[發(fā)明專利]基于波長分配的光片上網(wǎng)絡系統(tǒng)及其通信方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210120024.1
• 申請日: 2012-04-23
• 公開（公告）號: CN102638311A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發(fā)明（設計）人: 顧華璽;陳崢;楊銀堂;王琨;陳可;李慧
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04B10/12
• 分類號: H04B10/12;H04Q11/00;H04L12/56;H04L29/06
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.一種基于波長分配的光片上網(wǎng)絡系統(tǒng)，包括n²個節(jié)點，n是規(guī)模為n×n網(wǎng)格狀光片上網(wǎng)絡的維度，3≤n≤32，每個節(jié)點包括1個IP核、1個光路由器、1個電路由器、1個電光轉換單元、1個光電轉換單元和1個處理單元；該IP核用于產(chǎn)生和處理數(shù)據(jù)，每個IP核通過電光轉換單元和光電轉換單元與光路由器相連接，該光路由器用于接收和轉發(fā)數(shù)據(jù)，該電光轉換單元和光電轉換單元用于實現(xiàn)光信號和電信號的相互轉換，兩者都位于IP核和光路由器之間，該電路由器用于傳輸電控制信號，控制著光路由器、電光轉換單元和光電轉換單元，電路由器間用電連線連接成網(wǎng)格狀電網(wǎng)絡；其特征在于：

n²個光路由器結構相同，每個光路由器設有4個端口，每個端口既作為輸入端口，又作為輸出端口，每個光路由器之間通過單根波導連接成網(wǎng)格狀光網(wǎng)絡，通過單根波導雙向傳輸多個波長的光信號；

每個處理單元，位于光電轉換單元與IP核之間，用于多路電信號的復用和緩存，并將多路電信號轉化為供IP核接收的一路電信號；

每個電光轉換單元內(nèi)放置n個光調(diào)制器，每個光調(diào)制器輸出的光信號波長不同，根據(jù)目的節(jié)點的位置，光電轉換單元選擇相應的光調(diào)制器，把電信號調(diào)制成相應波長的光信號。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于波長分配的光片上網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，每個光路由器由兩根十字交叉的垂直波導和水平波導、4個微環(huán)諧振器、3組光基本平行開關單元構成，該4個微環(huán)諧振器分別位于垂直波導與水平波導的四個夾角處，它們的諧振波長相同；該3組光基本平行開關單元的每一組數(shù)量均為n個，且第一組光基本平行開關單元垂直排成一列，位于垂直波導的右側，第二組和第三組光基本平行開關單元水平排成一行，位于水平波導的上方，每組光基本平行開關單元的工作波長依次為λ₁至λ_n。

3.根據(jù)權利要求2所述的基于波長分配的光片上網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，每個光基本平行開關單元包括一對平行波導(301，303)和微環(huán)濾波器(302)，微環(huán)濾波器位于兩根波導之間，光基本平行開關單元工作波長λ與微環(huán)濾波器的尺寸相關，

λ=2π·R·neffm,]]>

其中，R是微環(huán)濾波器的半徑，n_eff是微環(huán)濾波器的折射系數(shù)，m是一個整數(shù)，光基本平行開關單元用于實現(xiàn)光信號的耦合和提取。

4.根據(jù)權利要求2所述的基于波長分配的光片上網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，每個微環(huán)諧振器位于一對十字交叉波導(501，502)的交叉處，用于控制光信號的轉向。

5.根據(jù)權利要求1所述的基于波長分配的光片上網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，電路由器傳輸?shù)碾娍刂菩盘枺ㄞD向通知分組控制信號、確認通知分組控制信號和收信通知分組控制信號3種。

6.根據(jù)權利要求5所述的基于波長分配的光片上網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，所述的轉向通知分組控制信號，由源節(jié)點的電路由器產(chǎn)生，并發(fā)送給中間轉向節(jié)點的電路由器，該中間轉向節(jié)點與源節(jié)點同行，與目的節(jié)點同列，中間轉向節(jié)點的電路由器接收到轉向通知分組控制信號后，控制該節(jié)點的光路由器中微環(huán)諧振器的開關狀態(tài)，進而控制光信號轉向。

7.根據(jù)權利要求5所述的基于波長分配的光片上網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，所述的確認通知分組控制信號，由中間轉向節(jié)點的電路由器產(chǎn)生，發(fā)送給源節(jié)點的電路由器，確定源節(jié)點中IP核開始發(fā)送數(shù)據(jù)的時間，控制光路由器第二組和第三組光基本平行開關單元的開關狀態(tài)，控制光信號的發(fā)送方向。

8.根據(jù)權利要求5所述的基于波長分配的光片上網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，所述的收信通知分組控制信號，由中間轉向節(jié)點的電路由器產(chǎn)生，發(fā)送給目的節(jié)點的電路由器，控制目的節(jié)點光路由器中第一組光基本平行開關單元的開關狀態(tài)，實現(xiàn)對光信號的接收。

9.一種基于波長分配的光片上網(wǎng)絡系統(tǒng)的通信方法，包括如下步驟：

(1)為網(wǎng)絡系統(tǒng)的n²個節(jié)點建立二維坐標系，即自左向右是X維正方向，自上而下是Y維正方向，以左上角第一個節(jié)點作為起始點，并定義每個節(jié)點內(nèi)的IP核、電路由器和光路由器坐標與其所屬節(jié)點的坐標相同；

(2)為光片上網(wǎng)絡系統(tǒng)分配波長：

2a)確定光片上網(wǎng)絡系統(tǒng)所使用的n個波長為：λ₁至λ_n，3≤n≤32，將這n個波長按{λ₁，λ₂，λ₃，...，λ_n-2，λ_n-1，λ_n}的順序排列，得到第一次排列；

2b)將第一次排列中排在第一位的元素移至排列的最后一位，得到第二次排列{λ₂，λ₃，λ₄，...，λ_n-1，λ_n，λ₁}；

2c)按照2b)中的移位規(guī)則，依次獲得第三次排列，第四次排列，...，第n次排列；

2d)將這n次排列的結果組成一個n×n的矩陣，得到光片上網(wǎng)絡系統(tǒng)的波長分配矩陣A，

為A中的元素建立坐標系，自左向右是X維正方向，自上而下是Y維正方向；

2e)確定每個光路由器中微環(huán)諧振器的諧振波長，即根據(jù)每個光路由器在光片上網(wǎng)絡系統(tǒng)中的坐標，在波長分配矩陣中找到具有相同坐標的元素，將微環(huán)諧振器的諧振波長設置為該元素的值；

(3)根據(jù)步驟(1)所建立的二維坐標系，讀取源節(jié)點的坐標(X_S，Y_S)，讀取目的節(jié)點的坐標(X_D，Y_D)；

(4)確定光信號的通信路徑

從源節(jié)點的光路由器開始，沿X維方向找到坐標為(X_D，Y_S)節(jié)點的光路由器，確定并記錄光信號進入該光路由器的輸入端口和光信號離開該光路由器的輸出端口，再沿Y維方向找到目的節(jié)點的光路由器；將上述從源節(jié)點的光路由器到目的節(jié)點的光路由器之間的路徑，作為光信號的通信路徑；

(5)確定源節(jié)點光信號的調(diào)制波長

在步驟(2)的波長分配矩陣A中，找到坐標為(X_D，Y_S)的元素λ_j，1≤j≤n，作為源節(jié)點光信號的調(diào)制波長；

(6)傳輸電控制信號

6a)源節(jié)點的電路由器向坐標為(X_D，Y_S)節(jié)點的電路由器發(fā)送轉向通知分組控制信號，如果步驟(4)中的輸入端口，此時沒有波長為λ_j的光信號傳輸，執(zhí)行步驟6b)，否則，執(zhí)行步驟6d)；

6b)如果步驟(4)中的輸出端口，此時沒有波長為λ_j的光信號傳輸，執(zhí)行步驟6c)，否則，執(zhí)行步驟6d)；

6c)坐標為(X_D，Y_S)節(jié)點的電路由器向目的節(jié)點電路由器發(fā)送一個收信通知分組控制信號，控制目的節(jié)點的光路由器打開工作波長為λ_j的光基本平行開關單元；同時該電路由器向源節(jié)點的電路由器發(fā)送一個確認通知分組控制信號，告知源節(jié)點的IP核何時發(fā)送數(shù)據(jù)進行電光轉換，執(zhí)行步驟(7)；

6d)將轉向通知分組控制信號存儲到電路由器的緩存中，當步驟(4)中所述的輸入和輸出端口同時空閑時，取出轉向通知分組控制信號，執(zhí)行步驟6c)；

(7)發(fā)送數(shù)據(jù)，傳輸光信號

對源節(jié)點IP核產(chǎn)生的分組數(shù)據(jù)進行電光轉換，將其調(diào)制為波長為λ_j的光信號，光信號按照步驟(4)確定的光信號通信路徑傳輸，目的光路由器接收光信號，經(jīng)過光電轉換，由目的節(jié)點的IP核接收；

(8)傳輸光信號結束后，將光信號通信路徑上打開的光基本平行開關單元和微環(huán)諧振器關閉。