无阻塞通信的光片上网络系统及其通信方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无阻塞通信的光片上网络系统及其通信方法，主要解决现有光片上网络存在的阻塞问题。其包括光传输网络和电控制网络，光传输网络中的各节点包括IP核、发送单元、接收单元和光交换单元，各发送单元的发送波长固定，光交换单元由光垂直开关构成，各接收单元的内部结构相同。其通信方法是：首先为光传输网络建立二维坐标系，读取源节点和目的节点的坐标；其次电控制网络根据源节点和目的节点坐标打开所需的微环谐振器；最后光传输网络将光信息传输至目的节点进行处理，同时关闭已打开的微环谐振器。本发明专利技术将波分复用技术、空分复用技术和光电路交换技术相结合，可实现IP核之间的无阻塞通信，提高了网络的资源利用率和吞吐性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，特别涉及无阻塞通信的光片上网络系统，支持芯片上处理器之间的无阻塞通信，提高网络的资源利用率和时延吞吐性能，并支持多到一无阻塞通信。
技术介绍
基于总线结构的片上系统，是将多个IP核通过总线互连集成到芯片上，这种片上系统在朝着多核化和异构化方向发展的过程中，由于总线结构的通信效率低、可扩展性差等问题逐渐成为限制片上通信性能的瓶颈。因此，片上网络应运而生。片上网络的核心思想是将计算机网络技术移植到芯片设计中，从而彻底解决总线结构带来的问题。但随着集 成电路工艺特征尺寸的进一步缩小，电路集成度和时钟频率的迅速提高，片上网络中电互连带来的带宽有限、功耗较大、信号串扰等问题将成为限制片上网络性能提高的瓶颈。光片上网络通过使用光互连技术，可提供高带宽和低时延，从而解决了电互连面临的带宽瓶颈和功耗限制等诸多问题。现有的光片上网络大多采用光电路交换机制，在源节点发送光信息之前，需要发送电建链信息来预约从源节点到达目的节点的光链路资源，已被预约的链路不能被其它节点使用，从而导致了网络中出现阻塞，降低了网络的资源利用率和吞吐性能。现有的减少网络阻塞的两种方法分别是波分复用方法和空分复用方法。波分复用方法，支持同一波导中同时传输多个不同波长的光信息，可以有效地降低网络中出现阻塞的概率，但是现有实现方案主要通过增加网络中所使用的波长数量减少阻塞。由于目前光片上网络中可用的波长数目有限，单纯使用该技术会限制网络的扩展。空分复用方法，通过增加网络中的波导数目为光信息提供多条传输通道，减少网络阻塞。但随着波导使用数量的增加，波导交叉数增加，从而增加了信号的损耗与串扰。过多的波导也会增大芯片面积和布局复杂度。上述两种方法尽管能减小阻塞发生的概率，却不能真正实现无阻塞通信；同时，这两种方法的资源利用率较低，吞吐性能较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种无阻塞通信的光片上网络系统，以实现多到一无阻塞通信，提高网络的资源利用率和吞吐性能。为实现上述目的，本专利技术无阻塞通信的光片上网络系统，包括光传输网络和电控制网络，该光片上网络系统的规模为NXN，N是正偶数，4 SNS 32，其特征在于光传输网络，用于传输波长为入。，X1,......λΝ，λΝ+1，......的光信息，它包括N2个节点，N2个节点按照从左至右，从下至上的方式均匀规则排布，节点之间用波导相连并形成Torus拓扑结构，每个节点包括一个能够产生并处理电信息和电控制信息的IP核、一个发送单元、一个接收单元和一个光交换单元，发送单元和接收单元均置于IP核与光交换单元之间；在光传输网络中，以左下角的节点为坐标原点，水平向右为X维正方向，竖直向上为Y维正方向，建立二维坐标系，依次确定所有节点的坐标(X，y)，每个节点内的IP核、发送单元、接收单元和光交换单元共享该节点的坐标；电控制网络，通过传输电控制信息，控制光传输网络内部单元工作，它包括N2个电控制单元，每个电控制单元之间通过电连接，形成Mesh拓扑结构。上述无阻塞通信的光片上网络系统，其特征在于，光传输网络中的波导，分为水平波导和垂直波导，该水平波导为单向波导，以沿顺时针方向传输多个波长的信号，该垂直波导为双向波导，以双向传输多个波长的光信号。上述无阻塞通信的光片上网络系统，其特征在于，发送单元由一个电光转换单元和一个光平行开关构成,该电光转换单兀用于将IP核产生的电信息调制为波长是λ J的光信息，该光平行开关用于将波长是Xi的光信息耦合进波导，其中Xi为发送单元的发送波 长，发送波长λ i由节点的坐标决定，O彡i ( 2N-l,i=L2y/N」XN+x，其中x、y分别为发送单元的横坐标和纵坐标，“L」”为向下取整运算。上述无阻塞通信的光片上网络系统，其特征在于，光平行开关由两根平行波导和一个微环谐振器构成，该微环谐振器置于两根平行波导之间，以将一根波导中的光信息耦合进另一根波导中；微环谐振器的谐振波长作为光平行开关的工作波长。上述无阻塞通信的光片上网络系统，其特征在于，光交换单元由N/2个光垂直开关构成，该光垂直开关用于控制光信息转向；N/2个光垂直开关水平排成一行，从左至右依次编号为0,1,2, *··,Ν/2-1 ;该光垂直开关由一根水平波导、一根垂直波导和两个谐振波长不同的微环谐振器构成，该水平波导与垂直波导垂直相交，相交处形成波导交叉点，波导交叉点的左上角与左下角各放置一个微环谐振器，左上角微环谐振器的谐振波长为，左下角微环谐振器的谐振波长为λ j+1，0彡j ( 2N-2, j=(2y+2k)%N+L2y/N」xN,其中y为光垂直开关所在光交换单元的纵坐标，k为光垂直开关的编号，“％”为求余运算，“L」”为向下取整运算；当微环谐振器打开时，实现光信息转向。上述无阻塞通信的光片上网络系统，其特征在于，接收单元由N/2组光平行开关、N2个光电转换单元和I个处理单元构成；光平行开关用来从垂直波导中提取到达目的节点的光信息，光电转换单兀将光信息转换成电信息，处理单兀用于对多路电信息的缓存和复用，并依次交予IP核处理；N/2组光平行开关，各组从左至右依次编号为0，1，2，…，N/2-1。每组光平行开关的数量均为2N个；各组中的2N个光平行开关垂直排成一列，N/2组光平行开关分别放置于光交换开关单元中N/2根垂直波导的左侧；每列的2N个光平行开关，从上到下工作波长依次为λ(!，λ1，......λ N λ N.l,......λ K，其中奇数序号工作波长的光平行开关用来提取顺时针方向传输的光信息，偶数序号工作波长的光平行开关提取逆时针方向传输的光信息。为实现上述目的，本专利技术的通信方法，包括如下步骤(I)为NXN规模的光传输网络的N2个节点建立二维坐标系以左下角第一个节点为坐标原点，自左向右为X维正方向，自下而上为Y维正方向，依次确定所有节点的坐标值(X，y)，每个节点内的所有单元共享该节点的坐标；(2)根据步骤(I)所建立的二维坐标系，读取源节点的纵坐标^和源节点内发送单元的发送波长λ i，读取目的节点的横坐标xd，确定坐标为(xd, ys)的节点,读取该节点内谐振波长为λ i的微环谐振器所在光垂直开关的编号k;(3)源节点的IP核向电控制网络发送电控制信息，电控制网络通过传输电控制信息，依次打开源节点发送单元的光平行开关中谐振波长为Xi的微环谐振器、坐标为(xd，ys)的节点中光交换单元中谐振波长为Xi的微环谐振器和目的节点接收单元的第k组光平行开关中谐振波长为λ i的微环谐振器；(4)源节点的发送单元将IP核发送的电信息调制为波长为λ i的光信息，该光信息经光传输网络传输至目的节点，目的节点从垂直波导中提取光信息，将光信息转换成电信息，并对电信息进行缓存和复用后交予目的节点的IP核进行相应处理，本次通信结束；(5)本次通信结束后，电控制网络再次通过传输电控制信息，关闭步骤(3)中打开的微环谐振器，准备下次通信。 本专利技术与现有技术相比具有以下优点第一，由于本专利技术的光传输网络采用Torus拓扑结构，并结合光交换单元特有的结构设计，可实现IP核之间的多到一无阻塞通信。第二，由于本专利技术采用了波分复用与空分复用相结合的技术，平衡了光片上网络中波长和波导的使用数目，简本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无阻塞通信的光片上网络系统，包括光传输网络和电控制网络，该光片上网络系统的规模为N×N，N是正偶数，4≤N≤32，其特征在于：光传输网络，用于传输波长为λ0，λ1，......λN，λN+1，......λ2N？1的光信息，它包括N2个节点，N2个节点按照从左至右，从下至上的方式均匀规则排布，节点之间用波导相连并形成Torus拓扑结构，每个节点包括一个能够产生并处理电信息和电控制信息的IP核、一个发送单元、一个接收单元和一个光交换单元，发送单元和接收单元均置于IP核与光交换单元之间；在光传输网络中，以左下角的节点为坐标原点，水平向右为X维正方向，竖直向上为Y维正方向，建立二维坐标系，依次确定所有节点的坐标（x，y），每个节点内的IP核、发送单元、接收单元和光交换单元共享该节点的坐标；电控制网络，通过传输电控制信息，控制光传输网络内部单元工作，它包括N2个电控制单元，每个电控制单元之间通过电连线连接，形成Mesh拓扑结构。

【技术特征摘要】
1.一种无阻塞通信的光片上网络系统，包括光传输网络和电控制网络，该光片上网络系统的规模为NXN，N是正偶数，4彡N彡32，其特征在于 光传输网络，用于传输波长为λ(!，λ I ......λΝ，λΝ+1，......λ 2N_i的光信息，它包括N2个节点，N2个节点按照从左至右，从下至上的方式均匀规则排布，节点之间用波导相连并形成Torus拓扑结构，每个节点包括一个能够产生并处理电信息和电控制信息的IP核、一个发送单元、一个接收单元和一个光交换单元，发送单元和接收单元均置于IP核与光交换单元之间；在光传输网络中，以左下角的节点为坐标原点，水平向右为X维正方向，竖直向上为Y维正方向，建立二维坐标系，依次确定所有节点的坐标(X，y)，每个节点内的IP核、发送单元、接收单元和光交换单元共享该节点的坐标； 电控制网络，通过传输电控制信息，控制光传输网络内部单元工作，它包括N2个电控制单元，每个电控制单元之间通过电连线连接，形成Mesh拓扑结构。2.根据权利要求I所述的无阻塞通信的光片上网络系统，其特征在于，光传输网络中的波导，分为水平波导和垂直波导，该水平波导为单向波导，以沿顺时针方向传输多个波长的信号，该垂直波导为双向波导，以双向传输多个波长的光信号。3.根据权利要求I所述的无阻塞通信的光片上网络系统，其特征在于，发送单元由一个电光转换单元和一个光平行开关构成，该电光转换单元用于将IP核产生的电信息调制为波长是λ i的光信息，该光平行开关用于将波长是λ i的光信息耦合进波导，其中λ i为发送单元的发送波长，发送波长λ i由节点的坐标决定，O彡i ( 2N-l,i=L2y/NjXN+X，其中x、y分别为发送单元的横坐标和纵坐标，“L」”为向下取整运算。4.根据权利要求3所述的无阻塞通信的光片上网络系统，其特征在于，光平行开关由两根平行波导和一个微环谐振器构成，该微环谐振器置于两根平行波导之间，以将一根波导中的光信息耦合进另一根波导中；微环谐振器的谐振波长作为光平行开关的工作波长。5.根据权利要求I所述的无阻塞通信的光片上网络系统，其特征在于，光交换单元由N/2个光垂直开关构成，该光垂直开关用于控制光信息转向；N/2个光垂直开关水平排成一行，从左至右依次编号为0，I，2，…，N/2-1。6.根据权利要求5所述的无阻塞通信的光片上网络系统，其特征在于，光垂直开关由一根水平波导、一根垂直波导和两个谐振波长不同的微环谐振器构成，该水平波导与垂直波导垂直相交，相交处形成波导交叉点，波导交叉点的左上角与左下角各放置一个微环谐振器，左上角微环谐振器的谐振波长为λ P左下角微环谐振器的谐振波长为Aj+1， j ^ 2N-2, j=(2y+2k)%N+L2y/N」xN，其中y为光垂直开关所在光交换单元的纵坐标，k为光垂直开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈可，顾华玺，杨银堂，王琨，陈峥，李慧，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：