基于阵列波导光栅的无阻塞Clos交换网络设计方法
【专利摘要】本发明针对构建大规模阵列波导光栅（AWG）的光交换网络的可扩展性和网络的高利用率问题，公开了一种基于阵列波导光栅的无阻塞Clos交换网络设计方法，利用AWG的递归构造原理和可调谐波长变换器（TWC）的波长隔离特性，构造可递归的交换网络结构，从而触发整个交换网络在空间和波长维度的递归分解，在所有器件100％利用的情况下有效地实现了AWG的模块化、TWC转换范围的降低和小波长集在交换网络中的重复使用，使大规模波分复用（WDM）交换网络的构建成为可能。
【专利说明】基于阵列波导光栅的无阻塞Clos交换网络设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光交换网络【技术领域】，特别是涉及一种基于阵列波导光栅(AWG)的无阻塞Clos交换网络设计方法。
【背景技术】
[0002]随着通信网络容量需求的指数级增长,波分复用(WavelengthDivideMultiplex,WDM)光网络由于能提供巨大的传输带宽和很好的通信质量而迅速发展起来。而在WDM光网络中，AWG和可调谐波长变换器(TWC)组合被认为是构建WDM光交换机的很有前途的备选方案。
[0003]但是，目前基于AWG的WDM光交换机仍然面临诸多问题，而其中最主要的就是可扩展性问题，其具体原因主要是以下几点:
[0004](I)当同一个波长的输入到大于15个端口时，AffG内的信号会遭受严重的相干串扰。这个问题难以通过物理结构设计来解决。
[0005](2)在实际应用中，TWC的价格会随着其转换范围的增加而大幅度的增长，这使得利用大转换范围的TWC构建大规模WDM交换机变得不经济。
[0006](3)每个WDM光交换机的波长集不能过大，因为在实际的光通信网络中，频谱资源是十分宝贵的。
[0007]为了克服上述问题，目前基于AWG的WDM光交换机设计方案主要有以下几种:
[0008]第一种方案通过在一个WXW的AWG的每个输入端口分别配置一个TWC构造基于AffG的WXW的光交叉矩阵(crossbar)。这种方案中，AWG的维度和TWC的转换范围均为W，因此扩展性很差。另一方面，AWG通过其波长信道，可以在其输入输出端口之间同时提供W2条连接。而在光crossbar中，即便所有输入输出端口都满负荷时，所使用的连接数仅为W个，因此AWG的利用率只有1/W。
[0009]第二种方案采用禁止在超过15个输入端口同时使用同一个波长的交换状态。这种方法虽然抑制了相干串扰问题，但是它不仅带来额外的计算复杂度，而且也限制了 AWG某些交换状态的使用，降低了 AWG的利用率。
[0010]第三种方案通过只使用AWG的部分输入端口来实现零相干串扰。虽然这种方法可以实现零相干串扰，但是它同样是以降低AWG利用率为代价的。另一方面，这种方法所需要的TWC转换范围大于实际所使用的输入端口数，这就增加了交换机的额外成本。
[0011]第四种方案通过采用多个自由频谱空间(FSR)中的波长资源来避免在许多输入端口使用同一个波长的情况。这种方法的缺点在于以下两点。一方面，AWG在主FSR之外频谱范围内的物理性能很差，这会降低交换机的物理性能。另一方面，交换网络所需的TWC转换范围数倍于端口数，因此这种方案实现成本很高。
[0012]第五种方案是采用基于AWG的多级交换网络，采用许多基于AWG的交叉开关的这种结构降低了对AWG的端口数目和TWC的转换范围的要求，可以使用较少端口的AWG和较小转换范围的TWC来构建大规模的交换网络。但是这种交换结构依然以光crossbar为构建单元，因此网络中AWG的利用率仍然很低，并且其内部级与级之间的物理连接复杂度依然很高，为O (N)。
[0013]因此，基于以上原因，目前需要针对构建大规模AWG的光交换网络的可扩展性和网络的利用率问题，提供一种基于阵列波导光栅的无阻塞Clos交换网络设计方法。
【发明内容】
[0014]本发明的目的是针对构建大规模AWG的光交换网络的可扩展性和网络的利用率问题，提供一种基于AWG的无阻塞Clos交换网络设计方法，提高交换网络的可扩展性、获得内部器件的100%利用率。
[0015]为实现上述发明目的，本发明基于阵列波导光栅的无阻塞Clos交换网络设计方法采用如下的技术方案:
[0016]一种基于AWG的无阻塞Clos交换网络设计方法，:使用阵列波导光栅(AWG)和可调谐波长变换器(TWC)构建无阻塞Clos交换网络，通过递归分解实现AWG的模块化、TWC波长变换范围的降低、波长集在网络内重复使用，从而实现了 WDM光交换网络的可扩展性和100%的利用率；
[0017]包括以下参数:
[0018]N:大型规模交换机的交换规模，即最多允许同时参与交换的波长个数；
[0019]η:为小型AWG的尺寸； [0020]d=IOgnN,
[0021]且其特征在于:
[0022]ηXη的AWG:η个输入、η个输出的AWG ；
[0023]η X η的TWC模块:由I X η波长解复用器、η个TWC和η X I的波长复用器构成；
[0024]nd X nd的WDM交换网络:该网络包含Iitw个输入端口、n^1个输出端口，每个端口上包含d个波长，其功能是将某个输入端口的某个输入波长交换到某个输出端口的某个输出波长上；二级AWG网络NiNd' η:由η"个ηΧη的AWG和η个Z2X I的波长复用器互联构成；二级AWG网络Np，nd_1:由η个Z2X I的AWG和Z2个ηΧη的波长解复用器互联构成；三级网络S An, n' η:由Ρ个η X η的TWC模块构成输入级，η个r^1 X n^1的TWC模块构成中间级，Iitw个ηΧη的TWC模块构成输出级，输入级和中间级之间由一个I^1Xn的AWG相连，中间级和输出级之间由IiXntw的AWG连接；
[0025]三级网络δ Βη, η^1, η:由Ζ1个η X η的TWC模块构成输入级，η个Ζ1 X η^1的TWC模块构成中间级，Hd-1 AnXn的TWC模块构成输出级，输入级和中间级之间由一个N1Iid' η网络相连，而中间级和输出级之间由Np，Hd-1网络连接；
[0026]三级网络δ cn, nd_1, η:由Ζ1个ηΧη的TWC模块构成输入级,η个nHXr^1的WDM交换子网构成中间级，Hd-1 AnXn的TWC模块构成输出级，相邻两级之间由nd_2个ηΧη的AffG连接；
[0027]包括如下步骤:
[0028](I)对于网络δ An, nd_1, η,首先将Z1X η的AWG分解为一个二级AWG网络N1Iid' η,如图2所示。网络N1的输入端口 α被标记为Α, α，其中α =0, I,…，nd_1-l,A=a /n, a =[ a ]n，表示第A个ηΧη的AWG的第α个输入端口。在N1 n'η中，与第A个ηΧη的AWG相关的波长集是
[0029]
【权利要求】
1.一种基于阵列波导光栅的无阻塞Clos交换网络设计方法，包括以下参数: N:大型规模交换机的交换规模，即最多允许同时参与交换的波长个数； η:为小型AWG的尺寸； d=lognN, 其特征在于: ηXη的AWG:η个输入、η个输出的AWG ； ηΧη的TWC模块:由I Xn波长解复用器、η个TWC和ηΧ I的波长复用器构成；nd X nd的WDM交换网络:该网络包含Z1个输入端口、Z1个输出端口，每个端口上包含d个波长； 二级AWG网络N1I^1, η:由Z2个ηΧη的AWG和η个Z2X I的波长复用器互联构成；二级AffG网络N0n, Iid-1:由η个nd_2X I的AffG和nd_2个ηΧη的波长解复用器互联构成；三级网络S An, n' η:由Z1个ηΧη的TWC模块构成输入级，η个Iitw Xntw的TWC模块构成中间级，η^1个η X η的TWC模块构成输出级，输入级和中间级之间由一个r^1 X η的AWG相连，中间级和输出级之间由nXZ1的AWG连接； 三级网络S Bn，n' η:由Z1个η X η的TWC模块构成输入级，η个Z1X η^1的TWC模块构成中间级，Iitw个ηΧη的TWC模块构成输出级，输入级和中间级之间由一个N1Iid' η网络相连，中间级和输出级之间由Np，Hd-1网络连接； 三级网络5 cn, η^1, η:由Z1个η X η的TWC模块构成输入级，η个Z1X η^1的WDM交换子网构成中间级，η^1个η X η的TWC模块构成输出级，相邻两级之间由nd_2个η X η的AWG连接； 该方法具体包括如下步骤: 步骤1、将三级网络δ An, n' η变换成为三级网络δ Bn, n' η: 将网络δ Αη, η' η中I^1Xn的AWG分解为一个二级AWG网络N1 η^1, η,将IiXntw的AffG分解为一个二级AWG网络Np，Z1 ； 步骤2、把三级网络δΒη，Ζ1，η变换成三级网络ScI^nd-1, η: 将网络δ Bn, n' η中每个由一个nd_2X I的波长复用器、一个Z1XZ1的TWC模块和一个lXnd_2的波长解复用器构成的部分替换成一个I^1Xntw的WDM交换网络，使所有ηΧη的AWG工作在同一波长集合Λ。= λ。，…，λ ^上； 步骤3、将用一个Scn，nd_2，n替换δρ,ι^1，n中的每个Z1XnH的WDM交换网络，然后再用一个SCn，nd_3，n替换δ cn，nd_2，n中的每个nd_2Xnd_2的WDM交换网络，如此递归重复，直到+en，η2, η中的每个WDM网络被替换成δ cn, η，η为止。
2.如权利要求1所述的一种基于AWG的无阻塞Clos交换网络设计方法，其特征在于:将δ An, n' η中的Z1 Xη的AWG分解为N1Iid' η两级AWG网络，并在此基础上进行递归分解，直至将交换网络分解为由η X η的TWC模块和η X η的AWG构成的网络。
3.如权利要求1所述的一种基于AWG的无阻塞Clos交换网络设计方法，其特征在于:所述的将网络δ An, nd_1, η中Z1Xn的AWG分解为一个二级AWG网络N1 nd_1, η,具体包括:将网络N1的输入端口 α标记为A, a,其中α =0，1，…，ηΗ-Ι,Α=?!/n,a=a n，表示第A个ηΧη的AWG的第a个输入端口；在N1 n' η中，与第A个η X η的AWG相关的波长集是
【文档编号】H04L12/931GK103795654SQ201410050532
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月14日 优先权日:2014年2月14日
【发明者】叶通, 李 东, 胡卫生 申请人:上海交通大学