专利名称：Wdm组播网络中基于网络编码的波长冲突解决方法
技术领域：
本发明涉及一种在波分复用(WDM)组播网络中基于网络编码的波长冲突解决方 法及其实现过程和步骤，属于光交换网络技术领域。
背景技术：
在简单WDM网络中，任何两个节点之间需要借助一条相同的波长进行信息传输。 对一般WDM网络而言，由于其具有承载的数据量大，业务类型多等特征，这些特征将导致在 WDM网络中很难保证任何两个节点间都利用相同的波长进行信息传输。此外，从提高WDM网 络波长资源的利用率，提升WDM网络性能的角度出发，在任何一条路径上预留同一波长进 行业务传输也是没有必要的，并且会导致资源浪费。为了保证业务在WDM网络中的正常且高效传输，波长转换技术应运而生。波长转 换是指在WDM网络中当发生波长冲突时将输入到节点的波长转换成另外的可用波长，从而 解决波长冲突问题。实现波长转换的关键器件是波长转换器，波长转换器分为两种类型，一 是全波长转换器；一是受限波长转换器。对于全波长转换器而言，其可以将输入的波长转换 为任意可用的输出波长；对于受限波长转换器而言，其仅仅能将输入波长转换为有限的、确 定的输出波长。就波长转换解决WDM波长冲突的有效性而言，全波长转换器优于受限波长转换 器，但是全波长转换器付出的波长转换代价较大。受限波长转换器解决波长冲突的性能不 如全波长转换器，但是其转换代价较小。因此，如何提高受限波长转换器的性能，使其以最 小的代价提高解决波长冲突的性能以及如何平衡波长转换代价和解决波长冲突的效果已 成为相关研究关注的重要内容。在WDM组播网络上的波长冲突主要指的是组播信号所请求的波长与当前WDM网络 中背景流量的单播信号所占据的波长之间的冲突。即当组播信号达到某一中间节点时其 请求的波长被承载背景流量的单播信号所占据。当WDM组播网络发生波长冲突时，为了降 低波长转换代价，提高解决波长冲突的效率，本发明提出了一种基于网络编码技术解决WDM 组播网络中波长冲突问题的方法。采用该方法解决波长冲突所付出的代价远远小于全波长 转换器，但是能够达到全波长转换器所能达到的解决波长冲突的效果，并且该方法所付出 的波长转换代价与受限波长转换器转换度为1时的代价相似。
发明内容
本发明的目的在于针对全波长转换器代价大，受限波长转换器解决波长冲突力度 不够理想这一问题，采用网络编码技术解决WDM组播网络中组播需求和单播信号之间的波 长冲突问题，在降低波长转换代价的基础上大幅提升其解决波长冲突的能力。该方法能够 从另外一个角度提供一种切实可行、高效的解决WDM网络中波长冲突方法，其在实现代价、 解决问题效果等方面均有显著的优势。为实现上述的发明目的，本发明主要包括以下内容
将网络编码思想及技术引入到WDM组播网络中解决组播请求与单播信号之间的 波长冲突问题，其特征在于所述的网络编码方法源于经典网络编码理论，但是不同于传统网络编码理论侧重 于提升网络性能和为网络提供保护和容错的功能。本发明首次利用网络编码技术思想为 WDM组播网络中组播请求和单播信号之间的波长冲突问题提供一种全新的解决方案和途 径；其主要特征是在组播信号和单播信号波长冲突发生的节点采用网络编码技术将组播信 号和单播信号编码成为一个新的信号，并用链路中的可得波长承载该编码信号，从而将组 播信号和单播信号用一条可用波长承载，解决了波长冲突问题；然后将编码后信号和单播 信号在目的节点解码，还原出组播信号。一种能够在全光网络中实现并用于解决波长冲突的全光网络编解码运算方法，其 特征在于所述的网络编解码方法能够在全光网络中无需光电光转换而高效实现；本发明所 采用的全光网络编解码运算方法可以通过全光异或运算或者全光移位异或运算实现；采用 异或运算完成光网络编解码运算时使用到的全光异或门为基于马赫曾德尔干涉仪的光异 或门，其主要特征是能够将两路由相同波长承载的不同输入信号经过异或运算后得到异 或结果，并且所得到的异或结果由另外的一条不同于该异或门输入波长的波长承载。一种采用网络编码技术解决WDM组播网络中组播需求和单播信号之间波长冲突 方法的主要过程和步骤，其特征在于在某一中间节点，当组播信号和单播信号的下一跳的目的节点相同并且组播信号 所请求的波长被单播信号所占用，这种状况就是WDM组播网络中的波长冲突；本发明所采 用的基于网络编码解决WDM组播网络中波长冲突的方法和步骤如下所示(1)将与组播请求冲突的单播光信号复制为两份；(2)将其中一份与组播信号进行网络编码运算，得到全新的运算结果信号，并用本 链路上的可用波长承载该编码结果；(3)将组播信号在此节点上丢弃；(4)在该节点上利用波长多路复用器将编码信号、单播信号和其他背景流量信号 的波长通过波长多路复用器合波，并将合波后信号传到下一跳结点；(5)在目的结点对信号进行解复用，并将单播信号和编码信号进行解码运算以恢 复出组播信号。一种利用异或网络编码解决两路波长冲突的关键器件的组织结构，其主要特征在于该器件结构主要有基于马赫曾德尔干涉仪的全光异或门，光分路器和波长多路复 用器组成；其中基于马赫曾德尔干涉仪的全光异或门用于完成对发生冲突的组播信号和单 播信号的网络编码计算，其主要特征在于能够将由两个相同波长承载的不同信息经异或运 算后将运算结果由不同的波长承载，并且该计算能够在全光下实现；光分路器用于将单播 信号进行复制；波长多路复用器用于合波编码后信号、单播信号和其他背景流量信号的波 长，并将其发送到下游节点。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的说明。
图1为WDM组播树示意图。图2为基于网络编码解决波长冲突的器件结构示意图。图3为基于马赫曾德尔干涉仪的全光异或门示意图。
具体实施例方式如图1所示组播树，节点S为组播源节点，用于向目的节点发送组播信号；节点 dn-d33为组播目的节点，用于接收组播信号；图中每条链路上标注的波长为该链路上的可 用波长。假设源节点S采用X ^向下游链路发送组播信号时，如果源节点和目的节点之间的 路径中入。均可用时，组播信号可以正常传输到目的节点。例如图1中路径S->l->dn 和路径s- > 3- > d31，这两条路径中的、均可用，所以组播信号可以无阻塞的由源节点s 传输到目的节点dn和d31。然而，在链路1- > d12，1- > d13，2- > d21，2- > d22，3- > d32，3- > d33 上，X 0 被与 组播信号相同目的结点的单播信号占据，导致这些链路上无可用的、o承载组播信号请求， 因此在上述链路上发生单播信号和组播请求之间的波长冲突。以链路1- > d12为例说明本 发明所提出的解决方法，当由入^承载的组播信号到达节点1上，此时组播信号继续请求节 点1为其提供波长入。以保证组播信号顺利传送到目的节点d12，但是节点1上的入。已经 分配给1- > d12的单播请求，因此组播请求将无法获取波长\ 0'导致节点1上发生波长冲 突。当波长冲突发生时，本发明采用基于网络编码的方法解决波长冲突问题。如图2所示，在节点1发生波长冲突时，将承载单播信号的入―由光信号复 制器件3db splitter复制为两份，一份与承载组播信号的Xmulti。ast以及连续探测光信号 A available同时输入到全光网络编码器中以完成对组播信号和单播信号的网络编码操作，并 将编码后的信号由入available7承载。在本例中图2中所示的网络编码器(Network Coding) 可以用全光异或门实现，其中全光异或门中采用的连续探测光信号Xavailable可以为链路上 任意一条可用波长。其中，用于完成异或网络编码的异或门是基于马赫曾德尔干涉仪的全 光异或门，其结构如图3所示。当在节点1完成异或网络编码后，编码信号由XavailaMe承载，其与另一份由 A micast承载的单播信号和由\ x承载的其他背景流量信号经由波长多路复用器MUX合波， 并将合波信号传输到下游节点d12。在下游节点d12经由解复用器分离出承载单播信号的X —和承载编码信号的 A available,并将其两路信号进行异或解码运算后还原出组播信号。至此，在WDM组播网络中 基于网络编码技术的波长冲突解过程完成。上面对本发明所述的采用异或网络编码技术对WDM组播网络中波长冲突的解决 方法和步骤进行了详细的说明，但本发明的具体实现形式并不局限于此。本发明的主要创 新点体现在将网络编码技术应用于WDM组播网络中解决波长冲突问题，本发明对普通WDM 网络中解决波长冲突问题同样有效，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不背离本发 明所述方法的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明 的保护范围之内。
权利要求
一种基于网络编码技术解决WDM网络中波长冲突的方法和步骤，其特征在于所述的网络编码技术源于经典网络编码理论，不同于网络编码技术的通常应用领域，本发明将其应用于解决WDM网络中波长冲突问题；其中，在光域中实现网络编码的方法可以是异或运算或者移位异或运算的任意一种；采用网络编码解决WDM网络中波长冲突的核心思想是将发生冲突的不同业务信号经由网络编码运算后转换为一种新的编码信号，并且该编码信号可以由任意一条可用波长承载；编码后信号在下一跳结点或者目的结点将原来信号进行解码恢复。
2.一种用于实现基于网络编码方法解决波长冲突的硬件模块结构，其特征在于该器件结构主要有网络编码器，光分路器和波长多路复用器组成；其中网络编码器用于完成对发生冲突的信号进行网络编码计算，其主要特征在于能够 将由多个相同波长承载的不同信息经网络编码运算后将运算结果由不同的波长承载，并且 该计算能够在全光下实现；其中光分路器用于复制单播信号；其中波长多路复用器用于合波编码后信号、单播信号和其他背景流量信号的波长，并 将其发送到下游节点。
全文摘要
本发明公开了一种基于网络编码技术解决WDM网络中波长冲突的方法及其实现过程。该网络编码技术源于经典网络编码理论，但是不同于传统网络编码理论侧重于提升网络性能和为网络提供保护和容错的功能，本发明首次利用网络编码技术思想为WDM组播网络中不同业务之间的波长冲突问题提供一种全新的解决方案和途径。采用网络编码技术解决WDM网络中不同业务之间波长冲突的核心思想是将发生冲突的不同业务信号经由网络编码运算后转换为一种新的编码信号，并且该编码信号可以由任意一条可用波长承载，编码信号在下一跳结点或者目的结点将原来信号进行解码恢复，从而完成操作。
文档编号H04Q11/00GK101877804SQ20101022053
公开日2010年11月3日 申请日期2010年7月8日 优先权日2010年7月8日
发明者曲志坚, 柏琳, 纪越峰 申请人:北京邮电大学