光开关矩阵中Crossbar光交换网络的研究胡巧燕,曹明翠,罗风光(华中科技大学激光技术与工程研究院,湖北武汉430074)摘要:针对DWDM光网络光交叉连接中光开关矩阵对其光交换网络的要求,分析了目前常用的置换型和常规型Crossbar光交换网络的性能,提出了一种新型的寻径型Crossbar光交换网络及其光学实现方法。该新方法利用1×2和2×1光开关构造寻径扇出和寻径扇入网络,具有严格无阻塞性,插损低,并可实现对光信号卸载,适用于中等规模的光开关矩阵。关键词:光开关;Crossbar光交换网络;OXC中图分类号:TN929.1文献标识码:A文章编号:1001-5868(2002)03-0187-04ResearchonCrossbarOpticalSwitchingNetworkinOpticalMatrixSwitchesHUQiao2yan,CAOMing2cui,LUOFeng2guangAbstract:InaccordancewithrequirementsofopticalmatrixswitchestoopticalswitchingnetworkinOXC,propertiesofCrossbaropticalswitchingnetworkareanalysed.AnovelroutingCrossbaropticalswitchingnetworkanditsopticalimplementationarealsopresented,inwhich1×2and2×1opticalswitcheswereusedtoformroutingfan2inandfan2outnetworks,respectively.Thisnovelopticalswitchingnetworkisstrictlynon2blockingwithlowinsertionloss,andiscapableofunloaclingopticalsignals,soitcanbewidelyusedinmediumscaleopticalmatrixswitches.各具特点,将在后面部分进行叙述。本文提出一种寻径型Crossbar光交换网络及其光学实现方法,具有严格无阻塞特性和插损低的特点。引言目前DWDM在光通信骨干网上的应用已不仅是点到点方式,而是光交叉连接(OXC)节点的环形网和格形网,具有提供网络重组、故障恢复等功能,以提高光网络的适应性、生存性和灵活性光开关矩阵是OXC中的核心器件,实现光开关矩阵的光交换网络结构将直接影响光开关矩阵的阻塞性能、插入损耗以及制作成本等1～3。Crossbar是一种最常见的光交换网络结构,具有简单性,易于实现控制,是无阻塞交换,适合于构成光开关矩阵。目前常用的Crossbar光交换网络有两种:置换型交换4和常规型交换5。这两种方式12光开关矩阵对光交换网络的基本要求211基本光开关数和集成度未来DWDM光网络每根光纤中将承载数百个波长,OXC实现波长空间域交叉连接的端口数将非常大,基本光开关矩阵单元规模和集成度大致反映了OXC光交换模块的成本。对给定的交换容量来说,所需基本光开关矩阵单元数目越少越好。因此要求基本光开关矩阵具有中等规模以上的端口数目,并且交换网络的可扩展性好。收稿日期:2001-12-14.基金项目:国家自然科学基金资助项目(60177023)1光通信SEMICONDUCTOROPTOELECTRONICSVol.23No.3June,2002无阻塞性是对光开关矩阵的一个基本要求。根据阻塞性能的不同,光交换网络可以分为:可重排无阻塞型、广义无阻塞型、严格无阻塞型。这三种类型都具有无阻塞性,但建立新连接时路由计算和控制的复杂程度各异,对已建立的连接影响也不同,因此所需硬件设备数目相差比较大。对它们的比较见表1。表1无阻塞型光交换网络的比较算。由于各输入和输出端口间的连接路由经过的光开关数目不同,因此每条路由上的串扰和光功率衰减量也不完全相等。目前在微电机械光开关(MEMS)阵列器件和大规模热光开关阵列器件中DWDM光通信骨干网络上传输的数据量通常为太比特每秒级,要求网络重组和故障恢复的时间在毫秒甚至微秒量级,以保证小的数据丢失率,因此要求光交换网络不能使用太复杂的路由算法。此外,在网络重组和故障恢复时间段内,已经建立的连接不能受到影响。通常选用广义无阻塞型和严格无阻塞型光交换网络构造光开关矩阵。213插入损耗建立光网络的成本很大一部分用于光放大器的设置,以补偿光传输及节点设备中光功率的损耗。减小OXC中光开关矩阵的光插入损耗,对减少光网络中光放大器数目,降低组网成本,提高光网络性能具有很大的意义。214终止连接能力为了避免光网络中产生不需要的环回闭合路径,给网络运行带来麻烦,光开关矩阵必须具有终止连接的能力,即它可以在其内部“卸载”(Dumping)图1置换型Crossbar光交换网络312常规型Crossbar光交换网络M×N常规型Crossbar光交换网络结构如图2所示。与置换型不同的是,该交换网络可具有不同...