专利名称：一种超高速光包交换网的光包压缩和解压缩方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种超高速光包交换网的光包压縮和解压縮方法及其系统。
背景技术：
光包交换技术作为未来光通信非常有吸引力的一种技术选择，吸引着越来越多的研究兴趣，特别是由于越来越多的适合数据包交换的线路交换技术的出现和光包交换技术具有调制和码型透明且有非常高的可用带宽的优点。系统制
造商们已经研发出了大规模的电包路由器。大型的可用电包路由器有1000个输入/输出口和可以处理40Gbps的线卡。不过，在实现处理40Gbps或者更高速率的信号的超高速电子技术中仍存在着诸多的挑战和困难。由于本地局域网主要处理低速数据包(155 622Mbps)，而连接本地局域网的骨干网，要求是超高速的。早期研究的光交换是基于电路交换的。在这种交换体系中需进行光/电、电/光的转换和进行电信号处理。现在还有一种光包交换技术是欧洲光包交换关键(KEOPS)工程中使用的交换技术，该技术将交换从电域转移到了光域。在所有的光包交换技术中，对光包的压縮和解压縮技术将是一项关键技术，因为对光包的有效压縮和解压縮可以有效地降低光包的冲突概率和提高网络的吞吐量以及降低交换的技术难度和成本。现有的光包压縮技术主要有
1: H. Toda， F, Nakada， M. Suzuki，A. Hasegawa，在"An optical packetcompressor based on a fiber delay loop"中手艮道的基于受电光开关控制的光纤回环技术的将重复频率由25MHZ提高到5GHZ，该技术的主要缺点是受限于电开关的开关速度。
2: P. Toliver， K. Deng， L Glesk， and P. Prucnal， 在"Simultaneousoptical compression and decompression of lOOGb/s OTDM packets using asingle bidirectional optical delay line lattice,，，中报道的基于双向光纤延迟线阵列的光包压縮技术，该技术的主要缺点是需要选包器，且光包包头和数据部分是同一速率，这样在交换节点需要超高速的探测器和处理单元。
3: H. Sotobayashi， K. Kitayama， and T. 0zeki， 在"40 Gbit/s photonicpacket compression and decompression by supercontinuum generation,，，中报道的基于超连续产生技术的将4bitlOGbps提高到40Gbps，该技术的主要缺点是输入数据脉冲宽度要足够的窄。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种光包包头提取简单、可适用于各种速率的网络系统中、压縮率可变、易于升级且成本低廉的超高速光包交换网的光包压縮和解压縮方法及其系统。
本发明的技术解决方案是本发明提供了一种超高速光包交换网的光包压縮方法，其特殊之处在于该方法包括以下步骤
1) 将电域的IP数据包进行分割；
2) 将分割后的IP数据包调制成光信号；
3) 将光信号压縮成高速率光包信号。上述步骤l)的具体实现步骤如下-
l.O将电域的IP数据包分割为包头和净荷两个部分，净荷部分进行等长度分割成净荷分割单元，若净荷分割单元长度可以被需要分割的数目整除，则直接分割，若不能整除则在净荷分割单元长度末尾加零直到可以整除为止；
1.2)判断净荷分割单元和包头长度是否相等？若是，则直接进行调制；若否，则在包头后补零至和净荷分割单元长度相等后，再进行调制。
上述IP数据包分割成的净荷分割单元为一个或多个。
一种超高速光包交换网的光包压缩方法的解压縮方法，其特殊之处在于该方法包括以下步骤
1) 高速率光包信号经过放大并分为多路光包信号；
2) 每一路光包信号和本地时钟进行信号提取，提取出低速光信号；3)对提取出的低速光信号进行探测。
一种超高速光包交换网的光包压縮方法的压縮系统，其特殊之处在于所 压縮系统包括IP数据包分割模块、第一光放大器、调制器以及压縮模块；所述
第一光放大器和IP数据包分割模块通过调制器相连；所述调制器和压縮模块相连。
上述压縮模块可以是光纤延迟线阵列和合路器组成或者空间延迟和反射镜 组成。
一种超高速光包交换网的光包解压縮方法的解压縮系统，其特殊之处在于
所述解压缩系统包括第二光放大器、分路器、信号提取模块以及探测器；所述 第二光放大器和信号提取模块通过分路器相连；所述信号提取模块与探测器相 连。
上述信号提取模块可以是半导体光放大器(S0A)的四波混频效应形成的与 门、赫兹光非对称解复用器(TOAD)的全光与门、周期极化铌酸锂晶体(PPLN) 的全光与门、复式波导结构的全光与门、1550nm Laser Amplif iers (Fabry-Perot and Distributed Feedback Laser Amplif iers)的全光与门或者S0A-MZI结构的 全光与门。
本发明的优点是
1、 光包包头提取简单、光包头在低速处理的情况下不需要超高速探测器和 处理单元。本发明由于该压縮方法经过信号提取模块进行解压縮处理，可以得 到原来的光包包头，提取方法简单，且提取出的包头不会改变包头的原来传输 速率，满足光通信中需要在低速率下处理光包头的要求，在低速率下处理包头 将不需要超高速探测器和处理单元。
2、 采用低速的电子处理系统控制超高速的光包信号。本发明的IP数据包分 割是在电域中完成的，压縮是在光域中完成，所以只需要低速的电子处理系统 就可以完成。
3、 可适用于各种速率的网络系统中。本发明所提供的压縮和解压縮方案对 电域的IP数据包速率没有任何特定的要求，而且随着压缩模块每一路的延时不
6同，可以压縮出不同速率的光包，所以该方案适用于各种速率的网络系统中。
4、压縮率可变、易于升级。本发明所提供的压縮模块由光延时阵列和合路 器组成或者空间延迟和采用反射镜组成，则只需要改变IP数据包的分割数目和 延时阵列的大小以及相应的每一路的光延时就可以改变压縮率。只需要增加延 时阵列的大小就可以升级该压縮器，非常易于升级。
5、 成本低廉。本发明所提供的压縮和解压縮方案IP数据包分割在低速的电 域中完成，压縮器结构简单，解压縮器技术比较成熟，所以整体成本低廉。
6、 易于制造，可光学集成。本发明所提供的压缩器由延时阵列和合路器组 成，解压縮器由SOA等光学与门实现，这些器件都可以光学集成，且技术成熟， 易于制造。
图l为本发明压縮方法流程示意图； 图2为本发明解压縮方法流程示意图3为本发明标准IP数据包和分割后的IP数据包示意图； 图4为本发明光包压縮过程结构示意图； 图5为本发明的压縮原理示意图； 图6为本发明光包解压縮过程结构示意图； 图7为本发明压縮系统的结构示意图； 图8为本发明解压縮系统的结构示意图。
具体实施例方式
参见图1，本发明所提供的超高速光包交换网的光包压縮方法包括以下步
骤
将电域的IP数据包进行分割，将分割后的IP数据包调制成光信号，将调制后 的光信号输入光纤延迟线阵列和合路器组成的压縮模块8进行压縮并输出压縮 后的高速率光包信号。
其中在上述分割时，首先将电域的IP数据包分割为包头和净荷两部分，净荷 部分进行等长度分割成净荷分割单元，若净荷分割单元长度可以被需要分割的数目整除，则直接分割，若不能整除则在净荷分割单元长度末尾加零直到可以
整除为止；其次判断净荷分割单元和包头长度是否相等？若是，则直接进行调 制；若否，则在包头后补零至和净荷分割单元长度相等后，再进行调制。
其中IP数据包分割的净荷分割单元的数量是一个或多个，分割的数量越多 则压縮率越高。
压縮模块8是利用现有技术的压縮原理进行压缩，压縮模块8可以是光纤延 迟线阵列和合路器组成或者现有的空间延迟方式和反射镜组成。
参见图2， 一种超高速光包交换网的光包压縮方法的解压縮方法，包括以下 步骤高速率光包信号到达目的节点后，经过第二光放大器9放大后，通过分路 器10分为多路光包信号，路的数量和IP数据包分割的分割数量一致，每一路光 包信号和本地时钟注入信号提取模块ll，信号提取模块11利用S0A四波混频效应 形成的与门进行信号提取并提取出的低速光信号，然后对提取出的低速光信号 通过探测器12进行探测，完成解压縮。
参见图3， IP数据包经分割后可以形成包头(head)部分以及净荷部分，同 时净荷部分进行等长度分割成净荷分割单元(数据P1、数据P2……数据P8)。
参见图4，光脉冲源产生10Gbps光脉冲经过第一光放大器5放大后经过分路 器被分为9路，分别进入10G的调制器7中，同时到达的IP数据包经过IP数据包分 割模块6后，包头和净荷部分分开单独存储，净荷部分被分为块分别存储，若包 头和净荷分快等长则直接进入调制器7，若不等长则在包头末尾补零使分块和包 头等长进入调制器7调制成10G光信号。调制后的光信号进入压縮模块8中进行压縮。
参见图5，经过压縮模块压縮后，光信号压縮成高速率光包信号变为90Gbps 光信号。
参见图6，光包到达后经过EDFA放大在经过分路器10被分为9路，同时本地 10Gbps光脉冲源触发，经过EDFA放大后经过分路器10被分为9路，分别经过脉冲 对准后和光包信号一同注入SOA，利用四波混频效应进行信号解压縮，解压縮后 的10Gbps信号经过脉冲整形进入探测器原始信号被恢复。参见图7， 一种超高速光包交换网的光包压缩系统，该系统包括IP数据包
分割模块6、第一光放大器5、调制器7以及压縮模块8;第一光放大器5和IP数据 包分割模块6通过调制器7相连；调制器7和压縮模块8相连。
参见图8， 一种超高速光包交换网的光包的解压缩系统，该系统包括第二
光放大器9、分路器IO、信号提取模块11以及探测器12;第二光放大器9和信号
提取模块11通过分路器10相连；信号提取模块11与探测器12相连。信号提取模
块11可以是S0A的四波混频效应形成的与门、赫兹光非对称解复用器(TOAD)的 全光与门、周期极化铌酸锂晶体(PPLN)的全光与门、复式波导结构的全光与 门、1550nm Laser Amplifiers (Fabry-Perot and Distributed Feedback Laser Amplifiers)的全光与门或者SOA-MZI结构的全光与门。
光放大器可以是掺铒光纤放大器(EDFA)、半导体光放大器(SOA)、光纤 喇曼放大器(FRA)等各种光放大器。
调制器7可以是电光调制器、声光调制器、电吸收调制器等各种调制器。
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权利要求
1、一种超高速光包交换网的光包压缩方法，其特征在于该方法包括以下步骤1)将电域的IP数据包进行分割；2)将分割后的IP数据包调制成光信号；3)将光信号压缩成高速率光包信号。
2、 根据权利要求l所述的超高速光包交换网的光包压縮方法，其特征在于 所述步骤l)的具体实现步骤如下1.1) 将电域的IP数据包分割为包头和净荷两部分，净荷部分进行等长度分 割成净荷分割单元，若净荷分割单元长度可以被需要分割的数目整除，则直接 分割，若不能整除则在净荷分割单元长度末尾加零直到可以整除为止；1.2) 判断净荷分割单元和包头长度是否相等？若是，则直接进行调制；若 否，则在包头后补零至和净荷分割单元长度相等后，再进行调制。
3、 根据权利要求2所述的超高速光包交换网的光包压缩方法，其特征在于-所述IP数据包分割成的净荷分割单元为一个或多个。
4、 一种实现权利要求1的超高速光包交换网的光包压縮方法的解压縮方法， 其特征在于该方法包括以下步骤1) 高速率光包信号经过放大并分为多路光包信号；2) 每一路光包信号和本地时钟进行信号提取，提取出低速光信号；3) 对提取出的低速光信号进行探测。
5、 一种实现权利要求l的超高速光包交换网的光包压縮方法的压縮系统， 其特征在于所述压縮系统包括IP数据包分割模块、第一光放大器、调制器以 及压縮模块；所述第一光放大器和IP数据包分割模块通过调制器相连；所述调 制器和压縮模块相连。
6、 根据权利要求5所述的超高速光包交换网的光包压縮系统，其特征在于: 所述压縮模块可以是光纤延迟线阵列和合路器组成或者空间延迟和反射镜组 成。
7、 一种实现权利要求4的超高速光包交换网的光包解压縮方法的解压縮系 统，其特征在于所述解压縮系统包括第二光放大器、分路器、信号提取模块 以及探测器；所述第二光放大器和信号提取模块通过分路器相连；所述信号提 取模块与探测器相连。
8、 根据权利要求7所述的超高速光包交换网的光包的解压縮系统，其特征 在于所述信号提取模块可以是半导体光放大器(S0A)的四波混频效应形成的 与门、赫兹光非对称解复用器(TOAD)的全光与门、周期极化铌酸锂晶体(PPLN) 的全光与门、复式波导结构的全光与门、1550nm Laser Amplifiers (Fabry-Perot and Distributed Feedback Laser Amplifiers)的全光与门或者SOA-MZI结构 的全光与门。
全文摘要
本发明涉及一种超高速光包交换网的光包压缩和解压缩方法及其系统，该光包的压缩方法包括以下步骤1)将电域的IP数据包进行分割；2)将分割后的IP数据包调制成光信号；3)将光信号压缩成高速率光包信号。本发明提供了一种光包包头提取简单、可适用于各种速率的网络系统中、压缩率可变、易于升级且成本低廉的超高速光包交换网的光包压缩和解压缩方法及其系统。
文档编号H04B10/08GK101677417SQ20081015103
公开日2010年3月24日 申请日期2008年9月19日 优先权日2008年9月19日
发明者张建国, 解宜原, 卫 赵 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所