一种多波长的光交换单元设计方法技术

一种多波长的光交换单元设计方法，主要解决了现有技术中微环数目过多、交换网络面积过大、光交换单元扩展难度大的问题。本发明专利技术实现步骤是：(1)创建两个表并输入数据初始值；(2)分割数据；(3)变换数据位置；(4)判断是否填入所有光信号输出数据；(5)判断是否得到1000个表；(6)判断是否存在符合条件的表；(7)组成最优集合；(8)选取光通信波长；(9)分配光通信波长；(10)绘制光交换单元设计图。本发明专利技术与现有技术相比，更大程度利用宝贵的片上面积，具有能耗较低的优点，克服了现有技术中微环数目过多、交换网络面积过大光交换单元扩展难度大的问题，具有能耗较低、面积紧凑、扩展性强的优点。

A Design Method of Multi-wavelength Optical Exchange Unit

【技术实现步骤摘要】
一种多波长的光交换单元设计方法
本专利技术属于通信
，更进一步涉及网络通信
中的一种多波长的光交换单元设计方法。本专利技术通过对光交换单元的设计，可用于多波长多模式的光信号交换。
技术介绍
目前高性能计算系统中多采用基于电交换、光链路传输的方式，电交换继续应用到未来高性能计算系统中,会在网络带宽、芯片功耗方面暴露出明显的不足。多波长多模式的光信号交换满足未来高性能计算系统的高带宽、低功耗、通信容量大、传输距离远的通信需求。片上光路由器是光片上网络设计中不可或缺的组成部分，其光交换单元则是实现互连与交换功能的核心，光交换单元的性能与设计在很大程度上决定了整个光片上网络的核间通信性能。西安邮电大学在其申请的专利文献“一种无源光互联网络结构”(申请日：2018年12月5日，公开号：CN109525909A)中公开了一种无源光互连网络结构。涉及到片上无源光互连网络结构，适用于大规模多核处理元结构的通信，采用波分复用技术，通过两级光网络交换结构，减少微环谐振器个数、提高访问带宽、降低插入损耗、降低访问延迟。但是，该专利技术存在的不足之处是：使用微环数目过多，浪费芯片面积，芯片成品率低。中国科学院半导体研究所在其申请的专利文献“一种基于马赫曾德光开关的N端口光学路由器”(申请日：2014年4月24日，公开号：103941349A，授权公告号：103941349B)中公开了一种基于马赫曾德干涉器的N端口路由方法，主要解决光交换网络扩展性与无阻塞问题。该方法通过调制马赫曾德干涉器对应调制臂的相位，可以实现马赫曾德光开关两种状态的动态切换，进而实现所述光学路由器N个双向端口的无阻塞。但是，该专利技术存在的不足之处是：基于马赫曾德干涉器导致交换网络面积过大，光交换单元设计方法复杂，光交换处理效率低。中国电子科技集团公司第三十四研究所在其申请的专利文献“一种级联MEMS光开关的N×M光交换矩”(申请日：2018年9月13日，申请号：CN201811069355，授权公告号:CN108828724A)中公开了一种一种级联MEMS光开关的N×M光交换开关方法，各MEMS光开关分别连接控制电路，控制中心连接控制N+M个控制电路，控制N+M个MEMS光开关。从N个输入端口中的任一输入的信号光可从M个输出端口中的任一端口输出，实现低成本的N×M光路无阻塞切换光交换矩阵。该方法主要解决现有光交换单元处理程度低的问题。但是，该方法仍然存在的不足之处是：MEMS光开关控制电路复杂，光交换单元规模扩展难度大。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术存在的不足，提出一种多波长的光交换单元设计方法，解决了现有技术中微环数目过多、交换网络面积过大、光交换单元扩展难度大的问题。实现本专利技术目的的思路是，运用模块分割法，对光信号数据依次进行多次分割与交换，直到满足终止条件得到光信号波长集合，根据光信号数据和光信号波长绘制光交换单元设计图。本专利技术的具体步骤包括如下：(1)创建两个表并输入数据初始值：(1a)创建两个行数和列数均相等的表T、表E，其中，将初始行数设置为1，列数等于光交换单元的端口总数；(1b)将用户输入的第一组数据I1,I2,…IN作为光信号输入数据，用户输入的第二组数据O1,O2,…ON作为光信号输出数据，其中，N的取值等于光交换单元的端口总数；(1c)依次在表T中填入光信号输入数据；(1d)依次在表E中填入光信号输出数据；(2)分割数据：利用模块分割法，将表T的当前行随机分割成多个小数据块和分割后的剩余数据；所述模块分割法是将表T中的当前行互不重叠地随机分成S个小数据块，每个小数据块内均含有两个相邻数据，其中，表示向下取整操作；(3)变换数据位置：(3a)将分割后表T的当前行中，每个小数据块中的两个数据Ii,Ij对应到表E的两个数据Oi,Oj，将数据Oi,Oj按其在表E第一行的位置进行交换，依次填入表E当前行的下一行，其他位置不填数据，其中1≤i,j≤N；(3b)将分割后表T的当前行中，每个小数据块中的两个数据按其在表T当前行的位置进行交换，在表T当前行的下一行，依次填入交换位置后的数据和分割后的剩余数据；(4)判断表E中的每一列是否都填入所有光信号输出数据O1,O2,…ON，若是，执行步骤(5)；否则，执行步骤(2)；(4)判断表E中的每一列是否都填入光信号输出数据，若是，执行步骤(5)；否则，执行步骤(2)；(5)判断是否得到1000个表T，若是，则将1000个表T组成一个表T集合C后执行步骤(6)；否则，执行步骤(1)；(6)判断表T集合C中是否存在符合条件的表T，若是，则将满足条件的所有表T组成一个表T集合D后执行步骤(7)；否则，执行步骤(1)；所述条件是指，表T集合C中的所有满足小数据块总和为的表T；(7)组成最优集合B：从集合D中选取行数最少的所有的表T，组成一个最优集合B；(8)在1490-1550nm范围内选取F个光通信波长，其中，F表示光通信波长的总数，其值等于最优集合B中每一个表T中列的总数；(9)分配光通信波长：(9a)表T多行中数据块选中的光信号输入数据之间不相重复时，多行分配同一个光通信波长；无法与其他行共享同一个波长时为该行分配其他光通信波长；最后一行不分配波长；(9b)选同一个光通信波长的多行之间行数差最大的表T集合，组成光信号波长集合A；(10)绘制光交换单元设计图：(10a)对于光信号波长集合A中的每一个表T，将输入端口从上到下依次排列，各个端口依次与光通信波导W1,W2,…WN左侧相连，N的取值等于光交换单元的端口总数；(10b)对于光信号波长集合A中的每一个表T，其中每个小数据块对应一个基于微环谐振器的2×2基本交换单元，根据每行的每个小数据块选中的数据Ii,Ij，将光通信波导Wi,Wj分别连接该2×2基本交换单元的左侧上、下两个端口，从左到右以此类推至其他行数据块；(10c)将输出端口按照从上到下依次排列，与交换单元右侧光波导依次相连。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：第一，由于本专利技术利用模块分割法得到多个小数据块，更大程度利用宝贵的片上面积，克服了现有技术微环数目过多的问题，使得本专利技术具有扩展性强、能耗较低的优点。第二，由于本专利技术的每个小数据块采用基于微环谐振器的2×2基本交换单元，克服了现有技术中采用基于马赫曾德干涉器导致交换网络面积过大的问题，使得本专利技术具有面积紧凑、良品率高的优点。第三，由于本专利技术采用多波长的光交换单元设计方法，克服了现有技术中光交换单元扩展难度大的问题，使得本专利技术具有实现性强、扩展性强的优点。附图说明图1是本专利技术的流程图；图2是本专利技术中一个2×2基本交换单元的示意图；图3是本专利技术采用4端口的微环谐振器光交换单元示意图；图4是本专利技术采用6端口的微环谐振器光交换单元示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术做进一步描述。参照附图1，对本专利技术的具体步骤做进一步描述。步骤1，创建两个表并输入数据初始值。创建两个行数和列数均相等的表T、表E，其中，将初始行数设置为1，列数等于光交换单元的端口总数。将用户输入的第一组数据I1,I2,…IN作为光信号输入数据，用户输入的第二组数据O1,O2,…ON作为光信号输出数据，其中，N的取值等于光交换单元的端口总数.依次在表T中填本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多波长的光交换单元设计方法，其特征在于，运用模块分割法，对光信号数据依次进行多次分割与交换，直到满足终止条件得到光信号波长集合，根据光信号数据和光信号波长绘制光交换单元设计图，该方法的具体步骤如下：(1)创建两个表并输入数据初始值：(1a)创建两个行数和列数均相等的表T、表E，其中，将初始行数设置为1，列数等于光交换单元的端口总数；(1b)将用户输入的第一组数据I1,I2,…IN作为光信号输入数据，用户输入的第二组数据O1,O2,…ON作为光信号输出数据，其中，N的取值等于光交换单元的端口总数；(1c)依次在表T中填入光信号输入数据；(1d)依次在表E中填入光信号输出数据；(2)分割数据：利用模块分割法，将表T的当前行随机分割成多个小数据块和分割后的剩余数据；所述模块分割法是将表T中的当前行互不重叠地随机分成S个小数据块，每个小数据块内均含有两个相邻数据，其中，

【技术特征摘要】
1.一种多波长的光交换单元设计方法，其特征在于，运用模块分割法，对光信号数据依次进行多次分割与交换，直到满足终止条件得到光信号波长集合，根据光信号数据和光信号波长绘制光交换单元设计图，该方法的具体步骤如下：(1)创建两个表并输入数据初始值：(1a)创建两个行数和列数均相等的表T、表E，其中，将初始行数设置为1，列数等于光交换单元的端口总数；(1b)将用户输入的第一组数据I1,I2,…IN作为光信号输入数据，用户输入的第二组数据O1,O2,…ON作为光信号输出数据，其中，N的取值等于光交换单元的端口总数；(1c)依次在表T中填入光信号输入数据；(1d)依次在表E中填入光信号输出数据；(2)分割数据：利用模块分割法，将表T的当前行随机分割成多个小数据块和分割后的剩余数据；所述模块分割法是将表T中的当前行互不重叠地随机分成S个小数据块，每个小数据块内均含有两个相邻数据，其中，表示向下取整操作；(3)变换数据位置：(3a)将分割后表T的当前行中，每个小数据块中的两个数据Ii,Ij对应到表E的两个数据Oi,Oj，将数据Oi,Oj按其在表E第一行的位置进行交换，依次填入表E当前行的下一行，其他位置不填数据，其中1≤i,j≤N；(3b)将分割后表T的当前行中，每个小数据块中的两个数据按其在表T当前行的位置进行交换，在表T当前行的下一行，依次填入交换位置后的数据和分割后的剩余数据；(4)判断表E中的每一列是否都填入所有光信号输出数据O1,O2,…ON，若是，执行步骤(5)；否则，执行步骤(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾华玺，黄蕾，樊雨微，朱樟明，王琨，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61