CN103369415A - 基于微环谐振器的全光片上网络 - Google Patents

基于微环谐振器的全光片上网络 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于微环谐振器的全光片上网络，主要解决现有技术所需的微环谐振器的数目较大，通信资源的利用率较低的问题。该全光片上网络的所有节点按照从左至右，从下至上的方式均匀排布，节点之间通过同心环形波导连接；每个节点包括注入单元、输出单元和光交换单元，每个单元中的微环谐振器分别位于波导交叉点的右上角、左下角和左上角；所有微环谐振器分为不同类型，每种类型的微环谐振器采用相同的结构，不同的谐振波长，且谐振波长根据微环谐振器的编号和所属单元的横坐标x和纵坐标y设定。本发明简化了注入单元、输出单元和光交换单元的结构，从而减少了微环谐振器的使用数量，提高了通信资源的利用率，可用于多核通信。

Description

基于微环谐振器的全光片上网络
技术领域
本发明属于通信技术领域，特别涉及全光片上网络，可用于多核通信。
背景技术
光片上网络，是片上系统SoC的一种新的通信架构，是多核技术的主要组成部分。现有的光片上网络的实现方式分为两类：光电混合方式和全光互连方式。
光电混合方式的光片上网络，采用的光器件多为有源类型。在源节点向目的节点发送光信息之前，需要控制电路为该光信息预约通信资源。已被预约的资源不能被其它光信息使用，从而导致了网络中出现阻塞。这种光片上网络不仅所需的能耗开销较大，而且网络的时延和吞吐性能较差。
全光互连方式的光片上网络，称为全光片上网络。它采用的光器件均为无源类型。现有的全光片上网络将各节点的输入端口与输出端口分离，输入端口与输出端口之间采用多级交换网络，该多级交换网络占用的芯片面积较大，且其扩展能力有限；这些全光片上网络中的每个微环谐振器仅用于一对输入输出端口之间的通信，而且，一个微环谐振器仅使用多个谐振波长中的一个，因此，其通信资源的利用率较低，所需的微环谐振器的数目较大。
发明内容
本发明的目的在于针对上述全光片上网络的不足，提出一种基于微环谐振器的全光片上网络，以减少微环谐振器的使用数量，提高网络的通信资源利用率。
为实现上述目的，本发明基于微环谐振器的全光片上网络，包括N2个节点，这些节点按照从左至右，从下至上的方式均匀排布，N是正偶数，2≤N≤16；每个节点包括一个调制器、一个解调器、一个注入单元、一个输出单元和一个光交换单元，且注入单元位于调制器与光交换单元之间，输出单元位于解调器与光交换单元之间；在网络中，以左上角的节点为坐标原点，水平向右为X维正方向，竖直向下为Y维正方向，建立二维坐标系，依次确定所有节点的坐标(x，y)，每个节点内的调制器、解调器、注入单元、输出单元和光交换单元共享该节点的坐标；其特征在于：
每个注入单元，包括N根水平波导、1根垂直波导和N个微环谐振器，该根垂直波导与N根水平波导分别相交，形成N个交叉点，N个微环谐振器依次置于N个交叉点的右上角；
每个输出单元，包括1根水平波导、N根垂直波导和N个微环谐振器，该根水平波导与N根垂直波导分别相交，形成N个交叉点，N个微环谐振器依次置于N个交叉点的左下角；
每个光交换单元，包括N根水平波导、N根垂直波导和N个微环谐振器，该N根水平波导的两端对齐，并与N根垂直波导正交，形成N2个交叉点，该N2个交叉点形成一个正方形的点阵，选取该正方形的从左上到右下的对角线上的N个交叉点，N个微环谐振器依次置于这N个交叉点的左上角；
每一行的N个节点之间，采用N根同心环形水平波导，将每个节点内的光交换单元中的N根水平波导相连；每一列的N个节点之间，采用N根同心环形垂直波导，将每个节点内的光交换单元中的N根垂直波导相连；所有环形波导均为单向波导，以沿顺时针方向传输多个波长的光信息。
上述基于微环谐振器的全光片上网络，其特征在于，该全光片上网络中共有3N3个微环谐振器，这些微环谐振器共有2N种类型，即前N种微环谐振器依次标记为L1，……LN，后N种微环谐振器依次标记为C1，……CN；每种微环谐振器，采用相同的结构，不同的谐振波长。
上述基于微环谐振器的全光片上网络，其特征在于，注入单元内的N个微环谐振器，其类型互不相同，且从上到下依次编号为1，2……，N；每个微环谐振器，根据其编号和其所属注入单元的横坐标x和纵坐标y，标记为
Figure BDA00003500470300021
其中，i为微环谐振器的编号，“%”为求余运算，
Figure BDA00003500470300022
为向下取整运算。
上述基于微环谐振器的全光片上网络，其特征在于，输出单元内的N个微环谐振器，其类型互不相同，且从左到右依次编号为1，2……，N；每个微环谐振器，根据其编号和所属输出单元的横坐标x和纵坐标y，标记为
Figure BDA00003500470300023
其中，i为微环谐振器的编号，“%”为求余运算，
Figure BDA00003500470300024
为向下取整运算。
上述基于微环谐振器的全光片上网络，其特征在于，光交换单元内的N个微环谐振器，其类型相同，均标记为
Figure BDA00003500470300025
其中x、y分别为光交换单元的横坐标和纵坐标，“%”为求余运算，
Figure BDA00003500470300031
为向下取整运算。
上述基于微环谐振器的全光片上网络，其特征在于，每种微环谐振器的谐振波长，按照如下规则设定：
在光纤通信的C与L波段中，选取N2种不同的波长，依次填入一个N×N二维矩阵的N2个元素中，使矩阵中任意两个左右相邻的波长之差的绝对值相等，且任意两个上下相邻的波长之差的绝对值也相等；将该矩阵中的第1行波长设定为标记为L1的微环谐振器的谐振波长，以此类推，将第N行波长设定为标记为LN的微环谐振器的谐振波长；将该矩阵中第1列波长设定为标记为C1的微环谐振器的谐振波长，以此类推，将第N列波长设定为标记为CN的微环谐振器的谐振波长。
本发明具有以下优点：
第一，由于本发明的节点之间采用多根同心环形波导相连，节点内的每个单元包括多根波导，并且每个微环谐振器使用了多个谐振波长，提供了充足的通信资源，削弱了网络通信对微环谐振器的需求，进而减少了微环谐振器的使用数量。
第二，由于本发明注入单元、输出单元和光交换单元中的微环谐振器，分别位于波导交叉点的右上角、左下角和左上角，使网络中的所有信息能够同时沿顺时针方向传输，互不影响，提高了通信资源的利用率。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明中的注入单元结构示意图；
图3为本发明中的输出单元结构示意图；
图4为本发明中的光交换单元结构示意图；
图5为本发明的整体结构布局示意图。
具体实施方式
为更清楚的介绍本发明提出的基于微环谐振器的全光片上网络，下面将结合附图和具体实例进行详细说明。
参照图1，本发明基于微环谐振器的全光片上网络，包括16个节点101，这些节点按照从左至右，从下至上的方式均匀排布；每个节点包括一个调制器、一个解调器、一个注入单元、一个输出单元和一个光交换单元，且注入单元位于调制器与光交换单元之间，输出单元位于解调器与光交换单元之间；每一行的4个节点之间，采用4根同心环形水平波导，将每个节点内的光交换单元相连；每一列的4个节点之间，采用4根同心环形垂直波导，将每个节点内的光交换单元相连；所有环形波导均为单向波导，以沿顺时针方向传输多个波长的光信息。这些环形波导在网络中，以左上角的节点为坐标原点，水平向右为X维正方向，竖直向下为Y维正方向，建立二维坐标系，依次确定所有节点的坐标(x，y)，每个节点内的调制器、解调器、注入单元、输出单元和光交换单元共享该节点的坐标。
参照图2，每个注入单元，包括4根水平波导201、1根垂直波导202和4个微环谐振器203，该根垂直波导与4根水平波导分别相交，形成4个交叉点，4个微环谐振器依次置于4个交叉点的右上角；注入单元内的4个微环谐振器，其类型互不相同，且从上到下依次编号为1，2，3，4；每个微环谐振器，根据其编号和所属注入单元的横坐标x和纵坐标y，标记为
Figure BDA00003500470300041
其中，i为微环谐振器的编号，“%”为求余运算，
Figure BDA00003500470300042
为向下取整运算。
参照图3，每个输出单元，包括1根水平波导301、4根垂直波导302和4个微环谐振器303，该根水平波导与4根垂直波导分别相交，形成4个交叉点，4个微环谐振器依次置于4个交叉点的左下角；输出单元内的4个微环谐振器，其类型互不相同，且从左到右依次编号为1，2，3，4；每个微环谐振器，根据其编号和所属输出单元的横坐标x和纵坐标y，标记为
Figure BDA00003500470300043
其中，i为微环谐振器的编号，“%”为求余运算，
Figure BDA00003500470300044
为向下取整运算。
参照图4，每个光交换单元，包括4根水平波导401、4根垂直波导402和4个微环谐振器403，该4根水平波导的两端对齐，并与4根垂直波导正交，形成16个交叉点，该16个交叉点形成一个正方形的点阵，选取该正方形的从左上到右下的对角线上的4个交叉点，4个微环谐振器依次置于这4个交叉点的左上角；光交换单元内的4个微环谐振器，其类型相同，均标记为
Figure BDA00003500470300045
其中x、y分别为光交换单元的横坐标和纵坐标，“%”为求余运算，
Figure BDA00003500470300046
为向下取整运算。
参照图5，本发明基于微环谐振器的全光片上网络，共有192个微环谐振器，这些微环谐振器共有8种类型，即前4种是标记为L1，L2，L3，L4的微环谐振器，后4种是标记为C1，C2，C3，C4的微环谐振器；
网络中坐标为(0,0)、(3,1)、(2,2)和(1,3)的四个节点中的注入单元、输出单元和光交换单元的结构分别相同，其中，每个注入单元的四个微环谐振器从上到下依次标记为L1，L2，L3，L4，每个输出单元的四个微环谐振器从左到右依次标记为C1，C2，C3，C4，每个光交换单元的四个微环谐振器均标记为C1；
网络中坐标为(1,0)、(0,1)、(3,2)和(2,3)的四个节点中的注入单元、输出单元和光交换单元的结构分别相同，其中，每个注入单元的四个微环谐振器从上到下依次标记为L2，L3，L4，L1，每个输出单元的四个微环谐振器从左到右依次标记为C2，C3，C4，C1，每个光交换单元的四个微环谐振器均标记为C2；
网络中坐标为(2,0)、(1,1)、(0,2)和(3,3)的四个节点中的注入单元、输出单元和光交换单元的结构分别相同，其中，每个注入单元的四个微环谐振器从上到下依次标记为L3，L4，L1，L2，每个输出单元的四个微环谐振器从左到右依次标记为C3，C4，C1，C2，每个光交换单元的四个微环谐振器均标记为C3；
网络中坐标为(3,0)、(2,1)、(1,2)和(0,3)的四个节点中的注入单元、输出单元和光交换单元的结构分别相同，其中，每个注入单元的四个微环谐振器从上到下依次标记为L4，L1，L2，L3，每个输出单元的四个微环谐振器从左到右依次标记为C4，C1，C2，C3，每个光交换单元的四个微环谐振器均标记为C4；
每种微环谐振器，采用相同的结构，不同的谐振波长。每种微环谐振器的谐振波长，按照如下规则设定：
在光纤通信的C与L波段中，选取16种不同的波长，依次填入一个4×4二维矩阵的16个元素中，使矩阵中任意两个左右相邻的波长之差的绝对值相等，且任意两个上下相邻的波长之差的绝对值也相等；将该矩阵中的第1行波长设定为标记为L1的微环谐振器的谐振波长，以此类推，将第4行波长设定为标记为L4的微环谐振器的谐振波长；将该矩阵中第1列波长设定为标记为C1的微环谐振器的谐振波长，以此类推，将第4列波长设定为标记为C4的微环谐振器的谐振波长。
以上描述仅是本发明的一个具体实例，不构成对本发明的任何限制。显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形成和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于微环谐振器的全光片上网络，包括N2个节点，这些节点按照从左至右，从下至上的方式均匀排布，N是正偶数，2≤N≤16；每个节点包括一个调制器、一个解调器、一个注入单元、一个输出单元和一个光交换单元，且注入单元位于调制器与光交换单元之间，输出单元位于解调器与光交换单元之间；在网络中，以左上角的节点为坐标原点，水平向右为X维正方向，竖直向下为Y维正方向，建立二维坐标系，依次确定所有节点的坐标(x，y)，每个节点内的调制器、解调器、注入单元、输出单元和光交换单元共享该节点的坐标；其特征在于：
每个注入单元，包括N根水平波导、1根垂直波导和N个微环谐振器，该根垂直波导与N根水平波导分别相交，形成N个交叉点，N个微环谐振器依次置于N个交叉点的右上角；
每个输出单元，包括1根水平波导、N根垂直波导和N个微环谐振器，该根水平波导与N根垂直波导分别相交，形成N个交叉点，N个微环谐振器依次置于N个交叉点的左下角；
每个光交换单元，包括N根水平波导、N根垂直波导和N个微环谐振器，该N根水平波导的两端对齐，并与N根垂直波导正交，形成N2个交叉点，该N2个交叉点形成一个正方形的点阵，选取该正方形的从左上到右下的对角线上的N个交叉点，N个微环谐振器依次置于这N个交叉点的左上角；
每一行的N个节点之间，采用N根同心环形水平波导，将每个节点内的光交换单元中的N根水平波导相连；每一列的N个节点之间，采用N根同心环形垂直波导，将每个节点内的光交换单元中的N根垂直波导相连；所有环形波导均为单向波导，以沿顺时针方向传输多个波长的光信息。
2.根据权利要求1所述的基于微环谐振器的全光片上网络，其特征在于，该全光片上网络中共有3N3个微环谐振器，这些微环谐振器共有2N种类型，即前N种微环谐振器依次标记为L1，……LN，后N种微环谐振器依次标记为C1，……CN；每种微环谐振器，采用相同的结构，不同的谐振波长。
3.根据权利要求1或2所述的基于微环谐振器的全光片上网络，其特征在于，注入单元内的N个微环谐振器，其类型互不相同，且从上到下依次编号为1，2……，N；每个微环谐振器，根据其编号和所属注入单元的横坐标x和纵坐标y，标记为
Figure FDA00003500470200021
；其中，i为微环谐振器的编号，“%”为求余运算，“
Figure FDA00003500470200022
”为向下取整运算。
4.根据权利要求1或2所述的基于微环谐振器的全光片上网络，其特征在于，输出单元内的N个微环谐振器，其类型互不相同，且从左到右依次编号为1，2……，N；每个微环谐振器，根据其编号和所属输出单元的横坐标x和纵坐标y，标记为；其中，i为微环谐振器的编号，“%”为求余运算，“
Figure FDA00003500470200024
”为向下取整运算。
5.根据权利要求1或2所述的基于微环谐振器的全光片上网络，其特征在于，光交换单元内的N个微环谐振器，其类型相同，均标记为，其中x、y分别为光交换单元的横坐标和纵坐标，“%”为求余运算，“
Figure FDA00003500470200026
”为向下取整运算。
6.根据权利要求2所述的基于微环谐振器的全光片上网络，其特征在于，每种微环谐振器的谐振波长，按照如下规则设定：
在光纤通信的C与L波段中，选取N2种不同的波长，依次填入一个N×N二维矩阵的N2个元素中，使矩阵中任意两个左右相邻的波长之差的绝对值相等，且任意两个上下相邻的波长之差的绝对值也相等；
将该矩阵中的第1行波长设定为标记为L1的微环谐振器的谐振波长，以此类推，将第N行波长设定为标记为LN的微环谐振器的谐振波长；
将该矩阵中第1列波长设定为标记为C1的微环谐振器的谐振波长，以此类推，将第N列波长设定为标记为CN的微环谐振器的谐振波长。
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