CN1330120C - 具有组播功能可扩展的全光交换结构 - Google Patents
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Abstract
一种具有组播功能可扩展的全光交换结构，由2N个掺铒光纤放大器、N个1×M光波分解复用器、MN个1×N内部组播模块和N个MN×1光合路器构成，其中，N为交换结构支持的输入输出端口数，M为每个端口可传送的波长信道数。输入信号分别经掺铒光纤放大器接至解复用器，解复用器的输出分别接内部组播模块，每个内部组播模块的输出分别接至不同光合路器，再经掺铒光纤放大器输出至交换结构的输出端口。内部组播模块由可调谐波长变换器、光分路器、可控光开关和可控光缓存器组成，并可灵活组合。本发明能同时支持点到点和点到多点广播传送方式，具有链路模块性和波长模块性扩充能力，能有效提高波长复用效率，可应用于各种光网络节点。
Description
技术领域：
本发明涉及一种光交换结构，尤其涉及一种具有组播功能可扩展的全光交换结构。此交换结构适合IP业务在全光网络中实现广播功能，适用于全光网络中的光交叉连接节点。属于光通信技术领域。
背景技术：
目前，以IP为基础的因特网的迅速发展使得通信网络正逐渐由基于电路交换，优化承载话音业务的方式向基于分组交换，优化承载数据业务的方式发展。视频点播、IP会议及其他各种新型多媒体业务的应用对通信基础网络的传送能力提出了更高的要求。WDM(光波分复用)技术的成熟和广泛应用使得光纤的宽带资源充分利用。同时解决了传统通信网络中传输容量的瓶颈问题(HuMing，Li Lemin.A reservation distribution method of channels for wavelengthdivision multiplexing networks.Journal of University of Electronic Science andTechnology of China，1998.27(3).256-260)。从而WDM技术被认为是当前利用光纤资源中最具吸引力的一种方式。如何利用光网络来传送IP业务，即IP分组在WDM光网上的优化传输已成为当今研究热点。
为满足网络灵活性、生存性的要求，还应在波分复用的基础上结合各种光交换技术，解决电子式交换设备的瓶颈问题。提供大容量且能动态路由的光传输通道，使节点具有灵活的路由选择和光交换功能。全光网络中的核心节点是光交叉连接设备(OXC)，光交叉连接设备的核心是光交换单元。它能使光纤中复用的多路光信号灵活地交叉连接到各目的地，还可实现网络的动态重构和自愈(Zhang Tao，Qu Kun，Qiu Qi，ATM photonic switch architecture based onWDM technology.Journal of University of Electronic Science and Technology ofChina.1998.27(4)：371-374)。目前光交换单元主要有空分交换，时分交换和波分交换等。但这些结构中，有些无广播能力，有些只具有部分可扩展性。有些虽是无阻塞网络，但交换结构庞大且复杂，不易实现(《全光通信网》顾畹仪等编著，北京邮电大学出版社)。
目前出现的光交换结构主要有以下几种形式：
基于空间光开关矩阵和波分复用/解复用器对的交换结构是利用波分解复用器将链路中的WDM信号在空间上分开，然后利用空间光开关矩阵在空间上实现交换。完成空间交换后各波长信号直接经波分复用器复用到输出链路中，这种交换结构不具有广播发送能力。
基于空间光开关矩阵和可调谐滤波器的交换结构是利用耦合器+可调谐滤波器完成将输入的WDM信号在空间上分开的功能，经过空间光开关矩阵和波长变换器后，再由耦合器将各个波长复用起来。这种交换结构虽然具有广播发送能力，但只具有波长模块性，不具有链路模块性。
基于分送耦合开关的交换结构是A.Watanabe等人提出的，这种结构采用一种分散耦合开关实现空间光开关矩阵功能。这种交换结构虽然具有广播发送功能，但只具有链路模块性，而不具有波长模块性。
基于平行波长开关的交换结构是由M.Nishio等人提出的。它的每条输入链路对应一个波长开关，每个波长开关由N个1×M星型耦合器、M个N×1空间交换矩阵、M个可调谐滤波器、M个波长变换器和一个M×1星型耦合器组成。这种交换结构只具有链路模块性，不具有波长模块性。(《全光通信网》顾畹仪等编著，北京邮电大学出版社)。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，设计提出一种新的具有组播功能可扩展的全光交换结构，使某一光波信号输入进光交换连接设备上，在交换模块内可实现任意出口的信号复制，使得该信号可在光交叉连接设备上有多个输出，同时具有链路模块性和波长模块性两种可扩展性，增强全光网络中OXC的交换能力。
为实现这样的目的，本发明在交换模块的内部采用一个具有复制功能的内部组播模块。若本交换结构支持N个输入端口和N个输出端口，每个端口可传送M个波长信道(λ1……λM)，则本交换模块需要由2N个掺铒光纤放大器(EDFA)、N个1×M光波分解复用器、MN个1×N内部组播模块和N个MN×1光合路器构成。交换结构的N个输入端分别与N个EDFA相连，而后分别接至N个1×M解复用器的输入端。每个解复用器的M个输出端分别接M个1×N内部组播模块，共接MN个内部组播模块。每个内部组播模块的N个输出端分别接至N个不同MN×1光合路器的输入端。MN个内部组播模块的同一对应输出端分别接至一个MN×1光合路器的MN个输入端。每个光合路器有MN个输入端，1个输出端。每个输出端接一个EDFA，而后输出至交换结构的输出端口。
其中，内部组播模块的具体连接方式可有五种。其中第一种和第二种主要包括光分路器、可调谐波长变换器、1×1可控光开关、光延时线(可控光缓存器)。第一种连接方式由一个可调谐波长变换器、一个1×N光分路器、N个1×1可控光开关和N个光延时线(可控光缓存器)组成。内部组播模块的输入端经一个可调谐波长变换器接至光分路器的输入端。1×N光分路器的N个输出端口的每个输出端口后接一个1×1可控光开关和一个光延时线(可控光缓存器)。其中可调谐波长变换器使得交换结构可支持虚波长通道，提高波长重用效率。光分路器可使一路进入的光信号分路到N个出口，从而可实现交换结构的组播功能。1×1可控光开关具有两种状态：光门通或光门不通。它可根据业务的需求由控制模块控制相应的状态，从而达到选择不同波长、不同路径输出的目的。在1×1可控光开关后面加入可控光缓存器(由光延时线阵列构成)，可解决广播的光信号在光合路时出现的冲突。将可调谐波长变换器放置光分路器的输出端，一输出端接一个可调谐波长变换器，则可构成第二种连接方式，此时一个内部组播模块由一个1×N光分路器、N个可调谐波长变换器、N个1×1可控光开关和N个光延时线(可控光缓存器)组成。将第二种连接方式中的可调谐波长变换器和可控光开关的功能集成在一个光器件SOA(半导体光放大器)中完成，即为第三种连接方式；将第二种连接方式中的可控光开关和可控光缓存器功能集成，形成一个具有可控光缓存开关模块，即为第四种连接方式；将第二种连接方式中的可调谐波长变换器、可控光开关、可控光缓存器的功能集成，用一个具有可控光缓存开关功能的波长变换器实现完成，即为第五种连接方式。
本交换结构中的内部组播模块经控制模块的动态控制可具有支持虚波长信道，广播传送光信号，动态可控选择波长信道及通过缓存解决由于组播存在竞争阻塞的功能。光波分解复用器具有将M个不同波长的光复用信号解复用至M根不同的光纤中的功能。光合路器(即耦合器)的作用是将经内部组播模块选择输出的光信号耦合在一根光纤上输出。在交换结构中配置的光放大器(EDFA)用于弥补由于光信号经过交换模块而带来的损耗。
本发明的交换结构可以同时具有链路模块性和波长模块性两种性能。若OXC的输入输出链路数有所增加，则不用改变现有交换结构，仅需增加相关模块即可，即具有链路模块特性。如输入输出各增加一条链路，则此交换结构中仅需增加一个光波分解复用器，M个内部组播模块和一个光合路器即可。若OXC的某条链路波长数有所增加，设每根光纤中的波长数增加1，则仅需增加N个内部组播模块即可，即又具有波长模块特性。同时具有这两种扩展性能，这在以前提出的交换结构中是不存在的。
本发明交换结构内部组播模块中的可控光器件可由OXC中的控制模块进行控制，从而OXC具有很强的灵活性。内部组播模块中配置可调谐波长变换器，可支持动态波长路由功能。同时根据控制模块机制的不同(即不同交换粒度的控制)，也可用于光突发交换功能。即此交换结构可在分别具有波长路由功能和光突发交换功能的OXC中使用。但需采用不同交换粒度(即变换时间的不同)的可控光器件。此交换机构又具有很强的适用效果，各元器件均可采用现有成熟技术。其中波分解复用器可采用通常使用的薄膜滤波片型解复用器。可控光开关可采用MEMS可控光开关和LiNbO3可控光开关(根据不同交换粒度选择)。输入端和输出端的光放大器可采用EDFA(掺铒光纤放大器)实现。可调谐波长变换器可采用交叉增益调制半导体光放大器和交叉相位调制半导体光放大器。可控光缓存器可采用动态可控式光延时线阵列实现。整个交换结构均由光交换器件构成，充分体现了WDM全光网的透明性和灵活性。
本发明具有组播功能的可扩展全光交换结构，能同时支持点到点和点到多点广播的两种传送方式，为广播型IP业务在全光网络中实现提供了一种可行方式。本发明具有很好的容量扩充性能，具有链路模块性和波长模块性两种扩充能力，并且通过可控光缓存器可实现网络的无阻塞性能。本发明交换结构能支持动态波长路由功能，能利用有限波长资源，提高波长复用效率，可应用于各种光网络节点。
附图说明：
图1为本发明的可扩展广播方式的光交换结构示意图。
图1中主要包括的光器件有EDFA掺铒光纤放大器(1)、波分解复用器(2)、内部组播模块(3)、光合路器(4)。其中内部组播模块(3)包括可调谐波长变换器(5)、光分路器(6)、可控光开关(7)和可控光缓存器(8)。
图2为本发明的内部组播模块(3)的五种实现方式。
其中，图2(a)和图2(b)中包括可调谐波长变换器(5)、光分路器(6)、可控光开关(7)和可控光缓存器(8)。图2(c)中包括光分路器(6)、半导体光放大器SOA(9)和可控光缓存器(8)。图2(d)中包括光分路器(6)、可调谐波长变换器(5)和可控光缓存开关模块(10)。图2(e)中包括光分路器(6)和具有可控光缓存开关功能的波长变换器(11)。
图3为本发明交换结构的链路模块性示意图。
图4为本发明交换结构的波长模块性示意图。
图5为本发明交换结构实现组播功能示意图。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明技术方案的具体实施方式作详细描述。
以N×N交换结构为例。如图1所示，交换结构的N个输入端分别与N个EDFA(1)相连，而后分别接至N个解复用器(2)的输入端。每个解复用器(2)的M个输出端分别接M个内部组播模块(3)，共接MN个内部组播模块(3)。每个内部组播模块(3)的N个输出端分别接至N个不同光合路器(4)的输入端。MN个内部组播模块(3)的同一对应输出端分别接至一个光合路器(4)的MN个输入端。每个光合路器有MN个输入端，1个输出端。每个输出端接一个EDFA(1)，而后输出至交换结构的输出端口。
交换结构中的内部组播模块(3)可以有五种实现方式，如图2(a)、图2(b)、图2(c)、图2(d)和图2(e)所示。若将可调谐波长变换器(5)放置在光分路器(6)前端，则一个内部组播模块(3)由一个可调谐波长变换器(5)、一个光分路器(6)、N个可控光开关(7)和N个可控光缓存器(8)构成，如图2a所示；若将可调谐波长变换器(5)放置在光分路器(6)后端，则一个内部组播模块(3)由一个光分路器(6)、N个可调谐波长变换器(5)、N个可控光开关(7)和N个可控光缓存器(8)构成，如图2b所示；若将可调谐波长变换器(5)和可控光开关(7)功能合并，可由一个SOA半导体光放大器(9)实现。则一个内部组播模块(3)由一个光分路器(6)、N个SOA(9)和N个可控光缓存器(8)构成，如图2c所示；若将可控光开关(7)和可控光缓存器(8)集成，可由一个光缓存开关模块(10)实现，则一个内部组播模块(3)由一个光分路器(6)、N个可调谐波长变换器(5)和N个光缓存开关模块(10)构成，如图2d所示。若可调谐波长变换器(5)和光缓存开关模块(10)功能集成在一起，也可构成一个具有可控缓存开关功能的波长变换器(11)，则一个内部组播模块(3)由一个光分路器(6)和N个具有可控缓存开关功能的波长变换器(11)构成，如图2e所示。
内部组播模块(3)的五种具体实现方式中，其中包括的可调谐波长变换器(5)使得交换结构可支持虚波长通道，从而能够充分利用有限的波长资源，提高波长重用效率。光分路器(6)可使一路进入的光信号分路到N个出口，从而可实现交换结构的组播功能。1×1可控光开关(7)具有两种状态：光门通或光门不通。它可根据业务的需求由控制模块控制相应的状态，从而达到选择不同波长、不同路径输出的目的。在1×1可控光开关后面加入可控光缓存器(8)(由光延时线阵列构成)，可解决广播的光信号在光合路时出现的冲突。SOA(9)可完成可调谐波长变换器(5)和1×1可控光开关(7)的功能。可控光缓存开关模块(10)可由光延时线开关阵列实现，完成可控光开关(7)和可控光缓存器(8)的功能。具有可控光缓存开关功能的波长变换器(11)可完成可调谐波长变换器(5)和可控光缓存开关模块(10)的功能。由这些设备组合在一起构成的内部组播模块(3)经控制模块的动态控制可具有支持虚波长信道，广播传送光信号，动态可控选择波长信道及通过缓存解决由于组播存在竞争阻塞的功能。在内部组播模块(3)的前端为光波分解复用器(2)，它的作用是将M个不同波长的光复用信号解复用至M根不同的光纤中，一根光纤支持一个波长。内部组播模块(3)的后端接光合路器(即耦合器)(4)，它的作用是将经内部组播模块选择输出的光信号耦合在一根光纤上输出。在交换机构的输入端和输出端配置光放大器(EDFA)(1)，以弥补由于光信号经过交换模块而带来的损耗。
当光交换节点需要扩展时，有增加链路数和波长数两种方式。如需增加输入输出链路数，每增加一条链路，此交换结构仅需增加一个光波分解复用器(2)，M个内部组播模块(3)和一个光合路器(4)即可，如图3中虚线所示。即此交换机构具有链路模块性；若OXC的某条链路波长数有所增加，设每根光纤中的波长数增加1，则仅需增加N个内部组播模块(3)即可，即又具有波长模块特性，如图4中虚线所示。
图3所示为交换结构的链路模块性。当交换结构为N×N交换结构，每条链路包括M个波长时，此交换结构需由N个1×M光波分解复用器(2)、MN个1×N内部组播模块(3)和N个MN×1光合路器(4)构成。当交换结构的链路数加1，扩展为(N+1)×(N+1)的交换结构时，根据交换结构的连接方式，需增加1个1×M光波分解复用器(2)、M个内部组播模块(3)和1个光合路器(4)，如图3中虚线所示。这时的内部组播模块为1×(N+1)内部组播模块，同时交换结构原有的1×N内部组播模块要扩展成1×(N+1)内部组播模块，也就是说内部组播模块中的1×N光分路器(6)要扩展成1×(N+1)光分路器。原有的MN×1光合路器要扩展成[M(N+1)]×1光合路器。这里的光分路器的输出端口和光合路器的输入端口的扩展，可以是在交换结构最初设计时预留出，只是不连接罢了。当交换结构需要扩展时，预留出的端口可以直接连接相应光器件，从而实现交换结构的链路模块性。光器件预留端口的数量决定此交换结构的可扩展链路的数量。
图4所示为交换结构的波长模块性。当交换结构为N×N交换结构，每条链路包括M个波长时，此交换结构需由N个1×M光波分解复用器(2)、MN个1×N内部组播模块(3)和N个MN×1光合路器(4)构成。当交换结构的每条链路的波长数加1，根据交换结构的连接方式，仅需增加N个1×N内部组播模块(3)即可，如图4中虚线所示。同时交换结构原有的1×M光波分解复用器要扩展成1×(M+1)波分解复用器，原有的MN×1光合路器要扩展成[(M+1)N]×1光合路器。这里的光波分解复用器的输出端口和光合路器的输入端口的扩展，同样是在交换结构最初设计时预留出。当交换结构需要扩展时，预留出的端口可以直接连接相应光器件，从而实现交换结构的波长模块性。光器件预留端口的数量决定此交换结构的可扩展波长的数量。
本发明交换结构的组播功能可由图5来说明。图5中粗虚线表示一个点对点光信号的传递。设入口为N的链路上波长为λ1的光信号经交换结构需传递到出口为1，波长为λi的通路上。链路为N上的可调谐波长变换器(5)经OXC中控制模块控制使其光信号波长由λ1转变为λi，而后进入光分路器(6)分路，分路后的光信号传送至内部组播模块(3)的所有可控光开关(7)中。由于此信号仅需发送至第一条输出链路，故这些可控光开关受到控制模块的控制，使得第1路的光开关置光门通状态，第2至第N路的光开关置光门不通状态，从而只有一路光信号经可控光缓存器(8)，经光合路器(4)输出。
图5中粗实线部分表示一个点对多点光信号的传递。设入口为1的链路上波长为λ1的光信号经交换结构需传递到出口为2和N，波长为λj的通路上。则链路为1上的可调谐波长变换器(5)受控制模块控制使波长变换为λj，经光分路器(6)后，可控光开关(7)受控制模块控制会有第2路和第N路光开关至光门通状态，其它光开关至光门不通状态，从而光信号经可控光缓存器(8)和光合路器(4)后分别在第2路和第N路出口输出。
Claims (1)
1、一种具有组播功能可扩展的全光交换结构，其特征在于由2N个掺铒光纤放大器(1)、N个1×M解复用器(2)、MN个1×N内部组播模块(3)和N个MN×1光合路器(4)构成，其中，N为交换结构支持的输入输出端口数，M为每个端口可传送的波长信道数，N个输入端分别经N个掺铒光纤放大器(1)接至N个1×M解复用器(2)的输入端，每个解复用器(2)的M个输出端分别接M个1×N内部组播模块(3)，每个内部组播模块(3)的N个输出端分别接至N个不同MN×1光合路器的输入端，MN个内部组播模块(3)的同一对应输出端分别接至一个MN×1光合路器(4)的MN个输入端，每个光合路器(4)的输出经一个掺铒光纤放大器(1)后输出至交换结构的输出端口；
其中，所述内部组播模块(3)由一个可调谐波长变换器(5)、一个1×N光分路器(6)、N个1×1可控光开关(7)和N个可控光缓存器(8)组成，内部组播模块(3)的输入端经一个可调谐波长变换器(5)接至1×N光分路器(6)的输入端，光分路器(6)的每个输出端口接一个可控光开关(7)和一个可控光缓存器(8)；或者，
所述内部组播模块(3)由一个1×N光分路器(6)、N个可调谐波长变换器(5)、N个1×1可控光开关(7)和N个可控光缓存器(8)组成，内部组播模块(3)的输入端接至1×N光分路器(6)的输入端，光分路器(6)的每个输出端分别接一个可调谐波长变换器(5)、一个1×1可控光开关(7)和一个可控光缓存器(8)；或者，
所述内部组播模块(3)由一个1×N光分路器(6)、N个SOA半导体光放大器(9)和N个可控光缓存器(8)构成，内部组播模块(3)的输入端接至光分路器(6)的输入端，光分路器(6)的每个输出端分别接一个SOA半导体光放大器(9)和一个可控光缓存器(8)；或者，
所述内部组播模块(3)由一个1×N光分路器(6)、N个可调谐波长变换器(5)和N个可控光缓存开关模块(10)构成，内部组播模块(3)的输入端接至光分路器(6)的输入端，光分路器(6)的每个输出端分别接一个可调谐波长变换器(5)和一个可控光缓存开关模块(10)；或者，
所述内部组播模块(3)由一个1×N光分路器(6)、N个具有可控光缓存开关功能的波长变换器(11)构成，内部组播模块(3)的输入端接至光分路器(6)的输入端，光分路器(6)的每个输出端分别接一个具有可控光缓存开关功能的波长变换器(11)。
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| CN109073828A (zh) * | 2016-03-21 | 2018-12-21 | 凯亚光电 | 具有集成在同一芯片上的光学分离器及调制器的光学互连件 |
| CN109073828B (zh) * | 2016-03-21 | 2021-01-15 | 博创科技英国有限公司 | 具有集成在同一芯片上的光学分离器及调制器的光学互连件 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1402460A (zh) | 2003-03-12 |
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