[发明专利]一种可片上集成的物理层组播光交换节点装置及网络

说明书

一种可片上集成的物理层组播光交换节点装置及网络，由3组光耦合器构成无源光分配模块，多个无源光分配模块与相应阵列波导光栅构成光交换节点装置，若干光交换节点装置与网关设备连接构成树形网络。所述网络由网关设备调度，光交换节点装置中无需光电转换，即可进行光数据流的物理层组播。本发明不使用现有交换机中“储存‑转发”机制，降低了节点时延。此外，本发明由全光无源结构实现数据交换，可靠性高，功耗低，特别适用于工业控制网络。本发明中，同一无源光分配模块所连接的各备之间，可直接进行数据交互，可进一步降低数据报文的端到端时延。本发明可通过平面光波光路制程技术实现单片集成，与分立器件构建系统相比，本发明可靠性更高。

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种可片上集成的组播光交换节点装置。

背景技术

现有的数据交换技术通常采用“储存-转发”机制，通过传统的以太网电交换机实现数据交换。交换时，需要经过完整的接收解码、校验、缓存、查表、转发、编码发送等过程，若采用光传输还需进行光-电、电-光转换。该机制中，数据转发需经过缓存，报文长度与交换机线速决定了交换机节点时延的下限。同时，在需要处理较大流量数据时，设备负荷量大，因而会产生发热量大，功耗较高，长时间工作后稳定性降低等问题。

为避免光-电、电-光转换而带来的时延，学术界研究全光交换网络过程中提出全光分组交换节点，一般地，全光交换节点的结构设计仍然是基于“储存-转发”机制的光分组交换节点结构或其改进。但由于随机光缓存实现上具有极高难度，全光分组交换节点的设想也一直未实现商用。故而，受到“储存-转发”机制的限制，并无成本可行的全光交换节点结构来有效降低接收解码、校验、缓存、查表、转发、编码发送等过程而带来的时延与功耗。

无源光网络中的光分配网(ODN，optical distribution network)，在线路侧连接光线路终端(OLT，optical line terminal)，在终端侧连接光网络单元(ONU，OpticalNetwork Unit)，通过光分配网络(ODN)实现1个OLT设备与多个ONU间的通信。然而现有的光分配网(ODN)无法提供数据采集设备与控制保护设备间的直接物理层连接，其两方的数据交互必须通过OLT设备转发。若直接使用现有ODN结构会造成OLT背板带宽的巨大浪费。针对工业控制网络的特点，目前需要一种在物理层实现组播光交换的装置，以提供数据采集设备与控制保护设备间的直接物理层连接。为适合于沟通“数据采集设备-控制保护设备-远端汇聚设备(云端)”三方，在降低延时的同时，该装置还需要能够配合网关设备的调度，且能够保障光交换节点装置传输的可靠性。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可片上集成的物理层组播光交换节点装置及网络。

首先，为实现上述目的，提出一种无源光分配模块，包括至少3个光耦合器，所述每一个光耦合器均包括一个合路端和至少2个分路端，其特征在于，所述3个光耦合器的分路端相互连接形成三端口环形结构，所述3个光耦合器的合路端分别构成所述三端口环形结构的3个端口；

所述形成三端口环形结构的第一光耦合器的合路端通过输入接口单元连接所述无源光分配模块的输入端口；

所述形成三端口环形结构的第二光耦合器的合路端通过输出接口单元连接所述无源光分配模块的输出端口；

所述形成三端口环形结构的第三光耦合器的合路端连接所述无源光分配模块的汇聚端口。

所述3个光耦合器的分路端相互连接的方式为：第一光耦合器的第一分路端连接第二光耦合器的第一分路端，第一光耦合器的第二分路端连接第三光耦合器的第一分路端，第二光耦合器的第二分路端连接第三光耦合器的第二分路端，所述3个分路器/耦合器的三个合路端分别组成所述3端口环形结构的3个端口。

进一步，上述无源光分配模块中，所述的形成三端口环形结构的3个光耦合器均为1×2光耦合器。