CN103973369B - 一种光开关矩阵的状态配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光开关矩阵的状态配置方法，首先根据光开关矩阵的拓扑结构，按照输入光信号可依次经过的光开关单元来构建不同端口对应的光开关；然后将能够遍及所有光开关单元的数量最少的光开关树组成典型光开关树组，计算出可满足相应端口交换需求的多种光开关配置状态，并在此基础上计算其余光开关树，从而确定能够满足所有交换请求的一种或多种光开关配置状态；最后根据计算过程中得到的组播输出光功率，确定其中能够更好满足用户交换需求的最佳光开关配置方式。本发明是一种基于开关状态性能的光开关矩阵配置方法，适合任意光开关矩阵拓扑结构，也可用于光路的保护恢复以及光开关矩阵的组播功能设计。

Description

一种光开关矩阵的状态配置方法

技术领域

本发明属于光通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种光开关矩阵的状态配置方法。

背景技术

光纤通信已成为各种信息网络的基础，其技术成果使诸多领域受益，不断提高着人们的生活水平。光纤通信网络的发展离不开光传输和光交换。目前，比较成熟的光交换技术是“光-电-光”的处理方式，不能与高速发展的光纤传输技术想匹配，越来越成为限制光纤通信网络发展的主要因素。

新一代的通信网络逐步向全光网络迈进，全光交换也受到人们越来越多的关注。光交换矩阵作为全光交换网络的核心，决定了光网络的容量、功能和性能。为了实现光交换功能，需对光开关矩阵中的光开关单元进行状态配置，即决定每个光开关单元的“开”和“关”状态。传统的光开关矩阵的状态配置方法是从网络路由算法演化而来，将光开关矩阵中的光开关单元视为网络中的节点，然后采用相应的路由算法计算路由。对于一组给定的光交换交换请求，路由算法往往只给出多组能够满足需求的路由方式，而没有根据光开关性能来确定最佳光开关配置状态(即没有确定输出损耗最低或信噪比最大的最佳路由)。此外，现有的光开关状态配置方法是针对完全理想的“开”和“关”前提下实现的，而实际中光开关并非理想器件，存在一定的分光比，会对整个光开关矩阵的性能产生不可忽略的影响(导致光开关矩阵出现一定插入损耗或信噪比)。

计算光开关矩阵性能的传统方法是：先采用路由算法计算光开关矩阵中理想光开关的配置状态，再计算不同路由方式下非理想光开关矩阵的性能，计算效率较低。事实上，光开关矩阵的状态配置方法与光交换网络的路由算法属于两个不同的问题。因此，需要有针对性地提出一种基于光开关性能的光开关矩阵优状态配置方法，使其既具有通用性，又能够解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种光开关矩阵的状态配置方法，通过计算不同端口对应的光开关树的组播光功率，得到能够满足交换需求的光开关配置状态，同时获取该配置状态下光开关矩阵的性能，进而选择最佳的光开关配置状态，该方法计算简单、针对性强。

为实现上述发明目的，本发明提出的一种光开关矩阵的状态配置方法，包括以下步骤：

步骤1：构建光开关矩阵不同输入端口的光开关树：

根据光开关矩阵的拓扑结构，按照输入光信号可依次经过的光开关单元来构建不同输入端口的光开关单元树形图(简称光开关树)，其中的分叉点对应于光开关单元；

步骤2：计算满足典型光开关树组交换请求的光开关配置状态：

将能够遍及所有光开关单元的数量最少的光开关树组合成典型光开关树组，然后计算典型光开关树组中每个光开关树在不同光开关状态下的组播输出光功率，从而获得可满足典型光开关树组中单个光开关树单入单出交换需求的多种光开关配置状态；进而从获得的典型光开关树组中单个光开关树单入单出交换需求的多种光开关配置状态中可筛选出能够同时满足与典型光开关树组中光开关树的数量相等的多个单入单出的交换需求的光开关配置状态，即满足典型光开关树组交换请求的光开关配置状态；

步骤3：计算能够满足所有交换请求的光开关配置状态：

选择除步骤2中典型光开关树组之外的其余光开关树之一，计算所述其余光开关树在满足步骤2所得典型光开关树的任一种光开关配置状态基础上的组播输出光功率，可获得能够同时满足所述其余光开关树单入单出交换需求和步骤2中所述典型光开关树交换请求的光开关配置状态；最后在能够同时满足所述其余光开关树单入单出交换需求和步骤2中所述典型光开关树组交换请求的光开关配置状态中筛选出能够满足所有交换请求的一种或多种光开关配置状态；

步骤4：确定满足所有交换请求的最佳光开关配置状态；

根据光开关矩阵中每个光开关单元的分光比，计算出步骤3所得能够满足所有交换请求的一种或多种光开关配置状态的最终插入损耗或光信噪比，确定出满足所有交换请求的最佳光开关配置状态。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明光开关矩阵的状态配置方法，首先根据光开关矩阵的拓扑结构，按照输入光信号可依次经过的光开关单元来构建不同端口对应的由光开关单元交换而成的树形图(简称光开关树)，其中的分叉点对应于光开关单元；然后将能够遍及所有光开关单元的数量最少的光开关树组成典型光开关树组，计算典型光开关树组中每个光开关树在不同光开关状态下的组播输出光功率，从而获得可满足典型光开关树组中单个光开关树单入单出交换需求的多种光开关配置状态；在已得到的这些多组光开关配置状态下，计算其余光开关树的组播输出光功率，获得能够同时满足所述其余光开关树单入单出交换需求和所述典型光开关树交换请求的光开关配置状态；最后在能够同时满足所述其余光开关树单入单出交换需求和所述典型光开关树组交换请求的光开关配置状态中筛选出能够满足所有交换请求的一种或多种光开关配置状态；最后，根据光开关矩阵中每个光开关单元的分光比，计算出步骤3所得能够满足所有交换请求的一种或多种光开关配置状态的最终插入损耗或光信噪比，确定出满足所有交换请求的最佳光开关配置状态。

同时，本发明光开关矩阵的状态配置方法具有以下有益效果：

(1)、本发明在获得光开关矩阵的配置状态的同时，相应光开关矩阵的性能也被得到，提高了计算的有效性。

(2)、本发明不但适用于光开关矩阵结构发生改变时光开关状态的配置，还适用于光开关性能劣化时优选配置方案的更新；在光路的保护恢复和光开关矩阵的组播功能配置方面也有应用价值。

附图说明

图1是本发明流程示意图。

图2是本发明实施例所述4×4光开关矩阵的拓扑结构。

图3是本发明实施例4×4光开关矩阵的光开关树形图。

图4是本发明实施例中光开关树组播光功率计算示意图。

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

本发明一种光开关矩阵的优选配置算法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：构建光开关矩阵不同输入端口的光开树。

根据光开关矩阵的拓扑结构，按照输入光信号可依次经过的光开关单元来构建不同端口对应的光开关单元连接的树形图(简称光开关树)，其中的分叉点对应于光开关单元；

本实施例中，如图2所示，给出了一种无阻塞式4×4光开关矩阵的拓扑结构，该光开关矩阵由6个相同的2×2光开关单元(S₁～S₆)组成，每个2×2光开关单元均有两种状态，Cross(交叉)状态和Bar(阻断)状态。设每个2×2光开关单元处于Cross状态时的分光比为0.02:0.98，对应处于Bar状态时的分光比为0.84:0.0068。根据图2中光开关矩阵的拓扑结构，所构建的光开关单元连接的树形图如图3所示。因为该光开关矩阵有4个输入端口(I₁～I₆)和4个输出端口(O₁～O₆)，因此与输入端口对应的光开关树总共有4棵，分别是输入端口I₁对应的光开关树1，输入端口I₂对应的光开关树2，输入端口I₃对应的光开关树3，输入端口I₄对应的光开关树4。

步骤2：计算满足典型光开关树组交换请求的光开关配置状态。

将能够遍及所有光开关单元的数量最少的光开关树组合成典型光开关树组，然后计算典型光开关树组中每个光开关树在不同光开关状态下的组播输出光功率，从而获得可满足典型光开关树组中单个光开关树单入单出交换需求的多种光开关配置状态；进而从获得的典型光开关树组中单个光开关树单入单出交换需求的多种光开关配置状态中可筛选出能够同时满足与典型光开关树组中光开关树的数量相等的多个单入单出的交换需求的光开关配置状态，即满足典型光开关树组交换请求的光开关配置状态。

本实施例中，典型光开关树有多种组合，如：光开关树1和光开关树3；光开关树1和光开关树4；光开关树2和光开关树3；光开关树2和光开关树4。此处，以光开关树1和3组成典型光开关树组。假设用户的光交换交换请求是：实现输入端口I₁到输出端口O₁，输入端口I₂到输出端口O₂，输入端口I₃到输出端口O₃，输入端口I₄到输出端口O₄的交换。分别计算光开关树1和光开关树3的组播光功率，因为要实现输入端口I₁到输出端口O₁，输入端口I₃到输出端口O₃的交换，因此在光开关树1的计算中要使输出端口O₁的功率最大，在光开关树3的计算中要使输出端口O₃的功率最大。以光开关树1的计算为例(设输入功率为单位1)，假设光开关单元S₁～S₆的状态均为Bar，如图4所示，则各输出端口的组播光功率为：O₁＝0.5927、O₂＝0.0096、O₃＝0.0048、O₄＝0.0001，可见输出端口O₁的功率最大，表明这种光开关配置状态可以实现输入端口I₁到输出端口O₁的交换。为简便起见，以字符“0”表示Bar状态，以字符“1”表示Cross状态，以字符“X”表示状态未定，例如“0X0000”表示光开关单元S₂的状态未定，其余光开关单元均处于Bar状态，其中字符串中的第n个字符对应于光开关单元Sn(n＝1～6)。对光开关树1中的所有光开关单元的状态进行遍历，可以实现输入端口I₁到输出端口O₁的交换请求的配置状态有：“0X0000”,“0X0001”,“0X0100”,“0X0101”,“1X0010”,“1X0011”,“1X1010”,“1X1011”。同理，对光开关树3的状态进行遍历，可以实现输入端口I₃到输出端口O₃的交换请求的配置状态有：“X00000”，“X00010”，“X00100”，“X00110”，“X10001”，“X10011”，“X11001”，“X11011”。因此可同时实现输入端口I₁到输出端口O₁以及输入端口I₃到输出端口O₃的交换请求的配置状态有：“000000”，“010001”，“000100”，“100010”，“110011”，“111011”。

步骤3：计算能够满足所有交换请求的光开关配置状态。

选择除步骤2中典型光开关树组之外的其余光开关树之一，计算所述其余光开关树在满足步骤2所得典型光开关树的任一种光开关配置状态基础上的组播输出光功率，可获得能够同时满足所述其余光开关树单入单出交换需求和步骤2中所述典型光开关树交换请求的光开关配置状态；最后在能够同时满足所述其余光开关树单入单出交换需求和步骤2中所述典型光开关树组交换请求的光开关配置状态中筛选出能够满足所有交换请求的一种或多种光开关配置状态。

将步骤二中得到的六种光开关配置状态依次带入光开关树2中，可以实现输入端口I₂到输出端口O₂的交换请求的配置状态有：“000000”,“010001”,“100010”,“110011”。将上述四种光开关配置状态依次带入光开关树4中，可以实现输入端口I₄到输出端口O₄的交换请求的配置状态有：“000000”，“010001”，“100010”，“110011”。所以光开关配置状态“000000”，“010001”，“100010”，“110011”即为所有可实现输入端口I_n到输出端口O_n(n＝1～4)的光开关配置状态。

步骤4：确定满足所有交换请求的最佳光开关配置状态。

根据光开关矩阵中每个光开关单元的分光比，计算出步骤3所得能够满足所有交换请求的一种或多种光开关配置状态的最终插入损耗或光信噪比，确定出满足所有交换请求的最佳光开关配置状态。

可以实现用户的光交换交换请求的光开关配置状态有四种，分别为：“000000”，“010001”，“100010”和“110011”。以光开关配置状态“000000”为例，在步骤二和步骤三光开关树的计算中可得表1所示结果，从表1中可以看出，当光开关配置状态“000000”时，满足交换交换请求的所有光路的插入损耗均为2.27dB，光信噪比均为16.11dB。同理可得光开关配置状态为“010001”、“100010”或“110011”时各个输出端口的损耗和光信噪比。经计算可得，当光开关配置状态为“110011”时，各个输出端口的插入损耗最小，光信噪比最大，因此光开关配置状态“110011”为满足用户光交换交换请求的最佳光开关配置状态，即光开关单元3和4处于Bar状态，其他光开关单元均处于Cross状态。

表1

Claims (1)

1.一种光开关矩阵的状态配置方法，包括以下步骤：

步骤1：构建光开关矩阵不同输入端口的光开关树：

根据光开关矩阵的拓扑结构，按照输入光信号可依次经过的光开关单元来构建不同输入端口的光开关单元树形图，简称光开关树，其中的分叉点对应于光开关单元；

步骤2：计算满足典型光开关树组交换请求的光开关配置状态：

将能够遍及所有光开关单元的数量最少的光开关树组合成典型光开关树组，然后计算典型光开关树组中每个光开关树在不同光开关状态下的组播输出光功率，从而获得可满足典型光开关树组中单个光开关树单入单出交换需求的多种光开关配置状态；进而从获得的可满足典型光开关树组中单个光开关树单入单出交换需求的多种光开关配置状态中可筛选出能够同时满足与典型光开关树组中光开关树的数量相等的多个单入单出的交换需求的光开关配置状态，即满足典型光开关树组交换请求的光开关配置状态；

步骤3：计算能够满足所有交换请求的光开关配置状态：

选择除步骤2中典型光开关树组之外的其余光开关树之一，计算所述其余光开关树在满足步骤2所得典型光开关树的任一种光开关配置状态基础上的组播输出光功率，可获得能够同时满足所述其余光开关树单入单出交换需求和步骤2中所述典型光开关树交换请求的光开关配置状态；最后在能够同时满足所述其余光开关树单入单出交换需求和步骤2中所述典型光开关树组交换请求的光开关配置状态中筛选出能够满足所有交换请求的一种或多种光开关配置状态；

步骤4：确定满足所有交换请求的最佳光开关配置状态；

根据光开关矩阵中每个光开关单元的分光比，计算出步骤3所得能够满足所有交换请求的一种或多种光开关配置状态的最终插入损耗或光信噪比，确定出满足所有交换请求的最佳光开关配置状态。