一种评估大规模光交换集成芯片性能的仿真系统的制作方法

本发明属于光通信
技术领域：
，更为具体地讲，涉及一种评估大规模光交换集成芯片性能的仿真系统。
背景技术：
：光纤通信网络具有低损耗、大带宽、高速率等传输特点，现已成为电信网、计算机网、有线电视网的重要支撑。随着电信业务和网络应用的快速发展，通信的数据流量与日剧增，传统的光-电-光的光信息交换形式存在着电子瓶颈，对数据速度和调制格式不透明限制；另一个问题是功耗比较大，这种交换形式严重制约着大规模数据中心中光交换节点的可扩展性。为此，人们开始越来越趋于采用全光交换方式，并采用光交换集成芯片技术降低节点功耗和传输时延。为了更好地满足数据中心和光网络的应用需求，要求光交换集成芯片具有足够的端口数，交换容量需求也不断增加。不幸的是，随着交换规模的增大或者端口数的增多，芯片引入的插入损耗或者串扰也会激剧增大，必然影响通信信号的传输质量。光交换集成芯片可基于不同的交换网络结构实现。交换结构不同，芯片的交换性能也不一样。组成交换网络结构的基本单元是光开关单元，交换芯片端口数越多，所需要的光开关单元也越多。显然，要有效地评估大规模光交换集成芯片的性能，必须开发相应的仿真平台，并且能够模拟现实中的非相干光交换过程。另一方面，光交换集成芯片的可重配功能的实现也离不开相应的路由配置算法，它运行于光交换芯片的控制器中。因此，大规模光交换集成芯片系统包括光交换集成芯片及其控制器模块两个部分。开发大规模光交换集成芯片系统的仿真软件不但可以有效降低光交换芯片的设计成本，还可以优化交换芯片结构以适应各种高阶调制信号的传输。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种评估大规模光交换集成芯片性能的仿真系统，有效模拟光交换集成芯片的插入损耗和串扰性能，进而优化芯片交换网络结构，降低光交换集成芯片的设计开发成本。为实现上述发明目的，本发明一种评估大规模光交换集成芯片性能的仿真系统，其特征在于，包括：光交换控制单元模拟器和光交换集成芯片仿真器；所述光交换控制单元模拟器，模拟实际光交换芯片系统的控制单元，用于光交换集成芯片系统的路由选择、开关状态的确定及参数设置；主要包括光开关单元参数表、光开关连接矩阵、交换连接需求模块、开关路由算法模块、光开关状态表储存模块、控制接口模块；其中，光开关单元参数表，用于对光交换芯片系统中待仿真的光开关单元的参数进行设置；光开关连接矩阵，用于描述各个待仿真的光开关单元端口的连接关系；交换连接需求模块，从外部实时获取交换连接需求或直接设置光交换集成芯片系统的连接需求，进而确定出光交换集成芯片系统中每个光芯片对应的输入、输出端口；开关路由算法模块，根据光开关单元参数表、光开关连接矩阵和交换连接需求模块，运行相应的开关路由算法，从而获得满足交换连接需求的多个光开关单元状态表；光开关状态表储存模块，用于存储光开关单元状态表；控制接口模块，根据权重策略选择一种光开关状态表，并根据光开关单元参数表对光交换集成芯片仿真器中所有待仿真的光开关单元进行设置；所述光交换集成芯片仿真器由待仿真的光开关单元按照设定的光开关连接矩阵连接而成；其中每个待仿真的光开关单元又包括四个衰减器、四个偏振器、两个1×2复制器、两个加法器和一个理想2×2开关；其中，两个衰减器1用于对输入信号进行功率衰减，完成待仿真的光开关单元插入损耗的设定；两个衰减器2用于对待仿真的光开关单元的串扰参数设定，四个衰减器的取值来自于光开关单元参数表；1×2复制器用于将一路输入信号变成两路，分别作为主路信号和串扰信号；主偏振器1和从偏振器2分别用于主路信号和串扰信号的偏振态控制，其中，位于不同复制器中的主偏振器1和从偏振器2相互正交，以消除串扰信号和主路信号间的相干效应；加法器，将来自不同输入端口的主路信号和串扰信号进行合并；由于光开关仿真单元有两个输入端口，所以这样的合路信号有两个，它们分别作为理想2×2开关的两个输入。理想2×2开关，通过控制接口模型进行设置，具体状态取决于光开关状态表。本发明的发明目的是这样实现的：本发明一种评估大规模光交换集成芯片性能的仿真系统，包括光交换控制单元模拟器和光交换集成芯片仿真器；其中，光交换控制单元模拟器根据光开关单元参数表设置光开关连接矩阵中光开关单元参数，根据交换连接需求运行路由算法，将生成的光开关状态存储在光开关状态表中，通过控制接口模块从光开关状态表存储模块中选择一种光开关状态表，并从光开关单元参数表中读取参数，控制接口模块连接每个待仿真的光开关单元，完成仿真光开关单元参数设置和开关状态控制，进而实现光交换集成芯片性能的仿真。同时，本发明一种评估大规模光交换集成芯片性能的仿真系统还具有以下有益效果：(1)、本发明很容易在matlab、optisystem、vpi等商用软件平台上实现，具有很好的普适性。(2)、本发明能够快速、准确测试光交换芯片的性能，为光交换芯片的设计开发提供了指导意义。(3)、本发明能够有效模拟光交换集成芯片的插入损耗和串扰性能，进而优化芯片交换网络结构，降低光交换集成芯片的设计开发成本。附图说明图1是本发明一种评估大规模光交换集成芯片性能的仿真系统原理图；图2是单个待仿真的光开关单元结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例图1是本发明一种评估大规模光交换集成芯片性能的仿真系统原理图。在本实施例中，使用vpi光学仿真软件搭建光交换集成芯片仿真器，使用matlab搭建光交换控制单元模拟器，光交换控制单元模拟器的控制接口模块与光交换集成芯片仿真器中所有光开关仿真单元的状态控制端相连接。通过在vpi光学仿真软件中嵌入matlab模块实现光交换控制单元模拟器对光交换集成芯片仿真器参数的设定。在本实施例中，以基于benes拓扑结构的32×32光交换集成芯片为例来描述该芯片系统的仿真架构，并采用不同输入波长的方式测试光交换集成芯片的串扰性能，如图1所示，本发明一种评估大规模光交换集成芯片性能的仿真系统，包括：光交换控制单元模拟器和光交换集成芯片仿真器，分别对应于实际光交换芯片系统中的控制单元和光开关矩阵单元；光交换控制单元模拟器，模拟实际光交换芯片系统的控制单元，用于光交换集成芯片系统的路由选择、开关状态的确定及参数设置；主要包括光开关单元参数表、光开关连接矩阵、交换连接需求模块、开关路由算法模块、光开关状态表储存模块、控制接口模块；其中，光开关单元参数表，用于对光交换芯片系统中待仿真的光开关单元的参数进行设置；在本实施例中，以基于电光效应的马赫-曾德尔干涉结构的光开关单元为参考，设置光开关单元参数表，即平行态时插入损耗为1.5db，串扰为-45db；交叉态时插入损耗为0.5db，串扰为-50db，对应于图2所示光开关仿真单元中衰减器的值如表1所示。开关状态衰减器1衰减器2平行态α1＝1.5dbα2＝45db交叉态α1＝0.5dbα2＝50db表1光开关连接矩阵，用于描述各个待仿真的光开关单元端口的连接关系，也代表了光交换集成芯片的规模；光开关连接矩阵有很多种方式，不同的光芯片采用的方式不同；在本实施例中，采用的是benes结构，如表2所示，行表示对应光开关单元的输出端口，列表示对应光开关单元的输入端口，1表示相连，0表示无连接，sm，n表示第m层第n级光开关单元，其中，m＝1,2,…,16，n＝1,2,…,9。表2交换连接需求模块，从外部实时获取交换连接需求或直接设置光交换集成芯片系统的连接需求，进而确定出光交换集成芯片系统中光芯片对应的输入、输出端口；在本实施例中，32×32的benes结构共有32个输入端口和32个输出端口，可用输入输出端口之间的对应关系表示交换连接需求。设定交换连接需求为c＝[1,2,3,…,32]，即输入端口号与输出端口号一一对应。针对benes结构，路由算法可采用改进的环路算法进行路由开关设置。改进的环路算法可对相应路由上所有光开关状态进行识别，并通过加权方式选择最优的开关路由。开关路由算法模块根据光开关单元参数表、光开关连接矩阵、以及交换连接需求等信息，运行加权的开关路由算法，生成光开关状态表。按照权重值选择光开关状态表，最终选择的光开关单元状态表如表3所示，其中，“1”表示光开关仿真单元为交叉态，“0”表示光开关仿真单元为平行态。由表3可知，本实施例中所有光开关处于全平行状态。表3开关路由算法模块，根据光开关单元参数表、光开关连接矩阵和交换连接需求模块，运行相应的开关路由算法，从而获得满足交换连接需求的多个光开关单元状态表；光开关状态表储存模块，用于存储光开关单元状态表；控制接口模块，根据权重策略选择一种光开关状态表，并根据光开关单元参数表对光交换集成芯片仿真器中所有待仿真的光开关单元进行设置；所述光交换集成芯片仿真器由待仿真的光开关单元按照设定的光开关连接矩阵连接而成；其中每个待仿真的光开关单元又包括四个衰减器、四个偏振器、两个1×2复制器、两个加法器和一个理想2×2开关；其中，两个衰减器1用于对输入信号进行功率衰减，完成待仿真的光开关单元插入损耗的设定；两个衰减器2用于对待仿真的光开关单元的串扰参数设定，四个衰减器的取值来自于光开关单元参数表；1×2复制器用于将一路输入信号变成两路，分别作为主路信号和串扰信号；主偏振器1和从偏振器2分别用于主路信号和串扰信号的偏振态控制，其中，位于不同复制器中的主偏振器1和从偏振器2相互正交，以消除串扰信号和主路信号间的相干效应；加法器，将来自不同输入端口的主路信号和串扰信号进行合并；由于光开关仿真单元有两个输入端口，所以这样的合路信号有两个，它们分别作为理想2×2开关的两个输入。理想2×2开关，通过控制接口模型进行设置，具体状态取决于光开关状态表。在本实施例中，当光交换集成芯片性能的仿真系统搭建并配置完成后，通过在发送端使用不同波长的光信号来测试光交换集成芯片仿真器的串扰。对于任意给定的光交换路由，先用光功率计分别测量输入到芯片输入端口端的光功率pin和相应输出端口的功率为pout，此时其他芯片输入端口没有光信号输入；然后，将所测量的芯片输入端口断开，即没有光信号输入，而其他芯片输入端口同时输入光功率pin，用光功率计测量此时芯片输出端口的功率pct；最后计算出这条光路的串扰ct＝10×log10(pct/pout)和插入损耗il＝-10×log10(pout/pin)。本实施例中，所有光开关处于全平行状态，此时的串扰值为-35.5db，插入损耗为13.5db。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，但应该清楚，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。当前第1页12