[发明专利]队列式全光缓存器

说明书

技术领域

本发明属于信息光电子技术领域，特别涉及全光包交换网络中的全光缓存器。

背景技术

近年来，光通信网络迅速发展，随着带宽需求的急剧增长，高速、灵活和良好的可扩展 性日益成为下一代光网络的发展方向。现代光网络不再仅仅满足于利用光纤传输信号，一些 原来经光电转换后在电域完成的工作，如交换、路由、存储、转发等，正逐渐被引入到光域 中来，利用全光信号处理的方法实现。其中，全光包交换技术由于能够直接在光域内对数据 包进行交换、路由等操作而被认为是最具潜力的全光网络解决方案之一。

全光缓存器作为全光包交换技术的核心器件，通过对光数据包的存储和转发，能够在时 域上解决数据包冲突问题。如果有两个数据包同时到达某端口，它们会混叠在一起，造成数 据丢失，这称为数据包冲突，如果用缓存器把某个数据包先缓存一段时间再输出，就能使两 个数据包依次通过该端口，避免了数据包冲突的发生。相比于电缓存器，全光缓存器存取速 度快、对调制格式和数据率透明、控制灵活，引起了广泛的研究兴趣。

现阶段国内外报道的全光缓存器主要分为两大类，直通型和反馈循环型。

对于直通型光缓存器，其缓存时间无法灵活控制。一旦光纤或慢光波导的长度确定，缓 存时间就固定了，不能根据网络数据流量做动态调整。即使能够调整，也必须在没有数据流 量时，通过人工进行。因此，直通型缓存器仅实现了数据包的延时，没有实现真正意义上的 存储和转发。如果网络数据流量很大，需要缓存时间很长，那么基于慢光波导的缓存器就难 以胜任；而如果用光纤作为缓存介质，又需要很长的光纤，造成缓存器结构庞大复杂。直通 型缓存器的优点是，对被缓存数据包长度没有限制，经缓存后数据包的信噪比恶化也比较小。

对于反馈循环型缓存器，其能够根据网络数据流量决定数据包的存入和读出，真正实现 数据包的存储和转发。缓存时间由环腔长度和循环次数决定，可通过增加循环次数增加缓存 时间，物理实现比直通型缓存简单，所需元器件也大幅减少。但是，目前报道的循环反馈型 全光缓存器都只有一级存储深度，只能存储一个数据包，且容量无法扩展。而且大部分需要 额外的特殊控制信号，有的甚至需要电信号，使得缓存器由全光类型变成了光电混合型，而 且不能根据网络数据流量智能控制数据包的缓存时间，灵活性和可扩展性都受到限制。

有鉴于以上两种类型的全光缓存器的优缺点，一种智能化的全光缓存器的研究被广泛开 展，其能自动根据网络数据流量决定数据包的存储和转发，利用数据包本身就可以直接对其 进行控制，而不需要外加控制信号。荷兰埃因霍温理工大学的H.J.S.Dorren小组提出了一种 基于全光单稳态触发器和波长转换器的缓存方案(Y.Liu，M.T.Hill，et.al.，“Demonstration of a  variable optical delay for a recirculating buffer by using all-optical signal processing”，IEEE Photon. Technol.Lett.，vol.16，pp.1748-1750，2004.)。当两个数据包同时到达某个端口时，优先级高的 数据包被直接输出，优先级低的数据包被缓存在环腔内，直到端口无数据冲突时才输出。这 种方案不需要外加控制信号，结构简单，但只有一级存储深度，只能存一个数据包。在此基 础上，我们实验室课题组申请了“堆栈式全光缓存器”(专利：王旌，张洪明，傅鑫，姚敏玉)， 提出了一种堆栈式全光缓存器，能利用数据包本身控制缓存器的读写，且存储容量可扩展。

但是堆栈式全光缓存器也有其缺点：第一，堆栈式全光缓存器在结构上是先入后出、后 入先出的堆栈式结构，这就造成了当网络繁忙时，后到的数据包有时会先输出；第二，同样 是因为先入后出、后入先出的堆栈式结构，原来被缓存的数据包会向栈底转移，而每一次转 移都会恶化数据包的信噪比，因此网络繁忙时对于不同时刻到来的数据包恶化的情况是不同 的；第三，缓存一个数据包需要至少6个有源器件，系统的复杂度和成本比较高。