CN112751611B - 一种基于单故障模型的光路由器桥接故障数量检测方法 - Google Patents

一种基于单故障模型的光路由器桥接故障数量检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于单故障模型的光路由器桥接故障数量检测方法，首先，对输入端口和输出端口属性进行初始化，并对所述输入端口和所述输出端口属性对应的多个出口谐振器进行统计；接着，根据所述输入端口和所述输出端口的标识符是否一致，建立三种寻找结构，其中，三种所述寻找结构包括直通光路、单谐振光路和多谐振光路；然后，根据所述直通光路、所述单谐振光路和所述多谐振光路顺序进行故障查找；最后，计算每条路径下的所有微环谐振器的组合方式，并采用累加的方式，得到所有的单个桥接故障数量，提高故障查找率。

Description

一种基于单故障模型的光路由器桥接故障数量检测方法
技术领域
本发明涉及光路由器技术领域，尤其涉及一种基于单故障模型的光路由器桥接故障数量检测方法。
背景技术
光片上网络作为集成电路发展的产物，己经成为片上多核及众核系统的主流通信架构，它通过使用路由器作为数据收发媒介，为多个功能模块之间提供通讯，相较于传统基于总线架构的片上系统而言，具有可扩展性强、低延和高带宽等优点，满足了多核系统对通信效率的需求。
由于光片上网络芯片集成度不断提高，单个芯片所能集成的晶体管数目及芯片总面积呈现增大的趋势，从而引起芯片内部发生更多的缺陷。这里主要指的是，光片上系统中的关键光设备微环谐振器MRRs(micro-ring resonators)对温度的波动非常敏感，以及MRR复杂的制造工艺，都会使得MRR发生桥接故障，最终会导致所需传输的信息误传、甚至丢失，使得PNOC的性能和可靠性下降。因此如何检测特定路由器结构里面的MRR桥接故障显得非常重要，在此基础上首先要知道路由器结构里可以构成桥接故障的微环谐振器，所以有必要提出一种实现自动检测桥接故障数量的方法。对于路由器结构复杂的情况，很难根据人工统计出能够构成桥接故障的谐振器组合，而且人工统计相对复杂、易出错，导致故障查找率下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于单故障模型的光路由器桥接故障数量检测方法，提高故障查找率。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于单故障模型的光路由器桥接故障数量检测方法，包括以下步骤：
对输入端口和输出端口属性进行初始化，并对所述输入端口和所述输出端口属性对应的多个出口谐振器进行统计；
根据所述输入端口和所述输出端口的标识符是否一致，建立三种寻找结构；
根据三种所述寻找结构的光路径顺序进行故障查找，并采用累加的方式统计所有故障数量，得到单个桥接故障数量。
其中，根据所述输入端口和所述输出端口的标识符是否一致，建立三种寻找结构，包括：
根据所述输入端口和所述输出端口的标识符是否一致，判断输入输出端口是否相同；
若所述输入端口和所述输出端口的标识符不一致，则依次建立三种寻找结构，其中，三种所述寻找结构包括直通光路、单谐振光路和多谐振光路。
其中，若所述输入端口和所述输出端口的标识符不一致，则依次建立三种寻找结构，包括：
根据当前所述输入端口，依次查找与所述标识符相对应的所有所述输出端口的所述标识符，并判断是否不经过任何微环谐振器输出；
若不经过任何微环谐振器输出，则得到对应的直通光路；
若要经过微环谐振器输出，则判断从所述输入端口到所述输出端口是否经过单个微环谐振器输出，分别建立对应的单谐振光路和多谐振光路。
其中，根据三种所述寻找结构的光路径顺序进行故障查找，并采用累加的方式统计所有故障数量，得到单个桥接故障数量，包括：
根据所述直通光路、所述单谐振光路和所述多谐振光路顺序进行故障查找；
计算每条路径下的所有微环谐振器的组合方式，并采用累加的方式，得到所有的单个桥接故障数量。
其中，根据所述直通光路、所述单谐振光路和所述多谐振光路顺序进行故障查找，包括：
根据所述直通光路，将对应路径下的所有所述微环谐振器进行统计；
根据所述单谐振光路，统计基于原始路径外的换路路径上的所述微环谐振器；
根据所述多谐振光路，统计流经第一谐振器及所述第一谐振器、所述第一谐振器和第二谐振器之间的所有所述微环谐振器。
本发明的一种基于单故障模型的光路由器桥接故障数量检测方法，首先，对输入端口和输出端口属性进行初始化，并对所述输入端口和所述输出端口属性对应的多个出口谐振器进行统计；接着，根据所述输入端口和所述输出端口的标识符是否一致，建立三种寻找结构，其中，三种所述寻找结构包括直通光路、单谐振光路和多谐振光路；然后，根据所述直通光路、所述单谐振光路和所述多谐振光路顺序进行故障查找；最后，计算每条路径下的所有微环谐振器的组合方式，并采用累加的方式，得到所有的单个桥接故障数量，提高故障查找率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种基于单故障模型的光路由器桥接故障数量检测方法的步骤示意图。
图2是本发明提供的一种光路由器桥接故障数量检测方法的结构流程示意图。
图3是本发明提供的桥接故障数量检测的寻找算法流程图。
图4是本发明提供的桥接故障模型:发送Bit1，Bit0为(10)接收为Bit1，Bit0为(01)的情况。
图5是本发明提供的桥接故障模型：发送Bit1，Bit0为(01)接收为Bit1，Bit0为(10)的情况。
图6是本发明提供的五端口光路由器结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1至图3，本发明提供一种基于单故障模型的光路由器桥接故障数量检测方法，包括以下步骤：
S101、对输入端口和输出端口属性进行初始化，并对所述输入端口和所述输出端口属性对应的多个出口谐振器进行统计。
具体的，假设路由器结构的输入输出端口数都为N，对应光路径就是(0-N)，微环谐振器用MRR表示，有以下：
首先有两个定义：
入口谐振器：从其他路径经过该微环谐振器谐振进入到当前路径进行传输的微环谐振器，称为当前路径下输出端口的入口谐振器。
出口谐振器：从当前路径经过该微环谐振器谐振进入到其他路径进行传输微环谐振器，称为当前路径下输入端口的出口谐振器。
设定初始条件，对输入端口属性和输出端口属性进行初始化，并利用对应的标识符对对应的端口路径进行标记，然后对所述输入端口和所述输出端口属性对应的所有的微环谐振器进行统计。
输入端口属性：
将每个光路由器端口路径用特定标识符标记，即此时的输入端口的光路可以定义为{X1，X2，X3...Xn}；
列出每个端口路径所使用到的微环谐振器，如{MRRi1，MRRi2，MRRi3...MRRin}，对应出口谐振器；
列出每个端口路径上的微环谐振器发生谐振时所对应的输出端口{N1,N2,N3...Nn}；
列出每个端口路径上所连接的所有微环谐振器{MRRj1，MRRj2，MRRj3...MRRjn}。
输出端口属性：
将每个光路由器端口路径用特定标识符标记，设置同路径下的输出端口与输入端口的标识符一致，即此时的输出端口的光路可以定义为{X11，X22，X33...Xnn}。
列出输出端口为对应端口{N1,N2,N3...Nn}的微环谐振器，如{MRRy1，MRRy2，MRRy3...MRRyn}，对应入口谐振器。
以低插入损耗的五端口光学路由器结构为例，如图6所示：光路由器结构包括12个微环谐振器、6条光波导路径、5个输入/出端口和2个终端节点。其中标号1-5、1`-5`表示光路由器的输入/输出端口标记，带环的编号①-
Figure BDA0002882250400000051
为对应结构的微环谐振器。
输入端口属性设置：
标号为1-5的输入端口，每条路径用标识符a、b、c、d、e表示，以输入端口1为例其标识符为a，其他端口以此类推；
列出每条路径所用到的微环谐振器，即列出对应路径的出口谐振器，以输入端口1为例，使用到的微环谐振器有③、⑥、⑧、⑨，其他端口以此类推；
列出每条路径上的微环谐振器发生谐振时所对应的输出端口，以输入端口1为例，微环谐振器③、⑥、⑧、⑨谐振时，对应输出端口是2`、5`、4`、3`，其他端口以此类推；
列出每条路径所连接的所有微环谐振器，以1号输入路径输入端口1为例与此输入路径相连的微环谐振器有②、③、⑥、⑧、⑨、⑦，其他端口以此类推；
输出端口属性设置：
标号为1`-5`的输出端口，每条路径用标识符b、a、e、none_output1、c表示，以输出端口1`为例其标识符为b，其他端口以此类推；
列出每条路径的微环谐振器谐振后经此端口输出的微环谐振器，即列出对应路径的入口谐振器，以输出端口1`为例涉及的微环谐振器有
Figure BDA0002882250400000052
⑤、①，其他端口以此类推；
描述路由器结构，将输入/输出端口属性中的出口/入口谐振器记录下来，即将各端口(1-5)的输入端口标识符、入口谐振器、出口谐振器、出口谐振器谐振时对应的输出端口、此端口下的所连接的谐振器，将这些信息记录到矩阵，作为结构信息矩阵。
S102、根据所述输入端口和所述输出端口的标识符是否一致，建立三种寻找结构。
具体的，根据所述输入端口和所述输出端口的标识符是否一致，判断是否为同一输入输出端口；判断依据是：同一条路径下的输出端口与输入端口的标识符必须保持一致。若所述输入端口和所述输出端口的标识符不一致，则依次建立三种寻找结构：不经谐振器即可连通的直通光路、经由单个谐振器构成的单谐振光路和两个及以上数量的谐振器构成的多谐振光路。
一、建立直通光路
根据输入输出相异的端口依次寻找输入端口与输出端口一致的标识符，寻找两个可不经过任何微环谐振器即可连通的端口，确定为直通路径。如图6和图2所示，从输入端口i＝1(i<5)开始，根据输入输出相异的端口依次查找输入端口i与其它输出端口(j＝1～5)一致的标识符，寻找两个可不经过任何微环谐振器即可连通的端口，确定为直通路径。
二、建立单谐振光路
在直通光路的基础上，如果输入输出端口不能满足直通路径的条件，那么就要考虑能否通过单个微环谐振器发生谐振来连接这两个输入输出端口的光路。所以这个阶段就是要寻找单个微环谐振器。
三、建立多谐振光路
在单个微环谐振器光路的基础上，如果输入输出端口不能满足单个微环谐振器发生谐振来确定光路这个条件，那么就要考虑能否通过多个微环谐振器组合发生谐振后来连接这两个输入输出端口的光路。所以这个阶段就是要寻找组合微环谐振器。
S103、根据三种所述寻找结构的光路径顺序进行故障查找，并采用累加的方式统计所有故障数量，得到单个桥接故障数量。
具体的，根据所述直通光路、所述单谐振光路和所述多谐振光路顺序进行故障查找，如图3所示。
一、直通光路
由于直通路径下可以不经过任何谐振器即可连通，故此路径下只有该路径下所使用的谐振器会对输出造成影响。
举例来说，同一路径是进行直通光路寻找的前提，例如输入端口1的标识符为a，输出端口2`的标识符也为a，那么输入端口1到输出端口2`应该是同一路径，路由器结构如图6所示，确实是同一路径。由于直通路径下可以不经过任何谐振器即可连通，故此路径下只有该路径下所使用的微环谐振器会对输出造成影响。以端口1为例找出的微环谐振器为对应1号端口的出口谐振器③、⑥、⑧、⑨。
二、单谐振光路
找出由单个微环谐振器构成的路径会对输出产生影响的微环谐振器。统计基于原始路径外的换路路径上的所述微环谐振器。
由单个微环谐振器构成的路径包含两条路径，第一条路径：经过微环谐振器之前的原始路径，也就是微环谐振器未谐振之前的路径；第二条路径：经过微环谐振器之后的换路路径，也就是微环谐振器发生谐振之后的路径。
具体步骤：
(1)记录经过谐振器换路之前的微环谐振器，发生换路，将换路后的谐振器保存，然后记录换路的谐振器所在的位置。
(2)然后根据微环谐振器连接的顺序，依次根据换路时的谐振器位置(换路前的谐振器才可以对输出影响)，记录换路之后会对输出产生影响的微环谐振器。
三、根据所述多谐振光路，统计流经第一谐振器及所述第一谐振器、所述第一谐振器和第二谐振器之间的所有所述微环谐振器。
与单个微环谐振器类似，假设构成通路的微环谐振器数量为N，则该通路包含N+1条路径，根据该路径下微环谐振器的连接顺序来判断哪些谐振器会对输出造成影响。以不同输入路径(对应到路由器是不同端口)为起始查找入口，分别找对应输入端口的出口微环谐振器到从其他路径上(路由器端口)的入口微环谐振器能够构成光路的微环谐振器。
分为以下几个步骤：
(1)先寻找与目标输出端口一致的出口谐振器。
(2)再根据所述出口谐振器确定入口谐振器。
(3)判断，若出口谐振器所在光路的输入口与入口谐振器输出口对应的光路输入口一致。例如：3端口输入经微环⑥谐振从2`端口输出，1端口输入经微环⑧谐振从4`端口输出，判断出口谐振器⑧所在光路的输入口是端口1，于是和入口谐振器⑥输出口2`对应的路径下的输入端口1是一致的，满足条件，可以接着向下判断
(4)判断两谐振器即第一谐振器和第二谐振器能否构成组合谐振，即根据连接的顺序判断。
第一谐振器：某输入输出路径i→j，从输入端口i经谐振到其它输出端口的谐振器。
第二谐振器：某输入输出路径i→j，从其他端口输入经谐振从该路径下输出端口j输出的谐振器。
分别记录经过第一谐振器及以前的谐振器，记录第一谐振器(不包括)到第二谐振器之间经过的谐振器。
最后计算每条路径下会对输出造成影响的谐振器的组合方式，即将端口路径1-5的按照上面第三步骤的三种情况分别找出对应的微环谐振器，将这些结果累加起来即可得到该结构下所有的单故障桥接数量。
基于单故障模型的光路由器桥接故障数量的检测方法结果如下表所示：
Figure BDA0002882250400000081
如检测1输入端口到其它2`、3`、4`输出端口能够构成的桥接故障微环个数：依照步骤分别找到3条光路可以产生桥接故障的微环谐振器是③、⑥、⑧、⑨，按照两两组合方式共有12个桥接故障：③和⑥、③和⑧、③和⑨、⑥和⑧、⑥和⑨、⑧和⑨，每两个微环对应构成两类桥接故障，综上从1输入端口到其它2`、3`、4`输出端口共存在12个桥接故障。
与现有技术相比，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于单故障模型的光路由器桥接故障数量检测方法。实现桥接故障的检测过程中，不同的路由器的结构，每个路由器的端口数目以及所用到的微环谐振器数量不同。而且桥接故障的检测首先要找出对应路由器结构里面能够构成桥接故障的微环谐振器，对于路由器结构复杂的情况，很难根据人工统计出能够构成桥接故障的谐振器组合，也就是桥接故障的检测可能不能够覆盖到每一个桥接故障对应的微环谐振器，所以有必要提出一种基于单故障模型的光路由器桥接故障数量的检测方法。此方法对于后续桥接故障的模拟和检测提供理论依据，同时也将提高光路由器片上网络的可靠性。
本发明对MRR对温度高度波动敏感而造成桥接故障，建立故障模型如下：
如图4中，无故障情况下，MRR1谐振光波波长为λ1；MRR2谐振光波波长为λ2。此时无故障出现，接收到的Bit1，Bit0为(10)。MRR1无故障，谐振光波波长为λ1；MRR2由于对温度高度波动敏感而造成谐振光波波长偏移，谐振光波波长变为λ1；此时出现桥接故障，接收到的Bit1，Bit0为(01)。
如图5中，无故障情况下，MRR1谐振光波波长为λ1；MRR2谐振光波波长为λ2。此时无故障出现，接收到的Bit1，Bit0为(01)。MRR1无故障，谐振光波波长为λ1，MRR2由于对温度高度波动敏感而造成谐振光波波长偏移，谐振光波波长变为λ1；此时出现桥接故障，接收到的Bit1，Bit0为(10)。
本实施例提供了一种基于单故障模型的光路由器桥接故障数量的检测方法，适用于N端口的光路由器结构，分别设置各个输入输出端口的初始属性，按照查找算法模型实现自动检测出对应路由器结构构成桥接故障的数量，提高故障查找效率。
本发明的一种基于单故障模型的光路由器桥接故障数量检测方法，首先，对输入端口和输出端口属性进行初始化，并对所述输入端口和所述输出端口属性对应的多个出口谐振器进行统计；接着，根据所述输入端口和所述输出端口的标识符是否一致，建立三种寻找结构，其中，三种所述寻找结构包括直通光路、单谐振光路和多谐振光路；然后，根据所述直通光路、所述单谐振光路和所述多谐振光路顺序进行故障查找；最后，计算每条路径下的所有微环谐振器的组合方式，并采用累加的方式，得到所有的单个桥接故障数量，提高故障查找率。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种基于单故障模型的光路由器桥接故障数量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
对输入端口和输出端口属性进行初始化，并对所述输入端口和所述输出端口属性对应的多个出口谐振器进行统计；
根据所述输入端口和所述输出端口的标识符是否一致，建立三种寻找结构，三种所述寻找结构包括直通光路、单谐振光路和多谐振光路；
根据三种所述寻找结构的光路径顺序进行故障查找，并采用累加的方式统计所有故障数量，得到单个桥接故障数量，其中，根据三种所述寻找结构的光路径顺序进行故障查找，包括：
根据所述直通光路，将对应路径下的所有微环谐振器进行统计；
根据所述单谐振光路，统计基于原始路径外的换路路径上的所述微环谐振器；
根据所述多谐振光路，统计流经第一谐振器及所述第一谐振器、所述第一谐振器和第二谐振器之间的所有所述微环谐振器。
2.如权利要求1所述的一种基于单故障模型的光路由器桥接故障数量检测方法，其特征在于，根据所述输入端口和所述输出端口的标识符是否一致，建立三种寻找结构，包括：
根据所述输入端口和所述输出端口的标识符是否一致，判断输入输出端口是否相同；
若所述输入端口和所述输出端口的标识符不一致，则依次建立三种寻找结构。
3.如权利要求2所述的一种基于单故障模型的光路由器桥接故障数量检测方法，其特征在于，若所述输入端口和所述输出端口的标识符不一致，则依次建立三种寻找结构，包括：
根据当前所述输入端口，依次查找与所述标识符相对应的所有所述输出端口的所述标识符，并判断是否不经过任何微环谐振器输出；
若不经过任何微环谐振器输出，则得到对应的直通光路；
若要经过微环谐振器输出，则判断从所述输入端口到所述输出端口是否经过了单个微环谐振器，分别建立对应的单谐振光路和多谐振光路。
4.如权利要求2所述的一种基于单故障模型的光路由器桥接故障数量检测方法，其特征在于，根据三种所述寻找结构的光路径顺序进行故障查找，并采用累加的方式统计所有故障数量，得到单个桥接故障数量，还包括：
计算每条路径下的所有微环谐振器的组合方式，并采用累加的方式，得到所有的单个桥接故障数量。
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Application publication date: 20210504

Assignee: Guilin Yinuo Yijin Information Technology Co.,Ltd.

Assignor: GUILIN University OF ELECTRONIC TECHNOLOGY

Contract record no.: X2023980044901

Denomination of invention: A Method for Detecting the Number of Bridge Faults in Optical Routers Based on a Single Fault Model

Granted publication date: 20220315

License type: Common License

Record date: 20231101

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