一种基于阵列波导光栅的无阻塞光组播交换网络设计方法技术

本发明专利技术针对构建光组播交换网络的可扩展性问题，公开了一种基于阵列波导光栅(AWG)的无阻塞光组播交换网络设计方法，采用波长复制模块(WR-module)与阵列波导光栅构建无阻塞光复制网络，级联完成复制功能的复制网络和进行点到点交换的复制网络构建无阻塞光组播交换网络，采用的有源光器件的数量为O(N)，有效节约了硬件开销和能源耗损，将组播网络路由拆分为复制网络中复杂度为O(1)的路由和点到点单播交换网络中的路由，使得组播网络的路由算法复杂度等同于单播路由算法复杂度。

A design method of nonblocking optical multicast switching network based on arrayed waveguide grating

The invention aims at building optical multicast network scalability problem, discloses an array waveguide grating (AWG) based on non blocking multicast switching network design method, using a wavelength replication module (WR-module) non blocking light copy network construction and arrayed waveguide grating, the cascade network complete copy copy function and copy network the construction of nonblocking point-to-point exchange optical multicast switching network, the number of active optical devices for the use of O (N), effectively save hardware cost and energy consumption, the multicast network split for replication in the network complexity is O (1) of the point-to-point unicast routing and switching network routing, routing the algorithm of multicast network complexity equivalent to unicast routing algorithm complexity.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种及光交换网络
的网络设计方法，具体涉及一种基于阵列波导光栅(ArrayedWaveguideGrating，AWG)的无阻塞光组播交换网络设计方法。
技术介绍
归功于光纤的巨大传输容量，波分复用(WavelengthDivideMultiplex，WDM)光网络已经被认为是下一代光网络的主导技术。与此同时，随着近些年视频会议、电子商务和分布式云计算等一对多的组播宽带通信业务需求的飞速增长，以及半导体光放大器(SemiconductorOpticalAmplifier,SOA)、光耦合器(OpticalCoupler,OC)、TunableOpticalFilter(TOF)、WavelengthConverter(WC)、和阵列波导光栅(AWG)等光器件的成熟，设计基于这些光器件的组播交换网络来充分利用WDM光网络的巨大传输容量以满足不断增长的组播通信需求成为了一个重要的研究课题。设计组播交换光网络所面临的主要难题是系统可扩展性。其具体原因主要有以下三点：(1)随着网络规模的扩大，有源光器件(如SOA,TOF和WC)数量不应该增长太快，因为有源光器件占据着系统主要的主要设备开销和能源消耗。(2)作为重要的频带资源，系统中所采用的波长数目也不应该太大。(3)组播交换网络所采用的路由算法的复杂度也应该尽量低，以便于系统实现。为了克服以上问题，目前基于AWG的组播交换光网络主要有以下四种设计方案：第一种方案将SOA作为光开关组成基于SOA的光交叉矩阵(crossbar)网络。网络的每个输入端口有一个1×N的OC，每个输出端口有一个N×1OC，每个输入端口通过一个SOA与一个输出端口向相连。一个N×N交换网络需要SOA数量是O(N2)，因此这种方案的可扩展性较差。第二种方案采用SOA构成稀疏交叉矩阵完成交换功能。这种方案中的SOA的数目虽然比第一种方案少，但是对于一个N×N交换网络，该方案仍然需要O(N2)数量的SOA。第三种方案是采用交叉矩阵构建三级的交换网络，每级包含若干个较小规模的SOA交叉矩阵模块，每个模块与相邻级的每个模块相连。这种方案减少了系统中所使用的SOA数量，但是对于一个N×N交换网络，该方案需要采用复杂度为O(dN)的路由算法。同时，由于各级之间的每条链路并没有充分利用波分复用的优点而只采用的一条链路承载一个波长，因此网络的内部连线复杂度较高。第四种方案是采用基于AWG的交换模块和基于SOA的交叉矩阵构建两级交换网络。一方面，这种方案并没有给出实际可行的路由算法。另一方面，由于基于SOA的交叉矩阵并没有考虑波分复用，因此这种方案的内部连线复杂度也很高。因此，基于以上原因，目前需要针对构建光组播交换网络的可扩展性问题，提供一种基于实用光器件的无阻塞和可扩展的组播交换光网络设计方法。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种基于阵列波导光栅(ArrayedWaveguideGrating，AWG)的无阻塞光组播交换网络设计方法，该方法使得N×N光组播交换网络所需有源光器件的数量仅为O(N)，并且拥有与单播光交换网络相同的路由算法复杂度。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供一种基于阵列波导光栅的无阻塞光组播交换网络设计方法，其改进之处在于：所述方法包括下述步骤：采用波长复制模块WR-module与波导阵列光栅AWG构建无阻塞光复制网络；采用基于波导阵列光栅的复制网络和点到点交换的复制网络构建无阻塞光组播交换网络。进一步地：采用波长复制模块WR-module与波导阵列光栅AWG构建无阻塞光复制网络，一个n×k波长复制模块可以将输入的n个波长信道中的任意一个或者多个信道上的信号复制到k个输出波长信道中的任意一个或者多个信道上，它由一个1×k光耦合器OC通过每个输出端口配置一个波长选择转换器(WSC)并与一个k×1复用器Mux的输入端口相连构成，每一个波长选择转换器WSC由一个可调谐光滤波器TOF和一个固定波长转换器FWC构成，输入信号由1×k光耦合器OC广播到k个波长选择转换器WSC，每个波长选择转换器WSC由可调谐光滤波器TOF选出需要复制或者转换的波长信号，由固定波长转换器FWC进行转换，再将转换后的信号经由k×1复用器Mux进行复用并输出。进一步地：一个N×N基于波导阵列光栅的无阻塞三级复制网络由三级波长复制模块WR-module和两个波导阵列光栅AWG构成，输入级有r个m×m波长复制模块WR-module，中间级有m个r×r波长复制模块WR-module，输出级有r个m×m波长复制模块WR-module，输入级与中间级由一个r×m波导阵列光栅AWG连接，中间级与输出级由一个m×r波导阵列光栅AWG连接；对于r*m的波导阵列光栅AWG，r是输入端口数和输出端口波长信道数，m是每个输入端口波长信道数和输出端口数；对于m*r的波导阵列光栅AWG，m是输入端口数和输出端口波长信道数，r是每个输入端口波长信道数和输出端口数；两个波导阵列光栅AWG的m和r是表示同一个数值。进一步地：所述N×N基于波导阵列光栅的无阻塞三级复制网络为具有N个输入波长信道和N输出波长信道的无阻塞三级复制网络所述r×mAWG波导阵列光栅具有r个输入端口和m个输出端口的波导阵列光栅，其每个输入端口包括m个输入波长信道，每个输出端口包括r个输出波长信道；所述m×r波导阵列光栅AWG具有m个输入端口和r个输出端口的波导阵列光栅，其每个输入端口包括个r输入波长信道，每个输出端口包括m个输出波长信道；r为输入/输出端口数；m为每个输入/输出端口所承载的波长数；输入侧共有N＝rm个输入波长信道，输出侧共有N＝mr个输出波长信道。进一步地：将完成复制功能的基于波导阵列光栅AWG的无阻塞三级复制网络的输出级与点到点交换的基于波导阵列光栅AWG的点到点复制网络的输入级进行合并，构成基于基于波导阵列光栅AWG的无阻塞光组播交换网络进一步地：将无阻塞光组播交换网络路由拆分为复制网络中复杂度为O(1)的路由和点到点单播交换网络中的路由，使得组播网络的路由算法复杂度等同于单播路由算法复杂度，包括下述步骤：(1)在无阻塞三级复制网络中，对波长信道进行标号：将位于输入端口α，α＝0，1，...，r-1，并由波长ωk，k＝0，1，...，m-1承载的输入波长信道标记为(α，ωk)，定义其地址为s＝mα+k，s＝0，1，...，rm-1；将位于输出端口β，β＝0，1，...，r-1，并由波长φl，l＝0，1，...，m-1承载的输出信道标记为(β，φl)，定义其地址为d＝rβ+l，d＝0，1，...，rm-1；(2)组播请求拆分：将无阻塞光组播交换网络中的每个组播请求，分为在无阻塞三级复制网络中完成复制和在点到点复制网络(无阻塞三级复制网络中完成复制和在点到点复制网络，这两个显然意思不一样，能否用‘区分开，避免不清楚的问题)中完成点到点交换的两个子请求，拆分原则是对每个组播请求、根据所来自的输入信道地址从小到大、依次按照所请求的输出信号个数、从小到大分配无阻塞三级复制网络的输出端口，以形成单调的复制请求；(3)无阻塞三级复制网络中单调复制请求本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于阵列波导光栅的无阻塞光组播交换网络设计方法，其特征在于：所述方法包括下述步骤：采用波长复制模块WR‑module与波导阵列光栅AWG构建无阻塞光复制网络；采用基于波导阵列光栅的无阻塞复制网络和点到点复制网络C'(r，m)构建无阻塞光组播交换网络。

【技术特征摘要】
1.一种基于阵列波导光栅的无阻塞光组播交换网络设计方法，其特征在于：所述方法包括下述步骤：采用波长复制模块WR-module与波导阵列光栅AWG构建无阻塞光复制网络；采用基于波导阵列光栅的无阻塞复制网络和点到点复制网络C'(r，m)构建无阻塞光组播交换网络。2.如权利要求1所述的无阻塞光组播交换网络设计方法，其特征在于：采用波长复制模块WR-module与波导阵列光栅AWG构建无阻塞光复制网络，一个n×k波长复制模块为将输入的n个波长信道中的信道上的信号复制到k个输出波长信道中的信道上的波长复制模块，它由一个1×k光耦合器OC通过每个输出端口配置一个波长选择转换器WSC并与一个k×1复用器Mux的输入端口相连构成；每一个波长选择转换器WSC由一个可调谐光滤波器TOF和一个固定波长转换器FWC构成，输入信号由1×k光耦合器OC广播到k个波长选择转换器WSC，每个波长选择转换器WSC由可调谐光滤波器TOF选出需要复制或者转换的波长信号，由固定波长转换器FWC进行转换，再将转换后的信号经由k×1复用器Mux进行复用并输出。3.如权利要求2所述的无阻塞光组播交换网络设计方法，其特征在于：一个N×N基于波导阵列光栅的无阻塞三级复制网络由三级波长复制模块WR-module和两个波导阵列光栅AWG构成，其中的输入级有r个m×m波长复制模块WR-module，中间级有m个r×r波长复制模块WR-module，输出级有r个m×m波长复制模块WR-module；一个r×m波导阵列光栅AWG分别与输入级和中间级连接，一个m×r波导阵列光栅AWG分别与中间级和输出级连接；对于r*m的波导阵列光栅AWG，r是输入端口数和输出端口波长信道数，m是每个输入端口波长信道数和输出端口数；对于m*r的波导阵列光栅AWG，m是输入端口数和输出端口波长信道数，r是每个输入端口波长信道数和输出端口数；两个波导阵列光栅AWG的m和r是表示同一个数值。4.如权利要求3所述的无阻塞光组播交换网络设计方法，其特征在于：所述N×N基于波导阵列光栅的无阻塞三级复制网络为具有N个输入波长信道和N输出波长信道的无阻塞三级复制网络所述r×m波导阵列光栅AWG波导阵列光栅具有r个输入端口
\t和m个输出端口的波导阵列光栅，其每个输入端口包括m个输入波长信道，每个输出端口包括r个输出波长信道；所述m×r波导阵列光栅AWG具有m个输入端口和r个输出端口的波导阵列光栅，其每个输入端口包括个r输入波长信道，每个输出端口包括m个输出波长信道；r为输入/输出端口数；m为每个输入/输出端口所承载的波...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴鹏，张小建，于鹏飞，陈伟，葛茂，叶通，李东，胡卫生，吴军民，郭经红，张刚，梁云，孙志峰，
申请(专利权)人：国网智能电网研究院，上海交通大学，国网湖北省电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京;11