本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，尤其涉及一種可片上集成的組播光交換節(jié)點裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的數(shù)據(jù)交換技術(shù)通常采用“儲存-轉(zhuǎn)發(fā)”機(jī)制，通過傳統(tǒng)的以太網(wǎng)電交換機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。交換時，需要經(jīng)過完整的接收解碼、校驗、緩存、查表、轉(zhuǎn)發(fā)、編碼發(fā)送等過程，若采用光傳輸還需進(jìn)行光-電、電-光轉(zhuǎn)換。該機(jī)制中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)需經(jīng)過緩存，報文長度與交換機(jī)線速決定了交換機(jī)節(jié)點時延的下限。同時，在需要處理較大流量數(shù)據(jù)時，設(shè)備負(fù)荷量大，因而會產(chǎn)生發(fā)熱量大，功耗較高，長時間工作后穩(wěn)定性降低等問題。

為避免光-電、電-光轉(zhuǎn)換而帶來的時延，學(xué)術(shù)界研究全光交換網(wǎng)絡(luò)過程中提出全光分組交換節(jié)點，一般地，全光交換節(jié)點的結(jié)構(gòu)設(shè)計仍然是基于“儲存-轉(zhuǎn)發(fā)”機(jī)制的光分組交換節(jié)點結(jié)構(gòu)或其改進(jìn)。但由于隨機(jī)光緩存實現(xiàn)上具有極高難度，全光分組交換節(jié)點的設(shè)想也一直未實現(xiàn)商用。故而，受到“儲存-轉(zhuǎn)發(fā)”機(jī)制的限制，并無成本可行的全光交換節(jié)點結(jié)構(gòu)來有效降低接收解碼、校驗、緩存、查表、轉(zhuǎn)發(fā)、編碼發(fā)送等過程而帶來的時延與功耗。

無源光網(wǎng)絡(luò)中的光分配網(wǎng)(ODN，optical distribution network)，在線路側(cè)連接光線路終端(OLT，optical line terminal)，在終端側(cè)連接光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU，Optical Network Unit)，通過光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)實現(xiàn)1個OLT設(shè)備與多個ONU間的通信。然而現(xiàn)有的光分配網(wǎng)(ODN)無法提供數(shù)據(jù)采集設(shè)備與控制保護(hù)設(shè)備間的直接物理層連接，其兩方的數(shù)據(jù)交互必須通過OLT設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)。若直接使用現(xiàn)有ODN結(jié)構(gòu)會造成OLT背板帶寬的巨大浪費(fèi)。針對工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的特點，目前需要一種在物理層實現(xiàn)組播光交換的裝置，以提供數(shù)據(jù)采集設(shè)備與控制保護(hù)設(shè)備間的直接物理層連接。為適合于溝通“數(shù)據(jù)采集設(shè)備-控制保護(hù)設(shè)備-遠(yuǎn)端匯聚設(shè)備(云端)”三方，在降低延時的同時，該裝置還需要能夠配合網(wǎng)關(guān)設(shè)備的調(diào)度，且能夠保障光交換節(jié)點裝置傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種可片上集成的物理層組播光交換節(jié)點裝置及網(wǎng)絡(luò)。

首先，為實現(xiàn)上述目的，提出一種無源光分配模塊，包括至少3個光耦合器，所述每一個光耦合器均包括一個合路端和至少2個分路端，其特征在于，所述3個光耦合器的分路端相互連接形成三端口環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述3個光耦合器的合路端分別構(gòu)成所述三端口環(huán)形結(jié)構(gòu)的3個端口；

所述形成三端口環(huán)形結(jié)構(gòu)的第一光耦合器的合路端通過輸入接口單元連接所述無源光分配模塊的輸入端口；

所述形成三端口環(huán)形結(jié)構(gòu)的第二光耦合器的合路端通過輸出接口單元連接所述無源光分配模塊的輸出端口；

所述形成三端口環(huán)形結(jié)構(gòu)的第三光耦合器的合路端連接所述無源光分配模塊的匯聚端口。

所述3個光耦合器的分路端相互連接的方式為：第一光耦合器的第一分路端連接第二光耦合器的第一分路端，第一光耦合器的第二分路端連接第三光耦合器的第一分路端，第二光耦合器的第二分路端連接第三光耦合器的第二分路端，所述3個分路器/耦合器的三個合路端分別組成所述3端口環(huán)形結(jié)構(gòu)的3個端口。

進(jìn)一步，上述無源光分配模塊中，所述的形成三端口環(huán)形結(jié)構(gòu)的3個光耦合器均為1×2光耦合器。

同時，上述無源光分配模塊中，所述的無源光分配模塊的輸入端口數(shù)為q個，所述輸入接口單元為一個1×q光耦合器，所述1×q光耦合器的合路端連接所述第一光耦合器的合路端，所述1×q光耦合器的q個分路端依次連接所述無源光分配模塊的q個輸入端口。

而所述無源光分配模塊的輸出端口數(shù)為t個，所述輸出接口單元為一個1×t光耦合器，所述1×t光耦合器的合路端連接所述第二光耦合器的合路端，所述1×t光耦合器的t個分路端依次連接所述無源光分配模塊的t個輸出端口。

基于上述無源光分配模塊，本發(fā)明同時還提供一種物理層組播光交換節(jié)點裝置，包括陣列波導(dǎo)光柵(AWG,Arrayed Waveguide Grating)和至少一個如上所述的無源光分配模塊(PODM,Passive Optical Distribution Module)，每一個所述的無源光分配模塊(PODM)的匯聚端口依次與所述陣列波導(dǎo)光柵(AWG)的一個分波端口連接。所述無源光分配模塊(PODM)的各輸入端口依次連接所述光交換節(jié)點裝置的各輸入接口，所述無源光分配模塊(PODM)的各輸出端口依次連接所述光交換節(jié)點裝置的各輸出接口，所述陣列波導(dǎo)光柵(AWG)的合波端口連接所述光交換節(jié)點裝置的匯聚接口。

進(jìn)一步，上述物理層組播光交換節(jié)點裝置中，所述各無源光分配模塊的工作波長與其匯聚端口所連接的陣列波導(dǎo)光柵(AWG)的分波端口的工作波長相匹配(工作波長相同)。

同時，上述物理層組播光交換節(jié)點裝置中，所述各無源光分配模塊及陣列波導(dǎo)光柵(AWG)通過平面光波光路(PLC，Planar Lightwave Circuits)制程技術(shù)實現(xiàn)片上集成。

進(jìn)一步，基于上述物理層組播光交換節(jié)點裝置，本發(fā)明還同時提出一種物理層組播光交換網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，包括傳感與執(zhí)行設(shè)備、保護(hù)與控制設(shè)備、網(wǎng)關(guān)設(shè)備以及如上所述的光交換節(jié)點裝置。網(wǎng)關(guān)設(shè)備根據(jù)其后連接的服務(wù)器的數(shù)據(jù)，綜合調(diào)度所述光轉(zhuǎn)換裝置及其連接的各個終端設(shè)備：

所述傳感與執(zhí)行設(shè)備與所述光交換節(jié)點裝置的輸入接口連接，用于采集傳感數(shù)據(jù)或執(zhí)行控制指令；

所述保護(hù)與控制設(shè)備與所述光交換節(jié)點裝置的輸出接口連接，用于接收所述傳感數(shù)據(jù)或發(fā)送所述控制指令；

所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備與所述光交換節(jié)點裝置的匯聚接口連接，用于調(diào)度所述傳感與執(zhí)行設(shè)備以及所述保護(hù)與控制設(shè)備，同時實現(xiàn)所述傳感與執(zhí)行設(shè)備或所述保護(hù)與控制設(shè)備與外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互；

所述光交換節(jié)點裝置用于依據(jù)所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備的調(diào)度，實現(xiàn)所述傳感與執(zhí)行設(shè)備、保護(hù)與控制設(shè)備以及網(wǎng)關(guān)設(shè)備，三者之間的數(shù)據(jù)交互。

更進(jìn)一步，上述物理層組播光交換網(wǎng)絡(luò)中，所述光交換節(jié)點裝置中的各個無源光分配模塊的工作波長互不相同，所述各無源光分配模塊的工作波長與該無源光分配模塊所連接的陣列波導(dǎo)光柵(AWG)的分波端口的工作波長相匹配(波長相同)，所述傳感與執(zhí)行設(shè)備的工作波長與該傳感與執(zhí)行設(shè)備所連接的無源光分配模塊的工作波長相匹配(波長相同)，所述保護(hù)與控制設(shè)備的工作波長與該保護(hù)與控制設(shè)備所連接的無源光分配模塊的工作波長相匹配(波長相同)。

因而，在這種結(jié)構(gòu)下，所述物理層組播光交換網(wǎng)絡(luò)中，相互關(guān)聯(lián)的傳感與執(zhí)行設(shè)備和保護(hù)與控制設(shè)備優(yōu)選與同一個無源光分配模塊連接(傳感與執(zhí)行設(shè)備連接至該無源光分配模塊的輸入端口，保護(hù)與控制設(shè)備連接至該無源光分配模塊的輸出端口)。這樣可以盡可能減少網(wǎng)關(guān)設(shè)備參與調(diào)度實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的頻率，進(jìn)而進(jìn)一步減少節(jié)點時延。

該網(wǎng)絡(luò)適用的通信方法包括兩個步驟，時隙分配以及數(shù)據(jù)交互。具體步驟如下：

時隙分配：所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備在所述光交換網(wǎng)絡(luò)的初始化階段或在所述光交換網(wǎng)絡(luò)中無下行數(shù)據(jù)時，為所述光交換網(wǎng)絡(luò)中每一個傳感與執(zhí)行設(shè)備和每一個保護(hù)與控制設(shè)備分配獨立時隙，并通過控制幀通知所有傳感與執(zhí)行設(shè)備和所有保護(hù)與控制設(shè)備，所述每一個傳感與執(zhí)行設(shè)備和所述每一個保護(hù)與控制設(shè)備僅在其分配到的時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)；

數(shù)據(jù)交互：根據(jù)數(shù)據(jù)流向不同分為四種數(shù)據(jù)交互方法：

第一種數(shù)據(jù)流向為由所述傳感與執(zhí)行設(shè)備與連接至同一個無源光分配模塊的保護(hù)與控制設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互：其中的源網(wǎng)絡(luò)終端在本終端發(fā)送時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)報文，所述數(shù)據(jù)報文經(jīng)由與該源網(wǎng)絡(luò)終端連接的無源光分配模塊進(jìn)行物理層組播，最終將所述數(shù)據(jù)報文轉(zhuǎn)送至目的網(wǎng)絡(luò)終端；

第二種數(shù)據(jù)流向為由所述傳感與執(zhí)行設(shè)備與連接至不同無源光分配模塊的保護(hù)與控制設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互：其中的源網(wǎng)絡(luò)終端在本終端發(fā)送時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)報文，所述數(shù)據(jù)報文經(jīng)由與該源網(wǎng)絡(luò)終端連接的無源光分配模塊進(jìn)行物理層組播，然后將該組播數(shù)據(jù)經(jīng)由所述光交換節(jié)點裝置的匯聚接口送入網(wǎng)關(guān)設(shè)備，由所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備選用與目的網(wǎng)絡(luò)終端相匹配的波長，將所述組播數(shù)據(jù)通過光交換節(jié)點裝置的匯聚接口轉(zhuǎn)發(fā)至目的網(wǎng)絡(luò)終端所連接的無源光分配模塊進(jìn)行第二次物理層組播，最終將所述數(shù)據(jù)報文轉(zhuǎn)送至目的網(wǎng)絡(luò)終端；

第三種數(shù)據(jù)流向為由所述傳感與執(zhí)行設(shè)備或所述保護(hù)與控制設(shè)備與所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備后的服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互：其中的源網(wǎng)絡(luò)終端在本終端發(fā)送時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)報文，所述數(shù)據(jù)報文經(jīng)由與該源網(wǎng)絡(luò)終端連接的無源光分配模塊進(jìn)行物理層組播，將所述數(shù)據(jù)報文轉(zhuǎn)送至所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備，由所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送至所述服務(wù)器；

第四種數(shù)據(jù)流向為由所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備后的服務(wù)器下發(fā)數(shù)據(jù)至所述傳感與執(zhí)行設(shè)備或所述保護(hù)與控制設(shè)備：所述服務(wù)器將所述數(shù)據(jù)發(fā)送至所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備，所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備選用與目的網(wǎng)絡(luò)終端相匹配的波長，將所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至該目的網(wǎng)絡(luò)終端所連接的無源光分配模塊進(jìn)行物理層組播，最終將所述數(shù)據(jù)送至目的網(wǎng)絡(luò)終端。

有益效果

1.本發(fā)明將3組光耦合器組合為無源光分配模塊，由n個無源光分配模塊與1個1×n陣列波導(dǎo)光柵(AWG)構(gòu)成無源光交換節(jié)點裝置，由若干光交換節(jié)點裝置與網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接可構(gòu)成樹形網(wǎng)絡(luò)，通過匯聚端網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行調(diào)度，實現(xiàn)光數(shù)據(jù)流物理層組播。區(qū)別于現(xiàn)有采用“儲存-轉(zhuǎn)發(fā)”機(jī)制的電交換機(jī)，本發(fā)明所提供的無源光交換節(jié)點裝置轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時，無需進(jìn)行接收解碼、校驗、緩存、查表、轉(zhuǎn)發(fā)、編碼發(fā)送、光-電轉(zhuǎn)換、電-光轉(zhuǎn)換等過程，信號處理流程得到簡化，提高了通信的可靠性。并且，無源光交換節(jié)點裝置采用全光無源器件直接實現(xiàn)光信號的物理層組播，數(shù)據(jù)無需在節(jié)點中進(jìn)行緩存，可以降低數(shù)據(jù)的端到端時延。特別地，考慮到工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中傳感與執(zhí)行設(shè)備和保護(hù)與控制設(shè)備之間流量在網(wǎng)絡(luò)中所占比重較大，上述設(shè)備間可以通過所述的無源光分配模塊直接進(jìn)行通信。因而本發(fā)明可在克服“儲存-轉(zhuǎn)發(fā)”機(jī)制所造成的時延之外，針對工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的流量特性，進(jìn)一步減少端到端時延。

2.進(jìn)一步的，本發(fā)明利用平面光波光路(PLC)制程技術(shù)將所述無源光分配模塊(即PODM結(jié)構(gòu))進(jìn)行片上集成，可以通過設(shè)計的無源光分配模塊結(jié)構(gòu)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)終端在物理層的對向組播(即，輸出接口的任一端口連接的網(wǎng)絡(luò)終端所發(fā)送的數(shù)據(jù)均可通過設(shè)計的PODM結(jié)構(gòu)組播至輸入接口連接的所有網(wǎng)絡(luò)終端，輸入接口的任一端口連接的網(wǎng)絡(luò)終端所發(fā)送的數(shù)據(jù)也可通過設(shè)計的PODM結(jié)構(gòu)組播至輸出接口連接的所有網(wǎng)絡(luò)終端)。本發(fā)明對所述無源光分配模塊(即PODM結(jié)構(gòu))進(jìn)行片上集成，可減少光交換節(jié)點裝置內(nèi)的連接接口數(shù)量，降低由于連接接口失效而帶來的系統(tǒng)故障的可能性，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一般地，無源器件通過自身結(jié)構(gòu)特性實現(xiàn)特定功能，有源器件通過外部供電實現(xiàn)特定功能，電流的熱效應(yīng)會加速器件失效，無源器件可靠性遠(yuǎn)高于有源器件。本發(fā)明中的光交換節(jié)點(無源光分配模塊，即所述PODM結(jié)構(gòu))完全采用無源結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有交換機(jī)相比，進(jìn)一步提高了光交換節(jié)點的可靠性。能夠滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)對可靠性的高要求，并且，無源器件工作時無需供電，可以大幅降低網(wǎng)絡(luò)功耗。同時，節(jié)點進(jìn)行芯片級集成后便于進(jìn)行設(shè)備制造，在保證可靠性的同時，也能夠降低光交換節(jié)點制造成本。

3.本發(fā)明所提供的物理層組播光交換網(wǎng)絡(luò)，在解決各網(wǎng)絡(luò)終端的數(shù)據(jù)競爭問題時，可采用時分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)(TDM-PON)中采用的“多點接入控制協(xié)議”的方法解決數(shù)據(jù)競爭。即，由網(wǎng)關(guān)設(shè)備為網(wǎng)絡(luò)中的每一個終端分配不同的時隙，并由網(wǎng)絡(luò)中無源光分配模塊所決定的物理層數(shù)據(jù)流向，控制網(wǎng)絡(luò)終端之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。本發(fā)明不需要進(jìn)一步開發(fā)適用于本光交換節(jié)點裝置的MAC層的數(shù)據(jù)競爭解決協(xié)議，即可在網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。

附圖說明

附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，并與本發(fā)明的實施例一起，用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1為光交換節(jié)點裝置內(nèi)部的無源光分配模塊結(jié)構(gòu)圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的可片上集成的物理層組播光交換節(jié)點裝置結(jié)構(gòu)圖；

圖3為應(yīng)用本發(fā)明實施例的光交換節(jié)點裝置所組成的傳感控制網(wǎng)絡(luò)。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1為所述光交換節(jié)點裝置內(nèi)部的無源光分配模塊(PODM)結(jié)構(gòu)圖，包括至少3個光耦合器，所述每一個光耦合器均包括一個合路端和至少2個分路端，其特征在于，所述3個光耦合器的分路端相互連接形成三端口環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述3個光耦合器的合路端分別構(gòu)成所述三端口環(huán)形結(jié)構(gòu)的3個端口；

所述形成三端口環(huán)形結(jié)構(gòu)的第一光耦合器的合路端通過輸入接口單元連接所述無源光分配模塊的輸入端口；

所述形成三端口環(huán)形結(jié)構(gòu)的第二光耦合器的合路端通過輸出接口單元連接所述無源光分配模塊的輸出端口；

所述形成三端口環(huán)形結(jié)構(gòu)的第三光耦合器的合路端連接所述無源光分配模塊的匯聚端口。

所述3個光耦合器的分路端相互連接的方式為：第一光耦合器的第一分路端連接第二光耦合器的第一分路端，第一光耦合器的第二分路端連接第三光耦合器的第一分路端，第二光耦合器的第二分路端連接第三光耦合器的第二分路端，所述3個分路器/耦合器的三個合路端分別組成所述3端口環(huán)形結(jié)構(gòu)的3個端口。

上述無源光分配模塊中，所述的形成三端口環(huán)形結(jié)構(gòu)的3個光耦合器可以選用1×2光耦合器。其它光耦合器在將懸空的分路端進(jìn)行處理之后也可實現(xiàn)同樣功能。

為配合光交換節(jié)點裝置的接口，盡可能提供足夠多的接口以便滿足各終端的通信需求，上述無源光分配模塊中，所述的無源光分配模塊的輸入端口數(shù)為q個。所述輸入接口單元為一個1×q光耦合器。所述1×q光耦合器的合路端連接所述第一光耦合器的合路端，所述1×q光耦合器的q個分路端依次連接所述無源光分配模塊的q個輸入端口。

同時，所述無源光分配模塊的輸出端口數(shù)為t個。所述輸出接口單元為一個1×t光耦合器。所述1×t光耦合器的合路端連接所述第二光耦合器的合路端，所述1×t光耦合器的t個分路端依次連接所述無源光分配模塊的t個輸出端口。

無源光分配模塊端口的命名方式為：q×t×1的第i無源光分配模塊結(jié)構(gòu)的q個輸入端口依序命名為端口P_i1、P_i2、…、P_iq，此第i無源光分配模塊結(jié)構(gòu)的t個輸出端口依序命名為端口P_o1、P_o2、…、P_ot，此第i無源光分配模塊結(jié)構(gòu)的匯聚端口命名為端口P_c。

圖2為利用上述無源光分配模塊構(gòu)建的可片上集成的物理層組播光交換節(jié)點裝置結(jié)構(gòu)圖，具體包括：陣列波導(dǎo)光柵(AWG)和至少一個上述的無源光分配模塊(PODM)，每一個所述的無源光分配模塊(PODM)的匯聚端口依次與所述陣列波導(dǎo)光柵(AWG)的一個分波端口連接。所述無源光分配模塊(PODM)的各輸入端口依次連接所述光交換節(jié)點裝置的各輸入接口，所述無源光分配模塊(PODM)的各輸出端口依次連接所述光交換節(jié)點裝置的各輸出接口，所述陣列波導(dǎo)光柵(AWG)的合波端口連接所述光交換節(jié)點裝置的匯聚接口。

如圖2所示的光交換節(jié)點裝置由n個基于平面光波回路的無源光分配模塊(PODM 1、PODM 2、…、PODM n)與1個陣列波導(dǎo)光柵(AWG)組成。其中，每個基于平面光波回路的無源光分配模塊均有3組端口，分別為輸入端口P_i1、P_i2、…、P_iq，輸出端口P_o1、P_o2、…、P_ot與匯聚端口P_c。陣列波導(dǎo)光柵(AWG)有2組端口，分別為分波端口P_c1、P_c2、…、P_cn與合波端口P_o。

裝置內(nèi)各組件的連接方式為：第一無源光分配模塊PODM 1的匯聚端口P_c與陣列波導(dǎo)光柵(AWG)的第一分波端口P_c1相連，第二無源光分配模塊PODM 2的匯聚端口P_c與陣列波導(dǎo)光柵(AWG)的第二分波端口P_c2相連，依次類推，第n無源光分配模塊PODM n的匯聚端口P_c與陣列波導(dǎo)光柵(AWG)的第n分波端口P_cn相連。

光交換節(jié)點裝置各端口組成方式為：PODM 1至PODM n各自的輸入端口P_i1、P_i2、…、P_iq依序組成光交換節(jié)點裝置的輸入接口A，按照無源光分配模塊PODM的標(biāo)號，依次命名A₁₁、A₁₂、…、A_1q、A₂₁、A₂₂、…、A_2q、……、A_n1、A_n2、…、A_nq，PODM 1至PODM n各自的輸出端口P_o1、P_o2、…、P_oq依序組成光交換節(jié)點裝置的輸出端接口B，按照無源光分配模塊PODM的標(biāo)號，依次命名為B₁₁、B₁₂、…、B_1q、B₂₁、B₂₂、…、B_2q、……、B_n1、B_n2、…、B_nq，陣列波導(dǎo)光柵AWG的合波端口P_o為光交換節(jié)點裝置的匯聚接口。

同時，上述物理層組播光交換節(jié)點裝置中，所述各無源光分配模塊及陣列波導(dǎo)光柵(AWG)通過平面光波光路(PLC)制程技術(shù)實現(xiàn)片上集成。

所述可片上集成的物理層組播光交換節(jié)點裝置可根據(jù)圖3所示與傳感器/執(zhí)行器(即傳感與執(zhí)行設(shè)備)，保護(hù)設(shè)備/控制設(shè)備(即保護(hù)與控制設(shè)備)，以及網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)的具體連接關(guān)系為：

所述傳感與執(zhí)行設(shè)備與所述光交換節(jié)點裝置的輸入接口連接，用于采集傳感數(shù)據(jù)或執(zhí)行控制指令；

所述保護(hù)與控制設(shè)備與所述光交換節(jié)點裝置的輸出接口連接，用于接收所述傳感數(shù)據(jù)或發(fā)送所述控制指令；

所述光交換節(jié)點裝置用于依據(jù)所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備的調(diào)度，實現(xiàn)所述傳感與執(zhí)行設(shè)備、保護(hù)與控制設(shè)備以及網(wǎng)關(guān)設(shè)備，三者之間的數(shù)據(jù)交互；

所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備與所述光交換節(jié)點裝置的匯聚接口連接，用于調(diào)度所述傳感與執(zhí)行設(shè)備以及所述保護(hù)與控制設(shè)備，同時實現(xiàn)所述傳感與執(zhí)行設(shè)備或所述保護(hù)與控制設(shè)備與外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互。網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過公網(wǎng)或內(nèi)網(wǎng)與后端服務(wù)器連接。IEEE802.3ah標(biāo)準(zhǔn)提供了一種可能的競爭解決方案，且已被業(yè)界廣泛應(yīng)用于時分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)(TDM-PON)中。這里，設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)中采用了類似的方法，實現(xiàn)物理層組播光交換網(wǎng)絡(luò)中各終端之間的通信。

上述物理層組播光交換網(wǎng)絡(luò)中，所述光交換節(jié)點裝置中的各個無源光分配模塊的工作波長互不相同，所述各無源光分配模塊的工作波長與該無源光分配模塊所連接的陣列波導(dǎo)光柵(AWG)的分波端口的工作波長相匹配(波長相同)，所述傳感與執(zhí)行設(shè)備的工作波長與該傳感與執(zhí)行器模塊所連接的無源光分配模塊的工作波長相匹配(波長相同)，所述保護(hù)與控制設(shè)備的工作波長與該保護(hù)與控制設(shè)備所連接的無源光分配模塊的工作波長相匹配(波長相同)。

因而，在這種結(jié)構(gòu)下，所述物理層組播光交換網(wǎng)絡(luò)中，相互關(guān)聯(lián)的傳感與執(zhí)行設(shè)備和保護(hù)與控制設(shè)備優(yōu)選與同一個無源光分配模塊連接(傳感與執(zhí)行設(shè)備連接至該無源光分配模塊的輸入端口，保護(hù)與控制設(shè)備連接至該無源光分配模塊的輸出端口)。該方法可以盡可能減少網(wǎng)關(guān)設(shè)備參與調(diào)度實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的頻率，進(jìn)而進(jìn)一步減少端到端時延，尤其是A、B兩接口所連接的終端之間的通信時延。該結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)一步針對工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中傳感與執(zhí)行設(shè)備與保護(hù)與控制設(shè)備間流量占據(jù)絕大部分網(wǎng)絡(luò)流量的流量特性，進(jìn)一步降低網(wǎng)絡(luò)中大部分流量的端到端時延。

圖3所示的某工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中，傳感與執(zhí)行設(shè)備與光交換節(jié)點裝置輸入接口A的各口連接，保護(hù)與控制設(shè)備與光交換節(jié)點裝置輸出接口B的各口連接，光交換節(jié)點裝置的匯聚接口連接網(wǎng)關(guān)設(shè)備，網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過公網(wǎng)或內(nèi)網(wǎng)與后端服務(wù)器連接，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中各終端設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。在該結(jié)構(gòu)中，傳感與執(zhí)行設(shè)備與其業(yè)務(wù)相關(guān)的保護(hù)與控制設(shè)備通過光交換節(jié)點裝置中的同一個無源光分配模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。每個無源光分配模塊連接的網(wǎng)絡(luò)終端(包括傳感與執(zhí)行設(shè)備、保護(hù)與控制設(shè)備)使用1個獨立波長的信道，各無源光分配模塊使用的波長信道與AWG分波端口P_c1、P_c2、…、P_cn相匹配。各網(wǎng)絡(luò)終端通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備調(diào)度，執(zhí)行“多點接入控制協(xié)議”。

所述“多點接入控制協(xié)議”中，匯聚接口連接的網(wǎng)關(guān)設(shè)備為每個網(wǎng)絡(luò)終端分配獨立時隙并通過控制幀通知各網(wǎng)絡(luò)終端，網(wǎng)絡(luò)終端僅在分配到的時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)。特別地，網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以在無下行數(shù)據(jù)(無網(wǎng)關(guān)設(shè)備向節(jié)點連接的網(wǎng)絡(luò)終端發(fā)送的數(shù)據(jù))發(fā)送的任意時刻為各網(wǎng)絡(luò)終端分配時隙。

具體而言，各部分按照如下方法進(jìn)行通信：

首先，進(jìn)行時隙分配。所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備在所述交換網(wǎng)絡(luò)的初始化階段或在所述交換網(wǎng)絡(luò)中無下行數(shù)據(jù)時，為所述交換網(wǎng)絡(luò)中每一個傳感與執(zhí)行設(shè)備和每一個保護(hù)與控制設(shè)備分配獨立時隙，并通過控制幀通知所有傳感與執(zhí)行設(shè)備和所有保護(hù)與控制設(shè)備，所述每一個傳感與執(zhí)行設(shè)備和所述每一個保護(hù)與控制設(shè)備僅在其分配到的時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)；

然后，開始數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)交互階段，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)數(shù)據(jù)流向不同分為四種數(shù)據(jù)交互方法：

第一種數(shù)據(jù)流向為由所述傳感與執(zhí)行設(shè)備與連接至同一個無源光分配模塊的保護(hù)與控制設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互：其中的源網(wǎng)絡(luò)終端在本終端發(fā)送時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)報文，所述數(shù)據(jù)報文經(jīng)由與該源網(wǎng)絡(luò)終端連接的無源光分配模塊進(jìn)行物理層組播，最終將所述數(shù)據(jù)報文轉(zhuǎn)送至目的網(wǎng)絡(luò)終端；

第二種數(shù)據(jù)流向為由所述傳感與執(zhí)行設(shè)備與連接至不同無源光分配模塊的保護(hù)與控制設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互：其中的源網(wǎng)絡(luò)終端在本終端發(fā)送時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)報文，所述數(shù)據(jù)報文經(jīng)由與該源網(wǎng)絡(luò)終端連接的無源光分配模塊進(jìn)行物理層組播，然后將該組播數(shù)據(jù)經(jīng)由所述光交換節(jié)點裝置的匯聚接口送入網(wǎng)關(guān)設(shè)備，由所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備選用與目的網(wǎng)絡(luò)終端相匹配的波長，將所述組播數(shù)據(jù)通過光交換節(jié)點裝置的匯聚接口轉(zhuǎn)發(fā)至目的網(wǎng)絡(luò)終端所連接的無源光分配模塊進(jìn)行第二次物理層組播，最終將所述數(shù)據(jù)報文轉(zhuǎn)送至目的網(wǎng)絡(luò)終端；

第三種數(shù)據(jù)流向為由所述傳感與執(zhí)行設(shè)備或所述保護(hù)與控制設(shè)備與所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備后的服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互：其中的源網(wǎng)絡(luò)終端在本終端發(fā)送時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)報文，所述數(shù)據(jù)報文經(jīng)由與該源網(wǎng)絡(luò)終端連接的無源光分配模塊進(jìn)行物理層組播，將所述數(shù)據(jù)報文轉(zhuǎn)送至所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備，由所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送至所述服務(wù)器；

第四種數(shù)據(jù)流向為由所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備后的服務(wù)器下發(fā)數(shù)據(jù)至所述傳感與執(zhí)行設(shè)備或所述保護(hù)與控制設(shè)備：所述服務(wù)器將所述數(shù)據(jù)發(fā)送至所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備，所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備選用與目的網(wǎng)絡(luò)終端相匹配的波長，將所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至該目的網(wǎng)絡(luò)終端所連接的無源光分配模塊進(jìn)行物理層組播，最終將所述數(shù)據(jù)送至目的網(wǎng)絡(luò)終端。

這里，源網(wǎng)絡(luò)終端指發(fā)送數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)終端，目的網(wǎng)絡(luò)終端指待接收數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)終端。所述的傳感與執(zhí)行設(shè)備以及所述的保護(hù)與控制設(shè)備均既可作為源網(wǎng)絡(luò)終端也可作為目的網(wǎng)絡(luò)終端。

本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點主要體現(xiàn)在：

工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中，與傳感器采集的原始數(shù)據(jù)相比，控制命令所占流量比例很小。以變電站內(nèi)過程層網(wǎng)絡(luò)為例，其中各傳感器采集的原始數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中所占流量比例超過90％。由于業(yè)務(wù)相關(guān)的傳感與執(zhí)行設(shè)備、保護(hù)與控制設(shè)備，在本實施例中，均連接至光交換節(jié)點裝置中的同一個無源光分配模塊，在以上4種傳輸過程中，絕大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)流量可由所述的第一種傳輸方法實現(xiàn)。該過程充分利用本發(fā)明所設(shè)計的物理層組播光交換節(jié)點裝置無需“儲存-轉(zhuǎn)發(fā)”的特點，大大降低了數(shù)據(jù)報文的端到端時延。并且，與電交換機(jī)相比，由該光交換節(jié)點裝置組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有良好的可靠性與較低的功耗。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。