[发明专利]支持多播/广播的光交换结构的波导布局优化方法

说明书

本发明公开了一种支持多播/广播的光交换结构的波导布局优化方法，主要解决现有优化波导布局耗时长的问题。其实现步骤为：确定待优化的光交换结构的端口数；在二维正交坐标系中建立数学模型；在对解空间搜索前对数学模型预处理；使用启发式算法搜索得到最优解；绘制优化后的波导布局。本发明在对解空间搜索前对抽象出的数学模型进行预处理，使得波导布局优化问题能够使用启发式算法求解，实现了支持多播/广播的光交换结构的波导布局优化的自动化，大大缩短了波导布局优化的时间，可用于高阶的支持多播/广播的光交换结构的波导布局优化。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种波导布局优化，具体是一种支持多播/广播的光交换结构的波导布局优化方法，可用于高阶的支持多播/广播的光交换结构的波导布局优化。

背景技术

无论是在数据中心网络还是高性能计算集群中，支持多播/广播的光交换芯片都十分重要。然而，由于需要支持多播/广播，在相同端口数的情况下，相较于单播光交换芯片，支持多播/广播的光交换芯片结构往往会更加复杂，从而波导交叉数大幅增加。为了解决波导交叉问题，Bergman组Qixiang Cheng通过人工布线将4×4的多播/广播交换芯片的波导交叉数降低，并且使用SiN/Si技术，通过将两根交叉的波导分别放置于SiN层和Si层，从而消除交叉损耗，手动选择分层区域，进一步降低交叉损耗。然而，数据中心和高性能计算集群中需要更高阶的光交换芯片，通过人工布线减少波导交叉损耗，既费时又不能确保最优。

目前在波导布局优化方面，Zhehui Wang等人对基于胖树结构的光片上网络进行了波导布局优化，使得波导交叉平均分布，降低了激光器控制的复杂度，但是该方法仅对胖树这种单一结构进行优化，并没有考虑其他结构。Christoph Buchheim等人对任意连接关系下的直线布局使用线性规划进行了优化，但是该方法针对的优化对象是直线，而非实际芯片流片时使用的正交线。Thomas Eschbach等人使用正交线对电路进行可视化，增加了电路的可读性，方便了设计人员理解，但是该方法的优化目标是电路可读性而非电路复杂度，该方法并没有减小实际芯片流片的复杂度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出一种优化耗时短的支持多播/广播的光交换结构的波导布局优化方法，用于解决现有波导布局无法实现自动化的问题。

本发明是一种支持多播/广播的光交换结构的波导布局优化方法，其特征在于，包括有如下步骤：

(1)确定待优化的光交换结构的端口数：在波导布局优化中，输入待优化的支持多播/广播的基于波导的光交换结构的端口数；

(2)在二维正交坐标系中建立数学模型：根据待优化的基于波导的光交换结构的端口数，在二维正交坐标系中生成与输入输出端口对应的交换单元坐标，建立支持多播/广播的基于波导的光交换结构的波导布局的数学模型；

(3)在对解空间搜索前对数学模型预处理：根据交换单元坐标和支持多播/广播的基于波导的光交换结构的连接关系，计算相应交换单元之间纵向波导的长度，缩小搜索空间；

(4)使用启发式算法搜索得到最优解：使用启发式算法，搜索得到使得波导交叉数最小的相应交换单元之间两段横向波导的长度；

(5)绘制优化后的波导布局：根据与输入输出端口对应的交换单元坐标、相应交换单元之间纵向波导的长度和相应交换单元之间两段横向波导的长度，得到优化后的波导布局。

本发明的支持多播/广播的光交换结构的波导布局优化方法，使用数学建模和启发式算法结合的方式，实现了波导布局自动化。

本发明与现有技术相比具有以下优点：