CN103442311B - 支持多播通信的光片上网络系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种支持多播通信的光片上网络系统，主要解决现有光片上网络中多播通信效率低，网络结构复杂，存在阻塞的问题。其网络结构包括两级光交换网络、IP核、电光转换单元和光电转换单元。两级光交换网络由第一级光交换网络和第二级光交换网络组成，通过合理布局第一级光交换网络和第二级光交换网络中的波导和多波长微环谐振器，可以确保每个通信节点能够向其他所有通信节点同时发送光信号，实现多播通信的功能。本发明通过使用多波长微环谐振器，减少了微环谐振器的使用数量，降低了网络的复杂度。本发明可有效提高光片上网络的多播通信效率，简化光交换网络结构，适用于光片上网络的核间光互连。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，更进一步涉及光片上网络（OpticalNetwork-on-Chip）通信技术领域中支持多播通信的光片上网络系统。本发明的支持多播通信的光片上网络系统可用于芯片上IP核间的光互连，提高核间多播通信的效率，简化光交换网络结构。
背景技术
目前在设计光片上网络时一般只考虑单播通信，很少考虑多播通信。随着应用的发展，在光片上网络中提供单个节点到多个目的节点的多播通信，成为一种新的通信需求。在光片上网络的一些应用，如分布式共享缓存系统、单程序多数据编程、并行数据程序模型等，都需要多播业务的支持，因此设计出支持多播业务的光片上网络很有必要。
西安电子科技大学拥有的专利技术“可重配置的光片上网络及配置方法”（申请日：2011年7月12日，申请号：CN201110193972.3，公开号：CN102202005A，授权号：ZL201110193972.3）中公开了一种可重配置光片上网络及其配置方法，主要解决现有技术不能灵活配置网络的问题。该系统的实施方式是：在每个IP核和相邻光路由器的连接中引入一组微环谐振器光开关，针对不同的应用控制微环谐振器光开关的状态，灵活选择与IP核相连的光路由器，实现网络拓扑的重构。该专利技术所公开的系统存在的不足之处是：首先，为实现每个光路由器与周围每个IP核互连，每个光路由器需要8个端口，构建8个端口的光路由器需要大量的波导和微环谐振器，同时带来很大的光损耗，光信号在传输的过程中消耗的能量比较大。其次，该系统的设计只考虑了点对点的单播通信，当多播业务产生时，需要向不同的目的节点依次发送光信号，通信时延较大。
西安电子科技大学提出的专利申请“基于波长分配的光片上网络系统及其通信方法”（申请日：2012年4月23日，申请号：CN201210120024.1，公开号：CN102638311A）中公开了一种基于波长分配的光片上网络系统及其通信方法。该方法的实施方式：首先，为不同的光路由器分配不同的转向波长，其次，通信请求产生时，先预约链路资源，再进行数据通信。该专利申请所公开的系统存在的不足之处是：由于采用光电路交换的通信机制，光信号的传输时延较大。而且，该系统的设计只考虑了点对点的单播通信，每个源节点不支持向多个目的节点同时发送光信号的并行通信。
中国科学院半导体研究所提出的专利申请“基于微环谐振器的五端口无阻塞光学路由器”（申请日：2012年5月9日，申请号：CN201210142673.1，公开号：CN102645706A）中公开了一种基于微环谐振器的五端口无阻塞光学路由器。该光路由器的实施方式是：利用微环谐振器和波导构建一个5×5的无阻塞光路由器。该光路由器存在的不足之处是：只支持单波长的通信，与支持多波长的光路由器相比，其通信效率较低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种支持多播通信的光片上网络系统，以解决光片上网络中多播通信效率低和网络结构复杂的问题，实现光片上网络的高效多播通信，降低通信时延，简化光交换网络的结构。
本发明的具体思路是：利用波导和多波长微环谐振器搭建无阻塞的两级光交换网络，利用光电转换单元产生多播光信号，再利用两级光交换网络对光信号进行无阻塞的波长路由，从而实现多播通信功能。
为实现上述目的，本发明包括两级光交换网络、n个IP核、n个电光转换单元、n个光电转换单元。其中：
两级光交换网络用于光信号的波长路由；两级光交换网络包括第一级光交换网络和第二级光交换网络，第一级光交换网络和第二级光交换网络均有n个输入端口和n个输出端口，第一级光交换网络的n个输出端口通过n根水平波导与第二级光交换网络的n个输入端口相连接。
n个IP核被等分为两组，分别位于两级光交换网络的上方和下方，且n个IP核在竖直方向上排成一列，IP核用于产生和处理数据。
n个电光转换单元依次位于第一级光交换网络的n个输入端口和n个IP核之间，用于将电信号转换为光信号。
n个光电转换单元依次位于第二级光交换网络的n个输出端口和n个IP核之间，用于将光信号转换为电信号。
本发明与现有系统相比具有以下优点：
第一，由于本发明采用了具有波长路由功能的两级光交换网络和具有多播选择功能的电光转换单元，确保了每个通信节点可以向其他所有通信节点同时发送光信号，克服了现有技术中光片上网络不能很好地支持多播通信的问题，使得本发明具有多播通信效率高的优点。
第二，由于本发明采用了具有多个谐振波长的微环谐振器，克服了现有技术中光片上网络使用微环谐振器多，波导交叉多，结构复杂，光信号损耗和串扰过大的问题，使得本发明具有使用微环谐振器少，波导交叉少，光交换网络结构简单，光信号损耗和串扰低的优点。
第三，由于本发明采用的两级光交换网络对波导和多波长微环谐振器进行了合理的布局，可以确保不同输入端口间的通信互不干扰，克服了现有技术中光片上网络容易出现阻塞的问题，使得本发明具有无阻塞的优点。
附图说明
图1是本发明的示意图；
图2是本发明第一级光交换网络示意图；
图3是本发明第二级光交换网络示意图；
图4是本发明电光转换单元结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。
参照附图1，本发明支持多播通信的光片上网络系统，包括两级光交换网络、n个IP核、n个电光转换单元、n个光电转换单元，其中，n在[4,64]取值范围内取偶数，在本发明的实施例中n取8。
两级光交换网络用于光信号的波长路由；该两级光交换网络包括第一级光交换网络和第二级光交换网络，第一级光交换网络和第二级光交换网络均有8个输入端口和8个输出端口，附图1中连接第一级光交换网络8个输出端口和第二级光交换网络8个输入端口的8根连线代表8根波导。
8个IP核被等分为两组，其中4个位于两级光交换网络的上方，另外4个位于两级光交换网络的下方，且8个IP核在竖直方向上排成一列，IP核用于产生和处理数据。
8个电光转换单元依次位于第一级光交换网络的8个输入端口和8个IP核之间，用于将电信号转换为光信号；附图1中电光转换单元与IP核之间的连线代表金属互连线，箭头的方向是信号的传输方向，电光转换单元与第一级光交换网络之间的连线代表波导。
8个光电转换单元依次位于第二级光交换网络的8个输出端口和8个IP核之间，用于将光信号转换为电信号；附图1中光电转换单元与IP核之间的连线代表金属互连线，箭头的方向是信号的传输方向，光电转换单元与第二级光交换网络之间的连线代表波导。
参照附图2，本发明的第一级光交换网络包括8根波导和8个微环谐振器，附图2中的每条线代表1根波导，每个圆圈代表1个微环谐振器。8个微环谐振器具有相同的尺寸和谐振波长，每个微环谐振器共有4个谐振波长，4个谐振波长依次为λ1至λ4，λ1至λ4处于C波段。
8根波导被等分为两组，每组的4根波导相互平行。第一组的4根波导水平进入第一级光交换网络，形成4个输入端口，分别标记为至，进入第一级光交换网络后，每根波导向下偏转45°，在离开第一级光交换网络前，每根波导向上偏转45°，第一组的4根波导水平离开第一级光交换网络，形成4个输出端口，分别标记为至。第二组的4根波导水平进入第一级光交换网络，形成4个输入端口，分别标记为至，进入第一级光交换网络后，每根波导向上偏转45°，在离开第一级光交换网络前，每根波导向下偏转45°，第二组的4根波导水平离开第一级光交换网络，形成4个输出端口，分别标记为至。第一组4根波导和第二组4根波导在第一级光交换网络内部十字交叉，共形成16个波导交叉点，16个波导交叉点构成一个正方形，该正方形一条对角线处于水平位置，另一条处于竖直位置，选取水平对角线上的所有波导交叉点，一共4个，在这4个波导交叉点的上方和下方分别放置一个微环谐振器。
参照附图3，本发明的第二级光交换网络包括8根波导和16个微环谐振器，附图3中每条线代表1根波导，每个圆圈代表1个微环谐振器。8根波导被等分为两组，每组中的4根波导相互平行。第一组的4根波导水平进入第二级光交换网络，形成4个输入端口，分别标记为至，进入第二级光交换网络后，每根波导向下偏转45°，在离开第二级光交换网络前，每根波导向上偏转45°，第一组的4根波导水平离开第二级光交换网络，形成4个输出端口，分别标记为至。第二组的4根波导水平进入第二级光交换网络，形成4个输入端口，分别标记为至，进入第二级光交换网络后，每根波导向上偏转45°，在离开第二级光交换网络前，每根波导向下偏转45°，第二组的4根波导水平离开第二级光交换网络，形成4个输出端口，分别标记为至。两组波导十字交叉，共形成16个波导交叉点，16个微环谐振器分别位于16个波导交叉点的下方。
16个微环谐振器一共有4种，分别标记为T1至T4，每种微环谐振器共有4个，每种微环谐振器有两个谐振波长，其中标记为Tk的微环谐振器的谐振波长为λk和λk+4，其中k在[1,4]取值范围内取一个整数，λk+4处于L波段。16个微环谐振器组成一个4×4正方形，该正方形每行上的4个微环谐振器分别属于4种不同的微环谐振器，每列上的4个微环谐振器也分别属于4种不同的微环谐振器。
参照附图4，本发明的电光转换单元包括1个多波长激光源、8个微环调制器、1个多播控制单元和1根波导。附图4中最底端的水平线段代表波导，每个圆圈代表1个微环调制器。波导一端连接多波长激光源，在波导上方平行地放置8个微环调制器，多播控制单元位于8个微环调制器的上方，附图4中连接8个微环调制器和多播控制单元的连线是电信号控制线。多波长激光源可产生波长为λ1至λ8，共8个光载波信号。8个微环调制器的调制波长分别为λ1至λ8。多播控制单元用于控制不同微环调制器的开关状态，根据多播业务需求，选择性地将来自IP核的电信号同时调制成不同波长的光信号。
Claims (5)
1.一种支持多播通信的光片上网络系统，包括两级光交换网络、n个IP核、n个电光转换单元、n个光电转换单元；
所述的两级光交换网络，用于光信号的波长路由；所述的两级光交换网络包括第一级光交换网络和第二级光交换网络，第一级光交换网络和第二级光交换网络均有n个输入端口和n个输出端口，第一级光交换网络的n个输出端口通过n根水平波导与第二级光交换网络的n个输入端口相连接；
所述的n个IP核被等分为两组，分别位于两级光交换网络的上方和下方，且n个IP核在竖直方向上排成一列，IP核用于产生和处理数据；
所述的n个电光转换单元，依次位于第一级光交换网络的n个输入端口和n个IP核之间，用于将电信号转换为光信号；
所述的n个光电转换单元，依次位于第二级光交换网络的n个输出端口和n个IP核之间，用于将光信号转换为电信号。
2.根据权利要求1所述的支持多播通信的光片上网络系统，其特征在于，所述n是在[4,64]取值范围内取偶数。
3.根据权利要求1所述的支持多播通信的光片上网络系统，其特征在于，所述的第一级光交换网络包括n根波导和n个微环谐振器；所述的n个微环谐振器具有相同的尺寸和谐振波长，每个微环谐振器共有n/2个谐振波长，n/2个谐振波长依次为λ1至λn/2，λ1至λn/2处于C波段；
所述的n根波导被等分为两组，每组的n/2根波导相互平行；第一组波导水平进入第一级光交换网络，形成n/2个输入端口，分别标记为至进入第一级光交换网络后，每根波导向下偏转45°，在离开第一级光交换网络前，每根波导向上偏转45°，第一组波导水平离开第一级光交换网络，形成n/2个输出端口，分别标记为至第二组波导水平进入第一级光交换网络，形成n/2个输入端口，分别标记为至进入第一级光交换网络后，每根波导向上偏转45°，在离开第一级光交换网络前，每根波导向下偏转45°，第二组波导水平离开第一级光交换网络，形成n/2个输出端口，分别标记为至第一组波导和第二组波导在第一级光交换网络内部十字交叉，共形成n2/4个波导交叉点，n2/4个波导交叉点构成一个正方形，该正方形一条对角线处于水平位置，另一条处于竖直位置，选取水平对角线上的所有波导交叉点，在每个波导交叉点的上方和下方分别放置一个微环谐振器。
4.根据权利要求1所述的支持多播通信的光片上网络系统，其特征在于，所述的第二级光交换网络包括n根波导和n2/4个微环谐振器；所述的n根波导被等分为两组，每组中的n/2根波导相互平行；第一组波导水平进入第二级光交换网络，形成n/2个输入端口，分别标记为至进入第二级光交换网络后，每根波导向下偏转45°，在离开第二级光交换网络前，每根波导向上偏转45°，第一组波导水平离开第二级光交换网络，形成n/2个输出端口，分别标记为至第二组波导水平进入第二级光交换网络，形成n/2个输入端口，分别标记为至进入第二级光交换网络后，每根波导向上偏转45°，在离开第二级光交换网络前，每根波导向下偏转45°，第二组波导水平离开第二级光交换网络，形成n/2个输出端口，分别标记为至两组波导十字交叉，共形成n2/4个波导交叉点，n2/4个微环谐振器分别位于n2/4个波导交叉点的下方；
所述的n2/4个微环谐振器一共有n/2种，分别标记为T1至Tn/2，每种微环谐振器共有n/2个，每种微环谐振器有两个谐振波长，其中标记为Tk的微环谐振器的谐振波长为λk和λk+n/2，其中k在[1,n/2]取值范围内取一个整数，λk+n/2处于L波段；n2/4个微环谐振器组成一个n/2×n/2正方形，在该正方形的每行上共有n/2种不同的微环谐振器，每列上也有n/2种不同的微环谐振器。
5.根据权利要求1所述的支持多播通信的光片上网络系统，其特征在于，所述的n个电光转换单元中的每个电光转换单元包括1个多波长激光源、n个微环调制器、1个多播控制单元和1根波导；连接8个微环调制器和多播控制单元的连线是电信号控制线；所述的波导一端连接多波长激光源，在波导上方平行地放置n个微环调制器，多播控制单元位于n个微环调制器的上方；所述的多波长激光源可产生波长为λ1至λn，共n个光载波信号；所述的n个微环调制器的调制波长分别为λ1至λn；所述的多播控制单元用于控制不同微环调制器的开关状态，根据多播业务需求，选择性地将来自IP核的电信号同时调制成不同波长的光信号。
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| CN105652370B (zh) * | 2016-01-26 | 2019-10-29 | 西安电子科技大学 | 一种基于微环谐振器及阵列波导光栅的路由器结构 |
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| CN109246493B (zh) * | 2018-08-14 | 2021-06-08 | 西安电子科技大学 | 一种多播广播通信感知的光片上网络架构及通信方法 |
| CN109151622B (zh) * | 2018-10-19 | 2021-07-06 | 西安电子科技大学 | 可扩展的多级光交换网络 |
| CN109525909B (zh) * | 2018-12-05 | 2021-09-14 | 西安邮电大学 | 一种无源光互连网络结构 |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1783755A (zh) * | 2004-11-30 | 2006-06-07 | 富士通株式会社 | 环型光传输系统和与其相连的光学装置 |
| KR100898869B1 (ko) * | 2008-06-13 | 2009-05-21 | 엘지전자 주식회사 | 멀티캐스트 푸쉬-투 서비스를 위한 세션 수정 절차 |
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| 多播光交换网络核心节点结构研究;张泰;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20081231;全文 * |
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Granted publication date: 20160629 |
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