WO2015066830A1 - 波长路由设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种波长路由设备，该设备包括：一级电路和二级电路；其中，所述一级电路由N个2×2波长开关组成，所述二级电路由两个N×N的波长路由器组成，每个N×N波长路由器至少包括一个2×2波长开关，N取值为2ⁿ ，n为正整数；所述一级电路中每个2×2波长开关的输入端与输入级相连，每个2×2波长开关的输出端与所述二级电路的 N×N的波长路由器的输入端相连，所述二级电路的N×N的波长路由器的输出端与输出级相连。本发明通过一级电路由N个2×2波长开关组成和二级电路由两个N×N的波长路由器组成，简化了波长路由器的拓扑结构，同时减少了波长路由设备中光开关节点的数量。

Description

波长路由设备 技术领域

本发明涉及一种光网络技术， 尤其涉及一种基于波长交叉滤波器的波 长路由设备。 背景技术

光路由器是光互连技术的重要组成部分， 其可以将发送 /接收节点相连， 使发送节点发送的光信号准确地传送到接收节点。 光路由器主要可以分为基 于空间光开关的空间路由器和基于波长光开关的波长路由器两大类， 其中波 长路由器由于不需要动态调节， 可以实现光的自发路由（self-routing)而成为 研究的热点。 而基于波长交叉滤波器的光路由器， 由于利用了波长交叉滤波 器滤波光谱的周期特性， 可以有效的减少光波长路由器中开关节点的个数， 减小路由器尺寸和延时。

现有技术中， 基于波长交叉滤波器的光路由器的拓扑结构如图 1所示， 图 1A为 WRON-RC技术中 9 X 9的拓扑结构图，每一级光开关节点的路由表如图 2 所示， 从图 2中可知， 对于 Λ _Α开关节点， 该开关对波长为 λ 0、 λ 3、 λ 6的光 的响应为交叉（cross)，对 λ 1、 λ 2、 λ 4、 λ 5、 λ 7、 λ 8的响应为直通（bar)， 当在 9 X 9的拓扑结构图中， 从某一输入端口， 如 I。输入不同波长的光， 从输出 端口， 如 输出某一波长的光， 需要经过 4个光开关 （如 Λ_Α、 Λ_Β、 Λ_α、 Λ_β) ， 才能最终输出一特定的波长。

然而，现有技术中的基于波长交叉滤波器的光路由器的拓扑结构仍然 十分复杂， 波长路由器中所需的光开关的数量较多。 发明内容

本发明提供一种波长路由设备， 简化了波长路由器的拓扑结构， 同时 减少了波长路由设备中光开关节点的数量。

本发明实施例提供一种波长路由设备， 包括： 一级电路和二级电路；

其中，所述一级电路由 N个 2X2波长开关组成，所述二级电路由两个 N XN的波长路由器组成，每个 NXN波长路由器至少包括一个 2X2波长开关， N取值为 2ⁿ， n为正整数；

所述一级电路中每个 2X2波长开关的输入端与输入级相连， 每个 2X2 波长开关的输出端与所述二级电路的 NXN的波长路由器的输入端相连， 所 述二级电路的 NXN的波长路由器的输出端与输出级相连。

进一歩的， 所述输入级包括 2N个输入端口， 所述输入级中的各输入端 口分别与所述一级电路中 2X2波长开关的各输入端对应相连，所述一级电路 中 2X2波长开关的各输出端分别与所述二级电路中 NXN的波长路由器的各 输入端对应相连。

进一歩的， 所述输出级包括 2N个输出端口， 所述输出级中的各输出端 口分别与所述二级电路中 NXN的波长路由器的各输出端对应相连。

进一歩的， 所述波长路由设备中 2X2波长开关数量 N1采用公式 （1) 确定：

= ( l/2)log₂ l (j 其中所述 Ml为所述输入级中的输入端口数量或所述输出级中的输出端 口数量。

进一歩的， 所述波长路由设备中， 光谱从所述输入级的输入端口到所述 输出级指定的输出端口需经过的 2X2波长开关数量 N2采用公式 （2) 确定：

= log₂ Ml (2) 其中所述 M2为所述输入端口数量或所述输出端口数量。

本发明实施例提供的波长路由设备， 该设备通过一级电路由 N个 2X2 波长开关组成和二级电路由两个 NXN的波长路由器组成， 简化了波长路由 设备的拓扑结构， 同时减少了波长路由设备中光开关节点的数量。 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一简单地介绍， 显而易见地， 下 面描述中的附图是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在 不付出创造性劳动性的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。

图 1为现有技术中路由设备的拓扑结构的示意图；

图 2为图 1中路由设备的各波长开关的路由表的示意图；

图 3为本发明波长路由设备实施例一的结构示意图；

图 4为本发明波长路由设备实施例一的 2 X 2波长开关的结构示意图； 图 5为本发明波长路由设备的输入光谱的示意图一；

图 6A至图 6D为本发明波长路由设备实施例一的一级电路中 2 X 2波长 开关各输出端对各输入端的光谱响应的示意图；

图 7为本发明波长路由设备实施例二的结构示意图；

图 8为本发明波长路由设备实施例二的 2 X 2波长开关的结构示意图； 图 9本发明波长路由设备的输入光谱的示意图二；

图 10A至图 10D为本发明波长路由设备实施例二的一级电路中 2 X 2波 长开关各输出端对各输入端的光谱响应的示意图；

图 10E至图 10H为本发明波长路由设备实施例二的二级电路中 2 X 2波 长开关各输出端对各输入端的光谱响应的示意图；

图 11为本发明波长路由设备实施例三的结构示意图。 具体实施方式

为使本发明实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合本发 明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于 本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获 得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。

图 3为本发明波长路由设备实施例一的结构示意图，图 4为本发明波长路 由设备实施例一的 2 X 2波长开关的结构示意图。 本实施例提供的路由设备是 基于波长光开关的波长路由器， 可以应用在光互连技术中， 能够实现各发送 /接 收节点之间的光信号传送。 参照图 3和图 4， 本实施例的波长路由设备可以包 括： 一级电路和二级电路；

其中， 一级电路由 N个 2 X 2波长开关 Λ_Α组成， 二级电路由两个 Ν ΧΝ 的波长路由器组成， 每个 Ν ΧΝ波长路由器至少包括一个 2 X 2波长开关 Λ_Α， N取值为 2ⁿ， n为正整数。

本实施例中由 N个 2 X 2波长开关 Λ_Α和两个 N X N的波长路由器拓展为 一个 2ΝΧ2Ν波长路由设备， 举例来说， 当 Ν取值为 2时， 则 4X4波长路由 设备由 2个 2X2波长开关 Λ_Α和 2个 2X2的波长路由器组成， 此时， 每个 2 Χ2的波长路由器中只包括一个 2X2波长开关 Λ_Α， 所以可以认为 4X4波长 路由设备中包括 4个 2X2波长开关 Λ_Α; 当 Ν取值为 4时，则 8X8波长路由 设备由 4个 2 X 2波长开关 Λ_Α和 2个 4 X 4波长路由器组成， 而 4 X 4波长路 由器可以使用当 Ν取值为 2时对应的 4 X 4波长路由设备， 此时 4 X 4波长路 由器中包括了 4个 2X2波长开关 Λ_Α， 相应地， 16X16波长路由设备由 8个 2X2波长开关 Λ_Α和 2个 8X8波长路由器组成， 8X8波长路由器的组成和 8 X 8波长路由设备的组成是相同。

本实施例中一级电路中的每个 2X2波长开关 Λ_Α的输入端与输入级相连， 每个 2 X 2波长开关 Λ_Α的输出端与二级电路的 Ν X Ν的波长路由器的输入端 相连， 二级电路的 ΝΧΝ的波长路由器的输出端与输出级相连。

进一歩地， 本实施例中每个 2X2波长开关 Λ_Α包括两个输入端和两个输 出端 (如图 4所示的输入 1和输入 2， 输出 1和输出 2)， 输入级中包括 2Ν个 输入端口， 如图 3中输入级的输入端口 L。―。〜L。― _(2Ν__υ， 输入级中的各输入端 口分别与 2X2波长开关 Λ_Α的各输入端对应相连， 即输入级中的每两个输入 端口分别与图 4中 2X2波长开关 Λ_Α的两个输入端对应相连， 2X2波长开关 Λ_Α的各输出端（如图 3中一级电路中的 ―。〜 Li— _(2Ν__υ)分别与二级电路中的 ΝΧΝ波长路由器各输入端（如图 3中二级电路中的 ―。〜 Li— (_2Ν__υ)对应相连， 其中每个 ΝΧΝ波长路由器包括了 Ν个输入端和 Ν个输出端， 输出级包括的 2Ν个输出端口， 如图 3中输出级的输出端口 L₂―。〜 L₂— (_2Ν__υ， 输出级的各输出 端口分别与二级电路的 ΝΧΝ波长路由器的各个输出端口 （如图 3中二级电 路中的 L₂―。〜 L₂— (_2Ν__υ) 对应相连。 举例来说， 当 Ν取值为 4时， 对于 8X8 波长路由设备而言，输入级的输入端口数量和输出级端口数量分别都为 8个， 每个 4 X 4波长路由器的输入端和输出端分别都为 4个。

本发明实施例提供的波长路由设备， 该设备通过一级电路由 Ν个 2X2 波长开关组成和二级电路由两个 ΝΧΝ的波长路由器组成， 简化了波长路由 设备的拓扑结构， 同时减少了波长路由设备中光开关节点的数量。 图 5为本发明波长路由设备的输入光谱的示意图，图 6A至图 6D为本发 明波长路由设备的一级电路中 2X2波长开关各输出端对各输入端的光谱响 应的示意图， 参照图 5-图 6D, 在本实施例中， 图 5-图 6D中纵坐标为光功率 P, 横坐标为波长 λ， 进一歩地， 在上述实施例中， 当从输入级的各端口分别 输入如图 5所示的光谱时， 一级电路中 2X2波长开关 Λ_Α中的输出 1端口对 输入 1端口的光谱效应如图 6Α所示， 一级电路中 2X2波长开关 Λ_Α中的输 出 2端口对输入 1端口的光谱效应如图 6Β所示，即光谱从 2X2波长开关 Λ_Α 的输入 1端口进去后从输出 1端口输出的光谱为 λ ₂、 .... λ_Ν,从输出 2 端口输出的光谱为 λ_Ν+1、 λ _Ν+2..... λ _2Ν， 相应地， 一级电路中 2X2波长开关 Λ_Α中的输出 1端口对输入 2端口的光谱效应如图 6C所示， 一级电路中 2X2 波长开关 Λ_Α中的输出 2端口对输入 2端口的光谱效应如图 6D所示， 即图 5 所示的光谱从 2X2波长开关 Λ_Α的输入 2端口进去后从输出 1端口输出的光 谱为 λ_Ν+1、 λ_Ν+2..... λ _2Ν，从输出 2端口输出的光谱为 λ ₂、 .... λ_Ν。

图 7为本发明波长路由设备实施例二的结构示意图， 图 8为本发明波长 路由设备实施例二的 2X2波长开关的结构示意图， 图 9本发明波长路由设备 的输入光谱的示意图二， 图 10A至图 10H为本发明波长路由设备实施例二的 一级电路的 2X2波长开关各输出端对各输入端的光谱响应的示意图， 图 10E 至图 10H为本发明波长路由设备实施例二的二级电路中 2X2波长开关各输 出端对各输入端的光谱响应的示意图。

在上述实施例的基础上， 本实施例中， Ν取值为 2时， 对应的 4X4波长 路由设备的结构如图 7所示， 4 X 4波长路由设备由一级电路中的 2个 2 X 2 波长开关 Λ_Β和 2个 2X2波长路由器组成，其中每个 2X2波长路由器中包括 一个 2 X 2波长开关 Λ_Α， 所以本实施例中用 2 X 2波长开关 Λ_Α作为二级电路 的 2X2路由器， 其中本实施例中 2X2波长开关 Λ_Α和 2X2波长开关 Λ_Β (如 图 8所示） 与上述实施例中的 2X2波长开关八 的结构和功能是相同的， 所 以本实施例中 2X2波长开关 Λ_Α参照图 4所示的 Λ_Α，而且 2X2波长开关 Λ_Α 和 2X2波长开关 Λ_Β的连接顺序是可以互换的。

在本实施例中， 输入级中的 4个输入端口分别用 4个节点表示， 即输入 节点 Τ\、 T₂、 丁₃和丁₄， 相应地， 输出级中的 4个输出端口用输出节点 、 R₂、 和1^表示， 4个输入节点 T\、 T₂、 丁₃和丁₄与一级电路中的 2X2波长 开关 Λ_Β的各输入端对应相连， 4个节点 、 R₂、 和1^与二级电路的 2X2 波长开关八 各输出节点对应连接，一级电路中的 2X2波长开关八！^与二级电 路的 2X2波长开关 Λ_Α通过图 7所示的交叉方式连接。

举例来说， 当输入级中的各个输入节点分别输入如图 9所示的光谱时， 一级电路中的 2X2波长开关 Λ_Β的输出 1端口对输入 1端口的光谱响应如图 10A所示， 2X2波长开关 Λ_Β的输出 2端口对输入 1端口的光谱响应如图 10B 所示， 即光谱从输入节点 Τ\输入从 2X2波长开关八！^的输出 1端口输出的波 长为入 i、 ₂, 从输出 2端口输出的波长为 λ₃、 λ_4; 一级电路中的 2X2波 长开关 Λ_Β的输出 1端口对输入 2端口的光谱响应如图 10C所示， 2X2波长 开关 Λ_Β的输出 2端口对输入 2端口的光谱响应如图 10D所示， 即光谱从输 入节点 Τ₂输入从 2X2波长开关 Λ_Β的输出 1端口输出的波长为 λ₃、 λ₄， 从 输出 2端口输出的波长为 λ₂。光谱经过一级电路中的 2X2波长开关 Λ_Β 之后， 一级电路中的 2X2波长开关 Λ_Β输出 1端口输出的 λ₂ Λτ^* 入的光谱）和 λ₃、 λ₄ (从 Τ₂输入的光谱）输入到二级电路中的 2X2波长开 关 Λ_Α的输入 1端口（如 4所示），相应地，将一级电路中的 2X2波长开关 Λ_Β 输出 2端口输出的 λ₃、 λ₄ (从^输入的光谱） 和 λ₂ (从 Τ₂输入的光 谱） 输入到二级电路中另一个 2X2波长开关 Λ_Α的输入 1端口 （如 4所示）， 二级电路中的 2X2波长开关 Λ_Α的输出 1端口对输入 1端口的光谱响应如图 10E所示， 输出 2端口对输入 1端口的光谱响应如图 10F所示， 即 λ₂ (从 Τ\输入的光谱） 和 λ₃、 λ₄ (从 Τ₂输入的光谱） 从输入 1端口输入后从 输出节点^输出的是人工 （从 Τ\输入的光谱） 和人₃ (从 T₂输入的光谱） ， 从输出节点 R₂输出的是 λ ₂ (从 Τ\输入的光谱） 和 λ₄ (从 Τ₂输入的光谱） ； 相应地， 二级电路中的 2X2波长开关 Λ_Α的输出 1端口对输入 2端口的光谱 响应如图 10G所示， 输出 2端口对输入 2端口的光谱响应如图 10H所示， 即 从 Τ₃、 丁₄输入后， 再从二级电路的 2X2波长开关 Λ_Α的输入 2端口输入后， 从输出节点 输出 λ₂ (从 Τ₃输入的光谱） 、 λ₄ (从 Τ₄输入的光谱） ， 从 输出节点 R₂输出人 （从 T₃输入的光谱） 、 λ₃ (从 Τ₄输入的光谱） 。

本实施中 4X4波长路由设备的路由表如表 1所示:

表 14x4波长路由设备的路由表

Ti λ λ λ λ

1 2 3 4

T₂ λ λ λ λ

3 4 1 2

T₃ λ λ λ λ

2 1 4 3

T₄ λ λ λ λ

4 3 2 1 从表 1得知， 当输入节点 τ\需要与输出节点 之间通信时， 只需在输 入节点 T\上将信号调制在波长为 λ 3的载波上， 便可以通过本实施例的 4X4 波长路由设备自发路由至输出节点 。

本发明实施例提供的波长路由设备，该设备通过一级电路由 2个 2X2波 长开关组成和二级电路由两个 2X2 的波长路由器组成， 简化了波长路由设 备的拓扑结构， 同时减少了波长路由设备中光开关节点的数量。

图 11为本发明波长路由设备实施例三的结构示意图；在上述实施例的基 础上， 本实施例提供的是 8X8的路由设备， 即 Ν取值为 4对应的路由设备， 如图 11所示， 本实施例中， 8X8的路由设备包括一级电路的 4个 2X2波长 开关 A_c组成和二级电路的两个 4X4的波长路由器， 输入节点 T^Ts, 输出 节点 〜1₈，其中输入节点 T^Ts与一级电路的 4个 2X2波长开关 A_c的各输 入端的连接关系如图 11所示， 二级电路的两个 4X4波长路由器采用实施例 二中的 4 X 4路由设备的连接关系， 本实施例中 4 X 4波长路由器中包括了 4 个 2X2波长开关 Λ_Α (如图 3所示）， 具体的实现方式参照实施例二的实现方 法。

进一歩地， 在上述实施例的基础上， 在本实施例中， 波长路由设备中 2

X 2波长开关数量 N1采用公式 （1) 确定：

= ( l/2)log₂ l ( 光谱从输入级的输入端口 （如节点 T ^Ts)到输出级指定的输出端口 （如 节点 〜R₈) 需经过的 2X2波长开关数量 N2采用公式 （2) 确定：

= log₂ Ml (2) 其中， Ml和 M2为输入级中的输入端口数量或输出级中的输出端 口数量。 举例来说， 对于 8X8路由设备， 输入级的输入端口数量为 8， 所以 8X8路由设备中 2X2波长开关的总数量为 12，从节点 T\到节点 R₈经过的 2 X2波长开关的数量为 3， 与现有技术相比， 对于 16X16的路由设备而言， 输入端口数量都为 16时， 本发明所需的 2X2波长开关为 32个， 经过的 2X 2波长开关为 4个（而现有技术中 9 X 9的路由设备都需要经过 4个光开关）， 而现有技术中 16 X 16的路由设备共需要 48个光开关，对于 64 X 64路由设备 而言， 本发明所需的 2 X 2波长开关为 192个， 而现有技术中需要 448个光开 关。

所以， 本发明实施例的波长路由设备， 通过一级电路由 N个 2 X 2波长 开关组成和二级电路由两个 N XN的波长路由器组成， 一方面简化了波长路 由设备的拓扑结构， 另一方面不仅可以减少路由设备中的光开关数量， 且光 网络越大减少的光开关数量越明显， 而且还可以减小光谱在路由设备中经过 的光开关数量， 提高了路由设备的效率。

本领域普通技术人员可以理解： 实现上述各方法实施例的全部或部分歩 骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。 前述的程序可以存储于一计算机可 读取存储介质中。 该程序在执行时， 执行包括上述各方法实施例的歩骤； 而 前述的存储介质包括： ROM、 RAM, 磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码 的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理 解： 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者 全部技术特征进行等同替换； 而这些修改或者替换， 并不使相应技术方案的本质脱 离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

权 利 要 求 书

1、 一种波长路由设备， 其特征在于， 包括：

一级电路和二级电路；

其中，所述一级电路由 N个 2X2波长开关组成，所述二级电路由两个 N XN的波长路由器组成，每个 NXN波长路由器至少包括一个 2X2波长开关， N取值为 2ⁿ， n为正整数；

所述一级电路中每个 2X2波长开关的输入端与输入级相连， 每个 2X2 波长开关的输出端与所述二级电路的 NXN的波长路由器的输入端相连， 所 述二级电路的 NXN的波长路由器的输出端与输出级相连。

2、 根据权利要求 1所述的设备， 其特征在于， 所述输入级包括 2N个输 入端口，所述输入级中的各输入端口分别与所述一级电路中 2X2波长开关的 各输入端对应相连，所述一级电路中 2X2波长开关的各输出端分别与所述二 级电路中 NXN的波长路由器的各输入端对应相连。

3、 根据权利要求 1所述的设备， 其特征在于， 所述输出级包括 2N个输 出端口， 所述输出级中的各输出端口分别与所述二级电路中 NXN的波长路 由器的各输出端对应相连。

4、 根据权利要求 2-3任一所述的设备， 其特征在于， 所述波长路由设备 中 2X2波长开关数量 N1采用公式 （1) 确定：

= ( l/2)log₂ l j 其中所述 Ml为所述输入级中的输入端口数量或所述输出级中的输出端 口数量。

5、 根据权利要求 2-4任一所述的设备， 其特征在于， 所述波长路由设备 中， 光谱从所述输入级的输入端口到所述输出级指定的输出端口需经过的 2 X 2波长开关数量 N2采用公式 （2) 确定：

= log₂ Ml (2) 其中所述 M2为所述输入端口数量或所述输出端口数量。