專利名稱：基于內(nèi)部波長的共享式光分組交換節(jié)點結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光通信技術(shù)領(lǐng)域的共享式光分組交換節(jié)點結(jié)構(gòu)，尤其是一種基于內(nèi)部波長的，適用于光分組交換網(wǎng)絡(luò)的共享式光分組交換節(jié)點結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：
近年來，Internet業(yè)務(wù)量正在以指數(shù)規(guī)律快速增長，IP業(yè)務(wù)已經(jīng)成為通信網(wǎng)絡(luò)的主要業(yè)務(wù)。與此同時，以波分復(fù)用(WDM)技術(shù)為平臺的光傳送網(wǎng)(OTN)已經(jīng)能夠提供高速、大容量的傳輸帶寬。然而，電層IP網(wǎng)絡(luò)是以IP分組為交換單位，其業(yè)務(wù)具有很強的突發(fā)性，而光傳送網(wǎng)則是以整個光波長為傳送單位。如何把IP分組映射到光波長上以實現(xiàn)傳送帶寬資源的有效利用，已成為近些年來研究的熱點。光分組交換(OPSOptical Packet Switching)技術(shù)以其高速、透明和交換粒度適中等特點被普遍認(rèn)為是一種能實現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)與光傳送網(wǎng)絡(luò)無縫連接的理想解決方案。
光分組交換節(jié)點結(jié)構(gòu)設(shè)計是實現(xiàn)光分組交換的關(guān)鍵技術(shù)。在光分組交換節(jié)點中，光分組競爭的解決是節(jié)點結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點。目前，解決光分組競爭的方法有三種光緩存、波長變換和偏射路由。在這三種競爭解決方法中，光緩存是最有效的一種。在當(dāng)前的技術(shù)條件下，光緩存只能由光纖延時線(FDLFiber Delay Line)構(gòu)成，因此也稱為FDL光緩存。FDL光緩存的工作原理是利用光在光纖中的傳播時延，根據(jù)延時的需要選擇特定長度的光纖延時線。FDL光緩存的容量由緩存中FDL的數(shù)量、FDL的長度、FDL中光波長的數(shù)目等三個因素決定。根據(jù)FDL在光分組交換節(jié)點中所處位置的不同，光緩存可分為輸出式光緩存、輸入式光緩存、反饋式光緩存和共享式光緩存。在配置有共享式光緩存的光分組交換節(jié)點結(jié)構(gòu)中，節(jié)點的所有輸出端口共享一組FDL用于解決光分組的競爭，這種類型的節(jié)點結(jié)構(gòu)稱為共享式光分組交換節(jié)點結(jié)構(gòu)。
在共享式光分組交換節(jié)點結(jié)構(gòu)中，當(dāng)某一光分組到達時，根據(jù)特定的分組調(diào)度算法，該分組將被緩存于特定長度的FDL中，然而由于所配置的FDL被所有的輸出端口所共享，該FDL可能已被前面到達的光分組所占用，這種現(xiàn)象稱為FDL競爭。FDL競爭會惡化交換節(jié)點的性能，目前解決FDL競爭的方法有兩種，一種方法是為光分組選擇合適的調(diào)度算法，這種方法可以在一定程度上優(yōu)化節(jié)點的性能，但優(yōu)化的程度很有限；另一種方法是增大FDL光緩存的容量；在目前已經(jīng)提出的共享式光分組交換節(jié)點結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)DL競爭的解決都是通過增加FDL的長度和數(shù)量，從而增大FDL光緩存的容量來實現(xiàn)。然而，通過增加FDL的長度和數(shù)量來實現(xiàn)FDL光緩存容量的增大會引入更大的緩存時延。此外，還會造成交換節(jié)點端口數(shù)的增加，從而增加光分組交換節(jié)點的構(gòu)建成本。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要提供一種基于內(nèi)部波長的共享式光分組交換節(jié)點結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過在FDL光緩存中使用額外的光波長，使得FDL光緩存的容量得以增大，從而在不增加緩存時延的前提下，較好地解決由FDL競爭所引起的節(jié)點性能惡化的問題。
為實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下 一種基于內(nèi)部波長的共享式光分組交換節(jié)點結(jié)構(gòu)，包括波分解復(fù)用器、可調(diào)波長變換器、光開關(guān)矩陣、波分復(fù)用器、光纖延時線、分路選擇單元、SOA光門、無源耦合器及連接光纖，其特點是 光開關(guān)矩陣的交換緩存輸出端口上配置一組共享式光纖延時線，用于解決光分組的競爭，每根光纖延時線內(nèi)具有多個光波長來緩存光分組，各光纖延時線呈簡并排列，即，第一根光纖延時線中各波長存儲一個單位長度的光分組，第二根光纖延時線中各波長存儲兩個單位長度的光分組，依此類推；光開關(guān)矩陣的每小組交換緩存輸出端口通過一個波分復(fù)用器連接一根光纖延時線，每根光纖延時線后再接一個波分解復(fù)用器進行解復(fù)用，解復(fù)用后的各路信號經(jīng)一個分路選擇單元，把該路信號送到目的節(jié)點輸出端口的無源耦合器上，屬于傳輸波長的通路直接連到節(jié)點輸出端口的波分復(fù)用器上，屬于內(nèi)部波長的通路則先接一個可調(diào)波長變換器，然后再通過節(jié)點輸出端口上的波分復(fù)用器連接到對應(yīng)的節(jié)點輸出光纖；共享式光纖延時線的緩存容量通過增加緩存波長的數(shù)量來增大；光開關(guān)矩陣中每小組交換緩存輸出端口中的端口數(shù)大于每根輸入/輸出光纖中的波長數(shù)。
共享式光分組交換節(jié)點左側(cè)為節(jié)點輸入端口，交換節(jié)點右側(cè)為節(jié)點輸出端口，光開關(guān)矩陣的左側(cè)為交換輸入端口，光開關(guān)矩陣右側(cè)為交換直通輸出端口和交換緩存輸出端口，在每個節(jié)點輸入端口，每根輸入光纖經(jīng)一個波分解復(fù)用器解復(fù)用后，各路光纖再分別與一個可調(diào)波長變換器相連，可調(diào)波長變換器接到光開關(guān)矩陣的交換輸入端口。
節(jié)點結(jié)構(gòu)中的分路選擇單元由一個分路器后接一組并行的SOA光門組成，SOA光門的數(shù)量等于節(jié)點輸出端口的數(shù)量。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明所提出的節(jié)點結(jié)構(gòu)不僅適用于時隙光分組交換，也適用于非時隙光分組交換。節(jié)點結(jié)構(gòu)所配置的共享式光纖延時線能被各個輸入信道所共享，因而光纖延時線的緩存容量能被充分利用。每根光纖延時線中的緩存波長除了包括傳輸波長外，還可以根據(jù)需要增加適當(dāng)?shù)膬?nèi)部波長。當(dāng)有FDL競爭發(fā)生時，發(fā)生競爭的光分組可以緩存于相同光纖延時線中的內(nèi)部波長上，因此能夠有效地解決FDL競爭問題。內(nèi)部波長的引入能夠成倍地增大FDL光緩存的容量，大大降低了交換節(jié)點的丟包率。與以往通過增大FDL的長度與數(shù)量的光緩存擴容方法相比，內(nèi)部波長緩存擴容方法由于沒有增加FDL光緩存的緩存深度，因此本發(fā)明所提出的節(jié)點結(jié)構(gòu)不會增加光分組的緩存時延。此外，由于無須配置額外的光纖延時線，節(jié)點結(jié)構(gòu)也將更為緊湊。
經(jīng)仿真實驗證明，對本發(fā)明所提出的節(jié)點結(jié)構(gòu)，只需要在節(jié)點結(jié)構(gòu)中引入少量的內(nèi)部波長，節(jié)點的丟包性能便能得到很大的提高。同時，本發(fā)明所提出的光分組控制算法實現(xiàn)簡單，能夠使節(jié)點的丟包性能得到進一步的優(yōu)化。本發(fā)明的光分組交換節(jié)點結(jié)構(gòu)可以用于構(gòu)建各種形式的光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如光環(huán)網(wǎng)、光多環(huán)網(wǎng)和光網(wǎng)格網(wǎng)等，可以應(yīng)用于骨干光網(wǎng)絡(luò)和城域光網(wǎng)絡(luò)中。



圖1是本發(fā)明的光分組交換節(jié)點結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施例方式 為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖對實施方式作進一步的描述。
本發(fā)明的光分組交換節(jié)點結(jié)構(gòu)如圖1所示，由多個波分解復(fù)用器2、可調(diào)波長變換器3、光開關(guān)矩陣4、波分復(fù)用器12、光纖延時線(FDL)5、分路器7、半導(dǎo)體光放大器(SOA)光門8、無源耦合器6及連接光纖組成。
交換節(jié)點的左側(cè)有N個節(jié)點輸入端口13，每個節(jié)點輸入端口13連接一根輸入光纖1；交換節(jié)點的右側(cè)有N個節(jié)點輸出端口14，每個節(jié)點輸出端口14連接一根輸出光纖9。輸入/輸出光纖1，9中可以容量W個傳輸波長(λj，j∈{1，…，W})。交換節(jié)點的核心交換功能由光開關(guān)矩陣4完成，光開關(guān)矩陣4的左側(cè)有一組交換輸入端口，光開關(guān)矩陣4右側(cè)有兩組輸出端口，上面一組為交換直通輸出端口，下面一組輸出端口為交換緩存輸出端口。
本發(fā)明的節(jié)點結(jié)構(gòu)還在光開關(guān)矩陣4的交換緩存輸出端口上配置一組(B根)共享式光纖延時線(FDL)5來解決光分組的競爭。各光纖延時線5的排列采用簡并的(degenerate)方式，即，第一根光纖延時線中各波長可以存儲一個單位長度的光分組，第二根光纖延時線中各波長可以存儲兩個單位長度的光分組，依此類推。光開關(guān)矩陣4的交換緩存輸出端口按所配置的FDL的數(shù)目分成B小組，每小組交換緩存輸出端口對應(yīng)一根FDL。每根FDL中的緩存波長包括兩部分，一部分是數(shù)量為W的傳輸波長(λj，j∈{1，…，W})，另一部分是數(shù)量為m的內(nèi)部波長(λk，k∈{W+1，…，W+m})，其中m可以根據(jù)需要取不同的值。因此，每根FDL中總共有W+m個緩存波長(λk，k∈{1，…，W，W+1，…，W+m})，通過這種內(nèi)部波長方法能夠有效增大FDL光緩存的容量。為了實現(xiàn)這種功能，每小組交換緩存輸出端口的數(shù)量為W+m個。
在每個節(jié)點輸入端口13，每根輸入光纖1經(jīng)一個波分解復(fù)用器2解復(fù)用后，各路光纖再分別與一個可調(diào)波長變換器(TWC)3相連，各個可調(diào)波長變換器(TWC)3再分別接到光開關(guān)矩陣4的交換輸入端口，交換輸入端口的數(shù)量為N×W個。光開關(guān)矩陣4的交換直通輸出端口分成N小組，每小組交換直通輸出端口對應(yīng)一個節(jié)點輸出端口和一根輸出光纖，每小組有W個交換直通輸出端口。每小組交換直通輸出端口中的每個端口分別通過節(jié)點輸出端口14上的一個無源耦合器6接到對應(yīng)的節(jié)點輸出端口上。
每個節(jié)點輸出端口14包含W+m路輸出通道，其中前W路輸出通道對應(yīng)W個傳輸波長信道，后面m路輸出通道對應(yīng)m個內(nèi)部波長信道。由于節(jié)點輸出端口14的每路輸出通道要接入多路信號，因此在每路輸出通道上各有一個無源耦合器6。對于前W路輸出通道，每個無源耦合器6直接與節(jié)點輸出端口14的波分復(fù)用器12相連；對于后m路輸出通道，每個無源耦合器6后先接一個可調(diào)波長變換器3，然后再與節(jié)點輸出端口14的波分復(fù)用器12相連。
每小組交換緩存輸出端口中的各個(W+m個)端口通過一個波分復(fù)用器12接到對應(yīng)的FDL上，每根FDL后再接一個波分解復(fù)用器2進行解復(fù)用，解復(fù)用后的W+m路信號分別經(jīng)一個分路選擇單元10，把每路信號送到目的節(jié)點輸出端口14的無源耦合器6上，然后通過節(jié)點輸出端口14連接到對應(yīng)的節(jié)點輸出光纖9。分路選擇單元10由一個分路器7后接一組并行的半導(dǎo)體光放大器(SOA)光門8組成。每個分路選擇單元10需要N個SOA光門8，用于實現(xiàn)選擇N個節(jié)點輸出端口中的一個。以上提到的各器件之間的連接均使用光纖。
現(xiàn)仍假設(shè)節(jié)點輸入/輸出端口的數(shù)目為N，每輸入/輸出光纖上承載的波長數(shù)為W，內(nèi)部波長數(shù)為m，共享式光纖延時線的數(shù)目為B。若光分組以波長λ1到達節(jié)點輸入端口1，先由波分解復(fù)用器解復(fù)用出該光分組，根據(jù)光分組頭部中的目的地址，該分組將交換到節(jié)點輸出端口N。此時，如果節(jié)點輸出端口N中波長λ1空閑，則通過光開關(guān)矩陣把光分組交換到對應(yīng)的交換直通輸出端口(節(jié)點輸出端口N上λ1所對應(yīng)的端口)，然后再通過節(jié)點輸出端口N直接輸出。
本發(fā)明的節(jié)點結(jié)構(gòu)使用增加緩存波長數(shù)量的方法來增大共享式光纖延時線5的緩存容量。共享式光纖延時線5中的緩存波長包括兩部分，一部分是輸入/輸出光纖中的傳輸波長，另一部分是額外引入的光波長，稱為內(nèi)部波長。當(dāng)有FDL競爭發(fā)生時，發(fā)生競爭的光分組可以緩存于相同光纖延時線中的內(nèi)部波長上。因此，由于FDL競爭所引起的節(jié)點性能惡化能得到有效的補償。這種通過在光纖延時線5中使用額外的緩存波長來增大FDL光緩存容量的方法稱為內(nèi)部波長方法。為了實現(xiàn)內(nèi)部波長方法，光開關(guān)矩陣4中每小組交換緩存輸出端口中的端口數(shù)應(yīng)大于每根輸入/輸出光纖中的波長數(shù)。
SOA光門8的數(shù)量等于節(jié)點輸出端口13的數(shù)量。每個分路選擇單元10上的一個SOA光門8連接到一個節(jié)點輸出端口14中對應(yīng)無源耦合器6上，通過控制SOA光門8的開關(guān)狀態(tài)，可以把信號送到目的節(jié)點輸出端口14。
每個節(jié)點輸出端14口中包含多路輸出通道，輸出通道的數(shù)量為每根輸出光纖中的傳輸波長數(shù)與光纖延時線中內(nèi)部波長數(shù)之和，其中屬于傳輸波長的各路輸出通道直接連接到節(jié)點輸出端口14中的波分復(fù)用器12上，屬于內(nèi)部波長的各路輸出通道先與一個可調(diào)波長變換器3相連，然后再連接到節(jié)點輸出端口14中的波分復(fù)用器12上。每個節(jié)點輸出端口14通過端口中的波分復(fù)用器12與一根輸出光纖9相連。以上所提到的各器件之間的連接均使用光纖。
在本發(fā)明的節(jié)點結(jié)構(gòu)中，光分組在輸入/輸出光纖中以波分復(fù)用方式進行傳輸，所以當(dāng)光分組從輸入光纖到達某輸入端口后，先由波分解復(fù)用器2解復(fù)用出各個光分組。如果節(jié)點輸出端口14中，輸入光分組對應(yīng)的光波長空閑，則通過光開頭矩陣4把光分組交換到交換直通輸出端口，然后再通過目的節(jié)點輸出端口14直接輸出。
如果目的節(jié)點輸出端口N中光波長λ1被占用，輸入光分組將發(fā)生沖突，此時則可以使用以下光分組控制算法來解決沖突 (1)如果節(jié)點輸出端口N有空閑傳輸波長，如λi(i∈{1，…，W}，i≠1)，則可以通過節(jié)點輸入端口1上對應(yīng)的可調(diào)波長變換器把輸入光分組的承載波長λ1變換為波長λi。然后，通過光開關(guān)矩陣把光分組交換到對應(yīng)的交換直通輸出端口(節(jié)點輸出端口N上λi所對應(yīng)的端口)，然后再通過節(jié)點輸出端口N直接輸出。
(2)如果節(jié)點輸出端口N沒有空閑波長，則可以通過光纖延時線對光分組進行緩存。此時，根據(jù)最短隊列算法確定所使用的緩存波長(λi，i∈{1，…，W})和光纖延時線(FDL k，k∈{1，…，B})。如果光纖延時線FDLk上緩存波長λi空閑，則通過節(jié)點輸入端口1上對應(yīng)的可調(diào)波長變換器把輸入光分組的承載波長λ1變換為波長λi，然后通過光開關(guān)矩陣把光分組交換到對應(yīng)的交換緩存輸出端口(光纖延時線FDL k上緩存波長λi所對應(yīng)的端口)，再通過FDLk進行緩存。經(jīng)過k個單元的緩存時間后，在FDL k的輸出端，通過與FDL k相連的波分解復(fù)用器和分路選擇單元，把光分組送到目的節(jié)點輸出端口N進行輸出。
(3)如果根據(jù)最短隊列算法所選定的光纖延時線FDLk上的緩存波長λi被其它的光分組所占用，即FDL競爭發(fā)生，則光分組無法緩存于FDLk中的緩存波長λi上。此時，可以查找FDLk中的內(nèi)部波長(λk，k∈{W+1，…，W+m})是否有空閑。如果有，則輸入光分組通過節(jié)點輸入端口1上對應(yīng)的可調(diào)波長變換器，把輸入光分組變換到某一可用的內(nèi)部波長(如，λn)上。然后，同樣通過光開關(guān)矩陣把光分組交換到對應(yīng)的交換緩存輸出端口(光纖延時線FDL k上內(nèi)部波長λn所對應(yīng)的端口)，再通過FDL k進行緩存。經(jīng)過k個單元的緩存時間后，在FDL k的輸出端，通過與FDL k相連的波分解復(fù)用器和分路選擇單元，把光分組送到目的節(jié)點輸出端口N。由于內(nèi)部波長λn不在傳輸波長的范圍內(nèi)，所以在目的節(jié)點輸出端口N，還要通過可調(diào)波長變換器把承載光分組的內(nèi)部波長λn變換成原先按最短隊列算法選定的傳輸波長λi進行輸出。(4)如果FDL競爭發(fā)生時，選定的FDL中沒有可用的內(nèi)部波長，則輸入光分組將被丟棄。
權(quán)利要求
1.一種基于內(nèi)部波長的共享式光分組交換節(jié)點結(jié)構(gòu)，包括波分解復(fù)用器(2)、可調(diào)波長變換器(3)、光開關(guān)矩陣(4)、波分復(fù)用器(12)、光纖延時線(5)、分路選擇單元(10)、半導(dǎo)體光放大器(SOA)光門(8)、無源耦合器(6)及連接光纖，其特征在于
所述光開關(guān)矩陣(4)的交換緩存輸出端口上配置一組共享式光纖延時線(5)，用于解決光分組的競爭，每根光纖延時線(5)內(nèi)具有多個光波長來緩存光分組，各光纖延時線(5)呈簡并排列，即，第一根光纖延時線中各波長存儲一個單位長度的光分組，第二根光纖延時線中各波長存儲兩個單位長度的光分組，依此類推；所述光開關(guān)矩陣(4)的每小組交換緩存輸出端口通過一個波長復(fù)用器(12)連接一根光纖延時線(5)，每根光纖延時線(5)后再接一個波分解復(fù)用器(2)進行解復(fù)用，解復(fù)用后的各路信號經(jīng)一個分路選擇單元(10)，把該路信號送到目的節(jié)點輸出端口(14)的無源耦合器(6)上，屬于傳輸波長的通路直接連到節(jié)點輸出端口的波分復(fù)用器(12)上，屬于內(nèi)部波長的通路則接一個可調(diào)波長變換器(3)后，再通過節(jié)點輸出端口(14)上的波分復(fù)用器(12)連接到對應(yīng)的節(jié)點輸出光纖(9)；共享式光纖延時線(5)的緩存容量通過增加緩存波長的數(shù)量來增大；所述光開關(guān)矩陣(4)中每小組交換緩存輸出端口中的端口數(shù)大于每根輸入/輸出光纖中的波長數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于內(nèi)部波長的共享式光分組交換節(jié)點結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述共享式光分組交換節(jié)點左側(cè)為節(jié)點輸入端口(13)，交換節(jié)點右側(cè)為節(jié)點輸出端口(14)，光開關(guān)矩陣(4)的左側(cè)為交換輸入端口，光開關(guān)矩陣(4)右側(cè)為交換直通輸出端口和交換緩存輸出端口，在每個節(jié)點輸入端口(13)，每根輸入光纖(1)經(jīng)一個波分解復(fù)用器(2)解復(fù)用后，各路光纖再分別與一個可調(diào)波長變換器(3)相連，可調(diào)波長變換器(3)接到光開關(guān)矩陣(4)的交換輸入端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于內(nèi)部波長的共享式光分組交換節(jié)點結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述分路選擇單元(10)由一個分路器(7)后接一組并行的SOA光門(8)組成，SOA光門(8)的數(shù)量等于節(jié)點輸出端口的數(shù)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于內(nèi)部波長的共享式光分組交換節(jié)點結(jié)構(gòu)，包括波分解復(fù)用器、可調(diào)波長變換器、光開關(guān)矩陣、波分復(fù)用器、光纖延時線、分路器、SOA光門、無源耦合器，用一組共享式光纖延時線解決光分組的競爭，并用內(nèi)部波長方法來增大光緩存容量，解決共享式光緩存中的FDL競爭問題，各光纖延時線呈簡并排列，每根光纖延時線中的緩存波長除了包括輸入/輸出光纖中的傳輸波長外，還可以根據(jù)需要增加適當(dāng)?shù)膬?nèi)部波長以增大光緩存的容量。通過在光纖延時線中引入額外的內(nèi)部波長來增大FDL光緩存的容量，節(jié)點結(jié)構(gòu)控制簡單、外形緊湊，能夠在不增加光分組緩存時延的同時，大大降低交換節(jié)點的丟包率，有效地解決共享式光緩存中存在的FDL競爭問題。
文檔編號H04Q11/00GK101370315SQ20081020022
公開日2009年2月18日 申請日期2008年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月23日
發(fā)明者楊俊杰 申請人:上海電力學(xué)院