CN1960323A - 光封包交换系统 - Google Patents
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Abstract
一种光封包交换系统包括输入接口装置，光纤交换装置及输出接口装置；且该光纤交换装置还包括至少一个输入波长转换器，至少一个多对一空间交换器，至少一个缓冲区及至少一个输出波长转换器。其中该缓冲区由一对阵列波导光栅及被连接在其间的用以提供不同时间延迟数的多组光缓冲器所组成。通过输入波长转换器将输入封包转换成特定波长再通过该多对一空间交换器将封包交换至缓冲区并被延迟特定的时间延迟数，以避免该输入封包在封包交换中产生冲突，因而达到较低封包遗失机率及提供服务质量分级的功效。
Description
技术领域
本发明涉及一种光封包交换系统，且特别涉及一种可完成多波长封包交换的光封包交换系统。
背景技术
由于因互联网的日益发达，因此数据(包括多媒体信息)需求量呈几何级数增加。由于光纤具备极大的频宽，结合高效率的分封交换与高速光纤通信的光分封交换技术，是符合下一代网络的最佳候选。在美国专利公报第5,469,284号有披露一种光封包交换系统。请参阅图1A，其披露该光封包交换系统包括排程级10，交换级11及被连接在其间的光延迟线20，其包括多个延迟器22。输入封包由排程级10接收并输出至适当的光延迟线20，如此该排程级10及光延迟线20可确保该输入封包在该交换级11交换时，并不会产生碰撞的问题。其中图1B披露使用在该排程级10及交换级11的交换结构，其可允许任何输入31可经过连接35而从输出33的任一者输出且没有两个输入会连接至同一输出。惟该美国专利的缺点在输入缓冲效果不佳且只能使用于单波长封包交换系统，在多波长光通信路中，缓冲器无法供其它波长使用。
因此，遂有人研发多波长光封包交换系统，如美国专利公报第6,519,062号所示。请参阅图2，其采用波长路由器23作为共用缓冲架构，每个输入端(1-K)的波长皆被光解多任务器21分开并同时进入输入波长转换器22转换成特定波长进入相对应23a，23b，23c及23d层之一的波长路由器23进行封交换。当发生输出冲突时，可利用共同缓冲延迟封包输出时间。已完成交换后的封包再经输出波长转换器24转换成光多路复用器25所需的波长(1-K)之一者以便输入该光多路复用器25进行所有波长的合并，再输入对应连接的光纤。惟该美国专利的缺点在增加一个波长路由器23，需要额外输入波长转换器22及输出波长转换器24，故使得缓冲区的建构成本增加且因而使日后为因应大量光纤及波长所需的扩充性增加困难。
故有必要提供一种多波长的光封包交换系统，可符合避免封包交换的冲突以降低封包遗失率，结构简化，高扩充性及可提供服务质量分级等功效。
发明内容
本发明的目的就是提供一种几乎全光的光封包交换系统，其中使用输入及输出波长转换器，多对一空间交换器及阵列波导光栅以完成多波长光封包交换。同时，本发明提出丛集分波共享技术，其中该丛集分波共享技术是将输入系统的波长分成多个丛集，同一丛集间的封包使用同一个多对一空间交换器作交换，此技术可将所需的单一大型多对一空间交换器改为以多个较小的多对一空间交换器实现系统所需功能，具架构上的扩充性。此系统并利用光缓冲器以解决封包交换中的冲突(contention)问题，藉此可降低封包遗失的可能性并进而改善在网络上传递的服务质量。
本发明的目的就是提供一种可完成多波长封包交换，且具有高扩充性的光封包交换系统。依此目的，本发明的一较佳实施例的光封包交换系统包括输入接口装置，其具有用以接收多个光纤的输入端，且该每一光纤内含有由数波长所载的输入封包，该接口装置可将该数波长分开之；光纤交换装置，其依封包的表头内所载的网络路径(routing)及优先权等信息，决定出封包间是否有输出冲突的现象存在，若是则通过系统控制器计算以决定所需时间延迟数，将该输入封包传送至所需时间延迟数的缓冲区，使该输入封包得以延迟输出，其中该缓冲区至少包括一对阵列波导光栅(AWG)，使得该输入封包自该一对阵列波导光栅之一者的输入埠进入该缓冲区并自该一对阵列波导光栅的另一者的对应输出埠输出；及输出接口装置，其将该输出封包转换至对应所接收的至少一个光多路复用器之一者的波长并藉该光多路复用器将该预定输出光纤内的该数波长合并输出；
本发明的再一目的是提供一种具有结构简化并进而减少制造成本的光封包交换系统。因此，本发明的较佳实施例的光封包交换系统中的光纤交换装置除了该缓冲区外还包括：至少一个输入波长转换器，其依据输入封包的表头内所载的信息决定所需时间延迟数，将该输入封包的加载波长转换至对应该所需时间延迟数的转换后波长；至少一个多对一空间交换器，其具有多个输入埠及多个输出埠且任何输入端口的信号可自任何输出埠输出；及至少一个输出波长转换器，其将自该缓冲器输出的波长转换至对应所接收的该至少一个光多路复用器之一者的波长。
依本发明的另一观点，本发明的一较佳实施例的光封包交换系统中的缓冲区由一对具有循环特性的阵列波导光栅以及被连接在该一对阵列波导光栅间的提供不同时间延迟数的多组光缓冲器，其中该转换后波长的输入封包自该一对阵列波导光栅之一输入经所需时间延迟数再经另一阵列波导光栅输出。该多组光缓冲器实际上由一组具有不同长度的光纤延迟线所构成。利用不同光纤长度将输入封包延迟所需时间延迟数。并据此解决输入封包在该缓冲区同一输出埠产生冲突的问题，以降低封包遗失的可能性。
依本发明的又一观点，本发明的一较佳实施例的光封包交换系统可进而提供客户服务质量分级及提供服务供货商分级收费的功效。其主要通过使封包被设定为高优先权或为低优先权，其中当冲突发生时高优先权封包将顺利通过交换机而低优先权封包则将被舍弃藉此以保证高优先权封包的服务质量，因此服务供货商可将高优先权的封包分配给付费较高的客户以提供更佳的网络通信质量。
综上所述，由于本发明采用丛集分波共享技术较公知技术具有较高系统扩充性，并具有光缓冲区以降低封包遗失的可能性以改善在网络上传递的数据质量及通过封包之设定为高或低优先权以达到服务质量分级等功效。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1A及1B为公知单波长的光封包交换系统。
图2为公知多波长的光封包交换系统。
图3A为依本发明的一较佳实施例的光封包交换系统。
图3B为依本发明的一较佳实施例的光封包交换系统中的缓冲器结构图。
图4为依本发明的一较佳实施例的四条光纤四个波长的光封包交换系统。
主要元件标记说明
10：排程级
11：交换级
20：光延迟线
22：延迟器
31：输入
33：输出
35：连接
21，31，41：光解多任务器
22，32，42：输入波长转换器
23：波长路由器
33，43：多对一空间交换器
24，35，45：输出波长转换器
25，36，46：光多路复用器
34，44：缓冲器
300，400：多波长光封包交换系统
341，441：阵列波导光栅
342，442：光纤延迟线
具体实施方式
本发明在解说较复杂实际实施例之前，先以简化的模式加以说明。请参阅图3A，其披露为具有四条光纤四个波长的光封包交换系统300。图3A中的1，2，3及4分别代表四条光纤。该光封包交换系统300包括输入接口装置，其实质上为光解多任务器31且每一光解多任务器接收对应光纤的输入端。该每一光纤内含有由λ1，λ2，λ3，及λ4四波长所载的输入封包，且每一光解多任务器31可将该四波长分开的再输入光纤交换装置30。该光纤交换装置30还进而包括多个输入波长转换器32，多个丛集多对一空间交换器33，多个缓冲器34及多个输出波长转换器35。因此被分解的四波长分别输入对应的输入波长转换器32，其用以根据该封包的表头内所载的网络路径以及优先权信息，避免该输入封包在该预定输出光纤产生冲突的所需时间延迟数的信息将输入波长转换至对应时间延迟数所需的特定波长。
由图3A可知，每一光解多任务器31的λ1，λ2输出埠进入第一丛集多对一空间交换器33而λ3，及λ4输出埠进入第二丛集多对一空间交换器33。该丛集多对一空间交换器33可将其任何输入端口信号交换至任何输出埠输出；换言之，多个来自不同输入埠的封包可从同一输出埠输出。因此，可以将所区分的丛集依据数据的转换后波长、所需的时间延迟数及预定输出光纤而切换至所对应的路径。且该多对一空间交换器33可将同一最终要输出于输出光纤的波长(包括λ1、λ2、λ3、及λ4中之一个)的数据整合至对应编号为λ’1，λ’2，λ’3，及λ’4四波长之一的缓冲器34，使该数据避免在该缓冲器34的输出埠产生冲突(contention)情形而导致封包的遗失造成数据通信质量不佳。又该多对一空间交换器33可用半导体光学放大器(semiconductor optical amplifier，SOA)来制成。
由图3B所示，又该缓冲器34由一对具有循环特性的阵列波导光栅(arrayed waveguide grating，AWG)341及被连接在该一对阵列波导光栅间之提供不同时间延迟数的多组不同长度的光缓冲器342所构成。其中该转换后波长的输入封包自该一对阵列波导光栅341的具有该时间延迟数的输入埠输入并经过对应输入埠的光缓冲器而使该输入封包延迟该时间延迟数的时段后自对应输出埠输出，以达到避免该输入封包在该输出埠产生冲突。其中该光缓冲器可为光纤延迟线。例如，若有A与B两封包欲在同一输出埠输出，为避免冲突发生A封包可选择不经任额外延迟的路径342a而B封包选择单位延迟时间的路径342b，故A与B两封包出现在同一输出埠的时间将不再重叠，即B封包会延迟一个单位延迟时间出现以避免冲突发生。
下表(一)为上述4×4阵列波导光栅341的波长对应表。
| I1 | I2 | I3 | I4 | |
| O1 | λ1 | λ4 | λ3 | λ2 |
| O2 | λ2 | λ1 | λ4 | λ3 |
| O3 | λ3 | λ2 | λ1 | λ4 |
| O4 | λ4 | λ3 | λ2 | λ1 |
表一
封包的输出位置由该缓冲器34的输入端位置及输入波长来决定。例如，要将输入端I1进来的封包交换至输出端O4，则输入封包的波长必需是λ4；若要将输入端I4进来的封包交换至输出端O2，则输入封包的波长必需是λ3。因此，该输入波长转换器32将输入波长转换至该特定波长并搭配该多对一空间交换器33及缓冲器34可达到光纤交换及数据缓冲的目的。本发明的一对阵列波导光栅341的连接方式的一种实施例为将完全相同功能的两个阵列波导光栅反向对接，则由第一个阵列波导光栅的第n个输入埠进入的封包必将由第二个阵列波导光栅的第n个输出埠出。例如，如图3B所示的光缓冲器34，因两个阵列波导光栅341的波长对应关系是对称的，故数据由第一个阵列波导光栅输入埠I1进入，一定会由第二个阵列波导光栅的输出埠I1出，且该多组不同长度的光缓冲器342包括延迟零个单位时间的光纤延迟线342a，延迟一个单位时间的光纤延迟线342b，延迟两个单位时间的光纤延迟线342c及延迟三个单位时间的光纤延迟线342d；又该多组光缓冲器342所达成的时间延迟数可为连续的整数或为不连续的整数。接着，该多个输出波长转换器35将缓冲器34输出波长转换至该多个光多路复用器36所对应的波长λ1，λ2，λ3，及λ4。最后，本发明输出接口装置实质上为多个光多路复用器36，其用以将输入的所有波长(即λ1，λ2，λ3，及λ4)合并输出至连接的四条输出光纤。又该四条输出光纤可再连接至，例如，其它光纤网络架构，路由器，或客户端等而达到光纤网络通信的目的。
接着请参阅图4，其披露具有N条光纤n个波长及c个丛集的光封包交换系统400。就如以上所述，N个光解多任务器41将对应的每一光纤内含n个输入波长的数据分解成n个输入波长以便输入对应的输入波长转换器42。该输入波长转换器42的作用和功效和图3A的标号32相同，故在此不予赘述。接着可设计将每一光解多任务器41的n个输出埠λ1-λn，其中λ1-λc输出埠输入至第一丛集多对一空间交换器43，λc+1-λ2c输出埠输入至第二丛集多对一空间交换器43，以此类推，故系统中一共具有c个丛集多对一空间交换器43。且每一丛集多对一空间交换器43具有(n/c)×N个输入及输出埠，每N个输出埠输入至缓冲器44，如图4所示系统中共有n个缓冲器(标号λ’1至λ’n)。请注意缓冲器标号λ’k者将收容最终输出系统为λk的封包，即通过缓冲器标号λ’k的任一封包将最终以λk被送到输出光纤上，不过并不代表封包于光纤延迟线中以λk载送，封包于光纤延迟线中所用的波长由阵列波导光栅以及所欲延迟的延迟数所决定。和图3A的标号34相同，该每一缓冲器44包括一对具有循环特性的阵列波导光栅441及被连接在该一对阵列波导光栅441间的提供不同时间延迟数的多组不同长度的光缓冲器442所构成。该阵列波导光栅441具有NxD个输入及输出埠，即共有D种不同延迟可供选择(D可等于或不等于N)。该缓冲器44已在前面叙述过，故在此不予赘述。接着，该多个输出波长转换器45将缓冲器44输出波长转换至该多个光多路复用器46所对应的波长λ1-λn。该多个光多路复用器46用以将输入的所有波长(即λ1-λn)合并输出至连接的N条输出光纤。
为了提供服务供货商达到提供服务质量分级的功效，该输入封包的表头内可被设定为高优先权或低优先权。如前所述，当多个封包欲输出至同一输出光纤时可通过使用光缓冲器延迟部分封包以解决冲突问题，然而当欲输出至同一输出光纤的封包数过多以至于光缓冲器无法全部收容时便可依优先权设定将低优先权的封包由系统中移除。亦即当封包在输出波长转换器45的输入端发生碰撞时，该输出波长转换器只将高优先权封包转换成对应光多路复用器的输入波长，并将低优先权封包转换至不同于对应光多路复用器的输入波长，如此即可自动移除低优先权封包。此种波长转换器的一实施例为使用四波混合波长转换器即可达成所需的功能。
综上所述，本发明的光封包交换系统较公知技术具有下列优点：
1.缓冲器可收容不同波长封包并高度共享，故不需如公知技术需额外增加输入及输出波长转换器，使结构简化，制造成本降低。
2.本发明具有较高的扩充性，通过丛集与分波共享技术，当需要实现大端口数交换系统时，可以多个小型多对一空间交换器与缓冲器即可实现，并不需要大型空间交换器，故本发明具有高度扩充性。
3.使用光缓冲器可解决封包交换中的冲突问题，而达到较低的封包遗失率并进而提高通信质量。
4.通过对高优先权封包提供较低优先权封包更佳的服务，可达到提供服务质量分级的功效。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与改进，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
Claims (12)
1.一种光封包交换系统，其特征是包括：
输入接口装置，其具有用以接收多个光纤的输入端，且该每一光纤内含有由数波长所载的输入封包，该接口装置可将该数波长分开之；
光纤交换装置，其依该封包的表头内所载的网络路径信息与封包优先权信息决定交换路径以将封包送至正确输出光纤，此路径选择将依照系统内所含的封包决定所需采用的时间延迟数缓冲区以避免不同输入封包在该预定输出光纤产生冲突；其中该缓冲区至少包括一对阵列波导光栅，使得该输入封包自该一对阵列波导光栅之一者的输入埠进入该缓冲区并自该一对阵列波导光栅的另一者的对应输出埠输出；及
输出接口装置，其将该输出封包转换至对应所接收的至少一个光多路复用器之一者的波长并藉该光多路复用器将该预定输出光纤内的该数波长合并输出。
2.根据权利要求1所述的光封包交换系统，其特征是该输入接口装置包括至少一个用以将每一光纤内数波长得以分开的光解多任务器。
3.根据权利要求1所述的光封包交换系统，其特征是该光纤交换装置除了该缓冲区还包括：
至少一个输入波长转换器，其依据该输入封包的该表头内所载的信息决定所需时间延迟数将该输入封包的加载波长转换至对应该所需时间延迟数的转换后波长；
至少一个多对一空间交换器，其具有多个输入埠及多个输出埠且任何输入端口的信号可自任何输出埠输出；及
至少一个输出波长转换器，其将自该缓冲器输出的波长转换至对应所接收的该至少一个光多路复用器之一者的波长。
4.根据权利要求1所述的光封包交换系统，其特征是该缓冲区的该一对阵列波导光栅具有循环特性，且该缓冲区还包括被连接在该一对阵列波导光栅间的提供不同时间延迟数的多组光缓冲器，其中该转换后波长的输入封包自该一对阵列波导光栅的具有该时间延迟数的一输入埠输入并经过对应输入埠的光缓冲器而使该输入封包延迟该时间延迟数的时段后自对应输出埠输出，以达到避免该输入封包在该输出埠产生冲突。
5.根据权利要求4所述的光封包交换系统，其特征是该封包可被设定为高优先权或为低优先权，其中被设定低优先权的封包于冲突发生时将被舍弃以保证高优先权封包顺利输出。
6.根据权利要求1或4所述的光封包交换系统，其特征是该缓冲区为光纤延迟线。
7.根据权利要求1，2，3或4所述的光封包交换系统，其特征是该时间延迟数可被定义为该输入封包的时间轴长度的整数倍。
8.根据权利要求4所述的光封包交换系统，其特征是该阵列波导光栅具有N个输入埠及D个输出埠，且N与D为大于1的正整数。
9.根据权利要求3所述的光封包交换系统，其特征是所含的多个多对一空间交换器的输入埠总和或输出埠总和等于该多个光纤的数目乘上该数波长的数目。
10.根据权利要求3所述的光封包交换系统，其特征是该多对一空间交换器可通过半导体光学放大器达成。
11.根据权利要求4所述的光封包交换系统，其特征是该多组光缓冲器所达成的时间延迟数可为连续的整数或为不连续的整数。
12.根据权利要求5所述的光封包交换系统，其特征是该封包的优先权设定可大于两种以上。
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Granted publication date: 20110511 Termination date: 20181031 |
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