一种分布式光电混合交换结构的制作方法

本发明属于卫星通信技术领域，尤其涉及一种分布式光电混合交换结构。

背景技术：

未来天基信息网络空间节点需要适应微波、激光等不同链路类型、光、电等不同信息承载方式和不同粒度的信息交换需求。

已有的光电交换方法中，地面网络通过光纤进行骨干传输，交换方法采用电控光交换或电交换，光交换结构采用单一的光开关交换矩阵或波长交换阵列，电交换结构采用存储转发结构，这种交换结构与方法不能同时适应微波、激光两种数据链路；空间环境中采用的是一种叠加式的光电混合交换结构，光交换和电交换相互独立，两者之间通过光电转换接口来实现光电混合交换，光业务和电业务分别进行集中处理，该结构具有以下不足：(1)交换规模可扩展能力低：这种交换结构的光交换和电交换在设计之初将交换规模、光电转换接口确定后，当有新的任务需求时，需要对光交换和电交换进行重新设计，这种交换结构不具备可扩展能力。(2)光/电业务配比灵活性差：这种交换结构的光/电业务配比随着光交换和电交换的业务接口数量而确定，不能依据任务需求进行改变，光/电业务配比灵活性差。(3)工程实现复杂度高：这种交换结构的光业务和电业务进行集中处理，在硬件设计时需要使用更多的计算与处理资源，增加了工程实现的复杂度。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种分布式光电混合交换结构，解决了已有结构可扩展能力低、光/电业务配比灵活性差以及工程实现复杂度高的问题，通过光电/电光交换基本单元的数量改变和组合分别实现交换规模扩展和光/电业务灵活配比，适应不同体制光交换/电交换的接入需求，便于进行模块化和产品化设计。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种分布式光电混合交换结构，包括：前级交换单元、中间级交换单元和后级交换单元；其中，前级交换单元包括k个前级光电交换基本单元和j个前级电光交换基本单元；中间级交换单元包括一个光交换单元和一个电交换单元；后级交换单元包括k个后级电光交换基本单元和j个后级光电交换基本单元；每个前级光电交换基本单元输入为光信号，输出为光信号和电信号，分别连接至中间级交换单元的光交换单元和电交换单元；每个前级电光交换基本单元输入为电信号，输出为电信号和光信号，分别连接至中间级交换单元的电交换单元和光交换单元；中间级交换单元的光交换单元输入和输出都为光信号，连接至后级交换单元的每个电光交换基本单元和每个光电交换基本单元；中间级交换单元的电交换单元输入和输出都为电信号，连接至后级交换单元的每个电光交换基本单元和每个光电交换基本单元；每个后级电光交换基本单元的输入来自光交换单元的光信号和电交换单元的电信号，输出为光信号；每个后级光电交换基本单元的输入为来自光交换单元的光信号和电交换单元的电信号，输出为电信号。

上述分布式光电混合交换结构中，所述前级光电交换基本单元包括光交换模块、光电转换模块、光电适配模块以及第一入线处理模块；其中，光信号经过光交换模块使得一部分光信号输入到光交换单元，另一部分光信号经过光电转换模块形成电信号，电信号经过光电适配模块形成统一速率的电信号，统一速率的电信号经过第一入线处理模块输入到电交换单元。

上述分布式光电混合交换结构中，所述前级电光交换基本单元包括第二入线处理模块、电交换模块以及电光转换模块；其中，电信号经过第二入线处理模块输入到电交换模块，电信号经过电交换模块使得一部分电信号输入到电交换单元，另一部分电信号经过电光转换模块形成光信号，光信号输入到光交换单元。

上述分布式光电混合交换结构中，所述后级电光交换基本单元包括第一出线处理模块、电光适配模块、电光转换模块以及光交换模块；其中，来自电交换单元的电信号经过第一出线处理模块输入到电光适配模块，电信号经电光适配模块匹配为光信号速率，经过电光转换模块形成光信号，经过光交换模块输出光信号；来自光交换单元的光信号经过光交换模块输出。

上述分布式光电混合交换结构中，所述后级光电交换基本单元包括光电转换模块、电交换模块以及第二出线处理模块；其中，来自光交换单元的光信号经过光电转换模块形成电信号，电信号经过电交换模块输入到第二出线处理模块，再经过第二出线处理模块输出；来自电交换单元的电信号输入到电交换模块，再经过第二出线处理模块输出。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明采用光电/电光交换基本单元实现光/电信息的相互转换，针对不同任务需求通过在前级和后级增加或减少光电/电光交换基本单元数量的方式实现光/电交换规模的扩展，并能利用前、后级多个光电/电光交换基本单元的组合对光/电业务进行灵活配比；

(2)本发明通过在前级和后级分别进行光电信息的预处理分发和后处理分发，中间级光/电交换可以实现高吞吐量交换，同时前级和后级通过设置单一或多种体制的光电/电光交换基本单元适应不同体制光交换/电交换的接入需求；

(3)本发明进行三级划分，降低了硬件设计的复杂度，同时前、后级采用的光电/电光交换基本单元以及中间级采用光交换和电交换单元的功能相对独立，便于进行模块化和产品化设计。

附图说明

图1是本发明的分布式光电混合交换结构框图；

图2是本发明的前级光电交换基本单元组成框图；

图3是本发明的前级电光交换基本单元组成框图；

图4是本发明的后级电光交换基本单元组成框图；

图5是本发明的后级光电交换基本单元组成框图；

图6是本发明的32x32光电混合交换结构实现框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

图1是本发明的分布式光电混合交换结构框图。如图1所示，该分布式光电混合交换结构包括：前级交换单元、中间级交换单元和后级交换单元；其中，

前级交换单元包括k个前级光电交换基本单元和j个前级电光交换基本单元；

中间级交换单元包括一个光交换单元和一个电交换单元；

后级交换单元包括k个后级电光交换基本单元和j个后级光电交换基本单元；

每个前级光电交换基本单元输入为光信号，输出为光信号和电信号，分别连接至中间级交换单元的光交换单元和电交换单元；

每个前级电光交换基本单元输入为电信号，输出为电信号和光信号，分别连接至中间级交换单元的电交换单元和光交换单元；

中间级交换单元的光交换单元输入和输出都为光信号，连接至后级交换单元的每个电光交换基本单元和每个光电交换基本单元；

中间级交换单元的电交换单元输入和输出都为电信号，连接至后级交换单元的每个电光交换基本单元和每个光电交换基本单元；

每个后级电光交换基本单元的输入来自中间级交换单元的为光信号和电信号，输出为光信号；

每个后级光电交换基本单元的输入为来自中间级交换单元的光信号和电信号，输出为电信号。

其工作原理为：前级光电交换基本单元将需要进行电处理的光信号交换至光电转换端口转换为电信号后进入中间级交换单元的电交换单元，其他光信号交换至光输出端口后进入中间级交换单元的光交换单元；前级电光交换基本单元将需要通过光信道进行传输的电信号交换至电光转换端口转换为光信号后进入中间级交换单元的光交换单元，其他电信号交换至电输出端口后进入中间级交换单元的电交换单元；中间级交换单元的光交换单元和电交换单元分别独立地对光信号和电信号进行光交换和电交换处理，光交换单元将需要进行电处理的光信号交换至后级光电交换基本单元的相应端口，其他光信号交换至后级电光交换基本单元的相应端口，电交换单元将需要通过光信道进行传输的电信号交换至后级电光交换基本单元的相应端口，其他电信号交换至后级光电交换基本单元的相应端口；后级光电交换基本单元对输入光信号通过光电转换进行电交换处理后输出电信号，后级电光交换基本单元对输入电信号通过电光转换进行光交换处理后输出光信号。

具体的，图1中所示的，前级光电交换基本单元的数目为k，后级电光交换基本单元的数目为k，前级每个光电交换基本单元的光端口数目为n，后级每个电光交换基本单元的光端口数目为n，中间级交换单元的光端口的数目为nk，前级电光交换基本单元的数目为j，后级光电交换基本单元的数目为j，前级每个电光交换基本单元的电端口数目为m，后级每个光电交换基本单元的光端口数目为m，中间级交换单元的电端口的数目为mj。

图2是本发明的前级光电交换基本单元组成框图。如图2所示，该前级光电交换基本单元包括光交换模块、光电转换模块、光电适配模块以及第一入线处理模块；其中，

光信号经过光交换模块使得一部分光信号输入到光交换单元，另一部分光信号经过光电转换模块形成电信号，电信号经过光电适配模块形成统一速率的电信号，统一速率的电信号经过第一入线处理模块输入到电交换单元。需要说明的是，光交换模块能够决定哪些光信号可以输入到光电转换模块。第一入线处理模块能够完成头部校验及查表工作。

图3是本发明的前级电光交换基本单元组成框图。如图3所示，该前级电光交换基本单元包括入线处理模块、电交换模块以及电光转换模块；其中，

电信号经过第二入线处理模块输入到电交换模块，电信号经过电交换模块使得一部分电信号输入到电交换单元，另一部分电信号经过电光转换模块形成光信号，光信号输入到光交换单元。需要说明的是，电交换模块能够决定哪些电信号可以输入到电光转换模块。第二入线处理模块能够完成头部校验及查表工作。

图4是本发明的后级电光交换基本单元组成框图。如图4所示，该后级电光交换基本单元包括第一出线处理模块、电光适配模块、电光转换模块以及光交换模块；其中，

来自电交换单元的电信号经过第一出线处理模块输入到电光适配模块，电信号经电光适配模块匹配为光信号速率，经过电光转换模块形成光信号，经过光交换模块输出光信号；来自光交换单元的光信号经过光交换模块输出。需要说明的是，第一出线处理模块完成信元合成及头部校验生成工作。

图5是本发明的后级光电交换基本单元组成框图。如图5所示，该后级光电交换基本单元包括光电转换模块、电交换模块以及第二出线处理模块；其中，

来自光交换单元的光信号经过光电转换模块形成电信号，电信号经过电交换模块输入到第二出线处理模块，再经过第二出线处理模块输出；来自电交换单元的电信号输入到电交换模块，再经过第二出线处理模块输出。需要说明的是，第二出线处理模块完成信元合成及头部校验生成工作。

图6是本实施例的32x32光电混合交换结构实现框图。如图6所示，本实施例以实现32x32交换规模为例来说明一种分布式光电混合交换结构及方法的具体实现方式，32路包括8路光信号(速率为10gbps)和24路电信号(最高速率为1.25gbps)。

前级光电交换基本单元输入为2路光信号，即n＝2，输出为2路光信号和1路电信号，前级电光交换基本单元输入为4路电信号，即m＝4，输出为4路电信号和1路光信号，这样前级交换单元则需要4个光电交换基本单元和6个电光交换基本单元，即k＝4，j＝6。相应地，后级交换单元也需要4个后级电光交换基本单元和6个后级光电交换基本单元。依次可以计算得到中间级光交换单元的输入为14路光信号，即nk+j＝2x4+6＝14，电交换单元的输入包括前级电光交换基本单元输出的24路电信号和光电交换基本单元输出的电信号，由于光信号的速率为10gbps，需要将其速率匹配到1.25gbps的电信号，所以1路光信号适配为8路电信号，因此中间级电交换单元的输入为56路电信号，即jm+k*8＝6x4+4x8＝56。具体实现框图如附图6所示。

实现方法步骤如下：

(1)光/电业务开始前，星载光电混合交换设备根据业务特征和需求对前级、后级交换单元中的光电/电光交换基本单元以及中间级交换单元中的光交换单元进行配置；这里以1路光端口交换到电端口和1路电端口交换到光端口，其余光端口交换到光端口，电端口交换到电端口为例，即端口1交换到端口9-16(光到电的交换)和端口10交换到端口2(电到光的交换)为例，配置要求如下：

端口1交换到端口9-16：星载光电混合交换设备需要将前级光电交换基本单元的端口1配置到输出电端口，对应中间级电交换的输入端口1-8，并将路由表/转发表更新为输入端口1-8交换到输出端口33-40，此输出端口对应后级光电交换基本单元1和后级光电交换基本单元2的输入端口，后级光电交换基本单元按照输入数据报文的目的地址交换到相应的端口上；

端口10交换到端口2：星载光电混合交换设备需要将前级电光交换基本单元的端口10交换到光端口上，对应中间级光交换单元的输入端口9，并将光交换矩阵配置为输入端口9交换到输出端口2，对应后级光电交换基本单元1，将该交换矩阵配置到输出端口2上；

(2)光/电业务到达星载光电混合交换机后，进入前级交换单元，其中，光业务进入前级光电交换基本单元，电业务进入前级电光交换基本单元；

(3)前级光电交换基本单元根据配置要求通过光交换矩阵进行光交换，其中光电交换基本单元1的端口1输出到相应的电输出端口，并通过光电转换模块转换为10gbps电信号，通过速率适配得到8路内部统一速率为1.25gbps的电信号，每路信号经过入线处理模块的校验、查找转发表等预处理后进入中间级交换单元；

(4)进入前级电光交换基本单元的业务通过入线处理模块适配到内部统一速率1.25gbps，入线处理模块包括速率匹配，串并变换，头部校验和查表模块。根据业务要求，其中电光交换基本单元1有1路电信号要交换到光信号，则电交换模块通过查表将该电信号交换到光输出端口上，并通过电光转换模块转换为光信号；

(5)前级交换单元输出的8路光信号和31路电信号分别进入中间级交换单元的光交换单元和电交换单元进行交换：

光交换单元按照配置要求通过光交换矩阵将输入端口9交换到输出端口2；

电交换单元根据转发表/路由表的查表结果将输入端口1-8转发到输出端口33-40；

(6)中间级交换单元输出的光信号和电信号进入后级交换单元的光电交换基本单元和电光交换基本单元进行交换：

后级电光交换基本单元中的光交换矩阵按照配置要求将输入端口2交换到端口2上；

后级光电交换基本单元中的电交换单元通过查表结果和出线处理后将输入端口33-40交换到输出端口9-16上。

本发明采用光电/电光交换基本单元实现光/电信息的相互转换，针对不同任务需求通过在前级和后级增加或减少光电/电光交换基本单元数量的方式实现光/电交换规模的扩展，并能利用前、后级多个光电/电光交换基本单元的组合对光/电业务进行灵活配比；本发明通过在前级和后级分别进行光电信息的预处理分发和后处理分发，中间级光/电交换可以实现高吞吐量交换，同时前级和后级通过设置单一或多种体制的光电/电光交换基本单元适应不同体制光交换/电交换的接入需求；本发明进行三级划分，降低了硬件设计的复杂度，同时前、后级采用的光电/电光交换基本单元以及中间级采用光交换和电交换单元的功能相对独立，便于进行模块化和产品化设计。

以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。