CN102638311B - 基于波长分配的光片上网络系统及其通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于波长分配的光片上网络系统及其通信方法，主要解决现有光片上网络采用波分复用技术时，使用波长数过多、光路由器结构复杂、网络扩展性差的问题。本发明的光路由器包括十字交叉波导、4个相同的微环谐振器和三组光基本平行开关单元，并通过单根波导双向传输光信号，其通信方法是：(1)建立二维坐标并分配波长；(2)确定源节点和目的节点的坐标；(3)根据源节点与目的节点确定光信号的通信路径和调制波长；(4)通过预约中间转向节点光路由器的输入和输出端口进行光链路预约；(5)沿预约好的光链路传输光信号并释放光链路。本发明可有效提高波分复用光片上网络的波长利用率，简化光路由器的结构，适用于光片上网络的核间互连和通信。

Description

基于波长分配的光片上网络系统及其通信方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别是基于波长分配的光片上网络系统及其通信方法，可用于简化光片上路由器结构，减少使用波长数，可用于芯片上的核间互连。

背景技术

当前片上系统SoC的设计规模越来越大，大量异构化IP核被集成到同一芯片上，随着SoC中所包含的IP核数目进一步增加，基于总线结构的SoC在功耗、时延和可靠性等方面面临着巨大的挑战。基于网络架构的片上网络NoC是未来片上互连的主流通信方案。NoC的核心思想是将计算机网络技术移植到芯片设计中，从体系结构上彻底解决片上通信遇到的瓶颈问题。然而电互连存在电磁干扰、时间延迟、时钟歪斜以及串扰等问题。因此，光片上网络应运而生，它用光信号代替传统的电信号实现IP核间的通信，相对于电互连，光互连技术有着高带宽、高传输速率、低时延、低电磁干扰等诸多优势，并且波分复用技术会进一步提高片上网络带宽。

目前光片上网络采用的交换方式多为光电路交换，以预约链路的方式传输单波长的光分组，源节点到目的节点之间的链路被预约后，只能传输来自源节点的光分组，暂时不允许来自其它源节点的光分组在这条链路上传输，这种阻塞会降低光片上网络的链路资源利用率。同时，这种交换方式采用的光路由器结构复杂，光路由器间需要双向两根波导，为实现无阻塞的4×4光路由器，在光路由器内部至少需要8个微环谐振器来实现光信号的转向，这种光路由器有很多波导交叉和弯曲，整个光路由器的光损耗很大，同时过多波导交叉引起的光信号串扰会降低光信号的信噪比。

波分复用技术可以在同一链路中同时传输多个波长的光分组，而不会相互影响，因此波分复用技术可以提高光片上网络的带宽和链路利用率。目前基于波分复用的光片上网络的实现方案主要有三种：一种是为每个节点分配一个不同的波长，其缺点是使用的波长数过多，使网络扩展性受限；第二种是通过增加波导的方式来实现波长重用，提高波长的利用率，其缺点是波导使用数量的增加会使波导交叉数增加，加剧信号的串扰；第三种是通过分配算法为每个源节点与目的节点对选取一个特定波长，相比于第一种方案，这种方法虽然在一定程度上减少了波长的使用数目，但是波长使用数目仍然大于网络规模的一半。使用过多的波长，会增加处理不同波长所需光器件的成本，增加光路由器的设计难度，增加制造工艺和集成工艺的难度，限制网络规模的扩展。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出了一种基于波长分配的光片上网络系统及其通信方法，以减少波长的使用数目，提高基于波分复用光片上网络的可扩展性，降低光路由器结构的复杂度。

为实现上述目的，本发明基于波长分配的光片上网络系统，包括n²个节点，n是规模为n×n网格状光片上网络的维度，3≤n≤32，每个节点包括1个IP核、1个光路由器、1个电路由器、1个电光转换单元、1个光电转换单元和1个处理单元；该IP核用于产生和处理数据，每个IP核通过电光转换单元和光电转换单元与光路由器相连接，该光路由器用于接收和转发数据，该电光转换单元和光电转换单元用于实现光信号和电信号的相互转换，两者都位于IP核和光路由器之间，该电路由器用于传输电控制信号，控制着光路由器、电光转换单元和光电转换单元，电路由器间用电连线连接成网格状电网络；其特征在于：

n²个光路由器结构相同，每个光路由器设有4个端口，每个端口既作为输入端口，又作为输出端口，每个光路由器之间通过单根波导连接成网格状光网络，通过单根波导双向传输多个波长的光信号；

每个处理单元，位于光电转换单元与IP核之间，用于多路电信号的复用和缓存，并将多路电信号转化为供IP核接收的一路电信号；

每个电光转换单元内放置n个光调制器，每个光调制器输出的光信号波长不同，根据目的节点的位置，光电转换单元选择相应的光调制器，把电信号调制成相应波长的光信号。

上述的基于波长分配的光片上网络系统，其特征在于，每个光路由器由两根十字交叉的垂直波导和水平波导、4个微环谐振器、3组光基本平行开关单元构成，该4个微环谐振器分别位于垂直波导与水平波导的四个夹角处，它们的谐振波长相同；该3组光基本平行开关单元的每一组数量均为n个，且第一组光基本平行开关单元垂直排成一列，位于垂直波导的右侧，第二组和第三组光基本平行开关单元水平排成一行，位于水平波导的上方，每组光基本平行开关单元的工作波长依次为λ₁至λ_n。

上述的基于波长分配的光片上网络系统，其特征在于，每个光基本平行开关单元包括一对平行波导(301，303)和微环滤波器(302)，微环滤波器位于两根波导之间，光基本平行开关单元工作波长λ与微环滤波器的尺寸相关，

$\mathrm{\λ}=\frac{2\mathrm{\π}\·R\·n_{\mathrm{eff}}}{m},$

其中，R是微环滤波器的半径，n_eff是微环滤波器的折射系数，m是一个整数，光基本平行开关单元用于实现光信号的耦合和提取。

上述的基于波长分配的光片上网络系统，其特征在于，每个微环谐振器位于一对十字交叉波导(501，502)的交叉处，用于控制光信号的转向。

上述的基于波长分配的光片上网络系统，其特征在于，电路由器传输的电控制信号，包括转向通知分组控制信号、确认通知分组控制信号和收信通知分组控制信号3种。

上述的基于波长分配的光片上网络系统，其特征在于，所述的转向通知分组控制信号，由源节点的电路由器产生，并发送给中间转向节点的电路由器，该中间转向节点与源节点同行，与目的节点同列，中间转向节点的电路由器接收到转向通知分组控制信号后，控制该节点的光路由器中微环谐振器的开关状态，进而控制光信号转向。

上述的基于波长分配的光片上网络系统，其特征在于，所述的确认通知分组控制信号，由中间转向节点的电路由器产生，发送给源节点的电路由器，确定源节点中IP核开始发送数据的时间，控制第二组和第三组光基本平行开关单元的开关状态，控制光信号的发送方向。

上述的基于波长分配的光片上网络系统，其特征在于，所述的收信通知分组控制信号，由中间转向节点的电路由器产生，发送给目的节点的电路由器，控制目的节点光路由器中第一组光基本平行开关单元的开关状态，实现对光信号的接收。

为实现上述目的，本发明的通信方法，包括如下步骤：

(1)为网络系统的n²个节点建立二维坐标系，即自左向右是X维正方向，自上而下是Y维正方向，以左上角第一个节点作为起始点，并定义每个节点内的IP核、电路由器和光路由器坐标与其所属节点的坐标相同；

(2)为光片上网络系统分配波长：

2a)确定光片上网络系统所使用的n个波长为：λ₁至λ_n，3≤n≤32，将这n个波长按{λ₁，λ₂，λ₃，...，λ_n-2，λ_n-1，λ_n}的顺序排列，得到第一次排列；

2b)将第一次排列中排在第一位的元素移至排列的最后一位，得到第二次排列{λ₂，λ₃，λ₄，...，λ_n-1，λ_n，λ₁}；

2c)按照2b)中的移位规则，依次获得第三次排列，第四次排列，...，第n次排列；

2d)将这n次排列的结果组成一个n×n的矩阵，得到光片上网络系统的波长分配矩阵A，

为A中的元素建立坐标系，自左向右是X维正方向，自上而下是Y维正方向；

2e)确定每个光路由器中微环谐振器的谐振波长，即根据每个光路由器在光片上网络系统中的坐标，在波长分配矩阵中找到具有相同坐标的元素，将微环谐振器的谐振波长设置为该元素的值；

(3)根据步骤(1)所建立的二维坐标系，读取源节点的坐标(X_S，Y_S)，读取目的节点的坐标(X_D，Y_D)；

(4)确定光信号的通信路径

从源节点的光路由器开始，沿X维方向找到坐标为(X_D，Y_S)节点的光路由器，确定并记录光信号进入该光路由器的输入端口和光信号离开该光路由器的输出端口，再沿Y维方向找到目的节点的光路由器；将上述从源节点的光路由器到目的节点的光路由器之间的路径，作为光信号的通信路径；

(5)确定源节点光信号的调制波长

在步骤(2)的波长分配矩阵A中，找到坐标为(X_D，Y_S)的元素λ_j，1≤j≤n，作为源节点光信号的调制波长；

(6)传输电控制信号

6a)源节点的电路由器向坐标为(X_D，Y_S)节点的电路由器发送转向通知分组控制信号，如果步骤(4)中的输入端口，此时没有波长为λ_j的光信号传输，执行步骤6b)，否则，执行步骤6d)；

6b)如果步骤(4)中的输出端口，此时没有波长为λ_j的光信号传输，执行步骤6c)，否则，执行步骤6d)；

6c)坐标为(X_D，Y_S)节点的电路由器向目的节点电路由器发送一个收信通知分组控制信号，控制目的节点的光路由器打开工作波长为λ_j的光基本平行开关单元；同时该电路由器向源节点的电路由器发送一个确认通知分组控制信号，告知源节点的IP核何时发送数据进行电光转换，执行步骤(7)；

6d)将转向通知分组控制信号存储到电路由器的缓存中，当步骤(4)中所述的输入和输出端口同时空闲时，取出转向通知分组控制信号，执行步骤6c)；

(7)发送数据，传输光信号

对源节点IP核产生的分组数据进行电光转换，将其调制为波长为λ_j的光信号，光信号按照步骤(4)确定的光信号通信路径传输，目的光路由器接收光信号，经过光电转换，由目的节点的IP核接收；

(8)传输光信号结束后，将光信号通信路径上打开的光基本平行开关单元和微环谐振器关闭。

本发明与现有系统相比具有以下优点：

1.由于本发明采用了新的波长分配方法，可提高波长的利用率，减少了波长使用数，提高了采用波分复用技术的光片上网络的可扩展性。

2.由于本发明采用了单波导的光路由器结构，可减少光路由器中的波导交叉数，克服了目前光路由器结构的波导交叉多，导致的光信号损耗和串扰过大问题。

3.由于本发明采用了光电路交换机制和波分复用相结合的技术，可降低了光片上网络的通信时延，克服了光片上网络容易进入拥塞状态的问题。

附图说明

图1是本发明基于波长分配的光片上网络系统示意图；

图2是本发明光路由器的结构示意图；

图3是光路由器中光基本平行开关单元处于“开”状态时的光信号传输路径；

图4是光路由器中光基本平行开关单元处于“关”状态时的光信号传输路径；

图5是光路由器中微环谐振器处于“开”状态时的光信号传输路径；

图6是光路由器中微环谐振器处于“关”状态时的光信号传输路径；

图7是本发明的通信方法流程图。

具体实施方式

为更清楚的介绍本发明提出的基于波长分配的光片上网络系统，下面将结合附图和具体实例进行详细说明。

参照图1，本发明提出的基于波长分配的光片上网络系统，包括n²个节点105，n是规模为n×n网格状光片上网络的维度，3≤n≤32，每个节点包括1个IP核103、1个光路由器101、1个电路由器102、1个电光转换单元104、1个光电转换单元104和1个处理单元，本实例的n＝8。系统中所有的光路由器由单根波导连接成网格状光网络，通过单根波导双向传输多个波长的光信号。每个光路由器都通过电光转换单元、光电转换单元与IP核连接，电路由器通过电连线连接构成电网络，用于传输电控制信号，电路由器同时控制着光路由器、电光转换单元、光电转换单元和IP核。电光转换单元和光电转换单元是独立工作的。

电路由器中传输的电控制信号，包括转向通知分组控制信号、确认通知分组控制信号和收信通知分组控制信号3种。其中，转向通知分组控制信号，由源节点的电路由器产生，并发送给中间转向节点的电路由器，该中间转向节点与源节点同行，与目的节点同列，中间转向节点的电路由器接收到转向通知分组控制信号后，控制光信号转向；确认通知分组控制信号，由中间转向节点的电路由器产生，发送给源节点的电路由器，确定源节点中IP核开始发送数据的时间，控制光信号的发送方向；收信通知分组控制信号，由中间转向节点的电路由器产生，发送给目的节点的电路由器，控制光信号的接收。

参照图2，本发明的光路由器，它由十字交叉的垂直波导208和水平波导209、4个微环谐振器201、位于垂直波导右侧的第一组光基本平行开关单元202、位于水平波导上方的第二组光基本平行开关单元206、位于水平波导上方的第三组光基本平行开关单元207构成。4个微环谐振器分别位于垂直波导与水平波导的四个夹角处，它们的谐振波长相同。第一组光基本平行开关单元垂直排成一列，位于垂直波导的右侧，第二组和第三组光基本平行开关单元水平排成一行，位于水平波导的上方，第二组位于第三组的左侧，每组光基本平行开关单元的数量均为8个，工作波长依次为{λ₁，λ₂，λ₃，λ₄，λ₅，λ₆，λ₇，λ₈}。第一组光基本平行开关单元用于接收光信号，第二组光基本平行开关单元用于将光信号传输到水平向左方向，第三组光基本平行开关单元用于将光信号传输到水平向右方向。

IP核210的发送端通过电光转换单元205与光路由器相连，IP核的接收端通过处理单元204、光电转换单元203与光路由器相连。其中每个电光转换单元内放置8个光调制器，每个光调制器输出不同波长的光信号，根据目的节点的位置，光电转换单元选择相应的光调制器，把电信号调制成相应波长的光信号。处理单元用于多路电信号的复用和缓存，并将多路电信号转化为供IP核接收的一路电信号。

参照图3，本发明光路由器中的光基本平行开关单元，由两根平行的波导301、303和微环滤波器302构成，微环滤波器位于两根波导之间，光基本平行开关单元工作波长λ与微环滤波器的尺寸相关，

$\mathrm{\λ}=\frac{2\mathrm{\π}\·R\·n_{\mathrm{eff}}}{m},$

其中，R是微环滤波器的半径，n_eff是微环滤波器的折射系数，m是一个整数。

光基本平行开关单元工作原理是：从一根波导的端口304输入波长为λ₀的光信号时，若光基本平行开关单元工作波长也为λ₀，则光基本平行开关单元处于“开”状态，光信号将按图3所示的路径从端口305输出，即光信号经过微环滤波器，传输方向改变180°，沿另外一根波导输出；若光基本平行开关单元工作波长不为λ₀，则光基本平行开关单元处于“关”状态，光信号将按照图4所示路径从端口306输出，即光信号不经过微环滤波器，传输方向不改变，沿原波导输出。

参照图5，本发明光路由器中的微环谐振器503，位于一对十字交叉的波导501、502的交叉处，其工作原理是：从一根波导的端口504输入波长为λ₀的光信号时，若微环谐振器工作波长也为λ₀，则微环谐振器处于“开”状态，光信号将按图5所示的路径从端口505输出，即光信号经过微环谐振器，传输方向改变90°，沿另外一根波导输出；若微环谐振器谐振波长不为λ₀，则微环谐振器处于“关”状态，光信号将按照图6所示路径从端口506输出，即光信号不经过环谐振器，传输方向不改变，沿原波导输出。

参照图7，本发明的通信方法，包括如下步骤：

步骤1，为网络系统的64个节点建立二维坐标系，即自左向右是X维正方向，自上而下是Y维正方向，以左上角第一个节点作为起始点，并定义每个节点内的IP核、电路由器和光路由器坐标与其所属节点的坐标相同。

步骤2，为光片上网络系统分配波长：

2.1)确定光片上网络系统所使用的8个波长为：λ₁至λ₈，将这8个波长按{λ₁，λ₂，λ₃，λ₄，λ₅，λ₆，λ₇，λ₈}的顺序排列，得到第一次排列；

2.2)将第一次排列中排在第一位的元素移至排列的最后一位，得到第二次排列{λ₂，λ₃，λ₄，λ₅，λ₆，λ₇，λ₈，λ₁}；

2.3)按照步骤2.1)中的移位规则，依次获得第三次排列，第四次排列，...，第8次排列；

2.4)将这8次排列的结果组成一个8×8的矩阵，得到光片上网络系统的波长分配矩阵A：

$A=\left\{\begin{array}{cccccccc}{\mathrm{\λ}}_1& {\mathrm{\λ}}_2& {\mathrm{\λ}}_3& {\mathrm{\λ}}_4& {\mathrm{\λ}}_5& {\mathrm{\λ}}_6& {\mathrm{\λ}}_7& {\mathrm{\λ}}_8\\ {\mathrm{\λ}}_2& {\mathrm{\λ}}_3& {\mathrm{\λ}}_4& {\mathrm{\λ}}_5& {\mathrm{\λ}}_6& {\mathrm{\λ}}_7& {\mathrm{\λ}}_8& {\mathrm{\λ}}_1\\ {\mathrm{\λ}}_3& {\mathrm{\λ}}_4& {\mathrm{\λ}}_5& {\mathrm{\λ}}_6& {\mathrm{\λ}}_7& {\mathrm{\λ}}_8& {\mathrm{\λ}}_1& {\mathrm{\λ}}_2\\ {\mathrm{\λ}}_4& {\mathrm{\λ}}_5& {\mathrm{\λ}}_6& {\mathrm{\λ}}_7& {\mathrm{\λ}}_8& {\mathrm{\λ}}_1& {\mathrm{\λ}}_2& {\mathrm{\λ}}_3\\ {\mathrm{\λ}}_5& {\mathrm{\λ}}_6& {\mathrm{\λ}}_7& {\mathrm{\λ}}_8& {\mathrm{\λ}}_1& {\mathrm{\λ}}_2& {\mathrm{\λ}}_3& {\mathrm{\λ}}_4\\ {\mathrm{\λ}}_6& {\mathrm{\λ}}_7& {\mathrm{\λ}}_8& {\mathrm{\λ}}_1& {\mathrm{\λ}}_2& {\mathrm{\λ}}_3& {\mathrm{\λ}}_4& {\mathrm{\λ}}_5\\ {\mathrm{\λ}}_7& {\mathrm{\λ}}_8& {\mathrm{\λ}}_1& {\mathrm{\λ}}_2& {\mathrm{\λ}}_3& {\mathrm{\λ}}_4& {\mathrm{\λ}}_5& {\mathrm{\λ}}_6\\ {\mathrm{\λ}}_8& {\mathrm{\λ}}_1& {\mathrm{\λ}}_2& {\mathrm{\λ}}_3& {\mathrm{\λ}}_4& {\mathrm{\λ}}_5& {\mathrm{\λ}}_6& {\mathrm{\λ}}_7\end{array}\right\},$

为A中的元素建立坐标系，自左向右是X维正方向，自上而下是Y维正方向；

2.5)确定每个光路由器中微环谐振器的谐振波长，即根据每个光路由器在光片上网络系统中的坐标，在波长分配矩阵中找到具有相同坐标的元素，将微环谐振器的谐振波长设置为该元素的值。

步骤3，根据步骤1所建立的二维坐标系，读取源节点的坐标(X_S，Y_S)，读取目的节点的坐标(X_D，Y_D)。

步骤4，确定光信号的通信路径

从源节点的光路由器开始，沿X维方向找到坐标为(X_D，Y_S)节点的光路由器，确定并记录光信号进入该光路由器的输入端口和光信号离开该光路由器的输出端口，再沿Y维方向找到目的节点的光路由器；将上述从源节点的光路由器到目的节点的光路由器之间的路径，作为光信号的通信路径。

步骤5，确定源节点光信号的调制波长，即在步骤2的波长分配矩阵A中，找到坐标为(X_D，Y_S)的元素λ_j，1≤j≤8，作为源节点光信号的调制波长。

步骤6，传输电控制信号：

6.1)源节点的电路由器向坐标为(X_D，Y_S)节点的电路由器发送转向通知分组控制信号，如果步骤4中的输入端口没有波长为λ_j的光信号传输，则执行步骤6.2)；否则，执行步骤6.4)；

6.2)如果步骤4中的输出端口没有波长为λj的光信号传输，则打开坐标为(X_D，Y_S)节点的光路由器的一个微环谐振器，使得光信号从步骤4中的输入端口进入后，从步骤4中的输出端口离开，执行步骤6.3)；否则，执行步骤6.4)；

6.3)坐标为(X_D，Y_S)节点的电路由器，向目的节点电路由器发送一个收信通知分组控制信号控制目的节点的光路由器，打开第一组光基本平行开关单元中工作波长为λj的光基本平行开关单元；同时该电路由器向源节点的电路由器发送一个确认通知分组控制信号，告知源节点的IP核何时发送数据进行电光转换，并控制源节点的光路由器，当X_S≥X_D时，打开第二组光基本平行开关单元中工作波长为λ_j的光基本平行开关单元，当X_S＜X_D时，打开第三组光基本平行开关单元中工作波长为λ_j的光基本平行开关单元，执行步骤7；

6.4)将转向通知分组控制信号存储到电路由器的缓存中，当步骤4中所述的输入端口和输出端口，都没有波长为λ_j的光信号传输时，取出转向通知分组控制信号，执行步骤6.3)。

步骤7，对源节点IP核产生的分组数据进行电光转换，将其调制为波长为λ_j的光信号，该光信号按照步骤4中确定的光信号通信路径传输，到达目的光路由器后，光信号经过光电转换后转换为电信号，由目的节点的IP核接收。

步骤8，传输光信号结束后，将光信号通信路径上打开的光基本平行开关单元和微环谐振器关闭。

Claims (4)

1.一种基于波长分配的光片上网络系统，包括n²个节点，n是规模为n×n网格状光片上网络的维度，3≤n≤32，每个节点包括1个IP核、1个光路由器、1个电路由器、1个电光转换单元、1个光电转换单元和1个处理单元；该IP核用于产生和处理数据，每个IP核通过电光转换单元和光电转换单元与光路由器相连接，该光路由器用于接收和转发数据，该电光转换单元和光电转换单元用于实现光信号和电信号的相互转换，两者都位于IP核和光路由器之间；该电路由器用于传输电控制信号，控制着光路由器、电光转换单元和光电转换单元，电路由器间用电连线连接成网格状电网络；其特征在于：

n²个光路由器结构相同，每个光路由器由两根十字交叉的垂直波导和水平波导、4个微环谐振器、3组光基本平行开关单元构成，每个光路由器设有4个端口，每个端口既作为输入端口，又作为输出端口，每个光路由器之间通过单根波导连接成网格状光网络，通过单根波导双向传输多个波长的光信号；每个光路由器的4个微环谐振器分别位于垂直波导与水平波导的四个夹角处，它们的谐振波长相同，每个微环谐振器位于一对十字交叉波导的交叉处，用于控制光信号的转向；3组光基本平行开关单元的每一组数量均为n个，且第一组光基本平行开关单元垂直排成一列，位于垂直波导的右侧，第二组和第三组光基本平行开关单元水平排成一行，位于水平波导的上方；

该处理单元位于光电转换单元与IP核之间，用于多路电信号的复用和缓存，并将多路电信号转化为供IP核接收的一路电信号；

每个电光转换单元内放置n个光调制器，每个光调制器输出的光信号波长不同，根据目的节点的位置，光电转换单元选择相应的光调制器，把电信号调制成相应波长的光信号；

电路由器传输的电控制信号，包括转向通知分组控制信号、确认通知分组控制信号和收信通知分组控制信号；

所述转向通知分组控制信号，由源节点的电路由器产生，并发送给中间转向节点的电路由器，该中间转向节点与源节点同行，与目的节点同列，中间转向节点的电路由器接收到转向通知分组控制信号后，控制该节点的光路由器中微环谐振器的开关状态，进而控制光信号转向；

所述确认通知分组控制信号，由中间转向节点的电路由器产生，发送给源节点的电路由器，确定源节点中IP核开始发送数据的时间，控制光路由器第二组和第三组光基本平行开关单元的开关状态，控制光信号的发送方向；

所述收信通知分组控制信号，由中间转向节点的电路由器产生，发送给目的节点的电路由器，控制目的节点光路由器中第一组光基本平行开关单元的开关状态，实现对光信号的接收。

2.根据权利要求1所述的基于波长分配的光片上网络系统，其特征在于，每组光基本平行开关单元的工作波长依次为λ₁至λ_n。

3.根据权利要求2所述的基于波长分配的光片上网络系统，其特征在于，每个光基本平行开关单元包括一对平行波导(301，303)和微环滤波器(302)，微环滤波器位于两根波导之间，光基本平行开关单元工作波长λ与微环滤波器的尺寸相关，

$\mathrm{\λ}=\frac{2\mathrm{\π}\·R\·n_{\mathrm{eff}}}{m},$

其中，R是微环滤波器的半径，n_eff是微环滤波器的折射系数，m是一个整数，光基本平行开关单元用于实现光信号的耦合和提取。

4.一种基于波长分配的光片上网络系统的通信方法，包括如下步骤：

(1)为网络系统的n²个节点建立二维坐标系，自左向右是X维正方向，自上而下是Y维正方向，以左上角第一个节点作为起始点，并定义每个节点内的IP核、电路由器和光路由器坐标与其所属节点的坐标相同；

(2)为光片上网络系统分配波长：

2a)确定光片上网络系统所使用的n个波长为：λ₁至λ_n，3≤n≤32，将这n个波长按{λ₁，λ₂，λ₃，…，λ_n-2，λ_n-1，λ_n}的顺序排列，得到第一次排列；

2b)将第一次排列中排在第一位的元素移至排列的最后一位，得到第二次排列{λ₂，λ₃，λ₄，…，λ_n-1，λ_n，λ₁}；

2c)按照2b)中的移位规则，依次获得第三次排列，第四次排列，…，第n次排列；

2d)将这n次排列的结果组成一个n×n的矩阵，得到光片上网络系统的波长分配矩阵A，

为A中的元素建立坐标系，自左向右是X维正方向，自上而下是Y维正方向；

2e)确定每个光路由器中微环谐振器的谐振波长，根据每个光路由器在光片上网络系统中的坐标，在波长分配矩阵中找到具有相同坐标的元素，将微环谐振器的谐振波长设置为该元素的值；

(3)根据步骤(1)所建立的二维坐标系，读取源节点的坐标(X_S，Y_S)，读取目的节点的坐标(X_D，Y_D)；

(4)确定光信号的通信路径

从源节点的光路由器开始，沿X维方向找到坐标为(X_D，Y_S)节点的光路由器，确定并记录光信号进入该光路由器的输入端口和光信号离开该光路由器的输出端口，再沿Y维方向找到目的节点的光路由器；将上述从源节点的光路由器到目的节点的光路由器之间的路径，作为光信号的通信路径；

(5)确定源节点光信号的调制波长

在步骤(2)的波长分配矩阵A中，找到坐标为(X_D，Y_S)的元素λ_j，1≤j≤n，作为源节点光信号的调制波长；

(6)传输电控制信号

6a)源节点的电路由器向坐标为(X_D，Y_S)节点的电路由器发送转向通知分组控制信号，如果步骤(4)中的输入端口，此时没有波长为λ_j的光信号传输，执行步骤6b)，否则，执行步骤6d)；

6b)如果步骤(4)中的输出端口，此时没有波长为λ_j的光信号传输，执行步骤6c)，否则，执行步骤6d)；

6c)坐标为(X_D，Y_S)节点的电路由器向目的节点电路由器发送一个收信通知分组控制信号，控制目的节点的光路由器打开工作波长为λ_j的光基本平行开关单元；同时该电路由器向源节点的电路由器发送一个确认通知分组控制信号，告知源节点的IP核何时发送数据进行电光转换，执行步骤(7)；

6d)将转向通知分组控制信号存储到电路由器的缓存中，当步骤(4)中所述的输入和输出端口同时空闲时，取出转向通知分组控制信号，执行步骤6c)；

(7)发送数据，传输光信号

对源节点IP核产生的分组数据进行电光转换，将其调制为波长为λ_j的光信号，光信号按照步骤(4)确定的光信号通信路径传输，目的光路由器接收光信号，经过光电转换，由目的节点的IP核接收；

(8)传输光信号结束后，将光信号通信路径上打开的光基本平行开关单元和微环谐振器关闭。