法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2018-02-27
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):H04B10/12 授权公告日:20091202 终止日期:20170129 申请日:20050129
专利权的终止
2009-12-02
授权
授权
2006-09-27
实质审查的生效
实质审查的生效
2006-08-02
公开
公开
技术领域
本发明涉及光通信和光计算网络中信道选配装置，适于光节点中信号的选配。
背景技术
21世纪的通信网应当是能提供各种通信业务的、具有巨大通信能力的B-ISDN，网络业务将以宽带视频和高速数据及普通话音业务为主，因此需要高速宽带大容量传输系统和宽带交换系统。现有的光纤通讯网只是在信号的传输过程采用光波，而在进行信息交换时仍采用的是电子程控交换机。当光纤通过采用各种时分和波分复用技术使得信号传输速率不断提高时，数字电子交换系统成了整个通信网信息传输速率进一步提高的“瓶颈”。
由于光互连具有的宽带宽、速度快、传输与交换匹配、空间并行传输等特点，促进了大容量光交换机的研制。目前研究较多的光交换包括空分、时分、波分三种光交换方式，其中空分型较常见也易于实现。它直接使用光开关构成开关矩阵，通过改变各个节点光开关的状态实现光交换，或者用光纤和光开关连接起来，构成m×m型光交换矩阵，通过比较矩阵的初始输出态和需要变换的输出态，找出二者不同输出态端口，再查对历史状态的状态数组，确定需要调整的光开关，对其状态变换，得到所需的输出态。
一种现有的空分型光交换矩阵结构可以参阅公开日为2001年10月24日公开的中国专利申请号为01115565.5，发明名称是多级互连绝对无阻塞光交换矩阵结构及其控制方法(参看图1)，该申请案公开了一种光交换矩阵结构是由8个2×2光开关和12条光纤组成的4×4光交换结构，矩阵的具体结构是：同一行相邻两个光开关之间为平行连接，相邻两行中互为对角位置的两个光开关为交叉连接，各行所设的光开关数量相同，相邻两行的光开关位置一一对应。图中所示的GK1、GK2、GK3、GK4、GK5、GK6、GK7、GK8为8个2×2光开关。
其控制方法为：先给光交换矩阵每个输入端口标号，列出1种配置下矩阵中各个光开关的输出状态，得到历史状态的状态数组、矩阵的初始输出态；再列出需要变换到的矩阵的输出态，比较矩阵初始输出态与所需要的输出态，找出二者不同输出态的标号，明确应调换的输出态；查对历史状态数组，确定需要发生状态变换的光开关；变换上面步骤所确定的光开关的状态，得到相应输出端口变换到的输出态，实现指定的输出。
但是，由于该交换矩阵是由光开关构成的开关矩阵网络结构，当输入信道和输出信道增加时，需要的光开关将大量增加，结构庞杂，不利于集成，同时算法上的复杂、烦琐也大大影响了该网络的效率与交换速度，成本上升，实现大规模交换有困难。
发明内容
本发明的目的就是克服现有光交换系统结构复杂、成本较高、损耗大、带宽小、算法复杂、不易集成等问题，提供一种能够微型集成化、全光型任意互连、可编程、大吞吐量、成本较低、操作简单的光交换模块的配置方案及其控制方法。
本发明的第一个目的可以通过以下方式实现：
本发明包括至少1块微光学列车元件，2×2高速光开关、输出控制光开关、输入光纤耦合器、光纤延时线、计算机控制系统，它们之间采用循环级联控制方式，实现全光交换。
上述的微光学列阵元件(简称PS片)为能够实现完全洗牌变换(简称PS变换)的微光学列阵元件；能够实现完全洗牌变换(PS变换)的微光学列阵元件可以是微闪耀光栅列阵元件。
所述实现全光交换的循环级联控制方式，可以是微光学列阵元件上含有N个光信号传输信道，所述的2×2高速光开关的数量为N/2个，输入光纤耦合器数量也是N个，输出控制光开关1个；由输入光纤耦合器输入到微光学列阵元件上的光信号通过完全洗牌变化(PS变换)后把光信号分别传输到各个2×2高速光开关，所说的2×2高速光开关经过开关变换使光信号通过光纤延时线把光信号返回传输到微光学列阵元件上，由计算机控制系统通过控制电路分别和2×2高速光开关、输出控制光开关连接，控制光信号循环变换，直到获得满足要求的输出变换为止，最终从输出控制光开关的输出端输出光信号。前述“N”的含义为对于输入信道为N＝2r(r＝1，2，3…)的光互连网络，要实现任意信号序列的无冲突输出，其互连级数至少为3log2N-(r+1)级。
所述的微光学列阵元件上的N个光信号传输信道可以为8个光信号传输信道。
所述的2×2高速光开关为响应速度为几百纳秒到几纳秒的2×2高速光开关。
所述的输入控制光开关是侧壁定位式多芯1×2移动套管式光开关。
本发明的第二个目的即控制本发明的微光学元件与光开关集成循环光交换模块步骤如下：
(1)对微光学列阵元件上的N个光信号传输信道进行序列编号，根据要求的输出光信号顺序，得到输入到输出的对应变换关系；
(2)根据步骤(1)所得的变换关系，将变换关系输入到计算机控制系统，利用计算机控制系统编写的Looping Algorithm路由算法程序确定每次变换时的各个2×2高速光开关的状态；
(3)打开光信号输入端口，让光信号输入到微光学列阵元件上的光信号传输信道上，计算机控制系统产生时序节点开关控制数据流，从而改变2×2高速开关状态；输入的光信号经过完全洗牌变换，再经过计算机控制系统控制2×2高速开关变换后的结果通过光纤延时线，然后送回到微光学列阵元件作下一级变换，变换后又再经过2×2高速开关，此时2×2高速开关级的状态已经按算法要求由计算机脉冲时序信号控制而改变，依次进行下一级变换；
(4)由计算机控制系统根据多次级联变换所需时间，来控制输出控制光开关；若变换未完成，计算机控制系统不产生脉冲，此时输出控制光开关将经过一次变换的光信号通过光纤延时线送回微光学列阵元件作下一级变换；如此循环直到变换全部完成；当级联变换全部完成时，计算机将产生脉冲信号来控制光开关，光信号从控制输出光开关输出。
本发明的有益效果是：本发明光交换模块采用微光学元件与光开关集成循环级联方法，结合计算机控制，用很少的光开关单元就能实现全排列无阻塞的输出和排序；由于采用了微光学列阵元件，可方便地实现一维完全洗牌变换；而微光学列阵元件与光开关集成循环级联，构成结构简单、微型集成化、全光型任意互连、损耗小、可编程、吞吐量大的互连光交换网络，大大降低了模块的成本，同时提高了模块的性能。
采用本发明控制方法能够简化路由算法，提高算法效率；提升了网络的交换效率和光交换速度；降低了光交换成本，比较容易的就能实现大规模光交换。
附图说明
图1是中国专利申请号为01115565.5的空分型光交换矩阵结构示意图；
图2是本发明微光学列阵元件实现完全洗牌变换功能示意图；
图3是本发明中2×2高速光开关直通和交叉两种状态功能示意图；
图4是本发明微光学列阵元件和光开关集成循环光交换模块装置示意图；
图5是本发明实施例中侧壁定位式多芯1×2移动套管式光开关未动作时输入输出状态功能示意图；
图6是本发明实施例中侧壁定位式多芯1×2移动套管式光开关动作后输入输出状态功能示意图；
图7是本发明光交换模块在工作中构成的等价5级PS互连光交换网络示意图；
图8是本发明经路由算法计算后确定的5级PS网络各级节点开关的状态示意图；
图9是本发明信道数为8时光交换模块工作时进行5次循环变换时，第1次变换示意图；
图10是本发明信道数为8时光交换模块工作时进行5次循环变换时，第2次变换示意图；
图11是本发明信道数为8时光交换模块工作时进行5次循环变换时，第3次变换示意图；
图12是本发明信道数为8时光交换模块工作时进行5次循环变换时，第4次变换示意图；
图13是本发明信道数为8时光交换模块工作时进行5次循环变换时，第5次变换示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，以使本发明更加清晰。
本发明包括至少1块微光学列阵元件(简称PS片)，也可以包括2块以上的微光学列阵元件；2×2高速光开关、输出控制光开关、输入光纤耦合器、光纤延时线、计算机控制系统，它们之间采用循环级联控制方式，实现全光交换。
所述的微光学列阵元件可以是能够实现完全洗牌变换(PS变换)的微光学列阵元件，也可以是微闪耀光栅列阵元件。
在实施例中，选用1块8信道的微闪耀光栅列阵元件100；用4个2×2高速光开关200、2×2高速光开关201、2×2高速光开关210、2×2高速光开关220组成开关阵列；所述的2×2高速光开关可以选用响应速度为几百纳秒到几纳秒的2×2高速光开关。选用8个2×1光纤耦合器组成输入光纤耦合器阵列600；输入控制光开关选用侧壁定位式8芯1×2移动套管式光开关300，计算机控制系统400，光输入信道510，光输出信道520。
参看图2，所述的微闪耀光栅列阵元件100能够实现一维完全洗牌变换，无须空间滤波或复杂的光学装置来实现信号的分割，光能利用率极高。参看图3，所述的2×2高速光开关可通过对控制引脚施加高低电平以实现直通和交叉的功能。
本发明光交换模块通过PS的级联，结合光开关，借助Looping Algorithm可以实现输入信号的全排列。理论上已经证明，对于输入信道为N＝2r(r＝1，2，3…)的光互连网络，要实现任意信号序列的无冲突输出，其互连级数至少为3log2N-(r+1)级，在实施例中我们采用N＝8＝23(r＝3)个信道的情况，其互连级数等于5。
参看图4，本发明光交换模块由3级构成，微闪耀光栅列阵元件100构成PS变换级；由4个2×2高速光开关200、201、210、220组成的开关阵列构成节点开关级；侧壁定位式多芯1×2移动套管式光开关300构成耦合级。
当光信号经过光输入信道510在8信道的微闪耀光栅列阵元件100通过完全洗牌变换(PS变换)后把光信号分别传输到4个2×2高速光开关200、2×2高速光开关201、2×2高速光开关210、2×2高速光开关220，所说的2×2高速光开关经过开关变换把光信号通过光纤分别传输到侧壁定位式8芯1×2移动套管式光开关300，再由侧壁定位式8芯1×2移动套管式光开关300分路，一路通过光纤延时线500把光信号返回传输到微闪耀光栅列阵元件100上，另外一路经过开关变换把光信号通过光输出信道520输出到光纤输出端。计算机控制系统400由输出端口P0、输出端口P1、输出端口P2、输出端口P3通过控制电路分别和2×2高速光开关200、2×2高速光开关201、2×2高速光开关210、2×2高速光开关220连接；而计算机控制系统400由输出端口P4通过控制电路与侧壁定位式8芯1×2移动套管式光开关300连接。当计算机控制系统400由计算机编程通过优化的Looping Algorithm路由算法得到各节点级的开关状态，并产生节点开关控制数据流，从而改变节点开关状态以满足各级所要求的变换。输入的光信号经过PS变换，再经过计算机控制的节点开关变换后的结果通过光纤延时线500，然后送回到微闪耀光栅列阵元件100作下一级变换，变换后又再经过由4个2×2高速光开关组成的节点开关列阵，此时节点开关级的状态已经按算法要求改变，依次进行下一级的交换。对于微闪耀光栅列阵元件100上的8信道的排序，整个过程只需5次循环，当全部交换完成后即得到所要求的排列。因此计算机控制系统400可以控制光信号循环，直到得到满足要求的输出为止。
参看图7，本发明集成循环级联式光交换模块在工作中构成等价的5级PS互连光交换网络，可以实现任意形式的互连。如果将图7输入信号序列{A，B，C，D，E，F，G，H}变换成输出信号序列{D，F，E，A，B，H，G，C}，控制该模块实现所要求的排序操作步骤如下：
(1)根据8信道微闪耀光栅列阵元件100要求的输出顺序，确定输入到输出的变换关系为：
(2)参看图8，光开关的状态由计算机控制系统400控制引脚决定，0表示低电平，1表示高电平，光开关输入为0，状态为直通；输入为1，状态为交叉。根据步骤(1)所得的变换关系，将变换关系输入计算机控制系统400，利用计算机控制系统400编写的Looping Algorithm路由算法程序确定每次变换时的4个节点开关的状态，得到控制光开关的时序信号分别为：0111，0111，0110，1001，0111。
(3)参看图9、图10、图11、图12、图13，打开输入端口，让8信道光信号输入到PS变换级，同时计算机控制系统400产生时序节点开关控制数据流(时序脉冲信号)0111从而改变节点开关状态。输入信号经PS变换，再经过计算机控制系统400控制的节点开关变换后的结果通过光纤延时线500，然后送回到微闪耀光栅列阵元件100作下一级变换，变换后又再经过节点开关，此时节点开关级的状态已经按算法要求由计算机脉冲时序信号控制而改变，时序脉冲信号变为0111，依次进行下一级变换，时序脉冲信号变为0110，开关节点又一次改变，依次进行5次循环变换。
(4)参看图5、图6、图9、图10、图11、图12、图13，计算机控制系统400根据5次变换所需时间，控制耦合级的侧壁定位式8芯1×2移动套管式光300开关，实现变换全部完成时信号的输出。若变换未完成，计算机控制系统400不产生脉冲，此时耦合级将经过1次变换的光信号通过光纤延时线500送回微闪耀光栅列阵元件100作下一级变换，如此循环直到全部变换完成；若变换全部完成，计算机控制系统400将产生脉冲信号控制移动套管式光开关300将信号输出，得到所要求的排列{D，F，E，A，B，H，G，C}。
机译： 波形控制器，响应元件模块，光开关装置，响应元件和光开关装置的控制方法
机译： 用于车辆的前照灯，具有光学单元，该光学单元由分布在投影模块中所提供的透镜的光入射侧表面和光出射侧表面上的多个微光学元件形成。
机译： 用于多通道光开关的级联偏转器，以及具有级联偏转器的光交换模块和方法
