CN113286207B - 一种用于全光交换的高阶m×n光交换矩阵 - Google Patents

一种用于全光交换的高阶m×n光交换矩阵 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于全光交换的高阶M×N光交换矩阵，其特征在于，包括由多级a×b小开关单元依次级联组成的包括输入端矩阵和输出端矩阵的、输入端口数量为M、输出端口数量为N的开关阵列，开关阵列每一个开关的每一个端口均带有输入或输出尾纤。这种光交换矩阵从M个输入端口中的任一输入信号光都可从N个输出端口中的任一端口输出，适用于大吞吐量的数据交换，成本低廉、性能可靠、维修方便、可扩展性强、适应性好。

Description

一种用于全光交换的高阶M×N光交换矩阵
技术领域
本发明涉及光纤通信领域，具体是一种用于全光交换的高阶M×N光交换矩阵。
背景技术
在光通信领域很多场合都需要用到光交换，但是单个交换矩阵或光开关能实现的交换规模都很小，而高阶的交换矩阵工艺复杂、成本十分昂贵、能供货的厂家凤毛麟角，加之基本无法维修，损坏一路就必须替换掉整个器件，浪费巨大，用多个低阶的小开关矩阵拼搭成一个高阶的开关矩阵用来解决很多工程应用问题是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种用于全光交换的高阶M×N光交换矩阵。这种光交换矩阵从M个输入端口中的任一输入信号光都可从N个输出端口中的任一端口输出，光交换矩阵适用于大吞吐量的数据交换，成本低廉、性能可靠、维修方便、可扩展性强、适应性好。
实现本发明目的的技术方案是：
一种用于全光交换的高阶M×N光交换矩阵，与现有技术不同处在于，包括由多级a×b小开关单元依次级联组成的包括输入端矩阵和输出端矩阵的、输入端口数量为M、输出端口数量为N的开关阵列，开关阵列中每一个开关的每一个端口均带有输入或输出尾纤，其中，M、N、a、b互为独立的不小于1的自然数，M、N分别为M×N交换矩阵的输入端口数和输出端口数，a、b分别为a×b小开关单元的输入端口数和输出端口数。
所述开关阵列输入端矩阵中共有k级a×b小开关，其中第i级a×b小开关的数量为Xi+Ti，i是初始值为1的正整数，且依次递增为2、3……一直到k；同理，输出端矩阵中共有q级a×b小开关，其中第j级a×b小开关的数量为Yj+Fj，j同样是初始值为1的正整数，且依次递增为2、3……一直到q；开关阵列输入端矩阵中a×b小开关单元的数量m、开关阵列输出端矩阵中a×b小开关单元的数量n，以及X1、Ti、Yj、Fj依据以下规定配置：
1)从输入端朝输出端方向看，输入端矩阵第1级a×b小开关单元的数量为X1+T1，此时i取1，其中
Figure BDA0003083534920000011
X1为商，t1为余数，当t1≠0时，T1计1；当t1＝0时，T1计0；
2)若X1≤a，则停止计算，此时k记为1，即输入端只有1级a×b小开关；
3)若X1＞a，则继续计算
Figure BDA0003083534920000021
此时i递增为2，其中X2为商，t2为余数，则输入端矩阵第2级a×b小开关单元的数量为X2+T2，当t2≠0时，T2计1；当t2＝0时，T2计0；
4)若X2≤a，则停止计算，此时k记为2，即输入端一共有2级a×b小开关；
5)若X2＞a，则继续计算
Figure BDA0003083534920000022
此时i递增成3，其中X3为商，t3为余数，则输入端矩阵第3级a×b小开关单元的数量为X3+T3，当t3≠0时，T3计1；当t3＝0时，T3计0；
6)若X3≤a，则停止计算，此时k记为3，输入端一共有3级a×b小开关；
7)以此类推，Xi+1为Xi除以a的商，其中i是初始值为1的正整数，表示第i阶a×b小开关，若Xi＞a计算继续，不断重复步骤3)、步骤4)，且采用i+1不断递增，若Xi≤a，则计算停止，返回此时的i值记为k，输入端一共有k级a×b小开关；
8)输入端所需a×b小开关的总数量
Figure BDA0003083534920000023
输入端共有k级a×b小开关，最末一级即为第k级；
9)从输出端朝输入端方向看，交换矩阵的最末级假设为输出矩阵的第1级，所需a×b小开关单元的数量为Y1+F1，其中，
Figure BDA0003083534920000024
此时j取1，Y1为商，f1为余数，当f1≠0时，F1计1；当f1＝0时，F1计0；
10)若Y1≤b，停止计算，此时q记为1，即输出端只有1级a×b小开关；
11)若Y1＞b，继续计算
Figure BDA0003083534920000025
其中j是初始值为1的正整数，若Yj＞b计算继续，且采用j+1不断递增，若Yj≤b，则计算停止，返回此时的j值记为q，输出端一共有q级a×b小开关；
12)输出端所需a×b小开关的总数量
Figure BDA0003083534920000026
输出端共有q级a×b小开关，最末一级即为第q级；
13)输入端和输出端一起组成一个M×N光交换矩阵，总共需要的a×b小开关数量为m+n。
所述M×N光交换矩阵从输入端朝输出端方向看，i的取值依次为1、2、3……k、M×N光交换矩阵从输出端朝输入端方向看j的取值依次为1、2、3……q，当i≠k，j≠q时，从输入端朝输出端方向看，输入端矩阵的任意一级即阵列的第i列中的每个a×b小开关单元至少有一个输出端与下一级即i+1列中的任意一个a×b小开关单元的任意一个输入端相连接；同理，输出端矩阵的第j列中的每个a×b小开关单元至少有一个输入端与上一级即第j+1列的任意一个a×b小开关单元的任意一个输出端连接，输入端矩阵的最末一级即第k级的每个a×b小开关单元至少有一个输出端与输出端矩阵的最末一级即第q级每个a×b小开关单元的至少一个输入端口连接，第k级和第q级a×b小开关单元处于M×N光交换矩阵的矩阵中心位置，而输入端矩阵的第1列和输出端矩阵的第1列分别位于M×N光交换矩阵的2个最外端位置。
所述a×b小开关为具有选路输出作用的光开关、射频开关、微波开关、模拟开关、继电器、单刀双掷开关器件或模块中的一种。
本技术方案适用于DWDM系统或其它中间节点的大吞吐量的数据交换，可用多个a×b的小开关矩阵拼搭成任意阶高阶M×N光交换矩阵，从M个输入端口中的任一输入信号光都可从N个输出端口中的任一端口输出。
这种光交换矩阵适用于大吞吐量的数据交换，成本低廉、性能可靠、维修方便、可扩展性强、适应性好。
附图说明
图1为实施例中用1×2交换矩阵拼搭成1×4交换矩阵结构示意图；
图2为实施例中用2×2交换矩阵拼搭成8×6交换矩阵结构示意图；
图3为实施例中用8×8交换矩阵拼搭成96×32交换矩阵结构示意图；
图4为实施例中用4×4交换矩阵拼搭成96×32交换矩阵结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。
实施例：
一种用于全光交换的高阶M×N光交换矩阵，包括由多级a×b小开关单元依次级联组成的包括输入端矩阵和输出端矩阵的、输入端口数量为M、输出端口数量为N的开关阵列，开关阵列中每一个开关的每一个端口均带有输入或输出尾纤，其中，M、N、a、b互为独立的不小于1的自然数，M、N分别为M×N交换矩阵的输入端口数和输出端口数，a、b分别为a×b小开关单元的输入端口数和输出端口数。
所述开关阵列输入端矩阵中共有k级a×b小开关，其中第i级a×b小开关的数量为Xi+Ti，i是初始值为1的正整数，且依次递增为2、3……一直到k；同理，输出端矩阵中共有q级a×b小开关，其中第j级a×b小开关的数量为Yj+Fj，j同样是初始值为1的正整数，且依次递增为2、3……一直到q；开关阵列输入端矩阵中a×b小开关单元的数量m、开关阵列输出端矩阵中a×b小开关单元的数量n，以及Xi、Ti、Yj、Fj依据以下规定配置：
1)从输入端朝输出端方向看，输入端矩阵第1级a×b小开关单元的数量为X1+T1，此时i取1，其中
Figure BDA0003083534920000041
X1为商，t1为余数，当t1≠0时，T1计1；当t1＝0时，T1计0；
2)若X1≤a，则停止计算，此时k记为1，即输入端只有1级a×b小开关；
3)若X1＞a，则继续计算
Figure BDA0003083534920000042
此时i递增为2，其中X2为商，t2为余数，则输入端矩阵第2级a×b小开关单元的数量为X2+T2，当t2≠0时，T2计1；当t2＝0时，T2计0；
4)若X2≤a，则停止计算，此时k记为2，即输入端一共有2级a×b小开关；
5)若X2＞a，则继续计算
Figure BDA0003083534920000043
此时i递增成3，其中X3为商，t3为余数，则输入端矩阵第3级a×b小开关单元的数量为X3+T3，当t3≠0时，T3计1；当t3＝0时，T3计0；
6)若X3≤a，则停止计算，此时k记为3，输入端一共有3级a×b小开关；
7)以此类推，Xi+1为Xi除以a的商，其中i是初始值为1的正整数，表示第i阶a×b小开关，若Xi＞a计算继续，不断重复步骤3)、步骤4)，且采用i+1不断递增，若Xi≤a，则计算停止，返回此时的i值记为k，输入端一共有k级a×b小开关；
8)输入端所需a×b小开关的总数量
Figure BDA0003083534920000044
输入端共有k级a×b小开关，最末一级即为第k级；
9)从输出端朝输入端方向看，交换矩阵的最末级假设为输出矩阵的第1级，所需a×b小开关单元的数量为Y1+F1，其中，
Figure BDA0003083534920000045
此时j取1，Y1为商，f1为余数，当f1≠0时，F1计1；当f1＝0时，F1计0；
10)若Y1≤b，停止计算，此时q记为1，即输出端只有1级a×b小开关；
11)若Y1＞b，继续计算
Figure BDA0003083534920000051
其中j是初始值为1的正整数，若Yj＞b计算继续，且采用j+1不断递增，若Yj≤b，则计算停止，返回此时的j值记为q，输出端一共有q级a×b小开关；
12)输出端所需a×b小开关的总数量
Figure BDA0003083534920000052
输出端共有q级a×b小开关，最末一级即为第q级；
13)输入端和输出端一起组成一个M×N光交换矩阵，总共需要的a×b小开关数量为m+n。
所述M×N光交换矩阵从输入端朝输出端方向看，i的取值依次为1、2、3……k、M×N光交换矩阵从输出端朝输入端方向看j的取值依次为1、2、3……q，当i≠k，j≠q时，从输入端朝输出端方向看，输入端矩阵的任意一级即阵列的第i列中的每个a×b小开关单元至少有一个输出端与下一级即i+1列中的任意一个a×b小开关单元的任意一个输入端相连接；同理，输出端矩阵的第j列中的每个a×b小开关单元至少有一个输入端与上一级即第j+1列的任意一个a×b小开关单元的任意一个输出端连接，输入端矩阵的最末一级即第k级的每个a×b小开关单元至少有一个输出端与输出端矩阵的最末一级即第q级每个a×b小开关单元的至少一个输入端口连接，第k级和第q级a×b小开关单元处于M×N光交换矩阵的矩阵中心位置，而输入端矩阵的第1列和输出端矩阵的第1列分别位于M×N光交换矩阵的2个最外端位置。
所述a×b小开关为具有选路输出作用的光开关、射频开关、微波开关、模拟开关、继电器、单刀双掷开关器件或模块中的一种，本例为光开关。
具体地：
实施例1：
如图1所示，用1×2光交换矩阵拼搭成1×4光交换矩阵，即a＝1，b＝2，M＝1，N＝4，输入端所需1×2光交换矩阵数量m，则有：
Figure BDA0003083534920000053
t1＝0，T1计0；因为1≤1，停止计算，输入端只有1级，m＝1+0＝1；
输出矩阵所需1×2光交换矩阵数量n，则
Figure BDA0003083534920000054
f1＝0，F1计0；
因为2≤2，停止计算，输出端也只有1级，n＝2+0＝2；所以m+n＝3共需要用3个1×2交换矩阵才能拼搭成1×4交换矩阵。
实施例2：
如图2所示，用2×2光交换矩阵拼搭成8×6光交换矩阵，即a＝2，b＝2，M＝8，N＝6，输入端所需2×2光交换矩阵数量m，则有：
Figure BDA0003083534920000061
t1＝0，T1计0；
4＞2，则继续计算
Figure BDA0003083534920000062
t2＝0时，T2计0；
2≤2，停止计算，输入端有2级，m＝4+2+0+0＝6；
输出端所需2×2光交换矩阵数量n，则
Figure BDA0003083534920000063
f1＝0，F1计0；
3＞2，则继续计算
Figure BDA0003083534920000064
t2≠0时，T2计1；1≤2，停止计算，输出端也有2级；故n＝3+1+0+1＝5；
m+n＝11所以共需要用11个2×2交换矩阵才能拼搭成8×6交换矩阵。
实施例3：
如图3所示，用8×8光交换矩阵拼搭成96×32光交换矩阵，即a＝8，b＝8，M＝96，N＝32，输入端所需8×8光交换矩阵数量m，则：
Figure BDA0003083534920000065
t1＝0，T1计0；12＞8，则继续计算
Figure BDA0003083534920000066
t2≠0时，T2计1；1≤8，停止计算，输入端有2级，m＝12+1+0+1＝14；
输出端所需8×8光交换矩阵数量n，则
Figure BDA0003083534920000067
f1＝0，F1计0；
因为4≤8，停止计算，输出端只有1级；故n＝4+0＝4；m+n＝18所以共需要用18个8×8交换矩阵才能拼搭成96×32交换矩阵。
实施例4：
如图3所示，用4×4光交换矩阵拼搭成96×32光交换矩阵，即a＝4，b＝4，M＝96，N＝32，输入端所需4×4光交换矩阵数量m，则：
Figure BDA0003083534920000068
t1＝0，T1计0；
24＞4，则继续计算
Figure BDA0003083534920000069
t2＝0时，T2计0；
6＞4，则继续计算
Figure BDA00030835349200000610
t3≠0时，T3计1；
1≤4，停止计算，输入端有3级；
m＝24+6+1+0+0+1＝32；
输出端所需4×4光交换矩阵数量n为
Figure BDA00030835349200000611
f1＝0，F1计0；
8＞4，则继续计算
Figure BDA0003083534920000071
f2＝0时，F2计0；
2≤4，停止计算，输出端有2级；
故n＝8+2+0+0＝10；
m+n＝42所以共需要用42个4×4交换矩阵才能拼搭成96×32交换矩阵。

Claims (1)

1.一种用于全光交换的高阶M×N光交换矩阵，其特征在于，包括由多级a×b小开关单元依次级联组成的包括输入端矩阵和输出端矩阵的、输入端口数量为M、输出端口数量为N的开关阵列，开关阵列中每一个开关的每一个端口均带有输入或输出尾纤，其中，M、N、a、b互为独立的不小于1的自然数，M、N分别为M×N交换矩阵的输入端口数和输出端口数，a、b分别为a×b小开关单元的输入端口数和输出端口数，
所述开关阵列输入端矩阵中共有k级a×b小开关，其中第i级a×b小开关的数量为Xi+Ti，i是初始值为1的正整数，且依次递增为2、3……一直到k；输出端矩阵中共有q级a×b小开关，其中第j级a×b小开关的数量为Yj+Fj，j是初始值为1的正整数，且依次递增为2、3……一直到q；开关阵列输入端矩阵中a×b小开关单元的数量m、开关阵列输出端矩阵中a×b小开关单元的数量n，以及Xi、Ti、Yj、Fj依据以下规定配置：
1)从输入端朝输出端方向看，输入端矩阵第1级a×b小开关单元的数量为X1+T1，此时i取1，其中
Figure FDA0003522870980000011
X1为商，t1为余数，当t1≠0时，T1计1；当t1＝0时，T1计0；
2)若X1≤a，则停止计算，此时k记为1，即输入端只有1级a×b小开关；
3)若X1＞a，则继续计算
Figure FDA0003522870980000012
此时i递增为2，其中X2为商，t2为余数，则输入端矩阵第2级a×b小开关单元的数量为X2+T2，当t2≠0时，T2计1；当t2＝0时，T2计0；
4)若X2≤a，则停止计算，此时k记为2，即输入端一共有2级a×b小开关；
5)若X2＞a，则继续计算
Figure FDA0003522870980000013
此时i递增成3，其中X3为商，t3为余数，则输入端矩阵第3级a×b小开关单元的数量为X3+T3，当t3≠0时，T3计1；当t3＝0时，T3计0；
6)若X3≤a，则停止计算，此时k记为3，输入端一共有3级a×b小开关；
7)以此类推，Xi+1为Xi除以a的商，其中i是初始值为1的正整数，表示第i阶a×b小开关，若Xi＞a计算继续，不断重复步骤3)、步骤4)，且采用i+1不断递增，若Xi≤a，则计算停止，返回此时的i值记为k，输入端一共有k级a×b小开关；
8)输入端所需a×b小开关的总数量
Figure FDA0003522870980000014
输入端共有k级a×b小开关，最末一级即为第k级；
9)从输出端朝输入端方向看，交换矩阵的最末级假设为输出矩阵的第1级，所需a×b小开关单元的数量为Y1+F1，其中，
Figure FDA0003522870980000021
此时j取1，Y1为商，f1为余数，当f1≠0时，F1计1；当f1＝0时，F1计0；
10)若Y1≤b，停止计算，此时q记为1，即输出端只有1级a×b小开关；
11)若Y1＞b，继续计算
Figure FDA0003522870980000022
其中j是初始值为1的正整数，若Yj＞b计算继续，且采用j+1不断递增，若Yj≤b，则计算停止，返回此时的j值记为q，输出端一共有q级a×b小开关；
12)输出端所需a×b小开关的总数量
Figure FDA0003522870980000023
输出端共有q级a×b小开关，最末一级即为第q级；
13)输入端和输出端一起组成一个M×N光交换矩阵，总共需要的a×b小开关数量为m+n，
所述M×N光交换矩阵从输入端朝输出端方向看，i的取值依次为1、2、3……k、M×N光交换矩阵从输出端朝输入端方向看j的取值依次为1、2、3……q，当i≠k，j≠q时，从输入端朝输出端方向看，输入端矩阵的任意一级即阵列的第i列中的每个a×b小开关单元至少有一个输出端与下一级即i+1列中的任意一个a×b小开关单元的任意一个输入端相连接；同理，输出端矩阵的第j列中的每个a×b小开关单元至少有一个输入端与上一级即第j+1列的任意一个a×b小开关单元的任意一个输出端连接，输入端矩阵的最末一级即第k级的每个a×b小开关单元至少有一个输出端与输出端矩阵的最末一级即第q级每个a×b小开关单元的至少一个输入端口连接，第k级和第q级a×b小开关单元处于M×N光交换矩阵的矩阵中心位置，而输入端矩阵的第1列和输出端矩阵的第1列分别位于M×N光交换矩阵的2个最外端位置。
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