的源节点(xsi，ysi)在申请端口建链分组的传播路径上，则申请端口的建链分组能共享路径，执行步骤(6)；否则，执行步骤(7)；
5e)若申请端口建链分组的目的节点与锁定端口建链分组的目的节点X维坐标相同，执行步骤5f)；否则，执行步骤5h)；
5f)若申请端口建链分组的源节点与锁定端口建链分组的源节点Y维坐标相同，执行步骤5g)；否则，执行步骤5h)；
5g)若申请端口的建链分组与锁定端口的建链分组沿电控制网络X维和Y维的传播方向一致，则申请端口的建链分组能共享路径，执行步骤(6)；否则，执行步骤5h)；
5h)若申请端口的建链分组仅沿电控制网络X维方向传播，且目的节点(xdj，ydj)在锁定端口建链分组的传播路径上，则申请端口的建链分组能共享路径，执行步骤(6)；否则，执行步骤5i)；
5i)若申请端口的建链分组仅沿电控制网络Y维方向传播，且源节点(xsj，ysj)在锁定端口建链分组的传播路径上，则申请端口的建链分组能共享路径，执行步骤(6)；否则，执行步骤(7)；
(6)在共享路径条件下，对申请端口的建链分组进行处理；
(7)将申请端口的建链分组缓存在中间节点等待输出端口解锁；
(8)判断建链分组是否到达目的节点，若建链分组未到达目的节点，返回步骤(4)；若建链分组到达目的节点，执行步骤(9)；
(9)目的节点接收建链分组，将建链分组携带的通信波长序号，建链分组序号，源节点和目的节点的位置信息写入响应分组，将响应分组通过电控制网络发回源节点；
(10)判断响应分组是否到达源节点，若响应分组未到达源节点，则中间节点对响应分组进行处理以避免光路径波长冲突，若响应分组到达源节点，执行步骤(11)；
(11)源节点接收响应分组，检查响应分组携带的通信波长序号和建链分组序号，从本地数据分组队列中提取数据分组，根据通信波长序号使用相应的波长通过光传输网络发送数据分组，然后产生拆链分组，该拆链分组携带建链分组序号、源节点和目的节点的位置信息，通过电控制网络发往目的节点，数据分组通过光传输网络到达目的节点；
(12)判断拆链分组是否到达目的节点，若拆链分组到达目的节点，则销毁该拆链分组，通信过程完成；若拆链分组未到达目的节点，中间节点根据拆链分组携带的建链分组序号释放通信波长并对输出端口进行标记，然后继续向目的节点转发该拆链分组。
为实现上述目的，本发明的路由器包括8根光波导，8个宽带微环谐振器和8个窄带微环谐振器组，所述光波导用于实现片上光信号的传输，所述宽带微环谐振器和窄带微环谐振器组用于实现片上光信号的转向，其特征在于：
光波导包括两根水平方向的U形光波导201和202，六根L形光波导203、204、226、227、228、229和一根弯曲光波导213，该弯曲波导包括6个90度拐点和1个180度拐点；
水平方向的两根U形光波导201和202与竖直方向的两根L形光波导203和204十字交叉布局，形成第一组8个交叉点205，206，207，208，209，210，211和212，该第一组交叉点中交叉点210和交叉点211的一侧各设有一个宽带微环谐振器，交叉点209和交叉点212的两侧各设有一个宽带微环谐振器；L形光波导204与U形光波导201在右上角相互平行的间隔内设有一个宽带微环谐振器，L形光波导203与U形光波导202在左下角相互平行的间隔内设有一个宽带微环谐振器；
弯曲光波导213水平设置并与水平方向的一根U形光波导202及竖直方向的两根L形光波导203和204交叉，形成第二组3个交叉点223，224和225，该弯曲光波导被7个拐点分为8段光波导，其中，第1段光波导与U形光波导202平行，第4段光波导与L形光波导204平行，第6段光波导与L形光波导203平行，第8段光波导与U形光波导201平行，在这些光波导的平行间隔内各设有一个窄带微环谐振器组；
L形光波导226平行设置在U形光波导201的左端点位置，L形光波导227平行设置在U形光波导202的右端点位置，L形光波导228平行设置在L形光波导204的上端点位置，L形光波导229平行设置在L形光波导203的下端点位置，在这些光波导的平行间隔内各设有一个窄带微环谐振器组。
所述两根水平方向的U形光波导201和202的左端点构成西向输入输出端口，右端点构成东向输入输出端口；该西向输入输出端口和东向输入输出端口分别与相邻路由器相连。
所述两根竖直方向的L形波导203和204的上端点构成北向输入输出端口，下端点构成南向输入输出端口；该北向输入输出端口和南向输入输出端口分别与相邻路由器相连。
所述弯曲波导213的左端点构成本地输入端口；所述L形光波导226的左端点、L形光波导227的右端点、L形光波导228的上端点和L形光波导229的下端点共同构成本地输出端口，该本地输入端口和本地输出端口通过网络接口与IP核相连。
所述宽带微环谐振器工作于多波长模式，当宽带微环谐振器处于开通状态时，其谐振波长为集合{λ1，λ2...λn}；所述窄带微环谐振器组包括n个窄带微环，n为整数，每个窄带微环工作于单波长模式，且处于开通状态时的谐振波长分别为λ1，λ2...λn。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1)本发明由于采用了共享路径传输的通信方法，克服了传统片上网络Mesh结构采用单一波长通信，网络阻塞较大，链路利用率较低的问题。
2)本发明由于采用了原有电控制网络执行路径共享和波长分配策略，克服了多波长路由中控制逻辑和调度算法复杂，实际实现比较困难的问题，最大限度减小了控制开销。
3)本发明由于采用了宽带微环谐振器和窄带微环谐振器组构建多波长路由器，克服了传统多波长路由器无法有效支持Mesh网络结构共享路径传输的问题。
4)本发明由于采用了在波导相平行的间隔内设置窄带微环谐振器组，克服了传统多波长路由器波导交叉较多，片上光信号传输时插入损耗和能耗较大的问题。
附图说明
图1是本发明实现光片上网络共享路径传输低阻塞通信方法的流程图；
图2是本发明实现光片上网络共享路径传输的路由器结构示意图；
图3是本发明路由器中片上光信号组传输路径示意图；
图4是本发明路由器中位于光波导交叉点位置的宽带微环谐振器工作原理图；
图5是本发明路由器中位于光波导平行间隔位置的宽带微环谐振器工作原理图；
图6是本发明的路由器中窄带微环谐振器组工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
参照图1，本发明实现光片上网络共享路径传输的低阻塞通信方法，包括如下步骤：
步骤1，建立光传输网络，将路由器的本地输入输出端口通过网络接口与IP核相连，东向、西向、北向和南向的输入输出端口分别与相邻的路由器相连。
步骤2，建立坐标系
2a)在电控制网络中，以左下角为原点，水平向右为X维正方向，竖直向上为Y维正方向，建立二维坐标系XY，其坐标值为(x，y)；根据该二维坐标系确定当前通信原点的位置(xsj，ysj)和目的节点的位置(xdj，ydj)；
2b)在光传输网络中，以左下角为原点，水平向右为X′维正方向，竖直向上为Y′正方向，建立二维坐标系X′Y′，其坐标值为(x′，y′)。
步骤3，源节点产生建链分组，该建链分组携带源节点和目的节点的位置信息，建链分组序号及初始分配的通信波长序号，通过电控制网络向目的节点传输，并在传输过程中预约沿途路径和标记通信波长。
步骤4，电控制网络的中间节点采用维序路由算法计算建链分组的输出端口，该输出端口为建链分组的申请端口，查询该端口是否锁定：若端口已经锁定，执行步骤5；否则，中间节点锁定端口，记录锁定端口建链分组的路径信息，发送建链分组；其中所述维序路由算法是片上网络常用的路由算法，该路由算法具有容易实现，简单，无活锁和死锁的优点，在该路由算法中，分组首先沿电控制网络X维进行路由，直到到达与目的节点在同一列的节点位置，然后该分组沿电控制网络Y维路由到目的节点；其中所述路径信息包括建链分组序号，建链分组源节点和目的节点位置信息，建链分组携带的通信波长信息，建链分组的输入端口和输出端口信息。
步骤5，判定路径共享
5a)读取中间节点记录中锁定端口建链分组的路径信息，其源节点和目的节点位置分别为(xsi，ysi)和(xdi，ydi)；
5b)若锁定端口的建链分组仅沿电控制网络X维方向传播，执行步骤5c)；若锁定端口的建链分组仅沿电控制网络Y维方向传播，执行步骤5d)；否则，执行步骤5e)；
5c)若锁定端口建链分组的目的节点(xdi，ydi)在申请端口建链分组的传播路径上，则申请端口建链分组能共享路径，执行步骤6；否则，执行步骤7；其中，所述建链分组的传播路径是建链分组在电控制网络中从源节点到目的节点所经过的所有链路和中间节点，若一个节点是该建链分组传播所经过的中间节点，则该节点在该建链分组的传播路径上；
5d)若锁定端口建链分组的源节点(xsi，ysi)在申请端口建链分组的传播路径上，则申请端口的建链分组能共享路径，执行步骤6；否则执行步骤7；
5e)若申请端口建链分组的目的节点与锁定端口建链分组的目的节点X维坐标相同，执行步骤5f)；否则，执行步骤5h)；
5f)若申请端口建链分组的源节点与锁定端口建链分组的源节点Y维坐标相同，执行步骤5g)；否则，执行步骤5h)；
5g)若申请端口建链分组与锁定端口建链分组沿电控制网络X维和Y维的传播方向一致，则申请端口建链分组能共享路径，执行步骤6；否则，执行步骤5h)；
5h)若申请端口的建链分组仅沿电控制网络X维方向传播，且目的节点(xdj，ydj)在锁定端口建链分组的传播路径上，则申请端口的建链分组能共享路径，执行步骤6；否则，执行步骤5i)；
5i)若申请端口的建链分组仅沿电控制网络Y维方向传播，且源节点(xsj，ysj)在锁定端口建链分组的传播路径上，则申请端口的建链分组能共享路径，执行步骤6；否则，执行步骤7；
步骤6，在共享路径条件下，对申请端口的建链分组进行处理：
6a)根据申请端口检查中间节点记录的建链分组通信波长，若所有通信波长均标记占用，则执行步骤7；否则，执行步骤6b)；
6b)检查申请端口的建链分组所携带通信波长序号是否为可用通信波长，若是，则标记该通信波长占用，记录建链分组的路径信息，执行步骤6c)；否则，随机为申请端口的建链分组分配可用通信波长并标记该波长占用，记录该建链分组的路径信息，改写该建链分组携带的通信波长序号，执行步骤6c)；其中，所述的可用通信波长是记录中未标记占用的通信波长；
6c)检查锁定端口的建链分组是否仅沿电控制网络X维方向或Y维方向传播，若是，则将锁定端口建链分组的路径信息改写为申请端口建链分组的路径信息，发送申请端口的建链分组；否则，仅发送申请端口的建链分组。
步骤7，将申请端口的建链分组缓存在中间节点等待输出端口解锁。
步骤8，比较建链分组所携带的目的节点位置坐标和该建链分组所到达节点的位置坐标，若位置坐标不同，则建链分组未到达目的节点，返回步骤4；否则，建链分组建链分组到达目的节点，执行步骤9。
步骤9，目的节点接收建链分组，将建链分组携带波长序号、建链分组序号、源节点和目的节点位置信息写入响应分组，再将响应分组通过电控制网络发回源节点。
步骤10，中间节点根据记录检查响应分组携带的通信波长序号是否被共享路径的其他响应分组占用，若其他响应分组占用该通信波长，则该响应分组缓存在中间节点等待波长的释放；否则，中间节点记录该响应分组携带的通信波长序号，根据中间节点位置配置光传输网络中相同坐标位置路由器的输入输出端口，转发响应分组。
步骤11，比较响应分组所携带的源节点位置坐标和该响应分组所到达节点的位置坐标，若位置坐标不同，则响应分组未到达源节点，返回步骤10，若位置坐标相同，则响应分组到达源节点，执行步骤12。
步骤12，源节点接收响应分组，检查响应分组携带的通信波长序号和建链分组序号，根据通信波长序号使用相应波长通过光传输网络发送数据分组，然后产生拆链分组，该拆链分组携带建链分组序号，源节点和目的节点位置信息，通过电控制网络发往目的节点，数据分组通过光传输网络到达目的节点。
步骤13，中间节点根据拆链分组携带的建链分组序号释放通信波长，检查记录中是否有其他建链分组占用该输出端口，若记录中没有其他建链分组占用该输出端口，则标记输出端口解锁并转发该拆链分组，否则，仍标记输出端口锁定，转发该拆链分组。
步骤14，比较拆链分组所携带目的节点位置坐标和该拆链分组所到达节点的位置坐标，若位置坐标不同，则拆链分组未到达目的节点，返回步骤13，否则，拆链分组到达目的节点，执行步骤15。
步骤15，拆链分组到达目的节点，销毁该拆链分组，通信过程完成。
参照图2，本发明实现光片上网络共享路径传输的路由器，包括8根光波导，8个宽带微环谐振器和8个窄带微环谐振器组，其中，8个宽带微环谐振器分别用整数1-8标记；8个窄带微环谐振器组分别用整数9-16标记，每个窄带微环谐振器组包括n个窄带微环，n为整数。
光波导包括两根水平方向的U形光波导201和202、六根L形光波导203、204、226、227、228、229和一根弯曲光波导213；其中，弯曲光波导包括6个90度拐点214、215、216、217、218、219和一个180度拐点220；该弯曲光波导被这7个拐点分为8段光波导，左端点222和拐点214之间的光波导为第1段光波导，拐点214和拐点215之间的光波导为第2段光波导，拐点215和拐点216之间的光波导为第3段光波导，拐点216和拐点217之间的光波导为第4段光波导，拐点217和拐点218之间的光波导为第5段光波导，拐点218和拐点219之间的光波导为第6段光波导，拐点219和拐点220之间的光波导为第7段光波导，拐点220和右端点221之间的光波导为第8段光波导。
水平方向上的两根U形光波导201和202与竖直方向上的两根L形光波导203和204十字交叉布局，形成第一组8个交叉点205、206、207、208、209、210、211和212，该第一组交叉点中交叉点210的一侧设有宽带微环谐振器2，交叉点211的一侧设有宽带微环谐振器6，交叉点209的两侧分别设有宽带微环谐振器1和4，交叉点212的两侧分别设有宽带微环谐振器5和7；L形光波导204与U形光波导201在右上角相互平行的间隔内设有宽带微环谐振器3，L形光波导203与U形光波导202在左下角相互平行的间隔内设有宽带微环谐振器8；该水平方向上的U形光波导的左端点234和235构成西向输入输出端口，右端点236和237构成东向输入输出端口，竖直方向上的两根L形波导的上端点240和241构成北向输入输出端口，下端点238和239构成南向输入输出端口；其中西向输入输出端口与该路由器西向相邻路由器的东向输入输出端口连接，东向输入输出端口与该路由器东向相邻路由器的西向输入输出端口连接，北向输入输出端口与该路由器北向相邻路由器的南向输入输出端口连接，南向输入输出端口与该路由器南向相邻路由器的北向输入输出端口连接。
弯曲波导213水平设置并与水平方向的一根U形波导202及竖直方向的两根L形波导203和204交叉，形成第二组3个交叉点223、224和225，其中，弯曲光波导的第1段光波导与U形光波导202平行，在平行的间隔内设有窄带微环谐振器组9；弯曲光波导的第4段光波导与L形光波导204平行，在平行的间隔内设有窄带微环谐振器组10；弯曲光波导的第6段光波导与L形光波导203平行，在平行的间隔内设有窄带微环谐振器组11；弯曲光波导的第8段光波导与U形光波导201平行，在平行的间隔内设有窄带微环谐振器组12。
第3根L形光波导226平行设置在U形光波导201的左端点位置，在平行的间隔内设有窄带微环谐振器组13，第4根L形光波导227平行设置在U形光波导202的右端点位置，在平行的间隔内设有窄带微环谐振器组16，第5根L形光波导228平行设置在L形光波导204的上端点位置，在平行的间隔内设有窄带微环谐振器组15，第6根L形光波导229平行设置在L形光波导203的下端点位置，在平行的间隔内设有窄带微环谐振器组14；
上述弯曲光波导的左端点222构成本地输入端口，L形光波导226的左端点230、L形光波导227的右端点231、L形光波导228的上端点232和L形光波导229的下端点233共同构成本地输出端口；该本地输入端口和本地输出端口通过网络接口与IP核相连。
上述路由器的光波导用于实现片上光信号的传输，宽带微环谐振器及窄带微环谐振器组用于实现片上光信号的转向，其中，宽带微环谐振器工作于多波长模式，当宽带微环谐振器处于开通状态时，其谐振波长为集合{λ1，λ2...λn}，窄带微环谐振器组包括n个窄带微环，每个窄带微环工作于单波长模式，且处于开通状态时的谐振波长分别为λ1，λ2...λn；片上光信号可使用的通信波长包括λ1，λ2...λn，其中，使用不同通信波长的多个片上光信号能同时沿相同的光波导传输，这些光信号构成片上光信号组；默认情况下所有微环谐振器均处于关闭状态，当片上光信号组从输入端口进入路由器后首先沿光波导传输，若到达处于关闭状态的宽带微环谐振器位置，片上光信号组沿原波导传输；若到达处于开通状态的宽带微环谐振器位置，片上光信号组会发生转向并耦合至与宽带微环谐振器相切的另外一根波导传输；到达窄带微环谐振器组位置，若该窄带微环谐振器组中n个窄带微环均处于关闭状态，则片上光信号组沿原波导传输，若该窄带微环谐振器组中谐振波长为λi，1≤i≤n的窄带微环处于开通状态，则片上光信号组中通信波长为λi的光信号发生转向并耦合至与窄带微环谐振器组相切的另外一根光波导中传输，该片上光信号组中的其余波长的光信号仍沿原波导传输。因此，通过设置路由器中不同位置宽带微环谐振器的工作状态，可以实现片上光信号组从不同输入端口到达不同输出端口；通过设置窄带微环谐振器组中特定窄带微环的工作状态，可以实现特定波长的光信号从片上光信号组分离或注入。
实施例1
参照图3，片上光信号组G1沿图中虚线所示的路径从路由器东向输入端口进入路由器，此时，片上光信号组G1包括通信波长为λ1的光信号和通信波长为λ2的光信号，该片上光信号组首先沿光波导传输，到达窄带微环谐振器组16位置时，由于谐振波长为λ2的窄带微环处于开通状态，片上光信号组G1中波长为λ2的光信号发生转向并耦合至另外一根波导301传输，此时光信号组G1中剩余波长为λ1的光信号，由于宽带微环谐振器2和4均处于关闭状态，波长为λ1的光信号沿原波导传输，在窄带微环谐振器组9位置，由于谐振波长为λn的窄带微环处于开通状态，沿本地输入端口注入，且通信波长为λn的光信号在该位置发生转向，并耦合至波长为λ1的光信号所传输的光波导，此时，光信号组G1包括波长为λ1和波长为λn的光信号，由于宽带微环谐振器8处于关闭状态，光信号组G1沿光波导从路由器西向输出端口输出；上述实例实现了波长为λ2的光信号从本地端口输出，波长为λn的光信号从本地端口输入路由器，波长为λ1的光信号由路由器的东向至西向传播。
实施例2
参照图4，两根波导402和403十字交叉，形成一个交叉点，宽带微环谐振器401位于波导交叉点的一侧；图4(a)是关闭状态下片上光信号组经过宽带微环谐振器的传输示意图，当宽带微环谐振器401处于关闭状态时，片上光信号组沿原光波导传输；图4(b)是开通状态下片上光信号组经过宽带微环谐振器的传输示意图，当宽带微环谐振器401处于开通状态时，片上光信号组发生90度转向并耦合至另外一根光波导传输。
实施例3
参照图5，宽带微环谐振器501位于波导502和503的平行间隔内；图5(a)是关闭状态下片上光信号组经过宽带微环谐振器的传输示意图，当宽带微环谐振器501处于关闭状态时，片上光信号组沿原光波导传输；图5(b)是开通状态下片上光信号组经过宽带微环谐振器的传输示意图，当宽带微环谐振器501处于开通状态时，片上光信号组发生180度转向并耦合至另外一根光波导传输。
实施例4
参照图6，两根波导602和603平行排列，窄带微环谐振器组601位于两根波导的平行间隔内；其中图6(a)为所有窄带微环谐振器处于关闭状态时片上光信号组的传输路径示意图，此时，片上光信号组沿原波导传输；图6(b)为谐振波长为λi的窄带微环谐振器处于开通状态时片上光信号组的传输路径示意图，此时波长为λi的光信号发生180度转向并耦合至另外一根光波导传输，其余波长的光信号仍沿原光波导传输。
Claims (10)
1.一种实现光片上网络共享路径传输的低阻塞通信方法，包括如下步骤：
(1)将路由器的本地输入输出端口通过网络接口与IP核相连，将该路由器的东向、西向、南向和北向输入输出端口分别与相邻的路由器相连，以建立光传输网络；
(2)在电控制网络和光传输网络中，分别建立二维坐标系并根据电控制网络的二维坐标确定当前通信源节点位置(xsj，ysj)和目的节点位置(xdj，ydj)；
(3)源节点产生建链分组，该建链分组携带源节点、目的节点的位置信息，建链分组序号及初始分配的通信波长序号，通过电控制网络向目的节点传输，并在传输过程中预约沿途路径和标记通信波长；
(4)电控制网络的中间节点采用维序路由算法计算建链分组的输出端口，该输出端口为当前建链分组的申请端口，查询该端口是否锁定：若端口已经锁定，执行步骤(5)；否则，中间节点锁定端口，记录该锁定端口建链分组的路径信息，发送建链分组；
(5)判定路径共享
5a)读取中间节点记录中锁定端口建链分组的路径信息，其源节点和目的节点位置分别为(xsi，ysi)和(xdi，ydi)；
5b)若锁定端口的建链分组仅沿电控制网络X维方向传播，执行步骤5c)；若锁定端口的建链分组仅沿电控制网络Y维方向传播，执行步骤5d)；否则，执行步骤5e)；
5c)若锁定端口建链分组的目的节点(xdi，ydi)在申请端口建链分组的传播路径上，则申请端口的建链分组能共享路径，执行步骤(6)；否则，执行步骤(7)；
5d)若锁定端口建链分组的源节点(xsi，ysi)在申请端口建链分组的传播路径上，则申请端口的建链分组能共享路径，执行步骤(6)；否则，执行步骤(7)；
5e)若申请端口建链分组的目的节点与锁定端口建链分组的目的节点X维坐标相同，执行步骤5f)；否则，执行步骤5h)；
5f)若申请端口建链分组的源节点与锁定端口建链分组的源节点Y维坐标相同，执行步骤5g)；否则，执行步骤5h)；
5g)若申请端口的建链分组与锁定端口的建链分组沿电控制网络X维和Y维的传播方向一致，则申请端口的建链分组能共享路径，执行步骤(6)；否则，执行步骤5h)；
5h)若申请端口的建链分组仅沿电控制网络X维方向传播，且目的节点(xdj，ydj)在锁定端口建链分组的传播路径上，则申请端口的建链分组能共享路径，执行步骤(6)；否则，执行步骤5i)；
5i)若申请端口的建链分组仅沿电控制网络Y维方向传播，且源节点(xsj，ysj)在锁定端口建链分组的传播路径上，则申请端口的建链分组能共享路径，执行步骤(6)；否则，执行步骤(7)；
(6)在共享路径条件下，对申请端口的建链分组进行处理；
(7)将申请端口的建链分组缓存在中间节点等待输出端口解锁；
(8)判断建链分组是否到达目的节点，若建链分组未到达目的节点，返回步骤(4)；若建链分组到达目的节点，执行步骤(9)；
(9)目的节点接收建链分组，将建链分组携带的通信波长序号，建链分组序号，源节点和目的节点的位置信息写入响应分组，将响应分组通过电控制网络发回源节点；
(10)判断响应分组是否到达源节点，若响应分组未到达源节点，则中间节点对响应分组进行处理以避免光路径波长冲突，若响应分组到达源节点，执行步骤(11)；
(11)源节点接收响应分组，检查响应分组携带的通信波长序号和建链分组序号，从本地数据分组队列中提取数据分组，根据通信波长序号使用相应的波长通过光传输网络发送数据分组，然后产生拆链分组，该拆链分组携带建链分组序号、源节点和目的节点的位置信息，通过电控制网络发往目的节点，数据分组通过光传输网络到达目的节点；
(12)判断拆链分组是否到达目的节点，若拆链分组到达目的节点，则销毁该拆链分组，通信过程完成；若拆链分组未到达目的节点，中间节点根据拆链分组携带的建链分组序号释放通信波长并对输出端口进行标记，然后继续向目的节点转发该拆链分组。
2.根据权利要求1所述的实现光片上网络共享路径传输的低阻塞通信方法，其中步骤(2)所述的建立二维坐标系，按以下步骤进行：
2a)在电控制网络中，以左下角为原点，水平向右为X维正方向，竖直向上为Y维正方向，建立二维坐标系XY，其坐标值为(x，y)；
2b)在光传输网络中，以左下角为原点，水平向右为X′维正方向，竖直向上为Y′维正方向，建立二维坐标系X′Y′，其坐标值为(x′，y′)。
3.根据权利要求1所述的实现光片上网络共享路径传输的低阻塞通信方法，其中步骤(6)所述的对申请端口的建链分组进行处理，按以下步骤进行：
6a)根据申请端口检查中间节点记录的建链分组通信波长，若所有通信波长均标记占用，则执行步骤7；否则，执行步骤6b)；
6b)检查申请端口的建链分组所携带通信波长序号是否为可用通信波长，若是，则标记该通信波长占用，记录该建链分组的路径信息，执行步骤6c)；否则，随机为申请端口的建链分组分配可用通信波长并标记该通信波长占用，记录该建链分组路径信息，改写该建链分组携带波长序号，执行步骤6c)；
6c)检查锁定端口的建链分组是否仅沿电控制网络X维方向或Y维方向传播，若是，则将锁定端口建链分组的路径信息改写为申请端口建链分组的路径信息，发送申请端口的建链分组；否则，仅发送申请端口的建链分组；
4.根据权利要求1所述的实现光片上网络共享路径传输的低阻塞通信方法，其中步骤(10)所述的对响应分组进行处理，是由中间节点检查响应分组携带的通信波长序号是否被共享路径的其他响应分组占用，若其他响应分组占用该通信波长，则将该响应分组缓存在中间节点等待波长释放；否则，中间节点记录响应分组携带的通信波长序号，根据中间节点位置坐标配置光传输网络中相同坐标路由器的输入输出端口，转发响应分组。
5.根据权利要求1所述的实现光片上网络共享路径传输的低阻塞通信方法，其中步骤(12)所述的对输出端口进行标记，是由中间节点检查记录中是否有其他建链分组占用该输出端口，若记录中没有其他建链分组占用该输出端口，则标记输出端口解锁；否则，仍标记输出端口锁定。
6.一种实现光片上网络共享路径传输的路由器，包括8根光波导，8个宽带微环谐振器和8个窄带微环谐振器组，所述光波导用于实现片上光信号的传输，所述宽带微环谐振器和窄带微环谐振器组用于实现片上光信号的转向，其特征在于：
光波导包括两根水平方向的U形光波导(201)和(202)，六根L形光波导(203，204，226，227，228，229)，一根弯曲光波导(213)，该弯曲波导包括6个90度拐点和1个180度拐点；
水平方向的两根U形光波导(201)和(202)与竖直方向的两根L形光波导(203)和(204)十字交叉布局，形成第一组8个交叉点(205，206，207，208，209，210，211，212)，该第一组交叉点中交叉点(210)和交叉点(211)的一侧各设有一个宽带微环谐振器，交叉点(209)和交叉点(212)的两侧各设有一个宽带微环谐振器；L形光波导(204)与U形光波导(201)在右上角相互平行的间隔内设有一个宽带微环谐振器，L形光波导(203)与U形光波导(202)在左下角相互平行的间隔内设有一个宽带微环谐振器；
弯曲光波导(213)水平设置并与水平方向的一根U形光波导(202)及竖直方向的两根L形光波导(203)和(204)交叉，形成第二组3个交叉点(223，224，225)，该弯曲光波导被7个拐点分为8段光波导，其中，第l段光波导与U形光波导(202)平行，第4段光波导与L形光波导(204)平行，第6段光波导与L形光波导(203)平行，第8段光波导与U形光波导(201)平行，在这些光波导的平行间隔内各设有一个窄带微环谐振器组；
L形光波导(226)平行设置在U形光波导(201)的左端点位置，L形光波导(227)平行设置在U形光波导(202)的右端点位置，L形光波导(228)平行设置在L形光波导(204)的上端点位置，L形光波导(229)平行设置在L形光波导(203)的下端点位置，在这些光波导的平行间隔内各设有一个窄带微环谐振器组。
7.根据权利要求6所述的实现光片上网络共享路径传输的路由器，其特征在于，所述两根水平方向的U形光波导(201)和(202)的左端点构成西向输入输出端口，右端点构成东向输入输出端口；该西向输入输出端口和东向输入输出端口分别与相邻路由器相连。
8.根据权利要求6所述的实现光片上网络共享路径传输的路由器，其特征在于，所述两根竖直方向的L形波导(203)和(204)的上端点构成北向输入输出端口，下端点构成南向输入输出端口；该北向输入输出端口和南向输入输出端口分别与相邻路由器相连。
9.根据权利要求6所述的实现光片上网络共享路径传输的路由器，其特征在于，所述弯曲波导(213)的左端点构成本地输入端口；所述L形光波导(226)的左端点、L形光波导(227)的右端点、L形光波导(228)的上端点和L形光波导(229)的下端点共同构成本地输出端口，该本地输入端口和本地输出端口通过网络接口与IP核相连。
10.根据权利要求6所述的实现光片上网络共享路径传输的路由器，其特征在于，所述宽带微环谐振器工作于多波长模式，当宽带微环谐振器处于开通状态时，其谐振波长为集合{λ1，λ2...λn}；所述窄带微环谐振器组包括n个窄带微环，n为整数，每个窄带微环工作于单波长模式，且处于开通状态时的谐振波长分别为λ1，λ2...λn。
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