[发明专利]一种无阻塞可拓展多级光开关阵列及其工作方法

说明书

技术领域

本发明属于光通信技术领域，尤其涉及一种无阻塞可拓展多级光开关阵列及其工作方法。

背景技术

光通信技术自20世纪诞生以来，得到了很大的发展。目前，光网络中链路上的传送能力已经超过Tbit/s级，而节点处理能力大多为Gbit/s级。因此，现阶段光网络的主要带宽瓶颈是节点处的光/电/光过程中的电子处理能力限制。为了解决这一问题，提出了节点处光域处理信号的光交叉连接(OXC)。光交叉连接具有多个标准的光接口，可将任一输入端的光纤(或其中的某个波长信号)可控地连接到输出端的任一光纤(或其中某个波长)中去，且整个过程完全在光域中实现。按照功能和内部结构，OXC可以分为光纤交叉连接(FXC)，波长选择交叉连接(WSXC)和波长交换交叉连接(WIXC)三类。

光交换矩阵是光交叉连接中实现光交换和端口映射的关键部件。光交换矩阵通过将光互连链路和光开关按照一定的互连拓扑结构进行组合，可以实现将输入端口的光信号可控传送到指定的输出端口。光交换矩阵的实现可以根据需要采用不同类型的方案，一般应考虑以下因素：插入损耗、信噪比、阻塞特性和可扩展性等。除此之外，还必须考虑光交换矩阵中光开关的规模（数量）：光交换矩阵中所需的光开关越多，不仅会造成光交叉连接总体结构的复杂度增加，同时总的插入损耗也越高。因此，在满足光交叉连接端口性能的前提下应尽可能减少光交换矩阵中光开关的数量。

目前已经提出的光交叉连接中光交换矩阵结构有：Crossbar型、Benes型、扩展Benes型和双层结构等。从光交叉连接的阻塞率性能而言可分为三类：

完全无阻塞：无路径冲突，即不存在两路光信号同时占用同一个互连链路的情况。可同时实现任意输入端口到任意输出端口的互连通信。这种网络可以实现无阻塞无延时的交换，如Crossbar型。

低阻塞：存在低阻塞率的路径冲突，这种结构一般用于网络交换发生较低的地方，当网络交换发生频繁时易出现阻塞。

可重构无阻塞网络：通过开关节点对路由重新设置，实现无阻塞互连通信。这种情况下输入端口和输出端口间的光通道改变时，为了避免阻塞，需要重新配置当前交换矩阵中的光通道，完成无阻塞但有延时的交换。

从光交换矩阵实现方案角度，可以分为单级交换网络和多级交换网络。

典型的单级交换网络是Crossbar交换网络，这是一种纵横交叉结构的交换网络，每个纵横交叉点都有一个开关节点，可独立控制任一输入端口到任一输出端口的交换通信。Crossbar交换网络是完全无阻塞网络；整个交换网络系统仅包含一级光互连网络；其缺点是开关节点多、开销大，对输入、输出通道数为N×N交换网络，节点数为N×N。优点是拓展控制简单，不需要复杂的路由算法。

多级交换网络是由多个交换级串联组成。互连网络中，小规模的交叉连接节点一般采用交叉节点按照crossbar结构构建。包括Clos网络、Benes网络、Waksman网络、Banyan网络等都是多级互连网络结构，其中Benes网络是Clos网络中交换单元均为2×2交换结构的特例，而Waksman网络则对对Benes网络中交换单元数目进一步精简的结果。上述三种网络Benes网络、Waksman网络、Banyan网络都可以按照Clos三级网络构架进行递归扩展。

多级交换网络容易实现大规模端口数的交换，然而由于多级交换网络中交换级数较多，因此寻址控制系统较复杂。除了成本和阻塞特性以外，网络级数也是评价多级互连网络其性能的一个重要参数。多级互连网络的级数越高，连接建立以及信号传输的时延越大，信号在传输过程中的损耗以及干扰越严重，连接的可靠性越差。

发明内容

本发明实施例的目的是针对现有光交换矩阵所存在的问题，提出一种阻塞可拓展多级光开关阵列及其工作方法，主要涉及一种新的基于两级交换结构地多级光开关阵列结构：其中第一级为可配置交换分组结构，第二级为无阻塞交换结构。通过对交换分组结构的配置，可以实现N×N到kN×kN的灵活拓展，从而完成光纤线路中节点光交叉连接矩阵的交换能力的动态重配置和升级。

为了达到上述发明目的，本发明首先提出的一种阻塞可拓展多级光开关阵列，其是通过以下技术方案实现的: