專利名稱：波長k次重用的wdm星形多波長光網絡系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種波長K次重用的多波長光網絡，尤其涉及一種波長K次重用的WDM(波分復用)星形多波長光網絡系統。
背景技術：
信息爆炸帶來了對帶寬的無限需求，WDM局域網的發展目標是建立一個既有高度生存性，又有良好擴展性，能支持數百甚至數千個節點的超大容量WDM光通信網。由于星形結構將成為未來WDM局域網結構的主流，因此，如何建立一個超大容量WDM星形網成為人們關注的焦點。現在，常規WDM星形網已得到廣泛應用，然而，因規模受到星形耦合器分配損耗和網絡可利用的有限信道波長數雙重限制，使其無法適應光通信網的發展要求。目前，對上述問題雖然提出了多種解決方案，但現有每種方案都只是解決某一方面的問題，甚至某一方面問題的解決也十分有限，如有源星形耦合器雖解決了“星形耦合器分配損耗”問題，但無法實現網絡的波長重用；而在WDM星形網的波長重用方面，盡管實現了波長的重用甚至多次重用，但絕大多數是部分信道波長重用或多次重用，對于網絡所有信道波長的重用，則僅限于重用一次。

發明內容本發明的目的在于提供一種波長K次重用的WDM星形多波長光網絡系統，克服有限信道波長數和星形耦合器分配損耗對網絡規模的限制，實現網絡的大規模化。
本發明所提供的一種波長K次重用的WDM星形多波長光網絡系統，其特征在于，它由K*N個節點、K個連接模塊和一個控制模塊所構成，每個連接模塊連接N個節點，并分別與控制模塊相連，同時K個連接模塊還分別兩兩互連，其中每個節點通過兩根光纖與相應的連接模塊相連，一根光纖傳輸該節點需要發送的信息，另一根光纖傳輸送往該節點的信息；K個連接模塊均受控制系統控制，即節點與模塊之間、節點與節點之間以及連接模塊與連接模塊之間的通信受控制模塊控制；另外，每個節點配置兩個收發機一個可調波長收發機和一個固定波長收發機，上述的波長K次重用的WDM星形多波長光網絡系統，其中，連接模塊是由1個N×2星形耦合器、1個(K+1)×N星形耦合器、1個1×K可調波長路由器、1個寬帶光放大器所構成，N×2星形耦合器一邊的N個端口分別連接N個節點的發射端，另一邊的兩個端口中，一個端口連接控制模塊，用于通信節點向控制模塊發送通信請求，另一個端口連接光放大器輸入端；(K+1)×N星形耦合器一邊的N個端口分別連接N個節點的接收端，另一邊的(K+1)個端口中，1個端口與可調波長路由器的輸出端口連接，(K-1)個端口分別與其它(K-1)個模塊中可調波長路由器的一個輸出端口連接，剩下的1個端口與控制模塊相連，用于控制系統向各通信節點發送控制指令；1×K可調波長路由器的輸入端與光放大器的輸出端連接，在K個輸出端口中，一輸出端口與(K+1)×N星形耦合器的一端口相連，其余(K-1)個輸出端口分別與其它(K-1)個模塊中(K+1)×N星形耦合器的一個端口相連；它的控制接口與控制模塊連接，以便控制系統控制可調波長路由器的運行狀態；光放大器的輸入端與N×2星形耦合器的端口連接，它的輸出端與可調波長路由器的輸入端口連接。
上述的波長K次重用的WDM星形多波長光網絡系統，其中，K個1×K可調波長路由器與K個(K+1)×N星形耦合器之間各對應端口的連接規律由下表所示，即 表中第1行從左至右依次是K個(K+1)×N星形耦合器的編號，第1列從上至下依次是K個可調波長路由器的編號；與可調波長路由器相應的一行K個元素分別表示它的K個輸出端口號，這K個輸出端口號所在的K列又分別對應著K個(K+1)×N星形耦合器的編號。
在上述的波長K次重用的WDM星形多波長光網絡系統中，設置一個固定波長λK作為控制信道專用波長，節點向控制模塊發送通信請求和控制模塊向節點發送控制指令都使用這個波長λK。
在上述的波長K次重用的WDM星形多波長光網絡系統中，將K*N個節點分成K個節點集，每個節點集又分成K個節點組，同時將網絡的所有m個信道波長分成K個波長組λ1、λ2、...、λK，通信時，某節點組中的各節點使用第j個波長組λj，以使網絡中每一個波長組都可被不同的節點組重用K次。
采用了上述的技術解決方案，即利用可調多波長選擇路由器的波長選擇路由特性，實現1×K的多波長選擇路由；利用光放大器對光的傳輸損耗進行補償；通過恰當設計，在實現網絡所有信道波長K次重用的同時，實現網絡所連接節點數的相應增加。本發明采用波長K次重用和光放大補償有機結合方案，同時克服了有限信道波長數和星形耦合器分配損耗對網絡規模的雙重限制，實現網絡的大規模化。


圖1是本發明波長K次重用的WDM星形多波長光網絡系統結構示意框圖；圖2是本發明中連接模塊的結構示意框圖；圖3是本發明波長K次重用的WDM星形多波長光網絡系統具體結構示意框圖；圖4是本發明的實施例波長3次重用的WDM星形多波長光網絡系統結構框圖；圖5是本發明的實施例波長3次重用及節點分組示意圖。
具體實施方式
下面，結合波長K次重用的多波長光網絡系統結構圖對本發明內容進行進一步詳細說明。
如圖1所示，本發明“波長K次重用的WDM星形多波長光網絡系統”由K*N個節點11～KN、K個連接模塊1～K和一個控制模塊100所構成，每個連接模塊不但要連接N個節點，而且分別與控制模塊100相連，同時K個連接模塊還分別兩兩互連。每個節點通過兩根光纖與相應的連接模塊相連，一根光纖傳輸該節點需要發送的信息，另一根光纖傳輸送往該節點的信息。K個連接模塊均受控制模塊100控制，因而節點與模塊之間、節點與節點之間以及連接模塊與連接模塊之間的通信都受控制模塊100控制。
如圖2所示，本發明的第一連接模塊1由1個N×2星形耦合器(1#)12、1個(K+1)×N星形耦合器(1’#)13、1個1×K可調波長路由器(TWR)11、1個寬帶光放大器(OA)10連接構成。對于N×2星形耦合器12，在其同一邊的兩個端口中，一個端口連接控制模塊100，用于通信節點向控制模塊100發送通信請求，另一個端口連接光放大器10輸入端；位于N×2星形耦合器12另一邊的N個端口用于分別連接N個節點的發射端。對于(K+1)×N星形耦合器13，在其一邊的(K+1)個端口中，1個端口與TWR(1#)11的輸出端口1連接，(K-1)個端口分別與其它(K-1)個模塊中TWR的一個輸出端口連接，剩下的1個端口與控制模塊100相連，用于控制模塊100向各通信節點發送控制指令；另一邊的N個端口用于分別連接N個節點的接收端。對于1×K型TWR11，它的輸入端與光放大器10的輸出端連接，在它的K個輸出端口中，輸出端口1與星形耦合器(1’#)13的端口1’1’相連，其余(K-1)個輸出端口分別與其它(K-1)個模塊中(K+1)×N星形耦合器的一個端口相連；它的控制接口與控制模塊100連接，以便控制系統控制TWR11的運行狀態。對于光放大器10，它的輸入端與N×2星形耦合器12的端口11’連接，它的輸出端與TWR(1#)11的輸入端口連接。每個節點通過兩根光纖和中心耦合器(N×2星形耦合器12和(K+1)×N星形耦合器13)的一對端口相連，如節點11通過兩根光纖分別和星形耦合器12的端口11以及星形耦合器13的端口1’1相連，其它節點有類似的連接。
其它(K-1)個連接模塊有與第一連接模塊1相同的結構，它們各端口的連接關系也類似。
圖3是本發明“波長K次重用的WDM星形多波長光網絡系統”的具體系統結構圖。它主要由K個N×2星形耦合器12～K2、K個(K+1)×N星形耦合器13～K3、K個1×K可調波長路由器(TWR)11～K1、K個寬帶光放大器(OA)10～K0、K*N個節點和一個控制模塊100組成。對于每個N×2星形耦合器，在其同一邊的兩個端口中，一個用于連接控制模塊100，另一個用于連接光放大器的輸入端；位于N×2星形耦合器另一邊的N個端口用于分別連接N個節點的發射端。對于K個(K+1)×N星形耦合器，每個(K+1)×N星形耦合器給出其一邊的(K+1)個端口用于分別與控制模塊100及K個可調波長路由器(TWR)相連接，另一邊的N個端口用于分別連接N個節點的接收端。網絡中，每個節點通過兩根光纖與相應中心星形耦合器的一對端口相連，如11節點通過兩根光纖分別和星形耦合器(1#)12的端口11以及星形耦合器(1’#)13的端口1’1相連，其它節點有類似連接。可見，波長K次重用的WDM星形單跳多波長光網絡所支持的節點數為K*N；這就意味著該網絡所支持的節點數達到常規WDM星形網的K倍。網絡中，每個節點配置兩個收發機一個可調波長收發機和一個固定波長收發機。可調波長收發機(可調波長發射機和可調波長接收機)可使用網絡中任意一個信道波長發射數據信號給其它節點、同時可接收來自網絡中所有其它節點的數據信號；固定波長收發機(固定波長發射機和固定波長接收機)用于節點向控制系統發送通信請求和接收來自控制系統的控制指令；網絡系統設置一個固定波長(λK)作為控制信道專用波長，節點向控制系統發送通信請求和控制系統向節點發送控制指令都使用這個波長。通信時，某節點的發射機采用哪個波長以及接收機調至哪個波長均由控制系統根據通信協議決定。每個N×2星形耦合器提供一個端口用于與控制模塊100相連，以便節點通過控制信道專用波長(λK)向控制系統發送通信請求；每個(K+1)×N星形耦合器提供一個端口用于與控制模塊100連接，以便控制系統通過控制信道專用波長(λK)向節點發送控制指令。每個可調波長路由器TWR通過它的K個輸出端口分別與K個(K+1)×N星形耦合器相連，為了避免網絡通信時產生波長沖突，K個1×K TWR與K個(K+1)×N耦合器之間各端口的連接必須遵從一定的規律，其具體連接方式由表一給出。表一如下 表一中，第1行從左至右依次是K個(K+1)×N星形耦合器的編號，第1列從上至下依次是K個可調波長路由器TWR的編號；與可調波長路由器(1#)11相應的一行K個元素分別表示它的K個輸出端口號，這K個輸出端口號所在的K列又分別對應著K個(K+1)×N星形耦合器的編號，這種對應表示著它們的連接關系，即可調波長路由器(1#)11的第1個輸出端口與星形耦合器(1’#)13相連、...、可調波長路由器(1#)11的第K個輸出端口與K’#星形耦合器K3相連；其它各行元素有類似的含義。
所有可調波長路由器都與控制模塊100直接相連，它們有著同樣的設置，所有這些設置及其相應的變化都由控制系統控制。設網絡可利用的信道波長數為m，根據各節點的通信請求，控制系統將網絡所具有的m個信道波長分成K個波長組λ1、λ2、...、λK，并發出同步控制指令給各可調波長路由器。每個可調波長路由器接收到來自控制系統的同步控制指令，同步地設置它們的參數，使得K個波長組(λ1、λ2、...、λK)分別從其相應的K個輸出端口1、2、...、K輸出。與此同時，各通信節點收到控制系統通過控制信道波長(λK)發來的指令，分別、且同步地將各自的可調波長收發機調至相應指定的波長，如此，網絡通信即可順利進行。圖3中，兩個同樣的信道不可能同時到達同一個節點，所以，網絡通信中，任何時刻都不會發生波長沖突。
據圖3網絡結構，網絡中心部分可看成一個(K*N)×(K*N)星形耦合器，可見，該網絡實際上是一個所有信道都能被K次重用的WDM星形單跳多波長光網絡；此外，該網絡還具有分布型結構特點網絡的抗毀性強、可靠性高；網絡中，若某個連接模塊出現故障，只會影響該連接模塊所連節點中各節點之間以及這些節點與其它節點之間的通信，網絡其余部分不受影響。
網絡信道波長的K次重用。網絡中，將K*N個節點分成K個節點集，每個節點集有N個節點。定義與第i對星形耦合器(i#星形耦合器i2和i′#星形耦合器i3)相連接的N個節點為第i個節點集，這里，i＝1、2、...、K。由于通信既有可能在同一節點集中任意兩節點之間進行，也有可能在某個節點集中的一個節點和另一個節點集中的另一個節點之間進行，所以，又進一步將每個節點集中的N個節點分成K個節點組。定義在第i節點集中，只與第j節點集中節點通信的節點為第ij節點組(ijG)，這里，i＝1、2、...、K；特別地，當j＝i時，通信僅在第i節點集內部節點之間進行，這些節點構成的節點組為第ii節點組(iiG)。根據圖3所示網絡結構，通信時，節點組(ijG)中各節點使用的波長將從i#可調波長路由器i1的第j個輸出端口輸出；實際上，這些波長就是第j個波長組λj；顯然，ijG與λj，第i節點集與i′#星形耦合器i3有著對應關系。以上可見，網絡中每一個波長組都可被不同的節點組重用K次，由此實現了網絡所有信道波長的K次重用；所以，在信道波長數相同條件下，網絡最大吞吐量達到常規WDM星形網的K倍。值得注意的是欲通信的某節點對信道波長使用權的競爭只局限于本組節點內部各波長使用權的競爭，該節點不得使用相應波長組之外的信道波長發送數據。通信時，每個波長組中的波長數及波長分布是動態變化的，但是所有這些變化都受控制系統控制，由控制系統根據網絡中各節點的通信情況決定。
舉例。以上討論了波長K次重用的WDM星形單跳多波長光網絡結構及其波長重用特性；為使對網絡結構及其波長重用特性有一更好的理解，下面再通過一個波長三次重用的實例來作進一步說明，同時給出網絡波長重用特性的直觀顯示。波長三次重用的WDM星形單跳多波長光網如圖4所示，它由3個N×2星形耦合器、3個4×N星形耦合器、3個TWR、3個寬帶光放大器、3N個節點和一個控制模塊100組成。對于每個N×2星形耦合器，在其一邊的兩個端口中，一個與控制模塊100相連，另一個通過光放大器與TWR連接；而在另一邊的N個端口則用來分別連接N個節點的發射端。對于每個4×N星形耦合器，在其一邊的4個端口中，一個端口與控制模塊100相連，其余3個端口分別與3個TWR連接；在另一邊的N個端口同樣用于分別連接N個節點的接收端。3個4×N星形耦合器和3個TWR之間各端口的連接規律由表二給出。表二如下 根據控制系統指令，每個可調波長路由器都將網絡的m個數據信道波長分成λ1、λ2和λ3三個波長組，使得它們從其相應的3個輸出端口輸出，并由此將這些波長組發往3個4×N星形耦合器13、23、33。每個節點通過兩根光纖與中心耦合器的一對端口相連，如此，網絡所支持的節點數為3N，即網絡規模達到常規WDM星形網的3倍。進一步，將網絡中3N個節點分成3個節點集，設與星形耦合器12及13相連的N個節點為第1節點集，與星形耦合器22及23相連的N個節點為第2節點集，與星形耦合器32及33相連的N個節點為第3節點集，如圖5所示。由于通信既可在每個節點集內部各節點之間發生，也可在兩節點集之間的各節點之間發生，因而又將每個節點集分為3個節點組。設第1節點集中，僅與自身第1節點集內部其它節點發生通信的節點為第11組節點(11G)，僅與第2節點集中的節點發生通信的各節點為第12組節點(12G)，僅與第3節點集中的節點發生通信的各節點為第13組節點(13G)。同理，第2節點集中，僅與自身第2節點集內部其它節點發生通信的節點為第22組節點(22G)，僅與第1節點集中的節點發生通信的各節點為第21組節點(21G)，僅與第3節點集中的節點發生通信的各節點為第23組節點(23G)。第3節點集中，僅與自身第3節點集內部其它節點發生通信的節點為第33組節點(33G)，僅與第1節點集中的節點發生通信的各節點為第31組節點(31G)，僅與第2節點集中的節點發生通信的各節點為第32組節點(32G)。通信時，λ1波長組可同時用于11G組節點內部各節點之間的通信、23G組節點向32G組節點發送數據以及32G組節點向23G組節點發送數據；λ2波長組可同時用于33G組節點內部各節點之間的通信、21G組節點向12G組節點發送數據以及12G組節點向21G組節點發送數據；λ3波長組可同時用于22G組節點內部各節點之間的通信、13G組節點向31G組節點發送數據以及31G組節點向13G組節點發送數據；如此，λ1、λ2和λ3波長組都得到3次重用，即網絡中每一個數據信道波長可被網絡中的3個節點同時使用；圖5給出了網絡節點分組與波長3次重用關系的示意圖，從圖中可清楚地看出，λ1、λ2和λ3波長組都被各節點組3次重用。因此，網絡的最大吞吐量達到常規WDM星形網的3倍。網絡運行中，欲通信的某節點對數據信道波長使用權的競爭只局限于本組節點內部波長使用權的競爭，該節點不得使用相應波長組之外的波長發送數據。網絡中各節點之間的通信情況是不斷變化的，因此，每組節點中節點的數量及具體由那些節點構成等都是動態變化的，每個波長組中的波長數及具體由那些波長組成也是動態變化的。但是，所有這些變化均受控制系統控制，由控制系統根據當時網絡中各節點的通信情況決定。
本發明波長K次重用的多波長光網絡的優點在于(1)通過多星形耦合器內連，網絡規模達到常規WDM星形網的K倍，實現了網絡的大規模化；(2)通過網絡所有數據信道波長的K次重用，網絡最大吞吐量達到常規WDM星形網的K倍；在實現網絡大規模化的同時，相應使得網絡的最大吞吐量同比增長，保證了網絡的阻塞率不變；(3)在網絡規模不變的條件下，可極大地降低網絡通信節點的排隊時延，有效地改善網絡性能；(4)由于采用模塊化設計，網絡可方便地進行在線擴容、升級；(5)網絡的抗毀性強、可靠性高網絡中，若某個模塊出現故障，只會影響該模塊部分所在節點組中各節點之間以及該節點組與其它節點組之間的通信，網絡其余部分仍可進行通信。
權利要求
1.一種波長K次重用的WDM星形多波長光網絡系統，其特征在于，它由K*N個節點、K個連接模塊和一個控制模塊所構成，每個連接模塊連接N個節點，并分別與控制模塊相連，同時K個連接模塊還分別兩兩互連，其中每個節點通過兩根光纖與相應的連接模塊相連，一根光纖傳輸該節點需要發送的信息，另一根光纖傳輸送往該節點的信息；K個連接模塊均受控制系統控制，即節點與模塊之間、節點與節點之間以及連接模塊與連接模塊之間的通信受控制模塊控制；另外，每個節點配置兩個收發機一個可調波長收發機和一個固定波長收發機，
2.根據權利要求1所述的一種波長K次重用的WDM星形多波長光網絡系統，其特征在于，所述的連接模塊是由1個N×2星形耦合器、1個(K+1)×N星形耦合器、1個1×K可調波長路由器、1個寬帶光放大器所構成，其中N×2星形耦合器一邊的N個端口分別連接N個節點的發射端，另一邊的兩個端口中，一個端口連接控制模塊，用于通信節點向控制模塊發送通信請求，另一個端口連接光放大器輸入端；(K+1)×N星形耦合器一邊的N個端口分別連接N個節點的接收端，另一邊的(K+1)個端口中，1個端口與可調波長路由器的輸出端口連接，(K-1)個端口分別與其它(K-1)個模塊中可調波長路由器的一個輸出端口連接，剩下的1個端口與控制模塊相連，用于控制系統向各通信節點發送控制指令；1×K可調波長路由器的輸入端與光放大器的輸出端連接，在K個輸出端口中，一輸出端口與(K+1)×N星形耦合器的一端口相連，其余(K-1)個輸出端口分別與其它(K-1)個模塊中(K+1)×N星形耦合器的一個端口相連；它的控制接口與控制模塊連接，以便控制系統控制可調波長路由器的運行狀態；光放大器的輸入端與N×2星形耦合器的端口連接，它的輸出端與可調波長路由器的輸入端口連接。
3.根據權利要求2所述的一種波長K次重用的WDM星形多波長光網絡系統，其特征在于，所述的K個1×K可調波長路由器與K個(K+1)×N星形耦合器之間各對應端口的連接規律由下表所示，即 表中第1行從左至右依次是K個(K+1)×N星形耦合器的編號，第1列從上至下依次是K個可調波長路由器的編號；與可調波長路由器相應的一行K個元素分別表示它的K個輸出端口號，這K個輸出端口號所在的K列又分別對應著K個(K+1)×N星形耦合器的編號。
4.根據權利要求1所述的一種波長K次重用的WDM星形多波長光網絡系統，其特征在于在網絡系統中，設置一個固定波長λK作為控制信道專用波長，節點向控制模塊發送通信請求和控制模塊向節點發送控制指令都使用這個波長λK。
5.根據權利要求1所述的一種波長K次重用的WDM星形多波長光網絡系統其特征在于將K*N個節點分成K個節點集，每個節點集又分成K個節點組，同時將網絡的所有m個信道波長分成K個波長組λ1、λ2、...、λK，通信時，某節點組中的各節點使用第j個波長組λj，以使網絡中每一個波長組都可被不同的節點組重用K次。
全文摘要
一種波長K次重用的WDM星形多波長光網絡系統，由K＊N個節點、K個連接模塊和一個控制模塊所構成，每個連接模塊連接N個節點，并分別與控制模塊相連，同時K個連接模塊還分別兩兩互連，其中每個節點通過兩根光纖與相應的連接模塊相連；節點與模塊之間、節點與節點之間以及連接模塊與連接模塊之間的通信受控制模塊控制。本發明利用可調多波長選擇路由器的波長選擇路由特性，實現1×K的多波長選擇路由；利用光放大器對光的傳輸損耗進行補償；在實現網絡所有信道波長K次重用的同時，實現網絡所連接節點數的相應增加。本發明同時克服了有限信道波長數和星形耦合器分配損耗對網絡規模的雙重限制，實現網絡的大規模化。
文檔編號H04J14/02GK1469576SQ02136070
公開日2004年1月21日 申請日期2002年7月17日 優先權日2002年7月17日
發明者甘朝欽 申請人:上海貝爾有限公司