CN1175597C - 基于共享波长转换器的无缓存光交换矩阵 - Google Patents

Abstract

一种基于共享波长转换器的无缓存光交换矩阵，由波长解复用器、空间交换单元、可调谐波长转换器、光开关以及光分/合路器构成。每个输入端口共享一个波长转换器，采用基于半导体光放大器的四波混频可调谐全光波长转换器和基于铌酸锂波导的光开关，还采用了由光分路器、光开关和光合路器构成的空间交换单元。根据核心节点控制单元发来的控制信息，控制空间交换单元内部的光开关及矩阵中波长转换器到输出端口之间的光开关开启或闭合，可将输入信号交换到指定的矩阵输出端口。本发明使整个光交换矩阵所需的波长转换器数目得到了降低，为光突发包交换网络的构建提供了低成本的光交换矩阵。

Description

基于共享波长转换器的无缓存光交换矩阵

技术领域：

本发明涉及一种基于共享波长转换器的无缓存光交换矩阵，用于光突发包交换网络核心节点，可以实现利用共享的波长转换器降低光交换矩阵的成本，属于光纤通信领域。

背景技术：

光突发包交换(Optical Burst Switching--OBS)是近年来出现的一种新的光交换技术。它充分结合了业已成熟的电子技术和先进的光技术。通过预先发送控制信息，并在每个核心节点处，对控制信息进行光/电变换、处理、预约带宽资源后，网络边缘节点再传送数据，数据可以始终保持在光域内，并免去分组交换中逐一处理分组头的麻烦，同时也避免或降低了在网络核心节点处对光缓存的需求。

光交换矩阵是OBS网络核心节点的核心部件。一般来说，由于OBS的技术特点，光交换矩阵可以不采用光缓存，因此相对于光分组交换的交换矩阵要简单一些。不过，与光分组交换的情况类似，为了克服突发包之间的竞争，一般需要引入波长转换器。目前，用于OBS的光交换矩阵结构都为每一个输入端口的每个输入波长配备一个波长转换器，如Yijun Xiong在其论文“Control Architecturein Optical Burst-Switched WDM Networks”(IEEE Journal of Selected Areas inCommunications，2000，18(10)，pp1838-1850)中和Andrea Detti在其论文“Performance Evaluation of a New Technique for IP Support in a WDM OpticalNetwork：Optical Composite Burst Switching(OCBS)”，(IEEE Journal ofLightwave Technology，2002，20(2)，pp1-11)中提出的光交换矩阵结构。在这样的光交换矩阵中，每个输入端口的波分复用(WDM)信道经波长解复用器解复用后形成空间分离的多个波长信道，每个波长信道再经一个波长转换器转换为其他的波长，然后经空间交叉连接单元将该信道上的信号交换到对应的输出端口。就当前的波长转换技术来说，全光波长转换器的成本依然较高。因此，当交换矩阵端口较多时，整个光交换矩阵的造价就大大增加。另外，有研究表明，采用适当的输出信道调度算法可以大幅度降低光突发包交换过程中的波长转换比率。因此，现有结构中的波长转换器利用率不高，从而导致资源的浪费。这些都说明现有光交换矩阵的结构不利于OBS的实际应用。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种新型的基于共享波长转换器的无缓存光交换矩阵，这种光交换矩阵结构能够在对OBS性能无严重影响的前提下，大幅度地降低对全光波长转换器的需求，以克服现有光交换矩阵结构造成的成本过高问题。

为了达到这样的目的，本发明提出的基于共享波长转换器的无缓存光交换矩阵，主要由以下部件构成：波长解复用器、空间交换单元、可调谐波长转换器、高速光开关以及光分/合路器。其中，波长解复用器的输出与空间交换单元的输入相连接，而空间交换单元的一个输出端连接到可调谐波长转换器及其后的光分路器，光分路器的每个输出端通过一个光开关与光合路器的输入端相连，光合路器的输出再与矩阵输出端口相连，空间交换单元的其他输出端直接连接到光合路器，光合路器的输出再连接到矩阵输出端口。

本发明的一个最重要的特点是波长解复用器的每个输入端口共享一个可调谐波长转换器，这些可调谐波长转换器的输出经光分路器后，由光开关控制连接到矩阵输出端口处的光合路器，根据核心节点控制单元发来的控制信息，控制光开关开启或闭合，将波长转换器的输出数据信号送到指定的矩阵输出端口。本发明采用基于铌酸锂波导的光开关，其开关时间可达到纳秒量级。本发明还采用基于半导体光放大器的四波混频可调谐全光波长转换器，它具有如下特点：转换速率高(10Gbps以上)、既能向短波长方向转换又能向长波长方向转换、对数据格式透明、可使输入波长无变化、低啁啾、高信噪比、高消光比、实现简单、较宽的转换范围。另外更重要的是该波长转换器具有能够将多个波长(理想情况下，所有输入波长)转换到多个输出波长(理想情况，所有输出波长)上的能力。本发明中的空间交换单元由光分路/合路器和光开关以一定的连接结构构成。

由于本发明采用一个输入端口的各波长共享波长转换器，整个光交换矩阵所需的波长转换器数目得到了降低，成本也大大降低了。本发明可以为OBS网络的构建提供低成本的光交换矩阵。另外，当本发明中引入光缓存器后，也可以用在光标记交换和光分组交换技术上。

附图说明：

图1为本发明基于共享波长转换器的无缓存光交换矩阵结构框图，如图所示，本发明的光交换矩阵由解复用器、空间交换单元、可调谐波长转换器、光分路器、光开关及光合路器构成。

图2为空间交换单元内部结构图。

如图2所示，空间交换单元由光分路器、光开关和光合路器构成。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。

OBS网络的核心节点由输入接口、交换矩阵、控制模块、路由计算模块及输出接口构成。输入接口将一根光纤中的控制信道和数据信道在空间上分离开来，控制信道与控制模块相连，数据信道与交换矩阵的输入端口相连，交换矩阵和控制模块的输出又连接到输出接口。当一突发包的控制分组到达核心节点时，其输出数据波长信道的调度和交换矩阵的操作规则是由控制单元决定的。交换矩阵只负责接收来自于控制单元的控制指令，并完成指定光器件的操作。

如图1所示为基于共享波长的无缓存光交换矩阵结构，由解复用器、空间交换单元、可调谐波长转换器、光分路器、光开关及光合路器构成，其中每个输入端口共享一个波长转换器。波长解复用器的输出与空间交换单元的输入相连接。空间交换单元的一个输出端连接到可调谐波长转换器及其后的光分路器，光分路器的每个输出端通过一个光开关与光合路器的输入端相连，光合路器的输出再与矩阵输出端口相连，空间交换单元的其他输出端直接连接到光合路器，光合路器的输出再连接到矩阵输出端口。矩阵的工作过程如下：当一数据突发包的控制分组到达核心节点时，其所携带的路由信息的处理过程是在控制单元中进行的。控制单元中的输出数据信道调度器根据这些信息为该控制分组指示的突发包分配一个输出波长信道。如果与该突发包的输入波长相同的输出波长在突发包到来时空闲，则无需波长转换，应直接利用空间交换单元将突发包交换到对应的输出端口。但是如果该波长正在被使用，就需要将突发包信号从输入承载波长转换到与之不同的输出波长上。此时，本交换矩阵利用空间交换单元(见图2)将该突发包信号先交换到一个可调谐全光波长转换器上。经过波长转换后再送入选定的矩阵输出端口。这样就实现了波长转换器在多个输入波长之间的共享，提高了波长转换器的利用率，避免了为每个输入波长都配备波长转换器而导致的资源浪费。

如图2所示，本发明中的空间交换单元由光分路器、光开关和光合路器构成。光分路器的每个输出端通过一个光开关与光合路器的输入端相连。根据核心节点控制单元发来的控制信息，该光开关开启或闭合，可将输入信号交换到指定的空间交换单元输出端。

在本发明中，还可以令一个输入端口的所有输入突发包共享几个可调谐全光波长转换器，这样可以进一步提高本交换矩阵的性能，避免由于波长转换器不足而导致的数据丢失。

同样，本交换矩阵还可以与共享光缓存器的交换矩阵结构结合起来。这样的矩阵可以用于那些需要在核心节点对数据进行缓存的交换技术，如光标记交换和光分组交换等。

Claims (3)

1、一种基于共享波长转换器的无缓存光交换矩阵，其特征在于由波长解复用器、空间交换单元、可调谐波长转换器、光开关以及光分/合路器构成，波长解复用器的输出与空间交换单元的输入相连接，空间交换单元的一个输出端连接到可调谐波长转换器及其后的光分路器，光分路器的每个输出端通过一个光开关与光合路器的输入端相连，光合路器的输出再与矩阵输出端口相连，空间交换单元的其他输出端直接连接到光合路器，光合路器的输出再连接到矩阵输出端口，波长解复用器的每个输入端口共享一个可调谐波长转换器，可调谐波长转换器的输出经光分路器后，由光开关控制连接到矩阵输出端口处的光合路器，根据核心节点控制单元发来的控制信息，控制光开关开启或闭合，将波长转换器的输出数据信号送到指定的矩阵输出端口。

2、如权利要求1所说的一种基于共享波长转换器的无缓存光交换矩阵，其特征在于采用的空间交换单元由光分路器、光开关和光合路器构成，光分路器的每个输出端通过一个光开关与光合路器的输入端相连，根据核心节点控制单元发来的控制信息，控制光开关开启或闭合，将输入信号交换到指定的空间交换单元输出端。

3、如权利要求1所说的一种基于共享波长转换器的无缓存光交换矩阵，其特征在于可调谐波长转换器采用基于半导体光放大器的四波混频可调谐全光波长转换器。

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