利用MEMS光开关实现高性能光互连网络

摘要

光开关技术已成为光网络的关键技术之一.特别是利用微机电技术制造的无堵塞MEMS光传输开关,消除了光-电转换,提供的开关方式与数据的波长、速率和信号格式无关.因而,MEMS光开关已在光通信领域中得到重要的应用.在课题组已完成的PCI全带宽网络接口卡设计的基础上,用光开关和PCI全带宽接口卡构建一个高速的吉比特传输结构的高性能光互连机群网络,为结点机间的通信提供一个高带宽、低延迟的硬件平台.该文完成的工作:◆研制了2×2机械式光开关的驱动电路板.一个基于RS232串行接口的电路设计,一个是基于并行接口驱动电路的设计,同时分别进行了针对并口和串行接口的光开关驱动程序设计.◆完成了MEMS光开关驱动控制电路板的设计,并以此为基础,设计了基于8×8MEMS光开关的局域计算机光互连网络.进行了光互连网络数据传输实验,分别对光开关的性能和网络的通信性能进行测试,并对测试结果进行了分析.◆进行PCI全带宽网络接口卡数据传输软件系统的设计.在深刻理解S5933PCI总线控制芯片结构和寄存器的操作的基础上,成功利用VxD开发了基于Windows98的设备驱动程序,实现以S5933为控制芯片的PCI全带宽接口卡之间的数据的传输.◆介绍了MEMS光开关的主要技术和基本结构,通过对光通信网络的相关理论的研究,详细研究了MEMS光开关在光纤数字传输系统中的具体应用.工作中的创新点:◆根据机群系统局域互连特点,使用光开关设计了互连网络拓扑结构,在光路交叉互连处,消除了光-电转换,并且光开关提供的光路转换的开关方式与数据的波长、速率和信号格式无关.◆针对光开关的结构和机群光互连网的特点,设计了不同传输模式下的测试方案,并根据测试的结果对光开关的性能和光互连网的通信性能进行了分析.

目录

文摘

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第一章绪论

§1.1本文的研究目的和背景

§1.2机群系统和光互连

§1.3 MEMS技术的发展

§1.4光开关技术的发展

§1.5本文的主要工作

第二章利用MEMS光开关实现高性能光互连网络的总体结构

§2.1光互连网络的拓扑结构

§2.2光互连链路接口卡

§2.3 8×8 MEMS光开关

本章小结

第三章2×2光开关驱动控制电路及其驱动软件的设计

§3.1 2×2光开关的介绍

§3.2 2×2光开关并口驱动控制电路及其软件设计

§3.2.1并行打印接口

§3.2.2并口驱动电路及程序设计

§3.3 RS-232C总线及单片机串行数据通信

§3.4 2×2光开关串口驱动控制电路及其软件设计

§3.4.1硬件电路设计

§3.4.2串口驱动程序设计

本章小结

第四章用8×8 MEMS光开关实现高性能光互连网络

§4.1 MEMS光开关驱动控制电路板的硬件设计

§4.2传输模式对光互连链路接口卡数据传输带宽的影响

§4.2.1测试方法

§4.2.2测试结果与分析

§4.3利用MEMS光开关实现光互连网络的性能测试与分析

§4.3.1光互连链路在不同传输模式下的传输

§4.3.2光互连网络通信延迟

§4.3.3误码率分析

§4.3.4光互连传输距离的分析

§4.4 MEMS光开关的软件调试和性能分析

§4.4.1 MEMS光开关的控制软件

§4.4.2光开关性能分析

本章小节

第五章光互连局域网络的传输软件系统设计

§5.1 Windows设备驱动程序概述

§5.2利用VxD开发Windows设备驱动程序

§5.2.1 VxD简介

§5.2.2 VxD开发工具VtoolsD

§5.3 PCI数据链路卡的DMA传输

§5.3.1 S5933的数据传输

§5.3.2 S5933配置和初始化

§5.3.3 S5933的DMA传输

§5.4 DMA传输软件系统设计

§5.4.1驱动程序设计

§5.4.2网络传输调试程序设计

本章小结

第六章MEMS光开关在光网络中的应用研究

§6.1 MEMS光开关技术

§6.2 MEMS光开关的基本结构

§6.3 MEMS光开关在光网络中的应用

§6.3.1光通信网络的相关理论

§6.3.2 MEMS光开关在光网络中的几种具体应用

本章小节

第七章工作总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢