CN100428655C

CN100428655C - 一种光分组传输网中的节点结构及光信道设置方法

Info

Publication number: CN100428655C
Application number: CNB2005100209268A
Authority: CN
Inventors: 胡明
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2005-05-23
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2025-05-23
Also published as: CN1694385A

Abstract

一种波分复用光分组传输网的节点结构，包括输入输出接口、信息处理模块、光发射器和光接收器，其特征在于所述光发射器和光接收器为多个固定波长的光发射器和光接收器。一种波分复用光分组传输网的光信道设置方式，其特征在于，设置网络中各节点固定波长接收器的数量与网络中的光信道数量相等；将网络中的节点分为若干组，同一节点组中的各节点均使用相同的信道组；将各节点组使用的信道组分为主信道和辅助信道；主信道和辅助信道的配置原则是：各节点组的主信道依次为另一节点组的辅助信道，并形成一个依次首尾相连的、闭合的环路。采用本发明所述技术方案，光分组传输网的性能与配置快速可调谐光发射器时的情况基本一致，而且大大节约了网络成本。

Description

一种光分组传输网中的节点结构及光信道设置方法

所属技术领域

本发明属光通信技术领域，特别涉及多信道光分组传输网中节点结构和光信道的设置方式。

背景技术

光通信网是以光的形式传递信息的通信网，由节点(站点)及连接各节点的光纤构成。在网络形式上，有星形网、环形网、网状网等，如图1至图3所示，图4为各节点的基本结构示意图。光通信网从覆盖范围上看，有局域网、城域网和广域网之分。环形网和网状网是城域网和广域网的两种主要形式。在九十年代初，光通信网中的信道数量仅为1，即一根光纤中只有一个波长的光信号在传递信息。伴随着通信网中业务量的爆炸性增长，特别是Internet的迅速普及，单信道光网络已越来越不能满足用户的需求，迫切需要采用新的技术来提高网络容量。此时，宽带光放大器研制成功，使多个光信道能通过单根光纤进行长距离同时传输，由于各节点可通过多个信道发送或接收信息，使光通信网的传输能力成倍提高，这就是目前广泛采用的波分复用(WDM：Wavelength Division Multiplexing)技术。由于在一根光纤上同时传输的光信道数总是有限的(目前商用WDM网的信道数一般为几十个)，所以对于WDM网仍然存在一个如何提高光信道资源利用效率的问题，光分组传输就是一种能有效提高光信道资源利用效率的信息传输方式。

由于光分组传输更适宜于当前迅速发展的IP业务，而且可提高光信道资源的利用效率，所以光分组传输网是未来光通信网的发展趋势，基于WDM技术的多信道光分组传输网更是人们研究的热点。多信道光分组传输网中信息传输的一般过程是：当一个节点有数据分组要发送时，它首先向中心控制节点发出申请，中心控制节点根据待发送信息的长度、当前各光信道的繁忙程度等信息，为其分配相应的信道资源(指定使用的光信道及起始时间等)，并将该分配信息反馈给请求节点和目的节点，请求节点收到该信息后，在指定的时间将可调谐光发射器调谐到指定的光信道上，然后通过该信道发送对应的数据分组，在目的节点，当收到中心控制节点发来的接收数据指令后，将在指定的时间将可调谐光接收器调谐到指定的光信道上，然后通过该信道接收对应的数据分组，这样便完成了一个数据分组的传输。在多信道光分组传输网中，因为在一根光纤中同时存在多个信道，而一个光发射器在某一时刻只能通过一个光信道发送信息，所以要实现用一个光发射器通过不同的光信道发送信息，光发射器需具有发射波长可调谐的能力，即当一个节点的光发射器通过某一光信道(波长)发出一个数据分组后，它可调谐到另一个光信道(波长)上，并通过该信道向目的节点发送其它数据分组。对于光接收器，情况基本一样。

对于光分组传输网中各节点光收发器的配置，主要有如下四种方式：1、波长可调谐收发器方式，即TT-TR(Tunable Transmitter-Tunable Receiver)方式；2、固定波长收发器方式，即FT-FR(Fixed Transmitter-Fixed Receiver)方式；3、固定波长发射器-可调谐接收器方式，即FT-TR(Fixed Transmitter-Tunable Receiver)方式；4、波长可调谐发射器-固定波长接收器方式，即TT-FR(Tunable Transmitter-Fixed Receiver)方式。这几种方式主要区别在于：是采用可调谐的光收发器还是固定波长的光收发器。图5为配置可调谐光收发器时，节点的结构示意图。

对于光收发器的配置，大多数研究选用可快速调谐的光收发器(TT-TR方式)，在这种情况下，如果某一光信道在某一时间段较繁忙，而节点又有较多的数据分组需要发送时，节点可利用光发射器的可调谐性能，将待发数据分组通过其它较空闲的信道进行发送，这就使整个网络中信息的平均等待发送时间较小。所以，配置快速可调谐光发射器的多信道光分组传输网不仅具有较高的光信道利用效率，而且其等待时延性能较好。这是配置可调谐光收发器的优势，但其价格较贵，目前调谐速率为几十个纳秒的可调谐光发射器的售价为一万多美金，而固定波长发射器的售价仅为一千多人民币，相差几十倍。相对于TT-TR方式，TT-FR和FT-TR方式只有发射部分或接收部分采用可调谐器件，成本相对较低，但这两种方式相对于FT-FR方式而言，成本仍然较高。研究表明，FT-TR和TT-FR有近似的网络性能。FT-FR方式的最大优势是成本低，相关器件较成熟，而且相对于FT-TR，FT-FR方式可避免接收端的碰撞现象，即：当有多个数据分组通过不同的光信道同时到达某一节点时，由于可调谐接收器在一个时刻只能接收一个信道上的信息，这势必导致多个数据分组丢失，而对于固定波长的接收器，由于可同时配置多个不同波长的接收器，对于不同的信道均有固定的接收器接收信息，所以不会出现丢弃数据分组的情况。

在有关FT-FR方式的研究中，文献[1]([1]C.S.Jelger，et al.A slotted MAC protocol forefficient bandwidth utilization in WDM metropolitan access ring networks，IEEE Journal onSelected Areas in Communications，vol.21，no.8，pp.1295-1305，Oct.2003)具有一定的代表性，它基于FT-FR方式提出了一种环网结构的介质访问控制协议，在光收发器的配置方面，给每个节点配置一个固定频率的发射器和多个固定频率的接收器。在方案验证时，共配置四个波长，同时将节点分为四组，每组共同占用一个波长(都利用该波长发送信息)，另外，各节点还配置四个固定波长的接收器，用于从四个不同的信道上接收信息。

文献[1]虽然较好地回避了选用快速可调谐光发射器带来的成本问题，但由于其采用为每组节点分配一个固定频率的发射信道的方式，使各组节点之间无法共享信道资源，即：当共同使用一个波长的各节点业务量都较大时，这些节点的业务也无法通过其它信道进行传送，因此相对于配置可调谐光发射器的情况，其性能较差。

发明内容

为了有效降低波分复用光分组传输网的成本，避免采用快速可调谐光发射器，同时保证网络具有较好的信道共享能力，提出一种波分复用光分组传输网的节点结构和相应的光信道设置方式。

本发明详细技术方案

一种波分复用光分组传输网的节点结构，包括输入输出接口、信息处理模块、光发射器和光接收器，其特征在于，所述光发射器和光接收器为多个固定波长的光发射器和光接收器。多个固定波长光发射器(FT1、FT2、…、FTm)中，各固定波长光发射器分别工作在不同的固定波长(λ1、λ2、…、λm)上；多个固定波长光接收器(FR1、FR2、…、FRn)中，各固定波长光接收器分别工作在不同的固定波长(λ1、λ2、…、λn)上。

一种波分复用光分组传输网的光信道设置方式，其特征在于，设置网络中各节点固定波长接收器的数量与网络中的光信道数量相等，便于各节点从不同的光信道上接收信息；将网络中的节点分为若干组，同一节点组中的各节点均使用相同的信道组；将各节点组使用的信道组分为主信道和辅助信道；主信道和辅助信道的配置原则是：各节点组的主信道依次为上一相邻节点组的辅助信道，各节点组的辅助信道依次为下一相邻节点组的主信道，以保证相邻编号的节点组之间有且只有一个相同的光信道，而且每个光信道均被分配给两个不同的节点组。这样网络中的信道总数并不会增加。一般情况下，在同一组中的各节点均通过同一主信道发送数据分组，当主信道处于“忙”状态，且辅助信道处于“闲”状态时，中心节点将把新到的请求安排在辅助信道，让源节点通过辅助信道发送相应的数据分组。

有益效果：采用该方法后，光分组传输网的性能与配置快速可调谐光发射器时的情况基本一致，而且大大节约了网络成本。

附图说明

图1：星形光网络示意图

图2：环形光网络示意图

图3：网状光网络示意图

图4：节点基本结构示意图

图5：配置可调谐光收发器时的节点结构示意图

图6：本发明节点结构示意图

图7：本发明具体实施方式节点结构示意图

图8：本发明具体实施方式的网络负载和平均等待时延间的关系

图9：配置快速可调谐光收发器时网络负载和平均等待时延间的关系

图10：配置一个固定波长光发射器时网络负载和平均等待时延间的关系

具体实施方式

一种波分复用光分组传输网的节点结构，包括输入输出接口、信息处理模块、光发射器和光接收器，其特征在于所述光发射器为两个固定波长的光发射器，所述光接收器为4个固定波长的光接收器。两个固定波长光发射器(FT1、FT2)中，各固定波长光发射器分别工作在两个不同的固定波长上；4个固定波长光接收器(FR1、FR2、FR3、FR4)中，各固定波长光接收器分别工作在不同的固定波长(λ1、λ2、λ3、λ4)上。

如果在网络中共有16个节点(节点1到节点16)，4个数据信道(信道1到信道4)，可将节点分为4组，每4个节点一组，主信道和辅助信道的安排如表1所示。

表1主信道和辅助信道的配置方式

为了验证该方法的有效性，通过计算机仿真，对该方法和采用快速可调谐光发射器方法的网络时延特性进行了对比。在仿真时，节点组的划分方式和信道分配方法如表1所示，各节点的接收端均配置四个固定波长的接收器(如图7所示)，发射端配置两个固定波长的光发射器(一个工作在主信道波长，另一个工作在辅助信道波长)，网络形式采用环形网结构。图8为本方案的仿真结果，图9是配置快速可调谐光发射器时的仿真结果，图10是各节点配置一个固定波长光发射器时的仿真结果。由图8和图9可以看出，在这两种配置方式下，网络的平均等待时延参数基本一致(单位是“平均分组长度”)，即本方案可达到与采用快速可调谐光发射器时一样的效果。由图10可以看出，配置一个固定波长光发射器时的时延特性较差，当网络负载为0.99时，其平均等待时延(约为5.6个平均分组长度)是配置快速可调谐光发射器时的4倍。

Claims

1、一种波分复用光分组传输网的节点结构，包括输入输出接口、信息处理模块、光发射器和光接收器；其特征在于，各节点配置2个固定波长光发射器，以及多个固定波长光接收器，固定波长光接收器的数量与光纤中的光信道数相等，便于各节点从不同的光信道上接收信息；2个固定波长光发射器分别工作在2个不同的固定波长上，多个固定波长光接收器分别工作在多个不同的固定波长上；具有上述节点结构的波分复用光分组传输网的光信道配置方式为：将网络中的节点分为若干组，同一节点组中的各节点均使用2个光信道发送数据，一个为主信道，另一个为辅助信道；各节点组的主信道依次为上一相邻节点组的辅助信道，各节点组的辅助信道依次为下一相邻节点组的主信道，以保证相邻编号的节点组之间有且只有一个相同的光信道，而且每个光信道均被分配给两个不同的节点组。

2、根据权利要求1所述的波分复用光分组传输网的节点结构，其特征在于，所述固定波长光接收器的数量为4个。

3、一种波分复用光分组传输网的光信道设置方法，其特征在于，设置网络中各节点固定波长接收器的数量与网络中的光信道数量相等，便于各节点从不同的光信道上接收信息；将网络中的节点分为若干组，同一节点组中的各节点均使用2个光信道发送数据，一个为主信道，另一个为辅助信道；主信道和辅助信道的配置原则是：各节点组的主信道依次为上一相邻节点组的辅助信道，各节点组的辅助信道依次为下一相邻节点组的主信道，以保证相邻编号的节点组之间有且只有一个相同的光信道，而且每个光信道均被分配给两个不同的节点组。