基于光码分复用的光分组交换结构

摘要

本发明公开了一种基于光码分复用的光分组交换结构，采用两级光开关进行互连，第一级光开关，即输入端口平面中的光开关连接光解码器和光编码器实现标签更新；第二级光开关，即端口交换平面中的光开关连接不同的输入/输出端口，实现端口交换。根据标签转发表中某一输入端口中输入标签与输出标签的对应关系，确定各光编码器和各光解码器的连接关系，通过控制信号来驱动输入端口平面中的光开关来实现该连接关系。根据标签转发表中输入端口和输入标签对应的输出端口来确定光编码器输出的端口之间的连接关系，通过控制信号来驱动端口交换平面的光开关来实现该连接关系。这样实现了光分组标签更新和端口交换。

说明书

技术领域

本发明属于光纤通信技术领域，具体来讲，涉及一种基于光码分复用的光分组交换结构。

技术背景

在光网络中，采用光电转换后实现交换功能的交换节点越来越不能处理速率迅速增大的传输业务，出现了限制光网络带宽的电子瓶颈。

光分组交换技术采用光交换形式来代替电交换形式，克服了高速电信号在传输过程中的信号完整性问题，避免了在存储和处理过程中电子器件的响应导致的信号上升和下降沿增大等问题，可以实现线速的处理光信号。同时光分组交换技术采用分组级的交换粒度，具有高的统计复用率。为了能降低交换过程中节点的复杂度，光网络采用通用多协议标签交换协议(GeneralizedMulti-protocol Label Switching，GMPLS)为分组的传输建立标签交换路径，在边缘节点实现路由，在核心节点实现交换，因此标签包含了分组路由和交换的信息。

光码分复用技术是一种采用不同光学编码来区分不同用户信息的光学复用技术。每一个用户被分配一个光码字，光码字之间相互正交，用户通过分配的光码字提取发送给自己数据信息。用户数据在进入光纤信道前，采用目的端用户的光码字，通过光编码器完成数据的光学编码；接收端用分配的光码字对应的光解码器对接收到的光信号进行解码，与光码字匹配的光信号被解码后恢复成原始信号，而其他与光码字正交的光信号被解码后变成噪声信号。

为了实现光标签的快速识别，光分组的透明交换和光标签的准确更新，采用光码字代表标签的光码分复用的光分组格式。在交换节点各输出端口通过光解码器分离和恢复出要从该输出端口输出的光分组，在输出前通过光编码器对光分组重新编码，为光分组附加上新的标签。基于光码分复用的光分组交换结构要求能够根据标签转发表配置输入，输出标签对应的光编解码器；要求根据标签转发表配置输入标签与输出端口的交换连接。

发明内容

本发明的目的在于提供一种根据标签转发表实现标签更新和端口交换的基于光码分复用的光分组交换结构。

为实现上述发明目的，本发明的基于光码分复用的光分组交换结构，其特征在于，包括：

多个输入端口平面，输入端口平面由光分支器，多个光解码器，光开关和多个光编码器组成，基于光码分复用的光分组交换结构的各输入端口分别连接一个输入端口平面的光分支器，光分支器的输出端分别连接该输入端口平面的各光解码器的输入端，各光解码器的输出端分别连接该输入端口平面的光开关的输入端，光开关可以根据依据标签转发表产生的控制信号进行切换，光开关的输出端连接该输入端口平面的各光编码器的输入端，各光编码器的输出端构成该输入端口平面的输出端，用于将光分组交换结构的各输入端口输入的光分组输入到各自的输入口端平面的光分支器，光分支器将光分组广播到该输入口端平面的各解码器中，与输入光分组编码匹配的光解码器的输出端恢复出原净荷信号，并经依据标签转发表产生的控制信号进行切换的该输入口端平面的光开关切换，将恢复出的净荷信号输入到该输入口端平面的某光编码器附加上新光标签，得到标签更新后的光分组；

多个端口交换平面，每个端口交换平面为一端口交换光开关，端口交换光开关可以根据依据标签转发表产生的控制信号进行切换，一个端口交换光开关的多个输入端口分别连接多个输入端口平面中的一个光编码器的输出端，用于将输入端口平面输出的标签更新后的光分组交换到某一输出端口平面；

多个输出端口平面，每个输出端口平面为一个光耦合器，每一个光耦合器每一输入端口分别接一端口交换光开关，用于将来自不同端口交换平面的光分组耦合后从输出端口输出。

本发明是这样实现上述发明的，基于光码分复用的光分组到达交换节点后，由输入端口输入到某一输入端口平面，光分组在输入端口平面经光分支器广播到各光解码器，与输入光分组编码匹配的光解码器的输出端恢复出原净荷信号，并经过该输入端口平面中的光开关将恢复出的净荷信号输入到某光编码器，光分组信号经过光编码器实现了光码标签的更新后，输入到的某端口交换平面；经过端口交换平面中的光开关，光分组被交换到某输出端口平面，输出端口平面中的光耦合器将来自不同端口交换平面的光分组耦合后从输出端口输出，这样实现了光分组标签更新和端口交换。

本发明的基于光码分复用的光分组交换结构采用两级光开关进行互连，第一级光开关，即输入端口平面中的光开关连接光解码器和光编码器实现标签更新；第二级光开关，即端口交换平面中的光开关连接不同的输入/输出端口，实现端口交换。

本发明的基于光码分复用的光分组交换结构可以根据标签转发表进行设置。两级光开关可以在控制信号的驱动下实现端口之间的互连切换。根据标签转发表中某一输入端口中输入标签与输出标签的对应关系，确定各光编码器和各光解码器的连接关系，通过控制信号来驱动输入端口平面中的光开关来实现该连接关系。根据标签转发表中输入端口和输入标签对应的输出端口来确定光编码器输出的端口之间的连接关系，通过控制信号来驱动端口交换平面的光开关来实现该连接关系。

附图说明

图1是本发明基于光码分复用的光分组交换一种具体实施方式结构图；

图2是基于光码分复用的光分组产生原理图；

图3是产生光分组结构图；

图4是光标签更新原理图；

图5是一分组交换结构实例图。

具体实施方式

为了便于问题描述，下面将结合附图，描述本发明优选具体实施方式。但值得注意的是，为避免在系统所采用已知技术和功能冲淡本发明主题，在相应描述中将被会简化或忽略。

图1是本发明基于光码分复用的光分组交换一种具体实施方式结构图。在本实施例中，本发明基于光码分复用的光分组交换结构中，N个输入端口平面组成输入端口级，M个端口交换平面组成端口交换级，N个输出端口平面组成输出端口级。

在本实施例中，基于光码分复用的光分组交换结构的各输入端口1～N分别依次连接一个输入端口平面1～N，具体来讲，连接到输入端口平面1～N的各自的1×M光分支器输入端。

每个输入端口平面都由一1×M(M为光码字的数目)光分支器，M个光解码器，一M×M光开关和M个光编码器组成。1×M光分支器的输出端分别连接不同光码字的光解码器1，2，…，M的输入端，光解码器1，2，…，M的输出端分别连接M×M光开关的输入端，M×M光开关的输出端连接不同光码字的光编码器1，2，…，M的输入端，光编码器1，2，…，M的输出端构成输入端口平面的输出端。根据依据标签转发表产生的控制信号11～1N配置好M×M光开关的端口连接状态，实现不同光码字的光解码器1，2，…，M与不同光码字的光编码器1，2，…，M的连接。

当带有某标签，即进行了某光码字编码的光分组从一输入端口进入到输入端口平面后，经过光分支器，将光分组信号分配到各光解码器，与光分组光码字编码匹配的光解码器将恢复出原光净荷信号，即实现了旧光标签的擦除，而不匹配的光解码器则将输入的光分组信号转化为噪声信号；恢复出的光净荷信号经过M×M光开关，被输入到某光编码器，经该光编码器进行某光码字的编码，即为光净荷附加上了光标签，也就实现了光标签的更新功能。

每个端口交换平面由一个N×N光开关构成。输入端口平面1～N的输出端连接端口交换平面1，2，…，M的输入端，即输入端口平面的一个光编码器1，2，…，M的输出端分别连接一个N×N光开关，这样一个输入端口平面的输出端分别连接了M个N×N光开关。在本实施例中，各输入端口平面1～N相同编码器的输出连接到同一个端口交换平面，即N×N光开关上。N×N光开关的输出端构成端口交换平面的输出端。

根据依据标签转发表产生的控制信号21～2M配置N×N光开关的端口连接状态，实现将光分组交换到正确的输出端口。在每个N×N光开关上交换的都是相同光码字编码的光分组信号。

每个输出端口平面由一个M×1光耦合器构成。端口交换平面的输出端连接输出端口平面的输入端，即N×N光开关的输出端连接M×1光耦合器的输入端。在本实施例中，各端口交换平面中相同编号的输出端口连接到同一个输出端口平面，即M×1光耦合器上。M×1光耦合器的输出端作为输出端口平面的输出端口1～N，也是交换结构的的输出端，实现将来自不同端口交换平面的光分组信号耦合后输出。

在本实施例中，基于光码分复用的光分组交换结构根据标签转发表在控制信号的驱动下，完成各输入端口平面中M×M光开关和端口交换平面中N×N光开关的设置。输入端口平面中M×M光开关实现了用于光码标签识别的光解码器与用于新标签更新的光编码器的连接。通过M×M光开关端口的连接的切换，可以实现不同光解码器与光编码器的互连，即实现不同的输入标签与输出标签对的组合。

端口交换平面中N×N光开关用于实现输入端口1～N与输出端口1～N的互连，通过设置N×N光开关端口的连接，可以将光分组连接到各输出端。标签转发表是根据建立的标签交换路径，存储在交换节点用于实现分组转发的路由表。标签转发表的格式为输入端口，输入标签，输出端口和输出标签，表明某输入端口上某输入标签的分组，标签应该被更新为某输出标签，并交换到某输出端口。输入端口平面中M×M光开关和端口交换平面中N×N光开关根据标签转发表完成设置，当标签转发表发生变化时，相应的光开关也必须根据当前的标签转发表进行重新配置。

基于光码分复用的光分组到达交换节点后，由输入端口输入到输入端口级的某一输入端口平面。光分组在输入端口平面经光分支器广播到各光解码器，与输入光分组编码匹配的光解码器的输出端恢复出原净荷信号，并经过输入端口平面中的M×M光开关将恢复出的净荷信号输入到某光编码器，光分组信号经过光编码器实现了光码标签的更新后，输入到端口交换级中的某端口交换平面，经过端口交换平面中的N×N光开关，光分组被交换到输出端口级的某输出端口平面，输出端口平面中的M×1光耦合器将来自不同端口交换平面的光分组耦合后从输出端口输出。

在本实施例中，本发明的基于光码分复用的光分组交换结构实现过程如下：

(1)确定交换结构的输入/输出端口数目N，每个输入端口平面中的光编码器/光解码器的数目M，所采用的一组正交光码，以及根据采用的光码制作光编码器和光解码器。本发明的光交换结构对采用的光码具有普遍性，不限制光编码器和光解码器的具体实现方式。

(2)输入端口平面的实现。输入端口平面由1×M光分支器，M个光解码器，一个M×M光开关，M个光编码器组成。1×M光分支器的输出端分别连接M个光解码器；M个光解码器的输出端分别连接M×M光开关的输入端；M×M光开关的输出端分别连接M个光编码器的输入端；1×M光分支器的输入端作为输入端口平面的输入端，M个光编码器的输出端作为输入端口平面的输出端。M×M光开关须选择能通过外部控制信号进行无阻塞端口切换的光开关；光开关的交换时间参数决定了系统配置交换结构的时间；插入损耗小，偏振相关性低的光开光有利于系统性能的提升。交换结构的每个输入端口分别连接一个输入端口平面，如输入端口1连接输入端口平面1，输入端口2连接输入端口平面2，…，共需要N个输入端口平面。

(3)端口交换平面的实现。端口交换平面由N×N光开关构成，N×N光开关的输入端为端口交换平面的输入端，N×N光开关的输出端为端口交换平面的输出端。N×N光开关须能通过外部控制信号进行无阻塞端口切换；光开关交换时间小，插入损耗小，偏振相关性低。端口交换级需要M个端口交换平面，如各光编码器1连接的端口交换平面1，各光编码器2连接的端口交换平面2，…，即M个N×N光开关。

(4)输出端口平面的实现。输出端口平面由M×1光耦合器构成，M×1光耦合器的输入端作为输出端口平面的输入端，M×1光耦合器的输出端作为输出端口平面的输出端。交换结构的每个输出端口需要一个输出端口平面，如输出端口1连接输出端口平面1，输出端口2连接输出端口平面2，…，共需要N个输出端口平面。

(5)各级互连。输入端口平面i的M个输出端口连接各端口交换平面的第i个输入端口；输出端口平面i的M个输入端口连接各端口交换平面的第i个输出端口。

(6)在交换结构的实现中由于光分支器，光耦合器，光编码器，光解码器和光开关带来的光功率损耗，应在相应的位置添加光放大器进行补偿；对于光偏振敏感的器件，如光编码器，光解码器，光开关，应在输入端添加偏振控制器进行输入光偏振态的调节。

图2是基于光码分复用的光分组产生原理图。基于光码分复用的光分组采用光码字来表示标签信号，因此将标签信号与光码字进行了一一映射。如图2所示光码字C₁表示标签信号L₁，码字C₂表示标签信号L₂，…。对于带有标签L₁的光分组，即是进行了光码字C₁编码的光分组信号。将光净荷信号输入到某光编码器就能产生经过了某光码字编码的信号，即带了某对应标签的光分组信号。需要指出的是光净荷信号的要求必须满足光编码器的要求。如基于光纤延迟线的光编码器，输入光净荷的脉冲宽度必须等于光编码器的码片时间，而一个比特的持续时间(两个连续脉冲的间隔时间)必须等于光编码器的码长时间。

图3是产生光分组结构图。为了产生在不同光标签交换路径上传输的光分组，要求在一个光分组产生节点能够输出带有不同光标签的光分组，即能产生不同光码编码的光分组信号。如图3所示为采用1×M光开关，M个光码字对应的光编码器和M×1光耦合器构成的产生光分组的结构。1×M光开关的输入端连接光净荷信号；1×M光开关的M个输出端分别连接M个光编码器的输入端；M个光解码器的输出端分别连接M×1光耦合器的输入端；M×1光耦合器的输出端为产生的光分组信号的输出端。通过控制1×M光开关的连接状态，将光净荷信号输入到要求的光编码器中完成该光码字的编码，之后从光耦合器输出。

图4是光标签更新原理图。带有光标签的L₁，即光码字C₁的光分组信号经过C₁的光解码器后，将输入信号还原为光净荷信号，实现了旧光标签的擦除，再经过C₁的光编码器，对光净荷信号进行编码，即产生了带有光标签L2，即光码字C₂的光分组信号。对于一个有4个光编码器/光解码器的输入端口平面，为了实现如图中所示的输入/输出标签转发表的配置，只需通过控制信号将4×4光开光的输入端口和输出端口配置为1→2，2→3，3→4，4→1。

图5是一分组交换结构实例图。在本实例中，对于来自输入端口1带有标签L₂的光分组要求更新为标签L_M，并从输出端口N输出。交换结构的相应配置为：在输入端口平面1中M×M光开关的输入端口2连接输出端口M，端口交换平面M中N×N光开光的输入端口1连接输出端口N。带有标签L₂的光分组在输入端口平面1中的光解码器2被还原成光净荷信号，并经过M×M光开关被输入到光编码器M中，进行光码字C_M的编码，即更新标签为L_M的光分组，再经过端口交换平面M中N×N光开光将标签为L_M的光分组输出到输出端口N，并经过输出端口平面的光耦合器输出。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应当清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。